DE2707204A1

DE2707204A1 - Hochdruck-entladungslampe mit metallhaloid-zusatz

Info

Publication number: DE2707204A1
Application number: DE19772707204
Authority: DE
Inventors: Ferenc Dipl Chem Ing Nagel; Endre Dipl Chem Ing Oldal; Denes Vida
Original assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Current assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Priority date: 1976-04-07
Filing date: 1977-02-16
Publication date: 1977-10-13
Also published as: DE2707204C2; US4134039A; GB1580991A; HU172230B; ATA124177A; AT358664B; NL7701740A

Description

Meissner & Meissner

PATENTANWALTSBÜRO ERLlN — MÜNCHEN PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPLING. H-J. PRESTING (BLN)

HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den Pr/Zi/16702-272/1133 16. Februar 1977 EGYESÜLT IZZOLAMPA ES VILLAMOSSAGI RESZVENYTARSASAG

Vaci üt 77

H-1340 Budapest (Ungarn)

"Hochdruck-Entladungslampe mit Metallhaloid-Zusatz"

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe mit Metallhaloidzusatz, die aus einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß von hoher Schmelztemperatur mit hineinragenden Elektroden hohen Schmelzpunktes besteht und eine Füllung aus Edelgas oder aus einer Mischung von Edelgasen sowie wenigstens ein Metallhaloid und gegebenenfalls Metall(e) in unter Betriebsverhältnissen elementarem Zustand enthält.

Es sind schon Hochdruck-Entladungslampen bekannt, bei welchen im Entladungsgefäß zwecks Verbesserung der Farbwiedergabe, neben Quecksilber und Edelgas zusätzlich ein oder mehrere Metallhaloide enthalten sind. Solche Ausführungen sind in der DT-PS 1 184 008 und der DT-PS 1 940 539 beschrieben.

Die Lebensdauer der Lampen mit Metallhaloiden ist erfahrungsgemäß durch die chemische und thermische Zerstörung des Entladungsgefäßes, die aufgrund der zu lange andauernden Temperaturbeanspruchung auftritt, begrenzt.

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Nach allgemeiner Auffassung nimmt die Geschwindigkeit der Zerstörung mit der sog. spezifischen Wandbelastung proportional zu, unter der der Quotient der in den Lichtbogen eingespeisten Energie und der den Lichtbogen umgebenden Oberfläche verstanden wird.

Es sind Lampen dieser Art von ausgesprochen kurzer Lebensdauer bekannt (s. DT-PS 1 940 539)_f die eine relativ hohe Wandbelastung (10-100 W/cm²) besitzen. Die hohe Wandbelastbarkeit ist deshalb möglich, weil das Entladungsgefäß außer Metallhaloiden auch elementare Halogene enthält. Lichtquellen dieser Art haben wegen ihres HalogenUberschußes eine sehr hohe Zündspannung. Es ist bei diesen Lampen charakteristisch, daß eine sehr intensive Korrosion an den Stromzuführungen der Elektroden zustandekommt, die sich wiederum auf die Lebensdauer negativ auswirkt.

Um eine längere Lebensdauer der Lampen zu erreichen, war man bestrebt, die spezifische Wandbelastung auf einen niedrigeren Wert einzustellen. So ist z.B. gemäß DT-PS 1 184 008 ein Maximalwert von 25 W/cm zulässig, wobei der tatsächliche Wandbelastungswert der produzierten Lampen bei 10-15W/cm liegt.

Diese verhältnismäßig niedrige spezifische Wandbelastung führte zu einer reichlichen Anwendung der Zusatzhaloide. Bei geringen Zusatzmengen gelangen nämlich wegen des sich an der kühlsten Stelle des Entladungsgefäßes absetzenden Metallhaloidzusatzes und des geringen Dampfdruckes zu wenige Metallatome in den Gasraum. Im Falle reichlicher Zugabe von Metallhaloiden bildet der Zusatz im Entladungsgefäß eine großflächige dicke Flüssigkeitsphase, deren der Entladung zugewandte Seite wärmer ist, wodurch auch ihr Dampfdruck größer als die Temperatur des Entladungsgefäßes ist. Obwohl die Metallhaloide an den kühleren Teilen des Entladungsgefäßes wieder kondensieren, besteht doch die Möglichkeit, daß sie wieder auf die wärmeren Stellen überströmen. So wird der Dampfdruck in der Lampe eigentlich höher, als dies sonst

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in Abhängigkeit von der Temperatur an der kühlsten Stelle der Lampe zulässig wäre. Erfahrungsgemäß wird aber die Lebensdauer der auf diese Weise bemssenen Lampen auch noch durch die thermische Zerstörung des Entladungsgefäßes begrenzt. In Lampen mit

spezifischen Wandbelastungen von 10-15 W/cm , die größere Zusatzmengen enthalten, bildet sich der Bogen im Laufe des Betriebes im allgemeinen nicht in der Achse des Entladungsgefäßes, sondern ausgelenkt, d.h. in der Nähe der Gefäßwand aus.

Diese Auslenkung wird durch die im Entladungsgefäß zustandekommende Konvektion und die ungleichmäßige Verteilung der im Entladungsgefäß vorhandenen kondensierten Phase hervorgerufen, wozu noch das Hagnetfeld der äußeren StromzufUhrungen des Entladungsgefäßes beitragen kann.

Zur Verminderung der Lichtbogenauslenkung sind in der Fachliteratur schon verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. Gemäß einer dieser Lösungen wird die magnetische Wirkung der StromzufUhrungen zur Kompensation der als Folge der Konvektion entstandenen Auslenkung ausgenutzt (s. Drop P.C., De Goot, J.J., Jack, A.G., Ronwelcz, G.C.T., Lighting Res. and Technology, 1974, 6. 5. N.Y. Seiten 212-216). Nach einen weiteren Vorschlag können durch entsprechende Krümmung des Entladungsgefäßes thermische Verhältnisse geschaffen werden, die zur Verringerung der Konvektion führen (s. Koury, F. Gunger, W.C., Waymonth, J.F.; Journal of IES, Januar 1975, Seiten 106-110). Beide Lösungen sind nachteilig, weil die mögliche Betriebslage der Lampen stark begrenzt ist, da die Kompensation nur in einem engen räumlichen Gebiet wirksam ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Verminderung der durch die thermische Beschädigung des Entladungsgefäßes verursachten Lampendefekte und darüber hinaus eine weite Verlängerung der Lebensdauer und die Verbesserung anderer Parameter der Lampe.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metallhaloid bildende Metall und das Halogen in einem mindestens dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechenden Verhältnis im Entladungsgefäß enthalten sind, ferner die spezifische Wandbelastung zwischen 25 und 200 W/cm liegt und/oder das bzw. die Metalljodide jeweils und einzeln in einer auf die Bogenlänge von 1 cm bezogenen Menge von 0,01-1 mg enthalten sind.

Es wurde Überraschenderweise festgestellt, daß die Zerstörung des Entladungsgefäßes nicht nur durch Verringerung, sondern im Gegenteil, auch durch Erhöhung der spezifischen Wandbelastung und/oder durch Herabsetzung der in das Entladungsgefäß eingebrachten Haloidmengen verlangsamt werden kann. Dieser Überraschende Effekt kann dadurch erklärt werden, daß die Zerstörung des Entladungsgefäßes nicht als Folge der durchschnittlichen, sondern als diejenige einer lokalen Überlastung auftritt. Wenn man also die Wandbelastung gleichmäßiger verteilen kann, kann die spezifische Wandbelastung noch erhöht werden, ohne daß dadurch die lokale spezifische Wandbelastung den zum Erreichen der gewünschten Lebensdauer erforderlichen Wert überschreiten würde. Die spezifische Wandbelastung kann durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung gleichmäßiger gemacht werden, da sich die resultierende Wirkung der Wandbelastung letzten Endes aus der Gestalt des Lichtbogens, bzw. dessen Auslenkungsfreiheit ergibt.

Durch Verminderung der Auslenkung kann eine wesentlich gleichmäßigere Belastung der Wandung erreicht werden. Die Konvektion ist durch die Wandbelastung und/oder die Zusatzmengen der Haloide stark beeinflußt. Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung, d.h. durch Erhöhung der spezifischen Wandbelastung und/oder durch Verminderung der Menge der Zusatzhaloide wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung, und somit eine höhere Kaltpunkttemperatur des Entladungsgefäßes, die den Dampfdruck der Zusätze entscheidend bestimmt, erreicht, so daß eine FlUssigkeitsphase von großem Volumen, die bei den zum Stand der Technik gehörigen Lösungen stets

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vorhanden ist, vermieden werden kann_o

Die wesentlichsten Vorteile der Lampen gemäß der Erfindung sind vor allem eine sehr günstige Farben- und Lichtstrom-Stabilität, ein gegen äußere Wirkungen neutrales Verhalten ZeB. im Falle eines plötzlichen Stromabfalles oder innerer oder äußerer magnetischer Störungen usw.

Die spezifische Wandbelastung kann nicht über alle Grenzen erhöht werden, weil sonst die ganze innere Oberfläche des Entladungsgefäßes auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, was zur völligen Zerstörung des Gefäßes führte Die zulässige obere Grenze hängt von mehreren Faktoren ab, so z.B. von der vorgesehenen Lebensdauer, vom Material des Gefäßes, von der Art und Weise der Zugabe des Zusatzes, usw.

Nach bisherigen Erfahrungen ist die Überschreitung des Wertes vom 200 W/cm unzweckmäßig»

Bei den mit den erwähnten Vorteilen verbundenen Lampen gemäß der Erfindung kann man auch Metalle mit hohem Dampfdruck, z.B. Quecksilber verwenden, wobei wenigstens eines der verwendeten Zusatzmetalle in die dritte Gruppe und/oder eines in die erste Gruppe des periodischen Systems gehört. Die Lampe kann als Zusatzmetall zweckmäßig Dysprosium und/oder Holmium, und weiteres Caesium und/oder Thallium enthalten. Es hat sich die Variante als zweckmäßig erwiesen, als Zusatzmetalle Natrium, Thallium und Indium zu verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Ein aus Fig. 1 ersichtliches Entladungsgefäß 1 wird aus Quarz hergestellt, wobei an beiden Enden aus Wolfram hergestellte und mittels Thorium aktivierte Elektroden 2 vorhanden sind. Die Elektroden 2 sind mittels Molybdänfolien 3 an StromzufUhrungen 4 und diese über biegsamen Nickelgeflechten 5 und 6 an einer äußeren Stromzuführung 7, bzw. einem aus Molybdän herge-

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stellten Halter 8 angeschlossen. Der Halter 8 ist durch ein Nickelgeflecht 9 an der anderen Stromzuführung 10 angeschlossen. Das Entladungsgefäß 1 ist mittels eines rostfreien Bandes am Halter 8 befestigt, wobei der letztere durch ein Band 13 und elastischen Blättern 14 und 15 abgestützt ist„ ein äußerer Kolben 16, der aus Hartglas hergestellt ist, ist mit einem Sockel 17 versehen«, Das Entladungsgefäß 1 ist zwecks Verminderung der Wärmeverluste an beiden Enden von außen mit einem überzug versehen, der zweckmäßig aus Zirkoniumoxid hergestellt ist. In dem äußeren Kolben ist ein aus eine Zirkonium-Aluminium-Legierung hergestelltes Getter angeordnet.

Der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes beträgt 2,2 cm, der Elektrodenabstand 8,5 cm. Die spezifische Wandbelastung liegt bei 34 W/cm . Die Füllung des Entladungsgefäßes ist die folgende: 25 Torr, 86 mg Hg, 1 mg Dy, 1 mg Ho, 8 mg HgJ₂, 4 mg TlJ₂, 3 mg CsJ. Nach Einfüllen dieser Zusätze wird das Entladungsgefäß 1 durch Abschmelzung des Pumprohres 20 vakuumdicht abgeschlossen. Der äußere Kolben enthält Stickstoff mit einem Fülldruck von 300 Torr in kaltem Zustand.

Im Betrieb der Lampe reagieren das Dysprosium und Holmium mit dem Jod des Quecksilberjodides und werden laut nachstehender Formel zu Disprosiumjodid und Holmiumjodid umgewandelt:

2 M + 3HgJ₂ = 2 MJ₃ + 3Hg, wobei M das Dysprosium bzw. Holmium versinnbildlicht.

Hinsichtlich der Erfindung ist es gleichgültig, ob die genannten Elemente als Jodide oder in reiner Form in die Lampe gelangen. Die Reaktion wird nur nach Einschalten der Lampe vollzogen.

Die oben beschriebenen Lampen werden mit einer Netzspannung von 380 V, 50 Hz mit geeigneter Drossel bei 10,3 A betrieben. Die Leistungsaufnahme beträgt 2000 W. Die Lichtausbeute beträgt 85 lm/W, die Farbtemperatur liegt bei 6000⁰K. Die Lebensdauer ist bei vertikaler Brennlage höher als 8000 Stunden.

- Patentansprüche 709841/0598

Claims

1. Hochdruck-Entladungslampe mit Metallhaloidzusatz, die aus einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß von hoher Schmelztemperatur mit hineinragenden Elektroden hohen Schmelzpunktes besteht und eine Füllung aus Edelgas oder aus einer Mischung von Edelgasen sowie wenigstens ein Metallhaloid und gegebenenfalls Metall(e) in unter Betriebsverhältnissen elementarem Zustand enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhaloid bildende Metall und das Halogen in einem mindestens dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechenden Verhältnis im Entladungsgefäß enthalten sind, ferner die spezifische Wandbelastung zwischen 25 und 200 W/cm liegt und/oder das bzw. die Metalljodide jeweils und einzeln in einer auf die Bogenlänge von 1 cm bezogenen Menge von 0,01-1 mg enthalten sind.

2. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Betriebsverhältnissen in elementarer Form vorliegende Metall Quecksilber ist.

3. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhaloid bildende Metall eines der Elemente in der Gruppe III des Periodischen Systems ist.

4. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhaloid bildende Metall eines der Elemente in der Gruppe I des Periodischen Systems ist.

5. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ton den Metallhaloide bildenden Metallen mindestens eines ein Element der Gruppe III und mindestens ein weiteres ein Element der Gruppe I des Periodischen Systems ist.

6. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallhaloid bildende Metalle Dysprosium und/oder

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ORIGINAL INSPECTED

Thallium sowie Caesium verwendet sind.

7. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallhaioid bildende Metalle Thallium und/ oder Indium sowie Natrium verwendet sind»

DfpL-lr.g. Ii J. Pi-ssting

~. Patentanwalt

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