DE2725297B2

DE2725297B2 - Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2725297B2
Application number: DE2725297A
Authority: DE
Inventors: Ian Leonard Dr. 3000 Hannover Wilson
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-06-04
Filing date: 1977-06-04
Publication date: 1980-02-14
Also published as: JPS5439974A; NL181469C; BE867785A; US4243906A; FR2393419B1; DE2725297A1; NL7805959A; GB1598269A; NL181469B; JPS5923420B2; FR2393419A1; DE2725297C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslanipe mit einem Entladungsgefäß, das Quecksilber, mindestens ein Edelgas als Zündgas, mindestens eines der Halogene |od, Brom und Chlor, mindestens eines der Metalle Calcium, Strontium, Barium und Seltene Erden sowie gegebenenfalls Indium, Thallium und/oder Alkalimetalle enthält, wobei diese Metalle ganz oder teilweise in Form ihrer Halogenide vorliegen und wobei das Entladungsgefäß außerdem mindestens ein Metallhalogenid enthält, welches imstande ist, mit den Erdalkalimetall- und/oder Seltenerdhalogeniden eine gasförmige Verbindung zu bilden.

Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen werden in erster Linie für allgemeine Beleuchtungszwecke, /.. B. für die Straßenbeleuchtung, verwendet. Sie enthalten neben Quecksilber und einem Edelgas vorzugsweise Jod als Halogen und Natrium neben Indium und Thallium als Metalle. Die letztgenannten Metalle werden zur Lichtemission angeregt, während Quecksilber als Stoßgas zur Erhöhung des Drucks dient, aber an Anregungs- und lonisationsprozessen praktisch unbeteiligt ist (Philips Technische Rundschau 29 [1968], 345-354).

Aus der DIZ-OS 24 22 411 ist eine HochdruckquecksilberdamolentladunEslamDe bekannt, die ein Entladungsgefäß aufweist, an oder in dem Mittel zur Aufrechterhaltung der Entladung angeordnet sind, und das Quecksilber, mindestens ein Edelgas als Zündgas, mindestens eines der Halogene Jod, Brom und Chlor, mindestens eines der Metalle Natrium, Lithium, Kalium, Caesium, Calcium, Strontium und Barium sowie gegebenenfalls Cadmium, Gallium, Indium, Thallium, Zinn, Scandium, Yttrium und Seltene Erden enthält, wobei diese Metalle ganz oder teilweise in Form ihrer Halogenide vorliegen

ίο und wobei das Entladungsgefäß außerdem mindestens ein leichtflüchtiges Halogenid, vorzugsweise ein Halogenid des Elementes Aluminium, enthält, welches imstande ist, mit den schwerflüchtigen Alkalimetall- und Erdalkalimetallhalogeniden eine gasförmige Verbindung zu bilden. Das Entladungsgefäß kann auch zusätzlich noch Halogenide des dreiwertigen Eisens enthalten. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Lichtausbeute erzielt, ohne daß hierzu die Wärmebelastung der Gefäßwandung erhöht werden muß. Es wird also eine Lösung für das Problem angegeben, das sich aus der Schwerflüchtigkeit vor allem der Alkalimietall- und Erdalkalimetallhalogenide ergibt und das darin besteht, daß sich unter normalen Bedingungen nicht genug Halogenid im Dampfzustand befindet. Durch die Bildung der gasförmigen Verbindung wird nämlich bei vorgegebener Wandtemperatur eine Erhöhung: des effektiven Partialdrucks der schwerflüchtigen Verbindung erzielt.

Die Auswahl der Metalle, die als Strahler in Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen verwendet werden können, wird jedoch nach wie vor durch die Schwerflüchtigkeit der entsprechenden Metallhalogenide beeinträchtigt. Die Dampfdrucke der Halogenide der Erdalkalimetalle (Calcium, Strontium, Barium) und insbesondere derjenigen Seltenerdmetalle, die bevorzugt Dihalogenide anstelle von Trihalogeiniden bilden (z. B. Samarium, Europium, Ytterbium), sind besonders niedrig, und dies ist bestimmt ein Grund dafür, daß diese Elemente bisher noch nicht in handelsüblichen Lampen angewendet worden sind, obwohl zu erwarten war, daß sie zum Teil ausgezeichnete lichttechnische Eigenschaften besitzen.

Aus der FR-PS 14 89 754 ist eine Lampe bekannt, bei der die Schwerflüchtigkeit von Erdalkalimetall- und Seltenerdmetallhalügeniden durch Halogenkohlenwasserstoffe, z. B. Äthylenbromid, behoben werden soll, indem sich metallorganische Verbindungen bilden. Diese Lampe hat den Nachteil, daß sich die organischen Verbindungen bereits bei der ersten Zündung zersetzen.

Dies hat eine Rußbildung zur Folge.

In der US-PS 37 71009 ist eine elektrische Entladungslampe beschrieben, deren Füllung einen leichtflüchtigen Komplex der Formel Ln MJj_{t + i} enthält, wobei Ln ein Seltenerdmetall, u. a. auch Samarium, Europium und Ytterbium, M Bor, Aluminium, Gallium und Indium und * = 3 bis 4 bedeuten. Diese Lampe hat den Nachteil, daß sie eine niedrige Lichtausbeute aufweist. Außerdem führt eine Reaktion von AIJ3 mit der Gefäßwand zu einer Trübung der Wand.

Aus der DE-OS 18 01 834 sind Ultraviolett-Slrahler für therapeutische Zwecke mit einem Quecksilberhochdruckentladungsbrenner bekannt, die Kobaltchlorid oder ein Eisen(II)-halogenid enthalten. Diese Brenner enthalten jedoch weder Erdalkali- noch Seltenerdhalogenide, so daß keine Komplexbildung auftreten kann. Außerdem emittieren diese Lampen im wesentlichen blauviolett, während bei der Erfindung sichtbare Strahlung das Wesentliche ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe zu schaffen, mit der die guten lichttechnischen Eigenschaften der Erdalkali- und Seltenerdhalogenide ausgenutzt werden, ohne daß eine zu hohe Wärmebelastung der Gefäßwandung auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Entladungsgefäß, falls es Seltene Erden enthält, zweiwertige Seltene Erden enthält, und daß c-s als verbindungsbildende Metallhalogenide mindestens ein Halogenid des Eisens, Kobalts oder Nickels enthält Als Seltenerdmetalle enthält das Entladungsgefäß demnach diejenigen, die bevorzugt DihaJogenide anstelle von Trihalogeniden bilden, also zweiwertige Seltenerdmetalle. Vorzugsweise enthält das Entladungsgefäß zweiwertiges Samarium und/oder Europium und/oder Ytterbium- Vorzugsweise enthält das Entladungsgefäß cite verbindungsbildenden Halogenide in Mengen von 0,1 bis 10 Mol pro Mol der Erdalkalimetall- bzw. Seltenerdhalogenide.

Kobalt und Nickel werden im zweiwertigen Zustand verwendet, da ohnehin nur dieser Zustand praktischtechnische Bedeutung hat Eisen wird vorzugsweise im zweiwertigen Zustand verwendet.

Die angestrebte Wirkung wird jedoch auch durch Zugabe von Eisen(III)-Halogeniden erreicht. Dies ist allerdings ebenfalls auf die Wirkung von Eisern I I)-HaIogeniden zurückzuführen, da das dreiwertige Eisen durch die Lampenmaterialien Quecksilber (Füllung) bzw. Wolfram (Elektroden) zu zweiwertigem Eisen reduziert wird.

Die Erfindung beruht auf thermodynamischen Überlegungen, wonach eine Komplexbildung zwischen einer nicht bzw. schwer flüchtigen Verbindung und einer Verflüchtiger-Spezies zu einer Dampfdruckerhöhung führt, wenn der Verflüchtiger stabile Dimere bildet und selbst eine flüchtige Verbindung ist. Weiterhin wurde gefunden, daß die Dampfdruckerhöhung um so größer ist, je weniger flüchtig die nicht bzw. schwer flüchtige Verbindung ist.

Die Dihalogenide von Eisen, Kobalt und Nickel bilden relativ stabile Dimere und sind von mittlerer Flüchtigkeit. Bei den Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, wurde gefunden, daß eine Zugabe dieser Verbindungen zu Erdalkali- oder Seltenerd(ll)-Halogeniden zu Dampfdruckerhöhungen um den Faktor 10 bis 50 bei 1000 K führt. Diese Wirkung läßt sich mit der Bildung von 1 :2-Komplexen (z. B. CaJ₂ · 2 Fe|₂) erklären.

Der erhöhte effektive Dampfdruck führt in Lampen zu einer Erhöhung der Emission der Erdalkali- bzw. der Seltenerdspezies.

Ausführungsformen der Erfindung weden nachstehend anhand einer Zeichnung und mehrerei Beispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe,

F i g. 2 eine Ausführungsform eines Entladungsgefäßes für eine Lampe nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine andere Ausführungsform des Entladungsgefäßes.

In Fig. 1 ist 1 das Quarzglas-Entladungsgefäß einer Hochdruckquecksilberdampfcntladungslampe, die während des Betriebes eine Leistung von ungefähr 400 W aufnimmt. An beiden Enden des Entladungsgefäßes 1 ist je eine Quetschung 2 bzw. 3 ausgebildet, in die Stromzuführungselemente 4 und 5 eingeschmolzen sind. Diese Stromzuführuneselemente sind im Entladungsgefäß mit Wolframelektroden 6 und 7 verbunden, zwischen denen im Betrieb die Entladung auftritt. Das Entladungsgefäß 1 ist in einem evakuierten oder mit Inertgas gefüllten Außenkolberi 8, beispielsweise aus Haftglas, angeordnet, der an einem Ende eine Quetschung 9 aufweist, durch die hindurch Stromzuführungsdrähte 10 und 11 vakuumdicht geführt sind. Die Stromzuführungsdrähte 10 und 11 sind mit den Stromzuführungselementen 4 und 5 verbunden und dienen gleichzeitig als Stützpole für das Entladungsgefäß. Außerdem sind die Stromzuführungsdrähte 10 und 11 mit Kontakten eines Lampensockels 12 verbunden. Das Entladungsgefäß nach F i g. 2 ist mit spitzen Elektroden 6 und 7 ausgestattet, während im Entladungsgefäß nach Fig.3 die Elektroden 6 und 7 gewendelt sind. Außerdem ist der Innenraum des Entladungsgefäßes nach F i g. 2 oval und der des Gefäßes nach Fig.3 zylinderförmig ausgebildet Die übrigen Bezugszeichen in den F i g. 2 und 3 haben die gleiche Bedeutung wie die in Fig. 1.

In den nachfolgenden Beispielen wurden Entladungsgefäße mit folgenden Dimensionen eingesetzt:

Elektrodenabstand:	40 mm
Innerer Durchmesser:	15,5 mm
Volumen:
Fig.2:	11,5 cm-¹
Fig.3:	7,3 cm'

Bei den Entladungsgefäßen war es notwendig, den unteren Elektrodenraum mit einem Wärmereflektor (nicht eingezeichnet) zu versehen, um ihn auf Temperaturen zu bringen, die einer Wandtemperatur von 700 bis 800⁰C entsprechen.

Alle Lampen hatten die Form der F i g. 3 und enthielten zusätzlich zu den Halogeniden 30 mg Quecksilber und 27 mbar Argon als Startgas. Die Elektroden waren nicht aktiviert. Die Außenwände der Elektrodenräume waren mit Zirkoniumdioxid beschichtet, um die Temperatur zu erhöhen. Die Lampen wurden in einem evakuierten Außenkolben vertikal gebrannt.

Beispiele 1 bis 6

Technische Daten von Lampen, die Erdalkali- bzw. Seltenenerd(ll)-Halogenid/Eisen-, Kobalt- bzw. Nikkel(ll)-Halogenid als Füllung enthalten.

Beispiele 7 und 8

Technische Daten von Lampen, die CaJj/FeClj bzw. Yb]₂Z¹FeCI₃ als Füllung enthalten.

Beispiele 9 bis 16

Technische Daten von Lampen, die Erdalkali- bzw. Seltenenerd(II)-Komplexhalogenid-Systeme und zusätzliche Metallhalogenide als Füllung enthalten.

In den nachfolgenden Einzelbeispielen sind

die Leistung
die Stromstärke
die Spannung
die Lichtausbeute

angegeben.

in Watt

in Ampere

in Volt und

in Lumen pro Watt

1) 25 mg YbJ₂,9,5 mg Fe)₂

500 W, 3,5 A, 175 V, 50,4 Im/W

2) 25 mg YbJ₂,4 mg FeCI₂

500 W, 3,45 A,! 75 V. 64.3 !rn/W

3) 25 mg YbJ₂,4 mg CoCI₂

500 W, 3,85 A, 160 V, 61,4 Im/W

4) 25mgYb|2,4mgNiCI₂

500 W, 3.90 A, 155 V, 59,4 lm/W

5) 27 mg CaJ₂,6 mg FeCI₂

500 W, 2,10 A, 295 V, 61,6 lm/W

6) 31 mg SrJ₂,6 mg FeCI₂

500 W, 2,50 A, 240 V, 44,3 lm/W

7) 17mgCaJ₂,5mgFeCI₃

500 W, 3,00 A, 225 V, 66,0 lm/W

8) 25mgYbJ₂.5mgFeClj

500 W, 3,28 A, 220 V, 63,8 lm/W

9) 40 mg YbJ₂,25 mg NaJ, 6 mg FeCI₂ 500 W, 4.12 A, 145 V, 92,8 lm/W

10) 25 mg YbJ₂,25 mg NaJ,4 ItIgCoCI₂ 500 W, 3,94 A, 153 V, 88,7 lm/W

11) 25 mg EuJ₂,25 mg NaJ,4 mg FeCI₂ 500 W, 3,90 A, 160 V, 74,2 lm/W

12) 25mgCaJ₂.6mgTIJ.6mgFeCI₂ 500 W, 3,55 A, 166 V, 76,3 lm/W

13) 25 mg YbJ₂,6,5 mg CsCl, 4 mg FeCl₂ 500 W, 4,05 A, 138 V, 513 lm/W

14) 4u mg YbJ₂,10 mg NaCI,6 mg FeCI₂ 500 W, 3,68 A, 162 V, 104,7 lm/W

15) 40 mg Yb J ₂,10 mg NaCI, 6 mg CoCI; 500 W, 4,27 A, 144 A, 107,2 lm/W

16) 40 mg YbJ₂,25 mg NaJ, 15 mg FeJ₂ 500 W, 3,63 A, 168 V, 89,5 lm/W

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruckquecksüberdampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das Quecksilber, mindestens ein Edelgas als Zündgas, mindestens eines der Halogene Jod, Brom und Chlor, mindestens eines der Metalle Calcium, Strontium, Barium und Seltene Erden sowie gegebenenfalls Indium, Thallium und/oder Alkalimetalle enthält, wobei diese Metalle ganz oder teilweise in Form ihrer Halogenide vorliegen und wobei das Entladungsgefäß außerdem mindestens ein Metallhalogenid enthält, welches imstande ist, mit den Erdalkalimetall- und/oder Seltenerdhalogeniden eine gasförmige Verbindung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1), falls es Seltene Erden enthält, zweiwertige Seltene Erden enthält, und daß es als verbindungsbildende Metallhalogenide mindestens ein Halogenid des Eisens, Kobalts oder Nickels enthält.

2. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) zweiwertiges Samarium und/oder Europium und/oder Ytterbium enthält.

3. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (I) die verbindungsbildenden Halogenide in Mengen von 0,1 bis 10 Mol pro Mol der Erdalkalimetall- bzw. Seltenerdhalogenide enthält.

4. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) zweiwertiges Eisen, Kobalt und/oder Nickel enthält.

5. Hochdruckquecksiiberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (?) dreiwertiges Eisen enthält.