DE3042291A1

DE3042291A1 - Hochleistungs-metallhalogenid-bogenentladungslampe

Info

Publication number: DE3042291A1
Application number: DE19803042291
Authority: DE
Inventors: Ashok Kumar Lyndhurts Ohio Bhattachary; John Edward South Euclid Ohio Spencer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1980-11-08
Publication date: 1981-05-21
Also published as: NL189788C; BR8007474A; AU6384780A; FR2469798B1; GB2062956A; NL189788B; CA1162971A; DE3042291C2; FR2469798A1; IT1134240B; IT8025930A0; BE886111A; GB2062956B; US4360756A; AU524153B2; NL8006179A; JPS6343867B2; MX148333A; JPS5682559A

Description

Hochleistungs-Metallhalogenid-Bogenentladungs-

lampe

Die Erfindung bezieht sich auf Hochleistungsentladungslampen des Metal Ihalogpnid-Typs, in welchen die Füllung Quecksilber und lichtemittierende Metalle in Form von Halogeniden enthält und in denen ein Metall mit geringerer Austrittsarbeit als Wolfram, wie Thorium, in Verbindung mit einem Transport: zyklus zur Elektrodenaktivierung benutzt wird; sie ist besonders brauchbar bei Lampen, die Natrium, Scandium und Thoriumjodid enthalten.

Bei den ersten Metall-Halogen-Lampen wurden der Hochdruckquecksilberdampflampe Halogenide von verschiedenen lichtemittierenden Metallen zugesetzt, um ihre Farbe zu verändern und ihre Lichtausbeute zu steigern, wie es durch die US-PS 3 234 421 aus dem Jahre 1966 vorgeschlagen wird. Seitdem sin<' Metall-Halogen-Lampen für allgemeine Beleuchtungszwecke kommerziell brauchbar geworden; ihr Aufbau und ihre BetriebsweL-

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se sind in dem IES Lighting Handbook/ 5. Auflage, 1972, das von der Illuminating Engineering Society veröffentlicht wurde, auf den Seiten 8-34 beschrieben.

Die lichtemittierenden Metalle/ die in der vorgenannten US-Patentschrift als Zusatz zu der ISutladungsrohrfü! lung bevorzugt wurden, waren Natrium, Thallium und Indium in Form von Jodiden. Diese Kombination hatte den Vorteil, daß sie eine Lampenstartspannung ergab, die fast so niedrig wie die einer Quecksilberdampflampe war, was Metall-Halogen-Lampen und Quecksilberdampflampen in denselben Passungen untereinander austauschbar machte. Eine spater veröffentlichte Patentschrift, die US-PS 3 407 327 aus dem Jahre 1968, schlug als Zusatzmetalle Natrium, Scandium und Thorium vor; diese Füllung wird nun bevorzugt, weil sie Licht mit etwas besserer spektraler Qualität erzeugt. Leider benötigt sie auch eine höhere Startspannung, so daß die Lampe nicht allgemein gegen Quecksilberdampflampen austauschbar ist.

In den früheren, Thallium enthaltenden Metal!-Halogen-Lampen wiesen die benutzten Elektroden Wolframwendeln auf, die Thoriumoxid in den Windungen trugen. Es wird angenommen, daß im Setrieb das Thoriumoxid etwas zerfällt und Thorium freisetzt, so daß sich ein einschichtiger Film ergibt, der eine geringere Austrittsarbeit und eine höhere Emission hat. Leider kann diese Katode nicht in einer Scandium enthaltenden Lampe benutzt werden, weil das ScI₃ in Sc₂O₃ umgewandelt wird, was zu dem Verlust von im wesentlichen sämtlichem Scandium in einer relativ kurzen Zelt führt. Statt dessen wird eine Thorium-Wolfram-Elektrode benutzt, die gebildet wird, indem eine Wolframkatode, bei der es sich im allgemeinen um einen Wolframstab handelt, um den eine Wolframwendel gewickelt ist, der als Wärmeabstrahier dient, in einer Thoriumjodid enthaltenden Atmosphäre betrieben wird. Unter richtigen Bedingungen erlangt der Stab einen Thoriumfleck an seinem vorderen Ende, der als guter Elektronenemitter dient und durch einen Transportzyklus ständig erneuert wird, welcher das vorhandene Halogen

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beinhaltet, das zu der Katode jedwedes Thorium zurückbringt, welches durch irgendeinen Prozeß verlorengegangen ist. Die Thorium-Wolfram-Elektrode und ihr Betriebsverfahren sind in Electric Discharge Lamps von John F. Waymouth, M.I.T. Press, 1971, Kapitel 9, beschrieben.

Es wurde festgestellt, daß der richtige Betrieb des Thorium-Transportzyklus (Kreisprozesses) unterdrückt wird, wenn überschüssiges Jod vorhanden ist. In einer kalten Lampe bei Raumtemperatur ist das überschüssige Jod als HgI₂ vornanden. Wenn die Lampe in Betrieb ist, zerfällt dieses Quecksilberjodid und das freie Jod reagiert mit dem Thorium an der Elektrode. Die Thoriumkonzentration an der Elektrodenspitze wird durch folgenden Gleichgewichtsausdruck gesteuert:

Th(c) + 4l(g) si=*= ThI₄ (g)

In Gegenwart von hohen Jodkonzentrationen überwiegt die Vorwärtsreaktion, die die Bildung von ThI. begünstigt. Bei ausreichend hohen Jodkonzentrationen wird überhaupt kein Thorium auf die Elektrode aufgebracht und das Ergebnis ist eine Elektrode mit hoher Austrittsarbeit. Die Elektrode muß dann heißer betrieben werden, um den Bogenstrom aufrechtzuerhalten, was einen niedrigeren Wirkungsgrad mit sich bringt, der bei kleineren Lampen am merklichsten ist. Die höhere Temperatur führt zur Schwärzung der Lampe aufgrund der Wolframverdampfung und das Ergebnis ist eine Lampe, bei der die Aufrechterhaltung der Lichtausbeute (maintenance) schlecht ist.

Bei einem Herstellungsverfahren werden den Lampen Dosen von Quecksilber als Flüssigkeit und Dosen der Jodide von Na, Sc und Th in Tablettenform zugesetzt. Bei diesem Verfahren ist es praktisch unvermeidlich, daß eine gewisse Hydrolysereaktion stattfindet, und zwar aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre durch die Tabletten bei der überführung derselben in den Lampenkolben. Die Metallhalogeniddosis, die NaI, Sei« und ThI₄ ijnfaßt, ist extrem hygroskopisch und selbst sehr geringe Anteile an Feuchtigkeit werden zu einer

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gewissen Hydrolyse führen. Die Hydrolyse führt zur umwandlung des Metallhalogenids in Oxid unter Freisetzung von HI, beispielsweise:

2ScI₃ + 3H₂O-*. Sc₃O₃ + 6HI

Das HI reagiert mit Quecksilber unter Bildung von HgI₉, das bei hohen Temperaturen relativ unstabil ist, und, wenn sich die Lampe erwärmt, zerfällt das HgI₂ und setzt Jod frei. Etwas überschüssiges Jod findet sich häufig auch in den Dosiermaterialien, möglicherweise als ein Nebenprodukt der Synthese dieser Materialien. Das Ergebnis ist eine Lampe, die häufig überschüssiges Jod von Anfang an enthält.

Bei einem weiteren Herstellungsverfahren werden ein Teil des Quecksilbers und der Halogenkomponente der Charge in den Lampenkolben in Form von HgI₂ eingebracht und Scandium und Thorium werden als Elemente zugesetzt. Durch Variieren des Verhältnisses von Hg zu HgI₇ kann das Jod im Verhältnis zu dem vorhandenen Sc oder Th substöchiometrisch gemacht werden, in welchem Fall die Lampe ihre Lebensdauer ohne überschüssiges Jod beginnt. Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß eine langsame Reaktion zwischen den Scandium- und Thoriumjodiden und dem Quarzglasentladungsrohr im Verlauf der Lampenlebensdauer allmählich Jod freisetzt. Wenn sich die Konzentration an freiem Jod weiter aufbaut, wird ein Punkt erreicht, an welchem überhaupt kein Thorium mehr auf die Elektrode aufgebracht wird, und das Ergebnis ist eine Elektrode mit großer Austrittsarbeit.

Bekannte Lampen erreichen daher, ungeachtet dessen, durch welches Verfahren sie hergestellt worden sind,und selbst dann, wenn sie ihre Lebensdauer ohne überschüssiges Jod beginnen, später einen Zustand einer Konzentration an überschüssigem Jod, die die Lampenleistungsfähigkext verringert und zu einer erhöhten Schwärzungsgeschwindigkeit sowie zu einer Lichtstromverschlechterung führt. Aufgabe der Erfindung ist es

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deshalb, das überschüssige Jod über die gesamte Lampenlebensdauer zu steuern, damit die Lampe eine höhere Lichtausbeute, die besser aufrechterhalten wird, und eine längere Nutzlebensdauer hat.

Gemäß der Erfindung werden als Getter in einer Thorium enthaltenden Halogen-Metalldampfentladungslampe eines oder mehrere der Metalle Cu, Ag, In, Pb, Cd, Zn, Mn, Sn und Tl oder Gemische derselben vorgesehen. Diese können der Lampenfüllung nützlich zugesetzt werden, um die Konzentration an freiem Jod in der Lampenatmosphäre während des Betriebes zu verringern. Auf diese Weise wird das Aufbringen von Thorium auf die Elektrodenspitze im Betrieb gewährleistet und die Leistungsfähigkeit und die Erhaltung der Lichtausbeute der Lampe werden dadurch verbessert.

Von den vorgenannten Elementen werden Cadmium und Zink als Getter bevorzugt, und zwar wegen der Einfachheit, mit der sie der Lampenfüllung zugesetzt werden können, und weil jedwede Änderung in dem abgegebenen Spektrum, die sie verursachen, in der erwünschten Richtung einer niedrigeren Farbtemperatur liegt. Die Menge des Getters, die erwünschtermaßen zugesetzt wird, wird zum Teil von dem Verfahren abhängen, durch das die Lampe hergestellt wurde, was im folgenden noch näher erläutert ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, das die freien Energien der

Bildung von mehreren Metalljodiden zeigt,

Fig. 2 eine Ansicht einer Metall-Halogen-Entla

dungslampe nach der Erfindung und

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Fig. 3 eine Miniatur-Metall-Halogen-Entladungs-

lampe, in der die Erfindung angewandt werden kann.

Die Erfindung beruht auf dem Konzept des Zusetzens eines Getters für überschüssiges Halogen zu der Dosis, und dieser Getter muß, um brauchbar zu sein, gewisse Kriterien erfüllen.

Kriterien für einen brauchbaren Getter

1. Der Getter muß den Druck des freien Halogens an der Elektrode in der arbeitenden Lampe effektiv verringern. Wenn das benutzte Halogen Jod ist, sind die einzigen Metalle, die das bewirken können, diejenigen, die Jodide von größerer Stabilität als HgI₂ bilden und die deshalb die Bildung von HgI₂ verhindern. Weiter muß zur Verhinderung irgendwelcher unerwünschter Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Lampendosis der Getter Jodide von geringerer Stabilität als die hauptsächlichen lichtemittierenden Metalle, die in der Lampe enthalten sind, beispielsweise Natrium, Scandium und Thorium, bilden. Thermodynamisch heißt das, daß die freie Energie der Bildung der Getterjodidverbindung negativer sein muß als die von HgI₂, aber weniger negativ als die von ThI., welches die am wenigsten negative Komponente der Füllung ist. Fig. 1 zeigt ausgewählte Metalle, die diese Kriterien erfüllen; die freie Bildungsenergie ihrer Jodide fällt über dem Betriebstemperaturbereich der Lampe in das schraffierte Gebiet zwischen HgI₂ und ThI.. Die Metalle sind Cu, Ag, In, Pb, Cd, Zn, Mn, Sn und Tl. Wenn in der Lampenfüllung Halogenide, bei denen es sich nicht um Jodide handelt, benutzt werden, wie beispielsweise Bromide, würden sich die relativen Stabilitäten insgesamt nicht ändern, so daß dieselbe Auswahl an Gettern verfügbar ist.

2. Der Getter darf nicht mit SiO_? reagieren, aus dem das Quarzoder Kxeselglasentladungsrohr besteht. Bekannte Versuche zur

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Lösung des Problems des überschüssigen Jods durch Zusetzen von überschüssigem Scandium oder Thorium in bezug auf das Jod in der Lampenfüllung haben sich anfänglich als erfolgreich erwiesen. Später schlagen die Versuche jedoch fehl, und es hat sich herausgestellt, daß der Grund dafür ist, daß das überschüssige Scandium oder Thorium durch die Reaktion mit dem Quarzglas relativ schnell entfernt wird. Die hier beschriebene Erfindung vermeidet das durch Vorsehen eines Gettermetalls, das mit dem Quarzglas nicht reagiert; dadurch wird eine Kontrolle über das Jod während der gesamten Lebensdauer der Lampe gewährleistet.

In Lampen nach der Erfindung bleibt, wie im Stand der Technik, eine langsame Reaktion von ThI. und ScI₃ mit SiO₂ des Entladungsrohres, wodurch Jod und Siliciumdioxid freigesetzt werden. Im Stand der Technik konnte das vorhandene überschüssige Scandium oder Thorium am Anfang mit dem freigesetzten Jod reagieren. Scandium und Thorium werden aber, wie weiter oben erwähnt, relativ schnell verbraucht. Nach dem Verbrauch reagiert das Silicium mit überschüssigem Jod und bildet SiI^. Das Vorhandensein von Siliciumtetrajodid führt zu einem Transportzyklus, durch den Silicium auf der Elektrode als ein schmelzflüssiger Film abgelagert wird, in welchem sich Wolfram unter Bildung einer Silicium-Wolfram-Verbindung anscheinend etwas auflöst. Das Auflösen von Wolfram in einem Siliciumfilm kann zu drastischen Änderungen in der Elektrodengeometrie führen (wie von Waymouth aaO., S. 249, angegeben) und der Prozeß als ganzer verursacht eine Lampenverschlechterung. Die thermodynamische Stabilität von SlI. gleicht der von HgI₃, und beide Verbindungen können in einer Lampe, die überschüssiges Jod enthält, gemeinsam vorhanden sein. Ein Getter nach der Erfindung wird die Bildung von SiI₄ verhindern und dadurch den Siliciumtransport unterdrücken, und zwar zusätzlich zum Verhindern der Bildung von HgI₂. Die oben unter dem Kriterium 1 aufgeführten Metalle wurden so ausgewählt, daß sie auch dieses Kriterium erfüllen.

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Bevorzugte Getter

Von den oben aufgeführten Metallen, die als Getter gemäß den aufgestellten Kriterien geeignet sind, wird Cadmium oder statt dessen Zink aus folgenden Gründen bevorzugt.

Das Gettermetall, ob es als Metall oder als Metalljodid vorhanden ist, wird einen gewissen Dämpfdruck in dem Entladungsraum ausüben und an der Entladung beteiligt sein, wobei es seine eigenen Spektrallinien erzeugt. Cd und Zn haben starke Linien im Rotbereich, und die Auswirkung, die sie auf das Spektrum haben, besteht, wenn überhaupt, darin, daß es zu einer niedrigeren Farbtemperatur hin verschoben wird. Wenn der Getter eine Änderung in dem abgegebenen Spektrum verursacht, erfolgt diese Änderung somit in einer erwünschten Richtung. Es sei jedoch angemerkt, daß Cd oder Zn keine ebenso wirksamen spektralen Emitter wie die Na-, Sc- und Th-Kombination sind, und das Zusetzen eines großen Überschusses gegenüber derjenigen Menge, die für die Getterfunktion benötigt wird, würde die Gesamtlichtausbeute oder -leistungsfähigkeit der Lampe verringern*

Die Getter Cd und .Zn sind beide in Quecksilber in einem Ausmaß löslich, das völlig ausreicht, um die für die Getterfunktion benötigte Menge durch Auflösen derselben in der Quecksilbercharge der Lampe zu liefern. Es ist daher keine Änderung in der Lampenverarbeitung erforderlich, und der Getter braucht nur in dem Quecksilber aufgelöst zu werden, welches der Lampe normalerweise zugemessen ist, um die Erfindung bei der Produktion im Werk zu benutzen.

Gettermenge

Die Gettermenge, die eingebracht werden sollte, wird sich mit dem Verfahren, das bei der Herstellung der Lampe benutzt wird,

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ändern. In Abhängigkeit von dem Verfahren kann etwas Getter als Korrekturmaßnahme erforderlich sein und, ungeachtet des Verfahrens, kann etwas Getter als Puffermaßnahme erwünscht sein. Wenn hygroskopisches Material, wie ScI₃ oder ThI₄₇In die Lampe dosiert wird, sollte der Getter als Korrekturmaßnahme eingebracht werden, um jedwedes Jod zu beseitigen, das als Ergebnis einer Feuchtigkeitsaufnahme bei der Herstellung der Lampe freigesetzt worden ist. Wenn der Thoriumgehalt der Lampenfüllung als ThI₄ vorgesehen wird (statt als Thoriummetall), sollte wieder ein Getter als Korrekturmaßnahme zugesetzt werden, um das Jod zu beseitigen, das sich aus der Zerlegung von ThI₄ ergibt, die erforderlich ist, um Thoriummetall auf die Elektrode aufbringen zu können. Darüber hinaus verlangt die Erfindung das Einbringen von etwas Getter, um eine langfristige Pufferkapazität zum Einfangen von Jod zur Verfügung zu haben, das während der Lampenlebensdauer infolge der Reaktion der Dosis, insbesondere ScI₃ und ThI₄, mit dem SiO₂ des Lampenkolbens freigesetzt wird.

Bei dem oben erwähnten ersten Verfahren, bei dem die Dosis flüssiges Quecksilber und die Jodide von Na, Sc und Th in Tablettenform umfaßt, schlägt die Anmelderin vor, zuerst genug Getter einzubringen, um jedwedes Jod zu beseitigen, das in der Lampe infolge von Verunreinigungen freigesetzt worden ist, welche während der Fertigung oder Verarbeitung aufgenommen worden sind, plus das Jod, das sich aus der Zerlegung von ThI₄ ergibt, welche stattfinden muß, damit es im Betrieb zum Aufbringen von Th-Metall auf die Elektrode kommt. Die Gettermenge, die für diese Zwecke erforderlich ist, kann als Korrekturanteil bezeichnet und folgendermaßen bestimmt werden, wobei M für das Gettermetall und η für dessen Wertigkeit steht.

Das während der Fertigung freigesetzte Jod bildet HgI₂ und die Menge desselben in dem Lampenkolben wird gemessen. Die Menge des Getters M', die für die Reaktion mit ihm benötigt

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wird, muß folgende Gleichung erfüllen: Hgi_{2 +} Ι μ -^ Hg + I MI_n

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und ist gegeben durch M' ~ "HgI₂ (Grammatom).

Die Menge an Getter, die für die Reaktion mit dem Jod benötigt wird, das durch die Zerlegung der bekannten Charge an ThI₄ auf der Elektrode freigesetzt wird, muß die Gleichung erfüllen:

ThI₄ * ± M — Th ₊ I MI_n und ist gegeben durch M" = — ThI₄ (Grammatom).

Der korrektive Getteranteil wird die Summe M' +M" sein.

Bei dem zweiten Lampenherstellungsverfahren, das oben erwähnt worden ist und bei dem die Dosis Quecksilber, Hgl„, NaI und Scandium sowie Thorium in elementarer Form enthält, kann die Jodmenge um genau die Menge an vorhandenem Thorium substöchimetrisch gemacht werden. In diesem Fall braucht kein korrektiver Getter entsprechend M' +M" zugesetzt zu werden.

Wenn den Lampen, die durch das erste Verfahren hergestellt werden, nur der korrektive Getteranteil entsprechend M' + M" zugesetzt wird, oder wenn Lampen, die durch das zweite Verfahren hergestellt werden, kein Getter zugesetzt wird, wird die Leistungsfähigkeit der Lampe am Anfang gut sein, aber mit zunehmendem Alter relativ schnell abfallen. Damit die erwünschte Verbesserung während der gesamten Lebensdauer der Lampe erzielt wird, wird gemäß der Erfindung ein der Pufferung dienender Getteranteil zugesetzt. Der Pufferanteil schafft eine Pufferkapazität oder einen Reservespielraum zum Berücksichtigen jedweden Jods, das während der Lebensdauer der Lampe als Ergebnis der Reaktion der Dosis mit dem Quarzglaskolben freigesetzt wird. Die Gettermenge, die für die

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langfristige Pufferung erwünscht ist, sollte wenigstens gleich dem stöchiometrischen Äquivalent des Thoriums in der Dosis sein. Gemäß der Erfindung wird bevorzugt, etwa das Zweifache des stöchiometrischen Äquivalents zuzusetzen; die Menge ist nicht kritisch, und in dem Fall von Cadmium oder Zink bewirkt ein wesentlicher Überschuß nichts Schlimmeres, als die Lichtausbeute etwas zu senken. Gleichzeitig wird er die Farbtemperatur etwas senken, was in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Verwendungszweck der Lampe erwünscht sein kann.

Beispiel 1

Das Entladungsrohr 1 einer Hochleistungsentladungslampe, in welcher die Erfindung benutzt werden kann, ist in Fig. 2 gezeigt. Es handelt sich um eine 400-Watt-Größe, die für Wechselstrombetrieb vorgesehen ist, und dieses Entladungsrohr ist normalerweise in eine äußere Hülle eingeschlossen, die es von der Atmosphäre abschirmt. Es besteht aus Kieselglas SiO₂, d.h. aus Quarzglas ©der quarzartigem Glas bekannter Art. In das Entladungsrohr sind an entgegengesetzten Enden Hauptentladungselektroden 2, 3 eingeschlossen, die durch Zuleitungen 4 bzw, 5 abgestützt sind. Jede Hautpelektrode hat einen Stab- oder Schaftteil, welcher eine Verlängerung der Drähte 4, 5 sein und aus einem geeigneten Elektrodenmetall, wie Wolfram oder Molybdän, von denen Wolfram bevorzugt wird, bestehen kann. Die Stabteile sind durch Drahtwendeln 6, 7 aus demselben Material umgeben. Eine HiIfK-startelektrode 8, die vorzugsweise ebenfalls aus Wolfram besteht, ist an einem Ende des Entladungsrohres neben der Hautpelektrode 4 vorgesehen und umfaßt das nach innen vorstehende Ende eines weiteren Zuleitungsdrahtes 12. Jeder Zuleitungsdraht enthält einen Molybdänbandteil 9, der vollständig in das zugequetschte Ende des Entladungsrohres eingebettet ist. Die nach außen vorstehenden Zuleitungsdrahtteile 10 bis 12, die zur Zufuhr von Strom zu den Elektroden dienen,

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bestehen gewöhnlich aus Molybdän und können einstückig mit den Bandteilen ausgebildet sein.

Das Entladungsrohr ist mit einer ionisierbaren strahlungserzeugenden Füllung versehen,die Quecksilber, Natriumjodid, Scandiumjodid, Thoriumjodid und ein inertes Edelgas, wie beispielsweise Argon, zum Erleichtern des Startens umfaßt. Der dreifache Metallhalogenidanteil der Charge kann in Form von hochreinen Tabletten kontrollierter Größe eingebracht werden, die vor atmosphärischer Verunreinigung geschützt worden sind. Die US-PS 3 676 534 aus dem Jahre 1972 beschreibt eine Technik zum Zubereiten solcher Materialien für die Verwendung bei der Lampenherstellung. Das untere Ende der Entladungskammer (oder beide Enden im Falle einer Universalbrennlampe) können mit einem weißen, hitzereflektierenden Überzug 13 versehen sein, um eine ausreichende Verdampfung der Charge oder Füllung zu gewährleisten.

Die Innenabmessungen der Entladungskaminer betragen 20 mm im Durchmesser und 63 mm in der Länge; das Kammervolumen be-

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trägt 14 cm und der Elektrodenabstand beträgt 45 mm. Die Dosis umfaßt 60 mg Quecksilber und 40 bis 50 mg der Dreifachhalogenidtabletten, die 10 bis 15 Gew.% ScI₃, 1,0 bis 4 Gew.%

ThI., Rest NaI, enthalten. In einer Lampenserie war das Ge-

-4 wicht von ThI. in der Charge 8,35 χ 10 g, was bei 740 g/mol

—6

1,13 χ 10 mol an ThI₄ ausmacht. Die Menge M" an Cd-Metall,

die für die Reaktion mit dem darin vorhandenen Jod erforderlich ist, beträgt 2,26 x 10 Grammatom.

Nach der Bearbeitung der Lampe betrug die Menge an in ihr gemessenem HgI₀ ungefähr 0,25 mg. Bei 454 g/mol macht das 5,5 χ

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10 mol aus und die Menge M' an Cd-Metall, die zur Reaktion damit erforderlich ist, beträgt 5,5 χ 10 Grammatom. Die Mindestmenge an Cadmium, die für die Kriterien der Erfindung erforderlich ist, ist daher M' + M" = '2,81 χ 10 Grammatom Cd. Relativ zu der Quecksilbercharge von 60 mg, die bei 200,6 g/mol

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für Hg 3 χ 10 Grammatom entspricht, beträgt der Mindest-Cd-Getterzusatz für die Kriterien nach der Erfindung ungefähr 1 Atom% der Quecksilbercharge.

Lampen entsprechend der oben beschriebenen Serie wurden hergestellt und getestet, die eine nominelle 100-h-Lichtstromabgabe von 34 000 Im haben. Einige Lampen wurden ohne Getter hergestellt, um als Standard zu dienen, und andere mit Cd-Getter in Mengen, die 2 Atom% und 3 Atom% der Hg-Charge entsprachen. Das Inkrement in der Lichtstromabgabe, bezogen auf die Lampe ohne Getter und ausgedrückt als Prozentsatz, ist unten in der Tabelle 1 angegeben. Die bessere Aufrechterhaltung, die durch die Cd-Getter-Zusätze über dem gemessenen Zeitintervall erzielt wird, ist offensichtlich, und weitergehende Tests zeigen, daß sie sich mit einer vergleichbaren Rate bis zum Ende der Lebensdauer fortsetzt.

TABELLE 1	1000 h
500 h	+24% + 28%
+ 19% +23%

2 Atom% Cd

3 Atom% Cd

Beispiel 2

Die Erfindung ist gleichermaßen bei den neuen Miniatur-Metall-Halogen-Lampen brauchbar, die in der US-PS 4 161 672 vom Ju]I 1979 beschrieben sind. Das Entladungsrohr 21 einer solchen Lampe ist in Fig. 3 gezeigt; es besteht aus Quarzglas und enthält einen zentralen kugelförmigen Teil 22, der durch Aufweiten des Quarzrohres hergestellt worden sein kann, sowie Halsteile 23, 23', die durch Zusammendrücken oder Vakuumverschilessen des Rohres um Molybdänfolienteile 24, 24' von Elektrodenzuleitungsanordnungen hergestellt worden sein können. Die Ent-

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ladungskammer oder der kugelförmige Teil hat ein Volumen von

weniger als 1 cm und ihre Größe kann anhand einer angelegten Zentimeterskala beurteilt werden. Zuleitungen 25, 25', die an die Folien angeschweißt sind, stehen nach außerhalb der Hälse vor, während Sich Elektrodenschäfte 26, 26', welche an die entgegengesetzten Enden der Folien angeschweißt sind, durch die Hälse hindurch in den Kugel- oder Kolbenteil erstrecken. Die Lampe ist für Gleichstrombetrieb vorgesehen und der durch ein kugelförmiges Ende 27 abgeschlossene Schaft 26' genügt als Anode. Die Katode weist eine hohle Wolframwendel 28 auf, die auf dem Ende des Schaftes 26 abgestützt ist und an ihrem vorderen Ende in einer Masse oder Kappe 29 endigt, die durch Abschmelzen einiger Windungen der Wendel gebildet worden sein kann.

Eine geeignete Füllung für den Kolben enthält Argon oder ein anderes Inertgas bei einem Druck von mehreren 13,3 mbar (tens of torr), das als Startgas dient, und eine Charge aus Quecksilber und den Metallhalogeniden NaI, ^ScI3 ^{und TnI}4· Eine typische Charge umfaßt 3,5 mg Hg und die Metallhalogenide enthalten 3,12 χ 10~⁴ g ThI₄, was bei 740 g/mol 4,22 χ 10~*⁷ mol ThI₄ ausmacht. Die Menge M" an Cd, die für die Reaktion mit daraus freisetzbarem Jod erforderlich ist, beträgt 8,43 χ

10 Grammatom. Die Menge an HgI-, die in der Lampe nach der Verarbeitung gemessen wurde, betrug ungefähr 0,1 mg oder 2,2 χ 10 mol, und die Menge M' an Cd-Metall, die für die Reaktion damit erforderlich ist, betrug 2,2 χ 10 Grammatom. Die Mindestmenge an Cadmiumgetter, die für die oben aufgestellten Kriterien erforderlich ist, beträgt daher M' + M" = 1,06 χ 10 Grammatom. Relativ zu der Quecksilbercharge von

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3,5 mg, die 1,74 χ 10 Grammatom entspricht, macht der Mindestzusatz an Cd für die Kriterien nach der Erfindung ungefähr 6 Atom% der Quecksilbercharge aus.

Leerseite

Claims

Ansprüche :

Π J Hochleistungs-Metallhalogenid-Bogenentladungslampe mi. L einem Kolben aus Quarzglas,
gekennzeichnet durch Zuleitungen (10, 11; 25, 25'), die in den Kolben eingeschmolzen und mit gegenseitigen Abstand aufweisenden Elektroden (2, 3; 26, 26') elektrisch verbunden sind, welche so angeordnet sind, daß sie darin einen Entüadungsbogenspalt bilden, wobei wenigstens eine der Elektroden als Katode dient und einen Wolframteil (6, 7; 28) aufweist, auf den Thorium aufgebracht und durch einen Halogentransportzyklus ständig erneuert werden kann, wobei das Thorium der Katode gestattet, die Elektronenemission zu erreichen, die für den Strom in der Lampe bei einer niedrigeren Temperatur erforderlich ist;

durch eine die Entladung aufrechterhaltende Füllung in dem Kolben aus Quecksilber, lichtemittierenden Metallen, Thorium, einem Halogen und einem inerten Startgas, und durch einen Getter in dem Kolben, der unter den Metallen Cu, Ag, In, Pb, Cd, Zn, Mn, Sn und Tl oder Gemischen derselben ausgewählt ist.

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2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehene Gettermenge ausreicht, vxa. eine langfristige Pufferwirkung in bezug auf das während der Lampenlebensdauer freigesetzte Halogen zu erzielen.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gettermenge dem Thorium in der Lampenfüllung wenigstens stöchiometrisch äquivalent ist.
4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Jod ist und daß die vorgesehene Gettermenge eine Korrekturkomponente, die ausreicht/ um jedwedes Jod zu beseitigen, das in der Lampe infolge von Verunreinigungen freigesetzt wird, die während der Herstellung oder Verarbeitung aufgenommen werden, und jedwedes Jod, das aus der Zerlegung von ThI. resultiert, die notwendig ist, damit im Betrieb Thoriummetall auf die Elektrode aufgebracht wird, und eine Pufferkomponente umfaßt, die ausreicht, um eine langfristige Pufferwirkung in bezug auf das während der Lampenlebensdauer freigesetzte Jod zu erzielen.
5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch geker>nzeichnet, daß die puffernde Getterkomponente dem Thorium in der Lampenfüllung wenigstens stöchiometrisch äquivalent ist.
6. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Getter Cadmium oder Zink ist.
7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Getter Cadmium oder Zink ist und daß die Menge desselben 1 Atom% des Quecksilbers in der Füllung übersteigt.
8. Hochleistungs-Metallhalogenid-Bogene rtladungslampe, mit einem Kolben aus Quarzglas,

gekennzeichnet durch Zuleitungen (10, 11; 25, 25'), die in den Kolben eingeschmolzen und mit Elektrode}! (2, 3; 26, 26') elektrisch verbunden sind, welche so angeordnet sind, daß darin

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ein Bogenentl.j dungsspalt gebildet ist, wobei wenigstens eine der Elektroden als Katode dient und einen Wolframteil aufweist/ auf welchen Thorium aufgebracht und durch einen Jodtransportzyklus ständig erneuert werden kann, wobei das Thorium als Elektronenemitter dient, der der Katode gestattet, die Elektronenemission zu erreichen, die für den Strom in der Lampe bei einer niedrigeren Temperatur erforderlich ist, durch eine die Entladung aufrechterhaltende Füllung in dem Kolben, die in diesem vorgesehen wird, indem in ihn bei der Herstellung eine Charge eingebracht wird, die Quecksilber, NaI, ScI₃, ThI₄ und ein inertes Startgas umfaßt, und durch einen Getter in dem Kolben, der unter den Metallen Cu, Ag, In, Pb, Cd, Zn, Mn, Sn und Tl oder Gemischen derselben ausgewählt ist, wobei die Menge des Getters wenigstens ausreicht, um das stöchiometrischa Äquivalent M' jedweden Jods zu bilden, das in dem Kolben infolge von Verunreinigungen freigesetzt wird, die während der Herstellung aufgenommen werden, plus das stöchiometrische Äquivalent M" des Jods, das aus der Zerlegung des ThI. in der Charge resultiert.
9. Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehene Gettermenge außerdem eine Pufferkomponente enthält, die ausreicht, um eine langfristige Pufferwirkung in bezug auf das während der Lampenlebensdauer freigesetzte Jod zu erzielen.
10. Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkomponente dem Thorium in der Lampenfüllung wenigstens stöchiometrisch äquivalent ist.
11. Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gettermetall Cadmium oder Zink ist.
12. Lampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gettermenge 1 Atom% des Quecksilbers in der Füllung übersteigt.

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13. Lampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gettermenge gleich dem 2- bis 3-fachen des stöchiometrisdien Äquivalents M' + M" ist.

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