DE3735523A1

DE3735523A1 - Alkali-halogenid als zusatz enthaltende metallhalogen-entladungslampe

Info

Publication number: DE3735523A1
Application number: DE19873735523
Authority: DE
Inventors: Janos Dr Szanto; Sandor Dr Hollo; Balazs Nyiri; Ferenc Nagel
Original assignee: Tungsram Rt
Current assignee: Tungsram Rt
Priority date: 1986-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1988-04-28
Also published as: HU205485B; JPH0797487B2; NL8702495A; HUT44874A; JPS63184257A; US4843266A

Description

Die Erfindung betrifft eine Alkali-Halogenid als Zusatz enthaltende Metallhalogen-Entladungslampe, die ein Entladungsrohr, einen äußeren Kolben und mehrere durch diesen Kolben in das Entladungsrohr geleitete Zuleiter bzw. stromzuführende und tragen de Metallarmaturen enthält.

Während des Betriebs der Alkali-Halogeniden als Zusatz enthaltenden Metallhalogen-Entladungslampen können die Alkaliionen mit kleinem Durchmesser leicht die Wand der Quarz-Entladungsröhre durchdringen. Der in dem Entladungsraum derart ent stehende Alkaliverlust verursacht Lichtabnahme, Farbinstabilität und Zunahme der Brennspannung und verkürzt die Lebensdauer der Lampe. Die Mehrheit der derzeitig verwendeten und erzeugten Metallhalogen- Entladungslampen enthält Natrium als Alkalizusatz. Demnach richten sich die Prüfung und die zur Ver ringerung der Alkaliabnahme vorgeschlagenen Konstruk tionen in erster Linie auf das Natrium, doch können diese Methoden auch im allgemeinen für andere Alkali zusätze verwendet werden.

Die heutzutage bekannten Deutungen (J. F. WAYMOUTH: Electric Discharge Lamps, MIT-Press, 1971. p:266-276) erklären die Na-Abnahme auf die folgende Weise.

Die in dem äußeren Kolben eingebauten, unter elektrischer Spannung stehenden Metallteile erzeugen ein elektrisches Feld zwischen dem Entladungsrohr und den stromzuführenden Bestandteilen. Das von dem Entladungsrohr emittierte UV-Licht löst Fotoelektronen aus den Metallbestandteilen des äußeren Kolben aus, die zur Wand des Quarz-Entladungsrohrs gelangend die Außenwand des Entladungsrohrs aufladen, wodurch die Na-Ionen an der Quarzwand umelektrolysiert werden und so die Auswanderung der Na-Ionen fördern und diese an der Oberfläche des Entladungsrohrs neutralisieren. Darauffolgend verdampft das atomische Natrium von der Oberfläche des Entladungsrohrs und da die neutralen Na-Atomen keinen Einfluß auf die Potentialverhältnisse ausüben, wiederholt sich der dargestellte Prozeß.

Die in der US-PS 34 24 935 beschriebene Konstruktion erzielt die Lösung des obenerwähnten Problems. Im Sinne der dargelegten Lösung strebt man nach der Herabsetzung der elektrischen Feldstärke in der Quarzwand des Entladungsrohrs und nach der Verringerung der Zahl der an die Quarzwand anfallenden Fotoelektronen und zwar derart, indem der Strom zu dem oberen Ende des Quarz-Entladungsrohrs über eine dünne Leitung ge leitet und die Leitung in der möglichst größten Ent fernung von dem Entladungsrohr, entlang der äußeren Kolben zu deren Krümmung gebogen angeordnet ist. Bei dieser Lösung verliert der erwähnte Zuleiter sinnge mäß seine Tragfunktion, wobei die Rolle des Halters von einer separaten Konstruktion übernommen wird. Die Richtigkeit der Theorie wird dadurch bestätigt, daß die die Theorie verwertende Konstruktion den Na-Ver lust in bedeutendem Maße, von 2,0 mg/1000 Stunden auf 0,24 mg/1000 Stunden reduziert.

Nach einer anderen Lösung, die aus der US-PS 34 84 637 erkennbar ist, werden die entlang des Entladungsrohrs geführte, auch die Rolle des Halters erfüllende Elektrode, sowie im allgemeinen die kritischsten, sich auf einem elektrischen Potential befindenden Metall teile mit einem für die UV-Strahlung undurchsichtigen Material, z. B. mit einem Keramikrohr überzogen.

In der HU-PS 1 82 221 ist eine Lösung, zur Verringerung bzw. Beseitigung des Na-Verlusts beschrieben, in deren Sinne diejenige Bestandteile der Hochdruck-Entladungs lampe, die die Teile des Na-Verlust erzeugenden Strom kreises bilden, zwecks Isolierung mit einer Silizium nitridschicht überzogen werden. Auf diese Weise wird der fotoelektrische und Ionemissionsprozeß reduziert. Unter Anwendung der Abtrennungsmethode aus der Dampf phase werden die Außenfläche des Entladungsrohrs und die sich innerhalb des äußeren Kolbens befindenden Metallarmaturen mit einer Siliziumnitridschicht über zogen.

Da die oben geschilderten Maßnahmen trotz aller vorteil haften Wirkung ungeeignet waren, das Problem des Natriumverlustes vollkommen zu lösen bzw. den Natrium verlust zu eliminieren, wurde die Forschungstätigkeit auf diesem Gebiet fortgesetzt. Die Erkenntnis, daß das den Quarz durchdringende Natrium die Oberfläche des Entladungsrohrs in ionischer Form verläßt, stellte eine neue Situation dar. (F. NÁGEL et. al.: High Temperature Chemistry, Vol. 85-2, p.: 72, Toronto, 1985, des weiteren F. NÁGEL et. al.: International Symposium on the Science and Technology of Light Sources, p. 97, Karlsruhe 1986.) Die Potentialverhältnisse der Metall bestandteile beeinflussen den Austritt der Natriumionen aus der Oberfläche des Entladungsrohrs sowie deren Bewegung in dem äußeren Kolben in entscheidendem Maße. Die positiven Natriumionen wandern in dem gegebenen Moment zu den Metallteilen mit negativem Potential, wo diese durch Elektronenaufnahme neutra lisiert werden. Auf diese Weise verbleibt die Potential differenz zwischen Metallbestandteil und dem Entladungs rohr und die Strömung der Natriumionen wird nicht ab gebrochen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zwecks Eliminierung des Natriumverlustes des Entladungsrohrs die in der Entladungslampe vorhandenen Metallbestand teile (Stromzuleiter) mit elektrischem Potential gegen Natriumionen und Elektronen isoliert bzw. gegenüber dem Entladungsrohr abgeschirmt werden sollen. Erfindungsgemäß prallen die aus dem Entladungsrohr (Quarzkörper) austretenden Natriumionen während ihrer Bewegung zu den unter Spannung stehenden Metall teilen auf eine solche Oberfläche, die sie nicht durchdringen können. Gleichzeitig verhindert die er wähnte Oberfläche auch die Bewegung der Elektronen; so werden die Natriumionen nicht neutralisiert. Die sich akkumulierenden Natriumionen mit ihrem positiven elektrischen Feld verhindern die Abwanderung weiterer Natriumionen in der Wand des Entladungsrohrs (Quarz körpers) bzw. ihren Austritt von der Oberfläche des Entladungsrohrs.

Selbstverständlich ist diese Argumentierung nicht nur für Natrium, sondern auch für weitere, in dem Entladungsrohr vorkommende, in dem Quarz bei der Betriebstemperatur des Entladungsrohrs bewegliche Alkalizusätze (Li, K, Rb) gültig.

Demnach bezieht sich die Erfindung auf eine Alkali- Halogenid als Zusatz enthaltende Metallhalogen-Ent ladungslampe, die ein Entladungsrohr, einen äußeren Kolben und mehrere durch diesen äußeren Kolben in das Entladungsrohr geleitete Zuleiter bzw. stromzu führende und tragenden Metallarmaturen enthält.

Die erfindungsgemäße Entladungslampe kann dadurch gekennzeichnet werden, daß die mit dem Netz in elektrischem Kontakt stehenden Metallbestandteile in dem äußeren Kolben der Entladungslampe von dem aktiven Teil des Entladungsrohrs mit gegenüber Alkaliionen und/oder Alkaliionen und Elektronen wirkendem Isolierstoff getrennt sind.

Auf diese Weise kann die der Erfindung gestellte Aufgabe gelöst, nämlich der Austritt der Alkalime talle, insbesondere des Natriums aus dem Quarzent ladungsrohr weitgehend beschränkt werden, wodurch der Alkaliverlust in dem Entladungsrohr mit allen schädlichen Wirkungen beseitigt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger vor teilhafter Ausführungsbeispiele, mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Entladungslampe mit zwei Isolierscheiben,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt der er findungsgemäßen Entladungslampe mit einer Isolierscheibe,

Fig. 3 eine Ausführungsvariante nach Fig. 1 in Soffitenausführung,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Entladungslampe mit konischen Isolierelementen für Hoch leistungstyps und

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Entladungslampe mit isolierten Stromzuleitern.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Stromzuleiters 3 eines in einem äußeren Kolben 1 angeordneten Entladungsrohrs 2 - ein auch früher verwendetes Isolierrohr 4 aus Hartglas behaltend - an abgeflachte Rohrenden 6, 6′ des Entladungsrohrs 2 angeordnet, die die Bahn der Na-Ionen zu den Stromzu leitern 3 verschließen und nach erfolgter Aufladung den Austritt weiterer Na-Ionen von der Oberfläche des Entladungsrohrs 2 verhindern.

Fig. 2 stellt eine andere Ausführungsform der Ent ladungslampe gemäß Fig. 1 dar. Ein Halter 7, der zur Befestigung des oberen abgeflachten Rohrendes 6′ des Entladungsrohrs 2 dient, steht nicht in elektrischem Kontakt mit dem Stromzuleiter 3.

Der elektrische Strom wird in einem Draht, der mit einem mit niedriger Alkali-Beweglichkeit charakterisier baren Stoff überzogen ist, (z. B. bei einem Mo-Strom zuleiter mit Hartglas des Typs GE 180, bei einem W- Stromzuleiter mit Hartglas des Typs TUNGSRAM AM 7) zu dem oberen abgeflachten Rohrende 6′ des Entladungs rohrs 2 geleitet. Die Konstruktion des abgeflachten Rohrendes 6 bleibt unverändert, hingegen die oben be schriebene Isolierscheibe 5 wird an dem abgeflachten Rohrende 6 des Entladungsrohrs 2 angeordnet.

Die Isolierscheibe 5 kann aus Glimmer, aus mit MgO oder sonstigem ähnlichen Oxyd bzw. mit Metall überzogenen Glimmer, Keramik oder Glas oder aus einem von den Stromzuleitern elektrisch isolierten Metall gefertigt werden.

Fig. 3 stellt die sinngemäße Anwendung der Ausführungs beispiele gemäß den Fig. 1 und 2 bei Soffitenlampen dar.

Fig. 4 zeigt eine Lösung für Hochleistungs-Entladungs lampen. Bei dieser Lösung werden konische Isolier elemente 9 verwendet, die die Lichtverteilung der Entladungslampe weniger modifizieren.

Ein weiterer Vorteil der Installierung der Isolier scheiben 5 bzw. der konischen Isolierelemente 9 besteht darin, daß die Rückheizung des Plasmas in dem Ent ladungsrohr 2 durch die Reflexion eines Teils der von dem Entladungsrohr 2 kommenden Strahlung zunimmt und das in dem äußeren Kolben 1 angeordnete Gatter bei einer niedrigeren Temperatur arbeitet.

In Fig. 5 ist eine zur Verringerung der Na-Abnahme dienende Ausführungsform dargestellt, bei der der Strom über dünne, mit mit niedriger Alkalibeweglich keit charakterisierbarem Isolierüberzug 8 - zweck mäßig Hartglas GE 180 bei Mo-Zuleitern und Hartglas TUNGSRAM AM 7 bei W-Zuleitern - versehene Stromzu leiter geleitet wird. Bei dieser Ausführung dienen die Halter 7 zur Unterstützung des Entladungsrohrs 2.

Claims

1. Metallhalogen-Entladungslampe mit Alkali- Halogenid als Zusatz, die ein Entladungsrohr, einen äußeren Kolben und mehrere durch diesen äußeren Kolben in das Entladungsrohr geleitete Stromzuleiter bzw. stromzuführende und tragende Metallarmaturen enthält, dadurch gekennzeich net, daß die in dem äußeren Kolben (1) der Ent ladungslampe mit dem Netz in elektrischem Kontakt stehenden Metallbestandteile von dem aktiven Teil des Entladungsrohrs (2) mit gegenüber Alkaliionen oder Alkaliionen und Elektronen wirksamen Isolierstoff separiert sind.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den abgeflachten Rohrenden (6, 6′) des Entladungsrohrs (2) Isolier scheiben (5) oder konische Isolierelemente (9) an geordnet sind, des weiteren die zwischen den Isolier scheiben bzw. konischen Isolierelementen (5, 9) vor handenen, unter elektrischem Potential stehenden Metallteile mit einem Isolierüberzug (8) versehen sind, der gegenüber Alkaliionen oder Alkaliionen und Elektronen isoliert.

3. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (5) aus Glimmer ist und vorteilhaft mit MgO überzogen ist.

4. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (5) bzw. das konische Isolierelement (9) aus einem keramischen Stoff gefertigt ist.

5. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (5) bzw. das konische Isolierelement (9) aus Alkali ionen schlecht leitendem Glas gefertigt ist.

6. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (5) bzw. das konische Isolierelement (9) aus Metall gefertigt ist.

7. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter elektrischem Potential stehenden Metallbestandteile mit einem kera mischen Stoff oder die Alkaliionen schlecht leitendem Glas überzogen sind.