Die Keramiktechnik hat die Herstellung von Lampenkörpern für
Natrium-Hochdrucklampen ermöglicht und zu einer weiten Anwen
dung dieses Lampentyps geführt. Als Grundgas zur Zündung sol
cher Entladungen dient meistens ein Edelgas von wenigen mbar
Druck. Zur Erhöhung des Spannungsabfalles in der Säule der Ent
ladung und zur Verringerung der Wärmeleitungsverluste wird
meistens eine so dosierte Menge Quecksilber (im allgemeinen
zusammen mit dem Natrium als Amalgam) zugegeben, daß im Betrieb
ein höherer Quecksilberdampfdruck entsteht. Das Quecksilber
dient als Puffergas und liefert praktisch keinen Anteil an der
ausgesandten Strahlung und auch der Iionisierungsgrad dieses
Zusatzes bleibt gering. Man kann auch von vorneherein zur
schnelleren Aufheizung des Gases ein schweres Edelgas höheren
Druckes, z. B. Krypton oder Xenon hinzufügen. Im Hochdruckbereich
werden neben den teilweise selbstabsorbierten gelben Na-D-Li
nien eine Anzahl höher angeregte Spektrallinien ausgesandt,
wodurch die Farbwiedergabe im Vergleich zur Natrium-Nieder
drucklampe, die praktisch nur die Na-D-Linie ausstrahlt, ver
bessert wird. Jedoch bleibt auch die Strahlung der Natrium-
Hochdrucklampe stark gelbstichig. Bei sehr hohen Natrium
dampfdrucken wird zwar die Farbe der ausgesandten Strahlung
verbessert. Die Lichtausbeute geht jedoch mit höheren Natrium-
Dampfdrucken erheblich zurück. Die höchsten Lichtausbeuten
werden bei einem Natrium-Dampfdruck von etwa 100 mbar erzielt.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, durch Hin
zufügung von im Betrieb gasförmigen Substanzen, die ähnlich
wie das Natrium niedrige Anregungsspannungen haben, die Farb
wiedergabe zu verbessern, ohne die Lichtausbeute wesentlich
zu verringern oder sie sogar erhöhen. Hierfür kommen die
Alkalimetalle Kalium, Rubidium und Zäsium in Frage, wobei
Rubidium und Zäsium als schwere Atome mit den Atomgewichten
85,5 bzw. 132,9 wegen der geringerem Wärmeleitungsverluste
zu bevorzugen sind.
Bei höheren Drucken können diese Alkalimetalle auch Queck
silber als Puffergas ersetzen, da sie wesentlich größere
kinetische Wirkungsquerschnitte gegenüber Elektronen haben als
die Edelgase und sogar die Querschnitte der Quecksilberatome
unter den in den Entladungen herrschenden Bedingungen mit
Temperaturen von 1000 K bis 1400 K übertreffen. Sie tragen
damit dazu bei, im Betriebszustand einen genügend hohen
Spannungsabfall je cm Säulenlänge aufrechtzuerhalten. Zu
nächst scheint es nicht besonders sinnvoll zu sein, gerade
Zäsium und Rubidium als Zusätze zu wählen, da ihre Resonanz
linien mit 780/798 nm bzw. 853/894 nm im infraroten Spektral
gebiet liegen und somit bei geringen oder mäßig hohen Drucken
vorwiegend Wärmstrahlung ausgesandt wird. Jedoch sind die
Dampfdrucke von Rubidium und Zäsium bei gleicher Temperatur
wesentlich höher als die des Natriums. Bereits bei 1000 K
liegen ihre Drucke bei rund 1000 mbar und steigen
mit wachsender Temperatur schnell auf sehr hohe Werte an.
Bei diesen Drucken werden die Resonanzlinien bereits zum weit
aus überwiegenden Teil wegabsorbiert. Bei sehr hohen Drucken
gelingt es sogar, weite Teile des infraroten Spektralberei
ches zum Verschwinden zu bringen zugunsten der Strahlung im
sichtbaren Bereich. Zudem entstehen unter den angegebenen
Bedingungen eine große Anzahl von Molekülbanden sowie ein
kontinuierlicher Untergrund. Hierdurch wird der sichtbare
Spektralbereich weitgehend aufgefüllt und die Farbwiedergabe
wesentlich verbessert. Es ist also eine Entladungslampe zu
erstellen mit so hohen Leistungsaufnahmen, daß im Betrieb
an der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes Temperaturen
von über 1000 K entstehen. Bei genügend hoher Dosierung
stellen sich dann in der Entladung Rubidium- bzw. Zäsium-
Dampfdrucke von 1000 mbar bis unter Umständen 10 000 mbar und
mehr ein. Es wird bei einer so hohen Belastung auch der
Natrium-Dampfdruck so groß, daß man bezüglich der Ausbeute
an Natriumstrahlung über dem Optimalwert liegt, wie es heute
bei kommerziellen Natrium-Hochdrucklampen zum Teil der Fall
ist. Es besteht jedoch die Möglichkeit, durch entsprechende
Dosierung den Dampfdruck des Natriums auf Werte von z. B.
etwa 100 mbar bis 400 mbar zu begrenzen. Es wird bei dem
heutigen Stand der Technik der Keramikröhren allerdings rat
sam sein, die Dosierung des Natriums so zu wählen, daß sich
im Betrieb zunächst ein Natrium-Dampfdruck einstellt, der et
was über dem untersten Wert des optimalen Druckes liegt, da im
länger dauernden Betrieb etwas Alkalimetall vom Entladungs
gefäß, besonders an den Einschmelzstellen, verschluckt wird.
Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten der Anwendung der
hier vorgelegten Erfindung. Es wird von allen Alkalien eine
so große Menge im Überschuß in das Entladungsgefäß einge
bracht, daß die den erzielbaren Temperaturen entsprechenden
Dampfdrucke erreicht und über längere Zeit
aufrechterhalten werden können. Der andere Weg ist, Natrium
derart dosiert in das Entladungsgefäß zu geben, daß sich im
Betrieb ein nahezu optimaler Natriumdruck einstellt, d. h.
der Natriumdruck sollte auf 100 mbar bis 500 mbar begrenzt
werden. Rubidium und Zäsium dagegen sollten im Überschuß
eingegeben werden, daß sich ihre Dampfdrucke auf mehrere bar
entsprechend den hohen Temperaturen an den kältesten Stellen
des Entladungsgefäßes von z. B. 1200 K bis 1300 K einstellen
können.
Die Erfindung wird im folgenden an einigen Beispielen er
läutert:
- 1. Ein Entladungsgefäß mit einem Elektrodenabstand von
36 mm und einer Gesamtlänge von etwa 60 mm, einem Innendurch
messer von 3,3 mm, einer Wandstärke von 0,6 mm wird mit
einer so großen Menge von Natrium, Rubidium und/oder Zäsium
im Überschuß gefüllt, daß sich bei Betriebstemperaturen von
1000 K bis 1300 K die entsprechenden Alkalidrucke einstellen
können. Als Zündgas wird ein Edelgas von wenigen mbar Druck
und zusätzlich eine so dosierte Menge Quecksilber eingeführt,
daß sich im Betrieb ein Partialdruck von 800 mbar oder da
rüber einstellt. Zusätzlich kann üblicherweise ein Außenrohr
von rund 70 mm Durchmesser verwendet werden. Die Belastungen
liegen zwischen 70 W und 300 W.
- 1a) Dieselbe Anordnung wie unter 1, jedoch kein Zusatz von
Quecksilber, aber eine Füllung von Krypton oder Xenon
von 900 mbar oder höher im kalten Zustand.
- 1b) Dieselbe Anordnung wie unter 1 oder 1a, jedoch Begrenzung
des Natriumdampfdruckes im Betrieb durch entsprechende Dosie
rung auf Werte zwischen 100 mbar und 500 mbar.
- 2. Es wird ein Entladungsgefäß mit einem Elektrodenabstand von
100 mm, Innendurchmesser 6 mm, Wandstärke 1 mm, mit einer dosier
ten Menge Natrium gefüllt derart, daß im Betrieb der Natrium-
Dampfdruck 200 mbar bis 500 mbar beträgt. Rubidium und Zäsium
werden im Überschuß eingeführt, so daß sich im Betrieb ihre
Partialdrucke auf Werte bis zu 10 bar einstellen können. Als
Grund- und Puffergas werden 1000 mbar eingegeben. Wie oben
wird auch hier ein in der Praxis üblicher Außenkolben ange
bracht. Die Belastungen liegen zwischen 400 W und 1000 W. Es
wird eine Strahlung mit einem weißen Farbton bei einer Licht
ausbeute von 100 lm/W ähnlich wie bei kommerziellen Natrium-
Hochdrucklampen erzielt. Zündung erfolgt hier mit Hilfe eines
Hochspannungsstoßes.