DE677825C

DE677825C - High pressure metal vapor arc lamp

Info

Publication number: DE677825C
Application number: DES99770D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1931-07-13
Filing date: 1931-07-14
Publication date: 1939-07-04

Description

Hochdruckmetalldampfbogenlampe In den bekannten Hochdruckmetalldampfbogenlampen befindet sich im Betrieb der Metalldampf im Sättigungsgleichgewicht mit einem Vorrat an flüssigem Metall, der in den Lampen älterer Bauart mit sogenannter kalter Kathode gleichzeitig als Elektrode, in den Lampen neuerer Bauart mit festen Glühelektroden lediglich zur Erzeugung des Dampfes und zur Regelung des Dampfdruckes dient.High pressure metal vapor arc lamp In the well-known high pressure metal vapor arc lamps the metal vapor is in saturation equilibrium with a supply during operation of liquid metal, the one in older lamps with a so-called cold cathode at the same time as an electrode, in newer lamps with fixed glow electrodes serves only to generate the steam and to regulate the steam pressure.

Der Betrieb dieser Lampen ist in starkem Maße abhängig von den Kühlungsverhältnissen, den Belastungsverhälfnissen und der Höhe der Netzspannung. Die Stromspannungscharakteristik der bekannten Lampen ist in der Fig. r veranschaulicht. Ein weiterer Nachteil der bekannten Laimpen ist die durch die verhältnismäßig große Menge des in der Lampe enthaltenen verdampfbaren Metalls bedingte lange Einbrennzeit, während der die Lichtausbeute für die Praxis unzureichend ist.The operation of these lamps depends to a large extent on the cooling conditions, the load conditions and the level of the mains voltage. The voltage characteristic of the known lamps is illustrated in Fig. r. Another disadvantage of the Known Laimpen is due to the relatively large amount of the in the lamp The vaporizable metal contained in it requires a long burn-in time, during which the light output is insufficient for practice.

Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß die Nachteile der bekannten Lampen bedingt sind durch die verhältnismäßig große Menge an verdampfbarem Metall, von der im Betrieb nur ein geringer Teil verdampft. Bei einer geringen Erhöhung der Temperatur des im Betrieb nicht verdampften Metalls ändert sich nämlich der Dampfdruck in der Lampe und damit auch die für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens notwendige Spannung an der Lampe in starkem Maße, was zur Folge haben kann, daß die Netzspannung zur Aufrechterhaltung des Bogens nicht mehr ausreicht und die Lampe erlischt.The invention is based on the knowledge that the disadvantages of the known Lamps are due to the relatively large amount of vaporizable metal, of which only a small part evaporates during operation. With a small increase that is, the temperature of the metal that has not evaporated during operation changes Vapor pressure in the lamp and thus also that for maintaining the arc necessary voltage on the lamp to a large extent, which can have the consequence that the mains voltage is no longer sufficient to maintain the arc and the lamp goes out.

Gegenstand der Erfindung ist eine Hochdruckmetalldampfbogenlampe mit festen Glühelektroden bzw. ein polloses Entladungsgefäß, in welchem die leuchtende Entladung durch ein hochfrequentes Feld erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist im Betriebsraum des Brenners mindestens so viel verdampfbares Metall enthalten, wie im Hochdruckbetrieb in Dampfform übergehen kann, jedoch weniger als das Fünffache dieser Menge.The invention relates to a high pressure metal vapor arc lamp with fixed glow electrodes or a pole-less discharge vessel in which the luminous Discharge is generated by a high frequency field. According to the invention is in the operating room of the burner contain at least as much vaporizable metal as in high pressure operation may vaporize, but less than five times that amount.

Hierbei soll unter -Betriebsraum des Brenners das gesamte Innenvolumen der Lampe, also das Leuchtgefäß einschließlich des Raumes, in dem sich die Elektroden befinden, nicht aber Ansätze oder solche Räume verstanden werden, die mit dem Leuchtgefäß nur durch verengte Öffnungen kommunizieren, also nicht die sogenannten toten Räume.Here, the entire internal volume should be under the operating area of the burner the lamp, i.e. the light vessel including the space in which the electrodes are located are located, but not approaches or spaces that are associated with the light vessel only communicate through narrowed openings, i.e. not the so-called dead spaces.

Verdampft alles im Betriebsraum der Lampe enthaltene verdampfbare Metall, so zeigt der Metalldampf die Eigenschaften eines überhitzten Dampfes, das heißt die Dampfdruckkurve verläuft nach dem Gay-Lussacschen Gesetz, nach dem der Dampfdruck mit steigender Temperatur nur wenig ansteigt. Die Folge hiervon ist, daß die Bogenspan-, nung mit der Belastung nur langsam ansteigt, die Lichtausbeute aber erheblich zunimmt. Die Fig.a veranschaulicht die Stromspannungsciiarakteristik einer derartigen Lampe.Evaporates everything that can be evaporated in the operating space of the lamp Metal, the metal vapor shows the properties of a superheated vapor, the is called the vapor pressure curve runs according to Gay-Lussac's law, after which the vapor pressure increases only slightly with increasing temperature. The consequence of this is that the arc voltage, voltage increases only slowly with the load, the But luminous efficiency increases considerably. Fig.a illustrates the current voltage characteristic such a lamp.

Ein verhältnismäßig stabiles Brennen und eine erhebliche Verkürzung der Einbrennzeit läßt sich aber auch dann noch erzielen, wenn irrt Betriebsraum der Lampe wenig mehr verdampfbares Metall enthalten ist, als im Hochdruckgebiet verdampfen kann, aber weniger als das Fünffache dieser Menge. Die obere Grenze für die einzubringende Metallmenge hängt in starkem Maße von der Form, der Größe und den Kühlungsverhältnissen der Lampe ab. Die unerwartete Tatsache, daß die Vorteile einer Lampe, bei der im Hockdruckbetrieb alles Metall verdampft ist, in wenn auch geringerem Umfange auch bei einer Lampe auftreten, die ein geringes Vielfaches der im Hochdruckbetrieb verdampfenden Metallmenge enthält, ist wie folgt zu erklären.A relatively stable burn and a considerable shortening The burn-in time can also be achieved if the operating room is wrong the lamp contains little more vaporizable metal than in the high pressure area can evaporate, but less than five times that amount. The upper limit for the amount of metal to be introduced depends to a large extent on the shape, size and shape the cooling conditions of the lamp. The unexpected fact that the benefits a lamp in which all metal has evaporated in high pressure operation, albeit in to a lesser extent also occur with a lamp that is a small multiple of the contains the amount of metal that evaporates in high pressure operation, is to be explained as follows.

i. Der Dampfdruck in der Lampe wird wohl im allgemeinen durch die kälteste Stelle des Betriebsraumes bestimmt. Die durch die Form, die Größe und die Kühlungsverhältnisse der Lampe bedingten Unterschiede in der Temperatur des Betriebsraumes bewirken aber" daß an bestimmten Stellen der Lampe, wenn auch jeweils nur für einen kurzen Zeitpunkt, nämlich nur solange ein Druckäusgleich noch nicht erfolgt ist, eine Überhitzung des Dampfes auftritt. Diese kurzzeitige, an verschiedenen Stellen des Betriebsraumes auftretende Überhitzung bewirkt schon eine Verflachung der Dampfdruckkurv e.i. The vapor pressure in the lamp is probably generally determined by the Determines the coldest point in the operating room. The shape, the size and the The cooling conditions of the lamp caused differences in the temperature of the operating room but cause "that at certain points of the lamp, even if only for one short time, namely only as long as a pressure equalization has not yet taken place, overheating of the steam occurs. This short-term, in different places Overheating occurring in the operating room already flattens the vapor pressure curve e.

a. Auch bei Verwendung einer Metallmenge, die ein geringes Vielfaches der im Hochdruckbetrieb völlig verdampfenden Menge beträgt, bildet der gesamte Metallinhalt lediglich einen dünnen Belag an der Innenwandung der Lampe. Teile dieses Belages können nun insbesondere dann, wenn sie durch Wegdampfen von Metall schon bis auf Atomdicke verdünnt sind, so fest an der Wandung haften, daß zu ihrer Verdampfung eine höhere Temperatur als die normale Verdampfungstemperatur notwendig. ist. Das gilt vor allem für die Belagteile, die sich z.B. in der Nähe der Einschmelzstellen befinden, denn die Form der Einschmelzstellen bedingt meist besonders große Haftkräfte. Es kann so der Zustand eintreten, daß das bereits verdampfte Metall einen überhitzten Dampf bildet und die Lampe alle Vorteile einer Lampe mit überhitztem Dampf aufweist, während doch noch unverdampftes Metall im Betriebsraum vorhanden ist.a. Even when using an amount of metal that is a small multiple the amount that evaporates completely in high pressure operation forms the entire metal content just a thin coating on the inner wall of the lamp. Parts of this topping can now especially if they are already up to due to the vaporization of metal Atomic thickness are thinned, adhere so firmly to the wall that they evaporate a higher temperature than the normal evaporation temperature is necessary. is. That This applies above all to the covering parts that are, for example, in the vicinity of the melt-down points are located, because the shape of the melting points usually requires particularly high adhesive forces. A situation can arise in which the metal that has already evaporated overheated you Forms steam and the lamp has all the advantages of a lamp with superheated steam, while metal that has not evaporated is still present in the operating room.

Hieraus folgt, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur allgemeine Richtlinien für die Bemessung der Metallmenge gegeben werden können und daß die genaue Ermittlung der oberen Grenze für die einzubringende Metallmenge ohne weiteres durch Versuche vorgenommen werden kann. Als Richtlinie hierfür mag dienen, daß Versuche mit den verschiedenen Lampen ergeben haben, daß als obere Grenze für die einzubringende Metallmenge etwa das Fünffache der im Hochdruckbetrieb verdampfenden Metallmenge zu gelten hat.It follows that within the scope of the present invention only general Guidelines for the measurement of the amount of metal can be given and that the precise determination of the upper limit for the amount of metal to be introduced without further ado can be made through experiments. The guideline for this may be that experiments with the various lamps have shown that as the upper limit for the to be introduced Amount of metal about five times the amount of metal evaporating in high pressure operation has to apply.

Die Erfindung sei an dem Beispiel einer Quarz-Cadmium-Lampe für Wechselstrom von gerader zylindrischer Form dargetan. Das eigentliche Leuchtrohr hat die Länge i io mm, daran schließen sich beiderseits mit dem gleichen Querschnitt von i cm' die Räume an, in denen die festen Glühelektroden enthalten sind. Diese sind je 3 cm lang, der Betriebsraum der Lampe ist also 17 cm3. Der tote Raum wird gebildet einerseits durch die kapillaren Spalte, die sich zwischen den metallischen Elektrodeneinführungen und dem Quarzglas bilden, andererseits durch den Pumpstutzen, der ebenfalls einen kapillaren Ansatz bildet und beispielshalber in der Mitte des Leuchtrohres angesetzt ist. Der Betriebsdruck des Brenners sei 0,5 at, "die Durchschnittstemperatur im Leuchtrohr etwa iooo° C. Dann enthält das Leuchtrohr im Betriebszustand 8,8 mg Cadmium in Dampfform. Auf den festen Zustand umgerechnet, sind dies i, i 6-mm3 oder, um es anschaulich auszudrücken, ein kugelförmiges Tröpfchen von i,3 mm Durchmesser. Dann darf erfindungsgemäß die gesamte Menge von Cadmium im Betriebsraum im festen Zustand nur etwa 5 mms betragen oder, wiederum als Kugel betrachtet, einem Tröpfchen von z mm Durchmesser entsprechen. Die Spannung an der Lampe beträgt im normalen Betrieb etwa izo Volt, die Betriebsstromstärke q. Arnp.The invention is demonstrated using the example of a quartz-cadmium lamp for alternating current of straight cylindrical shape. The actual light tube has a length of 10 mm, on both sides with the same cross section of 1 cm 'the rooms in which the fixed glow electrodes are located are connected. These are each 3 cm long, so the operating space of the lamp is 17 cm3. The dead space is formed on the one hand by the capillary gaps that form between the metal electrode inlets and the quartz glass, on the other hand by the pump nozzle, which also forms a capillary attachment and is placed, for example, in the middle of the light tube. The operating pressure of the burner is 0.5 at, "the average temperature in the light tube about 100 ° C. Then the light tube contains 8.8 mg of cadmium in vapor form in the operating state. Converted to the solid state, this is i, i 6-mm3 or, To put it clearly, a spherical droplet with a diameter of 1.3 mm. Then, according to the invention, the total amount of cadmium in the operating room in the solid state may only be about 5 mms or, again viewed as a sphere, correspond to a droplet of z mm diameter at the lamp is about izo volts in normal operation, the operating current strength q.Arp.

Die Bestrahlungslampe gemäß der Erfindung findet vor allem bei biologischen Bestrahlungen (Lichttherapie) vorteilhaft Verwendung.The irradiation lamp according to the invention is mainly used in biological Radiation (light therapy) beneficial use.

Bei Versuchen mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Metalldampfbogenlampen mit schwer verdampfbaren, bei Zimmertemperatur festen Metallen, wie Cadmium und Zink, die mit Wechselstrom und Stromdurchgang in beiden Richtungen betrieben wurden, ergab sich als neuer Vorteil der geringen Metallmenge, daß Hochdruckbetrieb, der bei den bekannten Lampen dieser Art entweder überhaupt nicht oder erst nach längerem Niederdruckbetrieb erzielbar war, sehr schnell erreicht werden konnte und daß ein Erlöschen des Bogens beim Nulldurchgang der Spannung während der Einbrennzeit nicht auftrat.In experiments with metal vapor arc lamps designed according to the invention with metals that are difficult to evaporate and that are solid at room temperature, such as cadmium and Zinc operated with alternating current and continuity in both directions, A new advantage of the small amount of metal emerged that high pressure operation, the with the known lamps of this type either not at all or only after a long time Low pressure operation was achievable, achieved very quickly will could and that an extinction of the arc at the zero crossing of the voltage during the burn-in time did not occur.

Bei Lampen mit bei Zimmertemperatur festen, verdampfbaren Metallen, wie Cadmium oder Zink, empfiehlt es sich, das verdampfbare Metall zur leichteren Zündung der Lampe durch eine so geringe Menge Quecksilber zu ergänzen, daß der Partialdruck des Quecksilbers im Hochdruckbetrieb klein ist gegen den Partialdruck der hauptsächlichen Dampfkomponente. In diesem Falle verdampft das Quecksilber schon vor Erreichen des Hochdruckbetriebes vollständig. Von diesem Zeitpunkt an steigt der Druck des Quecksilberdampfes angenähert nach dem Gay-Lussacschen Gesetz, während der Dampfdruck des Cadmiums noch nach der viel steileren Dampfdruckkurve ansteigt und den Druck des Quecksilberdampfes noch beliebig überflügeln kann. Der Anteil des Quecksilberlichtes an dem Gesamtlicht sinkt dann mit steigendem Druck in einer erfahrungsgemäß ausgezeichnet regelbaren Weise.For lamps with solid, vaporizable metals at room temperature, Like cadmium or zinc, it is best to use the vaporizable metal for lighter Ignition of the lamp by adding such a small amount of mercury as to supplement the partial pressure of the mercury in high pressure operation is small compared to the partial pressure of the main one Vapor component. In this case the mercury evaporates before it reaches the High pressure operation completely. From this point on, the pressure of the mercury vapor increases approximated according to Gay-Lussac's law, while the vapor pressure of cadmium even after the much steeper vapor pressure curve rises and the pressure of the mercury vapor can still outstrip arbitrarily. The proportion of mercury light in the total light then decreases with increasing pressure in what has been known from experience to be excellent controllable Way.

Claims

PATENT CLAIMS: i. High-pressure metal vapor arc lamp with glow electrodes, in particular a cylindrical lamp with glow electrodes attached to the ends of the cylinder, or poleless discharge lamp for generating a high pressure discharge by means of high-frequency fields, characterized in that the operating space of the burner contains at least as much vaporizable metal as is converted into vapor form in high pressure operation can, but no more than five times this amount.

2. High pressure metal vapor arc lamp according to claim i with metals that are solid at room temperature, in particular cadmium and Zinc, characterized by the addition of such a small amount of mercury that the The partial pressure of the mercury in high pressure operation is small compared to the partial pressure the main vapor component.