DE696952C

DE696952C - Electric mixed-light lamp in which the arc of a high-pressure mercury discharge is used to heat a glow element surrounding it

Info

Publication number: DE696952C
Application number: DE1939P0078959
Authority: DE
Inventors: Dr Josef Kern; Dr Hermann Krefft
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1939-04-02
Filing date: 1939-04-02
Publication date: 1940-10-02

Description

Elektrische Mischlichtlampe, bei der der Lichtbogen einer Quecksilberhochdrückentladung zur Heizung eines ihn umschließenden Glühkörpers dient Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Mischlichtlampen für Beleuchtungs- und Bestrahlungszwecke, bei denen als Strahlungsquellen ein Quecksilberhochdruckliichtbogen und ein den Lichtbögen umschließender, ihn aber nur teilweise abdeckender Glühkörper Verwendung finden, wobei der Glühkörper vom Lichtbogen geheizt wird.Electric mixed light lamp in which the arc of a high pressure mercury discharge for heating an incandescent body surrounding it. The invention relates to electric mixed light lamps for lighting and irradiation purposes, in which a high-pressure mercury arc and an arc as radiation sources encasing but only partially covering incandescent bodies are used, whereby the incandescent body is heated by the arc.

Bei den bisher bekanntgewordenen Mischlichtlampen dieser Art war man immer unter Verwendung verhältnismäßig weit voneinander entfernter Glühelektroden bestrebt; durch möglichste Annäherung des zwischen den Elektroden angeordneten Glühkörpers an den Lichtbogen, .oft -sogar durch Einbringen in den Lichtbogen selbst, z. B. unter Vorsehung eines rohrförmigen Glühkörpers, mit möglic4st geringem Innendürclimesser, eine für die Lichtäusstrahlung genügend hohe Rufheizung des Glühkörpers zu erzielen. Da dabei der Innendurchmesser des rohrförmigen Glühkörpers wesentlich kleiner als der Elektrodenabstand gewählt werden mußte, traten häufig schon vor Erreichung hoher Betriebstemperaturen des Glühkörpers zerstörende Überschläge zum Glühkörper bin auf, die man durch Verwendung von auch bei hohen Temperaturen noch genügend isolierenden Baustoffen :oder durch Isolierung der Innenoberfläche des Glühkörperrohres zu verhindern versuchte.One was with the mixed light lamps of this type that have become known up to now always using glow electrodes that are relatively far apart striving; by bringing the incandescent body arranged between the electrodes as close as possible to the arc,. Often even by introducing it into the arc itself, e.g. B. with the provision of a tubular incandescent body, with the smallest possible inner diameter, to achieve a sufficiently high call heating of the incandescent body for the light emission. Since the inside diameter of the tubular incandescent body is significantly smaller than the electrode spacing had to be selected often occurred before reaching a higher one Operating temperatures of the incandescent body am destructive flashovers to the incandescent body which can be sufficiently insulating even at high temperatures Building materials: or by insulating the inner surface of the incandescent tube tried.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der verhältnismäßig lange Lichtbogen der bisher bekannten Lampen mit entladungsgeheiztem Glühkörper keine genügende Leistungskonzentration aufweist und außerdem verhältnismäßig große Abmessungen des Entladungsgefäßes zur Folge hat, das im' Betrieb dann einen ungünstigen Wärmehaushalt zeigt und schwer auf eine höhere Betriebstemperatur aufzuheizen ist, insbesondere wenn die Leistungsaufnahme der Lampe niedrig bleiben soll. Diese Schwierigkeiten werden bei der Min lichtlampe nach der Erfindung beseitigt; dadurch zekennzeichnet ist, daß bei Kerwen,' dung eines kugelförmigen Quarzentladungs--. gefäßes und eines Elektrodenabstandes von 2 bis 5 mm der Innendurchmesser des den Lichtbogen umschließenden Glühkörpers größer ist als der Elektrodenabstand und daß ferner die Lampe bei einer spezifischen Leistungsaufnahme des Lichtbogens von mehr als 300 W je Zentimeter Lichtbogenlänge einen Betriebsdampfdruck von mehr als 3o Atmosphären aufweist.The invention is based on the knowledge that the relatively long arc of the previously known lamps with discharge-heated incandescent bodies does not have a sufficient power concentration and also results in relatively large dimensions of the discharge vessel, which then shows an unfavorable heat balance during operation and is difficult to reach a higher operating temperature is to be heated, especially if the power consumption of the lamp is to remain low. These difficulties are addressed with the Min light lamp according to the invention eliminated; is characterized by the fact that at Kerwen, ' formation of a spherical quartz discharge -. vessel and an electrode spacing of 2 to 5 mm, the inner diameter of the incandescent body surrounding the arc is greater than the electrode spacing and that the lamp also has an operating vapor pressure of more than 3o atmospheres with a specific power consumption of the arc of more than 300 W per centimeter of arc length.

Der geringe Elektrodenabstand der .neuen Lampe führt zu einer Zusammendrängüng der gesamten Lichtbogenleistung auf eine Strecke von wenigen Millimetern und damit zu einer außerordentlich konzentrierten Wärmequelle höchster Betriebstemperatur, die die Aufheizung des Glühkörpers bis an seine Festigkeitsgrenze ermöglicht. Dabei kann trotzdem kein Überschlag auf den rohrförmigen Glühkörper auftreten, weil sein Innendurchmesser größer ist als die Lichtbogenstrecke zwischen den Elektroden. Ferner kann nunmehr das kugelförmige Entladungsgefäß mit so kleinem Inhalt gebaut werden, daß sich auch bei kleinen Lampenleistungsaufnahmen sehr hohe Betriebsdrücke von beispielsweise 5o bis i oo Atmosphären einstellen, die in vorteilhafter Weise der Zerstäubung des hoch erhitzten Glühkörpers@entgegenwirken. Der den Lichtbogen umschließende Glühkörper kann aus hochschmelzenden Metallen oder Metallverbindungen, z. B. Carbiden oder Oxyden, bestehen und durch Pressen und Sintern erzeugt oder aus Blech oder Draht gebildet sein.The small distance between the electrodes of the new lamp leads to crowding the entire arc power over a distance of a few millimeters and thus to an extraordinarily concentrated heat source of the highest operating temperature, which enables the heating element to be heated up to its strength limit. Included nevertheless, no flashover on the tubular incandescent body can occur because Inside diameter is larger than the arc gap between the electrodes. Further the spherical discharge vessel can now be built with such a small content, that even with small lamp power consumption very high operating pressures of for example, 5o to 10o atmospheres set, which is advantageous in the Counteract atomization of the highly heated incandescent body @. The one surrounding the arc Incandescent bodies can be made of refractory metals or metal compounds, e.g. B. Carbides or oxides, exist and produced by pressing and sintering or from sheet metal or Wire be formed.

Auf der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele mehrere nach der Erfindung ausgebildete Quecksilberdampflampen mit einer Lichtbogenleistungsaufnahme von 18o W und mit einem Betriebsdampfdruck von 5o Atmosphären schematisch dargestellt.In the drawing, several embodiments according to the invention are shown as exemplary embodiments trained mercury vapor lamps with an arc power consumption of 18o W and shown schematically with an operating steam pressure of 50 atmospheres.

Nach Abb. i ist das kugelförmige, einen Innendurchmesser von etwa 15 mm aufweisende Quarzentladung$gefäß i im innern eines gesockelten Umschließungsgefäßes i untergebracht. Es enthält z*ei zweckmäßig aktivierte Glühelektroden 3, eine übliche Edelgasgrundfüllung und etwas Quecksilber q, das zweckmäßig beim Einbrennvorgang der Lampe völlig verdampft. Der Abstand der Glühelektroden 3 beträgt etwa 3 mm und damit die auf den Zentimeter Lichtbogenlänge umgerechnete spezifische Leistungsaufnahme des Lichtbogens etwa 60o W.According to Fig. I, this is spherical, an inner diameter of about 15 mm quartz discharge vessel i in the interior of a socketed containment vessel i housed. It contains two appropriately activated glow electrodes 3, a common one Inert gas basic filling and some mercury q, which is useful during the baking process completely evaporated from the lamp. The distance between the glow electrodes 3 is about 3 mm and thus the specific power consumption converted to the centimeter of the arc length of the arc about 60o W.

Der zwischen den Elektroden 3 brennende Lichtbogen wird von einem etwa 3 mm breiten Glühkörperring 5 aus Wolfram oder Tantalcarbid umschlossen, dessen Innendurchmesser .etwa 5 mm beträgt, also fast doppelt so groß wie der Elektrodenabstand. Dieser Glühkeper 5 ist an der Seitenwand des Quarzi#ntladungsgefäßes i befestigt, er kann aber auch von einer der beiden Elektroden 3 bzw. von deren Stromzuführungsdraht getragen werden.The burning between the electrodes 3 arc is from a enclosed about 3 mm wide incandescent ring 5 made of tungsten or tantalum carbide, its Inside diameter is about 5 mm, i.e. almost twice as large as the distance between the electrodes. This glow plug 5 is attached to the side wall of the quartz charge vessel i, but it can also be from one of the two electrodes 3 or from their power supply wire be worn.

Die Temperaturverteilung an der Glühkörperoberfläche kann gegebenenfalls durch stärkere Annäherung einzelner Stellen, etwa der Randteile des Glühkörpers, an den Lichtbogenschwerpunkt:oder durch Vorsehung verschiedener Wandstärken oder durch eine verschiedene, das Strahlungsvermögen beeinflussende Oberflächenbeschaffenheit verbessert werden, z. B. so, daß -an allen Stellen die gleiche Temperatur auftritt.The temperature distribution on the surface of the incandescent body can optionally be improved by bringing individual points closer, such as the edge parts of the incandescent body, to the center of the arc: B. so that - the same temperature occurs at all points.

Das im Betrieb der Lampe auftretende Mischlicht setzt sich aus der Strahlung des Glühkörpers 5 und der an den Stirnflächen des Glühkörperringes austretenden, durch die Pfeile angedeuteten Lichtbogenstrahlung zusammen. Dabei wird bei einer in Abb. i dargestellten Mischlichtlampe etwa die Hälfte der vom Lichtbogen ausgehenden Quecksilberstrahlung und der abgeleiteten Wärme von dem etwa aus Wolfram bestehenden Glühkörper 5 absorbiert. Er nimmt also eine Leistung von etwa 9o W auf und erreicht dabei eine Temperatur von etwa 3 100' C. Da Wolfram dabei eine Lichtausbeute von etwa. 34 lm/W aufweist, sendet der Glühkörper eine Strahlung von etwa 90 # 3400 =etwa 30001m aus. 2oo/o, also 60o lm, sind Rotstrahlung.The mixed light that occurs during operation of the lamp is composed of the radiation from the incandescent body 5 and the arc radiation that emerges at the end faces of the incandescent body ring and is indicated by the arrows. In the case of a mixed-light lamp shown in FIG. It therefore consumes an output of around 90 W and reaches a temperature of around 3 100 ° C. Because tungsten has a light output of around. 34 lm / W, the incandescent body emits a radiation of about 90 # 3400 = about 30001m. 2oo / o, i.e. 60o lm, are red radiation.

Die anderen 9o W zugeführter Leistung erscheinen als frei .aus der Lampe aüstretencle Quecksilberstrahlung. Diese beträgt demgemäß bei einer hier in Frage kommenden Lichtausbeute von 7olm/W etwa 90 # 70= 63001m. Davon sind nur q.%, also etwa 25oIm, Rotstrahlung. Gegenüber einer gewöhnlichen Überdruckquecksilb-erdampflampe mit nur etwa 40/0 Rotstrahlung ergibt sich bei der neuen Lampe eine Rotstrahlung von 60o lm + 25o lm = 85o Im; das ist, bezogen auf die Gesamtstrahlung- von 30001m + 6300 lm = 9300 Im, ein Rotgehalt von etwa 9, 2 %. Der Rotgehalt ist also mehr als verdoppelt und annähernd so groß wie derjenige des Tageslichtes.The other 90 W supplied power appear as free. From the lamp aüstretencle mercury radiation. This amounts to approximately 90 # 70 = 63001m with a light output of 7olm / W which is considered here. Of this, only q%, i.e. about 25oIm, are red radiation. Compared to a normal positive pressure mercury vapor lamp with only about 40/0 red radiation, the new lamp has a red radiation of 60o lm + 25o lm = 85o Im; based on the total radiation of 30001m + 6300 lm = 9300 Im, a red content of about 9.2%. The red content is more than doubled and almost as large as that of daylight.

Außerdem füllt die Lichtemission des Glühkörpers auch die übrigen Spektralbereiche des sichtbaren Gebietes auf, so daß auch in diesen Gebieten eine verbesserte Farbwiedergabe erzielt wird.In addition, the light emission of the incandescent body also fills the rest Spectral ranges of the visible area, so that also in these areas a improved color rendering is achieved.

Weitere Vorteile der neuen Lampe liegen in der Verminderung der Welligkeit der Lichtausstrahlung der Lampe und .der für Bestrahlungszwecke wichtigen gleichzeitigen Erzetigung kräftiger, kurzwelliger ultraroter und langwelliger ultravioletter Strahlung..Further advantages of the new lamp are the reduction in ripple the light emission of the lamp and the simultaneous ones that are important for irradiation purposes Production stronger, short-wave ultra-red and long-wave ultraviolet radiation.

Um eine besonders gute Mischung derbeiden verschiedenartigen Strahlungen herbeizuführen, kann auch ein mit Durchtrittsöffnungen versehener Leuchtkörperhohlzylinder 5 Verwendung finden.A particularly good mixture of the two different types of radiation To bring about, a luminous body hollow cylinder provided with through openings can also be used 5 find use.

Abb. 2 stellt ein Entladungsgefäß mit senkrecht verlaufendem Lichtbogen dar, bei dem der Glühkörper 5 näher an die obere Glühelektrode 3 herangerückt ist und sich demgemäß mehr im Bereich der heißen Konvektionsströme befinden.Fig. 2 shows a discharge vessel with a vertical arc represents, in which the incandescent body 5 has moved closer to the upper glow electrode 3 and are accordingly more in the area of hot convection currents.

Bei dem Entladungsgefäß nach Abb.3 ist der als Kappe ausgebildete Glühkörper 5 auf die obere Glühelektrode 3 dicht aufgesetzt. Sein innerer Durchmesser beträgt hier @ettva« 6 mm. Der Abstand zwischen dem unteren Rand des Glühkörpers 5 und der unteren Glühelektrode 3 beträgt etwa ¢mm, ist also größer als der Elektrodenabstand. Die im Betrieb der Lampe nach oben drängenden überaus heißen Dämpfe stauen sich im Innern .des kappenförmigen Glühkörpers 5, wobei sie diesen auf eine hohe Glühtemperatur aufheizen. Bei dieser Ausführungsform vergibt sich eine starke Verminderung der durch Könvektionsströme verursachten Wärmeverluste und damit eine Erhöhung der Licht, ausbeute. Die Kappe kann auch von. der Elektrode isoliert sein.In the case of the discharge vessel according to Fig. 3, it is designed as a cap Incandescent body 5 placed tightly on the upper glow electrode 3. Its inside diameter is here @ettva «6 mm. The distance between the lower edge of the mantle 5 and the lower glow electrode 3 is about [mm], which is greater than the electrode spacing. The extremely hot vapors that press upwards when the lamp is in operation accumulate inside .des cap-shaped incandescent body 5, which it to a high glow temperature Warm up. In this embodiment, there is a great reduction in the heat losses caused by convection currents and thus an increase in light, yield. The cap can also be from. insulated from the electrode.

Mit Vorteil wird ferner das Umschliießungsgefäß 2 lichtstreuend ausgebildet und mit Leuchtstoffen versehen, die durch die kurzwellige Strahlung des Quecksilberhochdrucklichtbogens zum Leuchten gebracht werden, gleichzeitig aber eine gute Durchlässigkeit für die sichtbare Strahlung aufweisen.The enclosing vessel 2 is also advantageously designed to be light-scattering and provided with phosphors that are generated by the short-wave radiation of the high-pressure mercury arc be made to shine, but at the same time a good permeability for the have visible radiation.

Für Bestrahlungszwecke bietet die neue Mischlichtlampe besondere Vorteile, da ein äußerst hoch erhitzter Glühkörper eine sonnenähnliche Strahlung mit kräftigem langw -elliger n Ultraviolettanteil liefert. Das entlüftete oder gasgefüllte Umschliießungsgefäß wird in diesem Fall aus ultraviolettdurchlässigem Glas hergestellt..The new mixed light lamp offers special advantages for irradiation purposes, because an extremely highly heated incandescent body emits sun-like radiation with powerful Long-wave n ultraviolet component supplies. The vented or gas-filled containment vessel is in this case made of ultraviolet-permeable glass ..

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electric mixed light lamp for lighting and irradiation purposes, in which the arc of a high pressure mercury discharge is used to heat an incandescent body surrounding it and allowing the arc to exit, characterized in that when using a spherical quartz discharge vessel (i) and an electrode spacing of 2 up to 5 mm the inner diameter of the incandescent body (5) which surrounds the arc and does not extend beyond the rear electrode ends is greater than the electrode spacing and. that also the lamp at a specific power consumption of the arc. of more than 300 W _ per centimeter of arc length has an operating vapor pressure of more than 30 atmospheres.

2. mixed light lamp according to claim i with perpendicular running arc, characterized in that the distance between the incandescent body (5) from the upper glow electrode (3) is much smaller than the distance of the Glow body from the lower glow electrode (3).

3. mixed light lamp according to claim i with a perpendicular arc, characterized in that the -obere Glow electrode (3) carries the incandescent body (5), which preferably consists of: one on the Glow electrode (3) is tightly fitted cap.