DE7011414U - Bogenentladungslampe. - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER S 6 G 68 D

DtK.-ING. KLAUS BERNHARDT D-β MONCHtN 40 BXCKERSTRASSE 3

SYLVANIA ELECTRIC PRODUCTS, INC. π ilmingTion , Delaware, IJSA

Bogenentladungslampe

Priorität» 1. April 1969 - U.S.A. - Ser.Nr. 811 990

Zu β ammenfa a sung

Es wird ein Bogenentladungsgerät beschrieben, dessen Entladungsgefäß in engem Abstand von einem optisch durohläasigen Kolben umschlossen ist. Der Raum zwischen dem Gefäß und dem Kolben ist mit einem transparenten, inerten Wärmeübertragungs-Strömungsmittel gefüllt. Eine Zwangskühlung der Kolben außenwand erlaubt es, das Bogengefäß auf einer im wesentlichen einheitlichen Wandtemperatur zu betreiben, mit hohem Wirkungsgrad und hoher Wandbelastung.

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft Bogenentladungslampen und insbesondere Hochdrucklampen, die Lioht von einem Bogen emittieren,

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der Metallsalzdämpfe enthält·

Wegen der langen Lebensdauer und des guten Wirkungsgrades sind Quecksilberdampfhochdrucklampen kommerziell lang· verwendet worden, trotz des blau-grünen Idohtee_t das «ie emittieren. In den letzten Jahren sind jedooh Metallhalogenide der Entladungsgefäßfüllung solcher Lampen hinzugefügt «orden, um den Wirkungsgrad zu verbessern und ein «eiSee Licht zu erzeugen (US-Patentschrift 3 407 327)· Wegen der besseren Lichtausbeute und Farbwiedergäbe sind solohe Lampen kommerziell gut aufgenommen «orden·

Beim Betrieb solcher Lampen muß der kälteste Teil der Bogengefäßwand auf einer Temperatur gehalten «erden, die ausreichend hoch ist, damit eine wirksame Menge der Metallhalogenide im Bögengefäß sich im Dampfzustand befindet, im allgemeinen auf wenigstens 600° C. Der kühlste Teil der Bogengefäflwand befindet sioh im allgemeinen an deren Enden in der Nähe der Elektroden· Der heißeste Teil der Bogengefäßwand, der sioh im allgemeinen in der Nähe der Mitte befindet, darf jedoch eine maximale zulässige Temperatur nicht überschreiten. Diese maximale Temperatur hängt ab vom Material des Gefäßes, der Konstruktion und der Füllung. Wenn das Bogengefäß aus Quarz besteht, kann die maximale Temperatur bei et«a 1200° C liegen, oberhalb dieser Temperatur kann Quarz beginnen, sich zu erveichen· Gewisse Metallhalogenide in der Gefäßfüllung können jedοoh in unerwünschter Weise mit dem Quarz bei Temperaturen oberhalb 900 oder 1000° C reagieren und können einen vorzeitigen Auifall der Lampe durch Entglasung oder Bruoh des Quarz, gefäßes verursachen.

Die Wandtemperatur, auf der solche Quarz-Bogengefäßes sicher über die Betriebsiebenedauer betrieben «erden können, liegt also im Bereich zwischen etwa 600 und 1000° C.

der Konstruktion der derzeitigen Halogenidlampen, bei denen das Bogengefaß von einem birnenförmigen Glaskolben umgeben ist, der erheblich größer ist als das BogengefäS; ergibt sich im allgemeinen eine erhebliche Temperaturvariation über das Bogengefäß· Bei einer speziellen} horizontal betriebenen Metalldampflampe von 175 Watt Leistung liegt die minimale Gefäßwandtemperatur bei 600° C und die maximale bei 935° C. Die minimale Temperatur befindet sich an einem Ende des Gefäßes in der Nähe der Elektrode, während die maximale Temperatur sich am obersten Teil des Gefäßes etwa in der Mitte befindet.

Wenn die gleiche Lampe vertikal betrieben wird, ergibt sich eine Minimaltemperatur von 575° C am unteren Ende das Bogengefäßes in der Nähe der Elektrode· Sie maximale Temperatur beträgt 770° C und tritt am oberen Ende des Rohrs zwischen der Mitte und dem Ende auf. Das Bogengefäß hat einen Durchmesser von 14,5 mm, ist 24 mm lang und die Oberfläche beträgt 17,6 qcm. Wenn die Lampe also bei Nennleistung von 175 Watt betrieben wird, wird das Bogengefäß mit 9,9 Watt pro qcm Oberfläche belastet und liefert etwa 70 Lumen pro Watt.

Im Falle einer ähnlichen, aber größeren Lampe mit 2500 Watt Leistungsaufnahme hat das Bogengefäß 33 mm Durchmesser und ist 214 mm lang: es wird mit 9,75 Watt pro qcm Oberfläche belastet. Die minimale Gefäßwandtemperatur bei Horizontalbetrieb des Gefäßes beträgt 640° C und die maximale Temperatur 840° C.

In der Beleuohtungsinduetrie und insbesondere bei der Außenbeleuchtung und Innenbeleuchtung von hohen Hallen ist ea erwünscht, Metalldampflampen mit hoher Leistung zu verwenden·

Wenn solche Lampen verwendet «erden» kann die Gesamtzahl der Lampen und der zugehörigen Einrichtungen, nie Maaten, Tauchten, Reflektoren und Vorschaltgerät β > die dazu benötigt «erden, um ein vorbestimmtes Beleuchtungsniveau zu erreichen, erheblich kleiner sein als nenn lampen niedrigerer Leistung verwendet «erden·

Wenn also eine Hoohleistungslampe für diesen Zweok von beispielsweise 10 000 Watt so ausgelegt wird, daß si· etwa den gleichen Belastungsfaktor von 9 bis 10 Watt pro qom erreicht, «ie in den Beispielen der erwähnten 175 und 2500 Watt Lampen, ergibt sich eine erforderliche Bogengefäßlänge von etwa 90 cm ( 3 Fuß)· Der das Entladungsgefäß umschließende Kuxben sowie die zugehörige Leuchte und der Heflektor müssen auch entsprechend große Abmessungen haben und die ganze Anordnung würde zu schwer werden, um wirtschaftlich verwertbar zu sein·

Wenn das Bogengefäß einer solchen Lampe jedoch elektrisch stärker belastet werden könnte, kannte die Größe des Bogengefäßes verringert und damit die Größe der zugehörigen Geräte proportional verkleinert werden·

Die Erfindung betrifft deshalb Metallhalogenid-Entladungslampen, die stärker belastet wellen können als derzeit verfügbare kommerzielle Halogenidlampen, darüber hinaus soll das Bogengefäß einer solchen Lampe auf einer gleichförmigeren Wandtemperatur betrieben werden als Bogengefäsae dar handelsüblichen Lampen·

Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Lampe besteht darin, daß die Wieder-Zünd-Zeit erheblich niedriger ist als die von derzeitig handelsüblichen Halogenidlaaptn. Bie Tiefte»

Zünd-Zeit betrifft die Zeitspanne, die zum Abkühlen der lampe nach dem Verlöschen erforderlich ist, ehe wieder ein über den Elektroden g>:■:<::>■ 6.2% «erden kann*

Die zum Zünden eines Bogens in einem heißen Entladungsgefäß benötigte Spannung ist erheblich höher als die für ein Kaltes Entladungsgefäß benötigte, d.h. eines, das sich etwa auf Zimmertemperatur befindet. Nachdem eine lampe verlöscht ist, muß ihr die Möglichkeit gegeben werden, sich auf eine Temperatur abzukühlen, bei der die Zündspannung der lampe kleiner ist als die maximale Spannung, die vom VorschaIt-Transformator geliefert wird.

In einigen Fällen kann die Wieder-Zünd-Zeit bis zu 10 oder 15 Minuten betragen, wenn beispielsweise das Entladungsgefäß eich auf 100 oder 150° C abkühlen muß, ehe der Bogen wieder gezündet werden kann. Eine solche, relativ lange Verzögerung bei der Wiederherstellung der Beleuchtung, beispielsweise nach einer kurzzeitigen Unterbrechung der elektrischen Energiezufuhr, kann unerwünscht sein. Bei erfindungsgemäßen lampen ist die Wiedjr-Zünd-Zeit wegen der hohen Geschwindigkeit, mit der das Bogengefäß gekühlt wird, sehr kurz.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße lampe besteht aus einem Bogenentladungsgefäß, dessen Wände im wesentlichen transparent für die Strahlung von einer Bogenentladung sind, insbesondere im sichtbaren Bereich. Ein solches Entladungsgefäß wird vorzugsweise aus Quarz hergestellt, es können aber auch andere Werkstoffe, wie hoch silikathaltige Gläser oder transparente Tonerde mit zufriedenstellendem Erfolg verwendet werden.

Im B_ogengefäß sind die üblichen, voneinander entfernten Bogenentladungselektroden angeordnet, und gewünschtenfalls eins Zündelektrode= Im Entladungsgefäß ist ferner eine Füllung angeordnet, die Quecksilber und ein Metallhalogenid (ausgenommen Fluorid) enthält. Wie erwähnt, muß das Metallhalogenid während des Betriebes auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden, um die Farbe und/oder den Wirkungsgrad der Lampe wirksam zu verbessernο Die Füllung kann auch ein leicht ionisierbares Gas enthalten, beispielsweise Argon, um dieZündung der Lampe zu erleichtern, und ein Alkali-Metall, beispielsweise Natrium, um die Stabilisierung des Bogens zu unterstützen·

Das Entladungsgefäß ist innθ rhalb eines geschlossenen Kolbens und im Abstand von diesem angeordnet, dessen Wände im wesentlichen für die sichtbare Strahlung vom Bogen durchlässig sind· Vorzugsweise besteht der Kolben aus Quarz, es können aber auch andere Werkstoffe, beispielsweise die für das Bogenentladungsgefäß oben erwähnten, mit befriedigendem Erfolg verwendet werden· Auch sogenannte Hart- oder Weichgläser können in den Fällen mit Erfolg verwendet werden, in denen die Wände des Kolbens im Betrieb auf einer Temperatur gehalten werden, die sicher unterhalb des Erweichungspunktes des GrIases liegt·

Das Entladungsgefäß wird im Kolben vorzugsweise mit Zuleitungsdrähten abgestützt, die für die sen Zweck ausreichend steif sind· Diese Zuleitungsdrähte dienen auch dazu, den Elektroden von außen elektrische Leitung zuzuführen· Vorzugsweise ist das Entladungsgefäß auch im wesentlichen mittig im Kolben angeordnet, um einen im wesentlichen gleichförmigen Abstand zwischen den Wänden des Entladungsgefäßes und den Wänden des

Kolben?- au erhalten, damit das Entladungsgefäß gleichmäßig geku: lerden kann, wie noch erläutert wird.

Der Abstand zwischen dem Entladungsgefäß und dem Kolben ist vorzugsweise klein, um den Wärmeübergang vom Entladungsgefäß zum Kolben mit hohem Wirkungsgrad durchführen zu können. Zusätzlich ist der Abstand mit einem Strömungsmittel gefüllt, das für sichtbare Strahlung durchlässig ist, gegen die damit in Berührung kommenden Werkstoffe inert ist, insbesondere bei den hohen Betriebstemperaturen, und das adäquate Wärmeübergangseigenschaften für die Zwecke der Erfindung^ hat. Helium ist ein Beispiel für ein solches Strömungsmittel. Stickstoff und Argon sind weitere Strömungsmittel, die in einigen Fällen verwendet werden können» wenn auch ihre Wärmeleitung erheblich niedriger ist als die von Helium· Sie erwähnten Strömungsmittel reagieren nicht me rklich mit den Üblicherwaise verwendeten Metallen, aus denen die Zuleitungsdrähte bestehen, oder mit den Werkstoffen, aus denen das Entladungsgefäß und der Kolben bestehen·

Andere Medien, außer Grasen, könaen ebenfalls als Wärmeübertragunge-Strömungsmittel in dem erwähnten Zwischenraum verwendet werden, wenn diese Medien transparent und in geeigneter Weise inert sind und eine adäquate Wärmeleitfähigkeit haben·

TTm die hohe Belastung und die gleichförmige Entladungsgefäßwandtemperatur nach der Erfindung zu erhalten, ist es notwendig, daß die Außenwand des Kolbens zwangsgekühlt wird. Wenn die Wand einfach einem nicht-strömenden Medium ausgesetzt wird, oder einem Medium, das lediglich durch Konvektionsströme zirkuliert, reicht das gewöhnlich nicht aus, um die gewünsobJkin Ergebnisse zu erhalten· Weiter muß die Wand mit ausreichender Geschwindigkeit abgekühlt werden, um eine im

wesentlichen gleiohförmige Sntladungegeiäßwand-femperatur zu erhalten·

Die Größe der erfindungsgemäß erforderlichen Temperaturgleichf örmigkeit kann bei verschiedenen lampen unterschiedlich sein und hängt u.a. von der Zusammensetzung der Entladungsgefäßfüllung ab, der Entladungsgefäß-Betriebstemparatur und dem Abstand der Elektroden von der Entladungegefäßwand. Die Gleichförmigkeit der Entladungsgefäßwand-Temperatur ist jedoch in den erfindungsgemäßen Lampen besser als in den derzeit handelsüblichen Halogenidlampen. Diese Überlegenheit kann durch Vergleich der Verteilung der Füllung auf die Entladungsgefäßwände bildhaft gezeigt «erden.

Wie erwähnt worden ist» besteht die Füllung aus Quecksilber und einem Metallhalogenid, sowie im a31*eib*sinen einem leichtionisierbaren (ras und einem Alkalin^ta.<?., gewöhnlich als ein Halogenid· Damit die lampe in der vorgesehenen Weise arbeitet» d.h. mit hohem Wirkungsgrad und/oder w ifier Lichtemission, muß einj wirksame Menge der erwünschten Metallkomponenten im Bogenstrom enthalten sein·

ITm in den Bogen strom einzutreten, müssen die Bestandteile zunächst verdampft werden. Quecksilber ist bei Zimmertemperatur flüssig, und es siedet bei Atmosphärendruck bei 355° C. Da das Entladungsgefäß auf erheblich höherer Temperatur arbeitet, ist das gesamte Quecksilber verdampft, der Dampfdruck des Quecksilbers wird dabei durch die gesamte Quecksilbermenge in der Füllung kontrolliert und überschreitet im allgemeinen 5 bis 15 Atmosphären nicht.

Die Metallhalogenide sind jedoch im allgemeinen bei Zimmertemperatur fest und haben erheblich niedrigere Dampfdruck als

Quecksilber· Sie müssen also auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt werden, so daß eine wirksame Menge verdampft· Wenn zwei oder mehr solcher Metallhalogenide in der Füllung vorhanden sind, wird die gewünschte Strahlung durch sorgfältige Kontrolle der Halogenidmengen erreicht, die die höheren Dampfdrücke haben, und ein Überschuß des Halogenide hinzugefügt wird, das den niedrigsten Dampfdruck hat.

Bei den üblichen Entladungsgefäß-Betriebetemperaturen befinden sich die Metallhalogenide im allgemeinen im flüssigen Zustand, zusätzlich zu der Menge, die verdampft ist. Das Verteilungsmuster der flüssigen Halogenide auf der Innenwand des Entladungs gefäßes kann leicht beobachtet werden· Bei bekanntein Lampen wurden die flüssigen Halogenide nur am kältesten Teil des Entladungsgefäßeβ beobachtet und waren nur über einen kleinen Bruchteil der gesamten Entladungsgefäßwand verteilt. Eine solche Verteilung zeigt eine ungleichförmige Entladungsgefäßwand-Temperaturverteilung an, die typisch für Entladungsgefäße ist, deran unterschiedliche Temperaturverteilung einleitend beschrieben worden ist.

Bei Entladungsgefäßen nach der Erfindung ist jedoch die Temperaturverteilung über die Entladungsgefäßwand im Betrieb erheblich gleichmäßiger und die flüssigen Halogenide sind über einen erheblich größeren Anteil der Innenwand verteilt. Bei optimalen Bedingungen der Entladungsgefäßkonstruktion, der Wandbelastung, des Kolbenabstands und der Kuhlrate ist die Temperatur der Entladungggefäßwant gleichförmig genug, so daß die flüssigen Halogenide im wesentlichen über die ganze Innenwand verteilt sind.

Beim Kühlen der Entladungsgefäße verfestigen sich die Halogenide im allgemeinen an Ort und Stelle und bleiben sichtbar.

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Die Temperaturverteilung kann also auch am kalten Gefäß beobchtet werdenο Das Quecksilber ist selbstverständlich als Flüssigkeitstropfen im untersten Teil des Gefäßes sichtbar.

EsI sissr bsvorsugten Konstruktion ist dar Abstand s^ischsu. dem Bogengefäß und dem Kolben klein genug» um die Wärmeübergangsrato von dsr Wand des Bogengefäßes über das inerte Strömungemittel zur Wand des Kolbens zu verbessern· Vorzugsweise hat der Abstand auch im wesentlichen gleichförmige Abmessungen» wenigstens um den Bogenlängenteil des Entladungsgefäßeβ, weil die maximale Wandtemperatur im allgemeinen an dieser Stelle auftritt«

Der Kolben kann zwangsweise dadurch gekühlt werden, daß ein geeignetes Gras oder eine geeignete flüssigkeit mit der gewünschten Bate oder Geschwindigkeit zum Strömen gebracht wird· Vorzugsweise ist jedoch der Kolben in einem geeigneten transparenten Behälter angeordnet, der einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, so daß Kühlmittel (flüssig oder gasförmig) von einer externen Quelle um den Kolben strömen kann. Stattdessen können die lampe und das Kühlmittel aus einem geschlossenen System bestehen, bei dem das Kühlmittel, nachdem es durch den Kolben erhitzt worden ist, selbst getrennt von der lampe abgekühlt wird und zum Kolben zurück zirkuliert, um eine kontinuierliche Kühlung zu erreichen· Bei einem anderen Verfahren zum Zwangskühlen des Kolbens kann der Kolben ganz oder teilweise in eine geei&nete, verdampfbare Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, eingetaucht sein. Die Wärme vom Kolben sorgt dann dafür, daß die Flüssigkeit verdampft, die Dämpfe können oberhalb der Lampe kondensieren und das Kondensat kann entweder direkt oder übe:r den Kolben in die Hauptflüssigkeitsmenge zurückfließen. In einem solchen Falle bleibt die Außenwand des Kolbens im wesentlichen auf der gleichen Temperatur wie die Siedetemperatur der Flüssigkeit.

70114143017.70

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert «erden; es zeigern

Pig· 1 eine Aueführungeform einer erfindungsgemäßen Lampe»

V«4 -3λ« λ4«* P„*T »J.,»»«/»/.^f;i} S« «4W,-«. FaII,»» _λ^,^«_λ^Λ_. vgi us.·. ο-Lu jiui^auuuQBgsiai· j-u bjjisiu uvauw omqwxu— net ist, der seinerseits in einem transparenten Behälter mit einem Einlaß und einem Auslaß angeordnet ist; und

Fig. 2 eine «eitere Ausführungsform, bei der nur ein Teil

des Kolbens in einem transparenten Behälter angeordnet ist·

In Fig.1 ist ein zylinderförmiges Entladungsgefäß 1 aus Quarz dargestellt. Das Entladungs gefäß 1 ist an jedem Ende mit Quetschfüßen 2 abgeschlossen. Im Entladungsgefäß 1 sind Entladungeelektroden 3 und eine Zündelektrode 4 angeordnet. Ferner ist im Entladungsgefäß 1 eine Füllung 5 aus Quecksilber und Metallhalogenide!! angeordnet. Me Elektroden 3 und 4 sind mit den üblichen Folienanschlüssen 6 mit den Quetschfüssen 2 verbunden. Über die Quetschfüße 2 hinaus führen Zuleitungsdrähte 7» von denen jeweils ein Ende mit einer Anschlußfolie 6 verbunden ist und in einen Quetschfuß 2 eingebettet ist.

Praktisch gleichföaraig ist um das Entladungsgefäß 1 herum und im Abstand von diesem ein geschlossener Quarzkolben 8 mit Quetschfüßen 9 an je dem Ende angeordnet»

Das Entladungsgefäß 1 iet im Kolben 8 mit steifen Zuleitungsdrähten 7 abgestützt, deren freie Enden in Quetschfüße 9 eingebettet sind· Die Enden sind ferner elektrisch mit Anschlußfolien 10 verbunden, die in die Quetschfüße 9 einge-

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bettet sind. Über die Quetschfüße 9 führen Zuleitungsdrähte 11 hinaus, von denen jeweils ein Ende mit einer Verbindungsfolie 10 verbunden ist und in einen Quetechfuß 9 eingebettet ist.

In unterbrochenen Linien ist ein Behälter 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Behälter 12 «eist einen Einlaß 13 und einen Auslaß 14 auf und kann aus Hartoder Weich-Glas bestehen. Die Zuleitungsdrähte 11 führen dicht durch die Wände des Behälters 12 , um für einen elektrischen Anschluß an eine äußere Stromquelle zu sorgen. Der Kolben 8 kann im Behälter 12 mit den Zuleitungsdrähten 11 abgestützt sein oder, gewünschtenfalla können zusätzliche Abstützungen verwendet «erden, beispielsweise eine Baueinheit, die an die Enden des Kolbens 8 angeklemmt ist und sich an der Innenwand des Behälters 12 abstützt.

Bei der in Pig.2 dargestellten Ausführungsfor m sind das Entladungsgefäß 1 und der Kolben 8 ähnlich denen nach Pig.1 aufgebaut und es sind deshalb die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Der Kolben 8 gemäß Fig.2 ist jedoch entsprechend länger als der nach Fig.1 und metallische Abstandshalter 16 auf den Zuleitungsdrähten 7 sorgen für eine zusätzliche Abstützung des Entladungsgefäßes 1. Genauer gesagt, die Abstandshalter 16 bestehen aus nachgiebigen Metallband era, die allgemein Kreuzform haben. Die EnJ^n der Abstandshalter 16 stützen sich an der Innenwand des Kolbens 8 ab und die Abstandshalter 16 sind an den Zuleitungsdrähten 7 an eines Funkt zwischen dem Quetschfuß 2 und dem Quetschfuß 9 befest j wenn auch etwas näher am Quetschfuß 9. Die Abstandshalter 16 verhindern damit jede Querbewegung des Entladungsgefäß^ 1 im Kolben 8.

Der Behälter 12 gemäß Fig.2 be steht aus Glas, und seine

Erden sind direkt mit dem I'Vi.i:fi 8 an Punkten zwischen dsm Quetschfufi 2 und dem Qu*- ΐο) Jfuß 9 verschmolzen· Wenn ein geeignetes Kühlmittel vou, jSinlaß 13 zum Auslaß 14 durch den Behälter 12 zirkuliert, wird nur der davon umgebene Teil des Kolbens 8 direkt gekühlt. Die länge des davon erfaßten Teiles des Kolbens 8 übersteigt jedoch die Länge des Entladungsgefaßes 1 und deshalb wird das Entladungsgefäß 1 im wesentlichen gleichförmig gekühlt.

Eine geschlossene Abschmeliung 15 ist der Rest eines Absaugröhrchena; das an der Wand des Kolbens 8 befestigt war und erlaubte» den Kolben 8 mit Helium zu füllen.

AIa Ausführungsbeispiel für iine stärkere Wandbelastung, die mit einer erfindungsgemäßen Lampe erreichbar ist, wurde ein Entladungsgefäß von einer handelsüblichen 400-Watt-Lampe verwendet· Das Entladungsgefäß 1 hat einen Außendurchmesser von 22 mm, eine Wandstärke von imn, eine Bogenlänge von 45 mm und eine Wandeberfläche von 46 gern· Die Füllung besteht aus 70 Milligramm Quecksilber, 20 Milligramm Natrium-Iodid, 5,5 Milligramm Scandium-Iodid, 2 Milligramm Caesium -Iodid, und 25 Torr Argon. Wenn die Lampe bei der bekannten Konstruktion mit 400 Watt betrieben wird, ergibt sich eine Wandbelastung von 8,6 Watt pro qcm und die Temperatur der Bogenwand schwankt zwischen 650 und 860° C.

Bei Betrieb mit Leistungen τοη mehr als 400 Watt würde die maximale Wandtemperatur in unerwünschter Weise die maximale Temperatur für das spezielle Entladungsgefäß von 900 bis 1000° C in unerwünschter Weise erreichen oder überschreiten.

Erfindungsgemäß wurde jedoch das Entladungsgefäß 1 der handela-

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tiblichen 400-Watt-Lampe in einem Kolben 8 eingeschlossen, dessen Abmessungen waren 25 mm Innendurchmesser, 1 mm Wandstärke und 150 mm Länge. Der Abstand zwischen dem Entladungsgefäß 1 und dem Kolben 8 betrug 1 i/2 mm quer und der Zwischenraum vrdrde mit Helium unter einem Zimrnertemperaturdruck von 500 Torr gefüllt. Der Kolben 8 wurde durch einen schnellen Luftstrom abgekühlt, der längs über die Außenwand geblasen wurde, während das Entladungsgefäß 1 mit 1750 Watt betrieben wurde, was einer Belastung von 4-2 Watt pro qcm entsprach. Unter diesen Bedingungen befand sich die Entladungsgefäßwand auf im wesentlichen gleichförmiger Temperatur von etwa 800° C und die Metall-Iodide waren flüssig über die innere Entladungsgefäßwand verteilt, und zwar praktisch über die ganze Bogenlänge. Der Schmelzpunkt des Natrium-lodids, Scandium-Iodids und Cftsium-Iodids beträgt 662° C, 964° 0 bzw. 621° 0. Die Dampfdrücke bei 800° C sind 2 mm, 45 mm bzw, 1,1 mm.

Im Normalbetrieb hat die 400 Watt-Lampe eine Lichtausbeute von 85 Lumen pro Watt, während bei Betrieb mit 1500 Watt nach der Erfindung die Ausbeute auf 95 Lumen pro Watt ansteigt. Das kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß die elektrische Leistung in solchen Geräten in Elektrodenverlusten und Strahlungsverlusten verbraucht wird (von denen etwa ein Drittel Wärmestrahlung ist)ο Bei einem speziellen Entladungsgefäß bleiben die Elektrodenverluste oberhalb einer gewissen Belastung einigermaßen konstant. Sine stärkere Belastung über diesen Wert hinaus ergibt also, daß ein höherer Prozentsatz der elektrischen Leistung in Strahlungsenergie umgewandelt wird.

Dieses letzte Beispiel zeigt, daß ein Behälter nicht ein

*<.agrierendes Merkmal der Erfindung sein muß, weil eine jn^skühlung ohne einen solchen Behälter erreicht werden

o ™6üü sin Behälter erwünscht ist _} braucht es auch kein vollständig einschließender Behälter gemäß Fig.1 zu sein· Es genügt, ein Glasrohr gemäß Fig.2 zu verwenden, das den Kolben 8 umgibt, jedoch an oder in der Nähe von dessen Enden dicht angesetzt ist· In einem solchen Falle soll der Zwischenraum, der mit einem Wärmeübergangs-StrÖmungsmittel gefüllt ist, sich wenigstens bis zu den Enden des Entladungsgefäßes 1 oder vorzugsweise über diese hinaus, erstrecken·

Wie erwähnt worden ist, wird der Abstand oder der Spalt zwischen dem Entladungsgefäß 1 und dem Kolben S vorzugsweise klein gewählt, um einen Wärmeübergang mit gutem Wirkungsgrad vom Entladungsgefäß zum Kolben zu erhalten· In jeder speziellen lampe hängt jedoch der optimale Spalt u.a. von der Bogengefäßwandbelastung der Lampe ab sowie der thermischen Leitfähigkeit des Wärmeübertragungssi Übels ·

In einem speziellen Bogenentladungsgefäß, das normalerweise mit 400 Watt betrieben wird, wurde gewünscht, die Innenwandtemperatur des Entladungsgefäßes auf etwa 950° C zu halten, während der Kolben 8 mit siedendem Wasser gekühlt wurde. Der Temperaturabfall von der Innenwand des Entladungsgefäßes 1 zur Außenseite des Kolbens beträgt dabei etwa 850° 0,

Wenn der Spalt zwischen dem Entladungsgefäß 1 und dem Kolben 8 1 mm lang ist und mit Helium gefüllt ist, wurde festgestellt, daß die erwähnten Temperaturparameter erreicht werden können, wenn die Eingangsleistung für das

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Entladungsgefäß 45 Watt pro qcm betrug· Wenn der Spalt je

doch mit Stickstoff gefüllt wurde, wvfuvü üvüc 7»5 Ws*t B gangsleistung pro qcm benötig+, um den Temperaturunterschied von 850° C zu e reichen, und der Gerund ist darin zu suchen, daß Stickstoff eine kleinere Wärmeleitfähigkeit hat aid Helium. Der Wärmeleitkoeffizient für Helium ist 0,000339 Grammkalorien pro Quadratzentimeter-Sekunde und Grad C pro Zentimeter, während dieser Koeffizient für Stickstoff 0,0000524 beträgt.

Wenn jedoch der mit Stickstoff gefüllte Spalt auf 0,1 herabgesetzt wurde, konnte das Entladungsgefäß mit 62,5 Watt pro Quadratzentimeter betrieben «erden, um den Tempe raturunterschied von 850° C beizubehalten, ^ie Spaltstärke kann also im gewünschten Sinne gewählt ««erden, je nach der Wärmeleitfähigkeit des verwendeten lärrawübergangs-Strömungsmittele Im Falle von Argon, das sogar noch eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit hat als Stickstoff, iuß der Spalt sogar noch kleiner sein als im erwähnten Falle für Stickstoff, wenn das Entladungsgefäß im gleichen Maße belastet werden soll. Wenn jedoch die gewünschte Maximalbelastung kleiner ist, kann der Spalt entsprechend vergrößert werden ^

Selbstverständlich kann das Wärmeübertragungs-Strömungsmitte eine Mischung von mehr als einem Strömungsmittel sein·

Der Fülldruck des Wärmeübeitragungs-Strömungsmittels scheint nicht besonders bedeutsam zu sein, d.h. die Bate der Wärmeübertragung vom Entladungsgefäß 1 zum Kolben 8 zu beeinflussen. Es wurde in einer speziellen Lampe, in der Helium als Wärmeübertragungs-Strömungemittel verwendet wurde, dass bei Ftilldrueken von 50 und 500 Torr und bei Wandbelastungen von etwa 45 Watt pro qcm die Wärmeabfuhrrate von der Außenfläche des Kolbens 8 etwa gleich war.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die als Quetschfüße dargestellten Enden des Entladungsgefäßes 1 direkt an die Enden des Kolbens 6 dichu angesetzt wordene In einem solchen Falle würden die Zuleitungsdrähte in den Bereich der gemeinsamen Abdichtung eingebettet sein· In einem solchen Falle muß sich auch der Abstand zwischen dem Entladungsgefäß 1 und dem Kolben 8, der mit dem Wärmeübergangs-Strömungsmittel gefüllt ist, wenigstens über den Bogenlängenteil des Entladungsgefäßes 1 erstrecken.

···/ Schutzansprüchet

70114143ft7.70

Claims (7)

1. S 6 G 68

   Schutzansprüche

   • Bogenentladungslampe, bestehend aus einem Entladungsgefäß, das eine Metallhalogenide enthaltende Füllung enthält, und einem transparenten Kolben, der das Entladungsgefäß umgibt, von diesem aber einen Abstand hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Abstandes wenigstens für die Länge des Bogenlängenteils des Entladungsgefäßes im wesentlichen gleichförmig ist, ein transparentes, inertes Wärmeübertragungs-StrömungBmittel in diesem Zwischenraum vorgesehen ist und die Außenwand des Kolbens zwangsgekühlt ist·
2. 2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß mit im wesentlichen steifen Zuleitungsdrähten im Kolben abgestützt ist, die dicht in die Enden des Entladungsgefäßes eingesetzt sind·
3. 3· Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Entladungsgefäßes mit dem Kolben vereinigt; sind·
4. 4· Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Strömungsmittel Helium ist.
5. 5. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in einen transparenten Behälter eingeschlossen ict.
6. 6· Lampe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenlängenteil des Kolbens in den transparenten Behälter eingeschlossen ist»

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7. 7. Lampe nach Anspruch 5 oder 6, dadur ch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Einlaß und «inen Auslad für ein Kühlmittel aufweist.