DE969346C

DE969346C - Elektrische Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE969346C
Application number: DEI2859A
Authority: DE
Inventors: Edward B Noel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1948-03-27
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1958-06-19
Also published as: FR983744A

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Hochdruckentladungslampen, insbesondere Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen mit einer gasdicht abgeschlossenen, röhrenförmigen, Quecksilber und Zündgas sowie an ihren Enden Elektroden enthaltenden Hülle aus Quarz und einer die Quarzhülle mit Abstand vollständig umschließenden und mit einem inerten Gas, ζ. Β. Stickstoff, gefüllten Glashülle.

Lampen dieser Art sind im Handel mit verschiedenem Wattverbrauch, z. B. von ioo bis 400 Watt, erhältlich, und eine häufig verwendete Lampe hat einen Wattverbrauch von 250 Watt. Die 250-Watt-Lampe ist in zwei Ausführungsformen auf dem Markt, von denen die eine insbesondere für Beleuchtungszwecke und die andere vor allem als Ultraviolettstrahlungserzeuger geeignet ist. Die letztere Lampe wird in Verbindung mit einem äußeren Filter benutzt, das das sichtbare Licht der Lampe absorbiert und nur das ultraviolette Licht zur Erregung von Phosphoren an Schirmen, Wänden und ähnlichen Flächen für die sogenannte »Dunkelbeleuchtung« durchläßt. Diese zwei Lampenarten sind mit Ausnahme des Glases, aus dem der in beiden Fällen als Röhre mit einem gleichförmigen Außendurchmesser von etwa 44 mm ausgebildete Mantel besteht, von gleicher Bauart.

Die als Ultraviolettstrahlungserzeuger verwendete Lampe weist einen Mantel aus Glas auf, das eine hohe Durchlässigkeit für langwelliges Ultraviolett hat. Die

8O9S45/4O

Analyse der Zusammensetzung dieses Glases, das kurz als Glas Nr. I bezeichnet sein mag, ergibt:

SiO,

8i°/o

Na₂O 4%

BaO 13%

Al₂O₃ 2%

Die für Beleuchtungszwecke dienende Lampe ist mit

einem Mantel aus einem Glas versehen, das wesentlich

ίο weniger langwelliges Ultraviolett durchläßt. Die Analyse dieses Glases, das als Glas Nr. II bezeichnet sei, zeigt als Bestandteile:

SiO₂.
Al₂O₃
Na₂O
B₂O₃
CaO ,
MgO .

56,4%

20,8%

44% 4.9%

Trotz der bis auf die Glaszusammensetzung des Mantels gleichen Ausführung der beiden Lampen ist die nutzbare Lebensdauer der Ultraviolettlampe nur etwa die Hälfte der Lebensdauer der Beleuchtungslampe, wenn beide Lampen unter denselben ihre Lebensdauer prüfenden Bedingungen arbeiten. Dies besagt, daß, wenn die beiden Arten von Lampen unter den gleichen Bedingungen der Leistungszufuhr und der umgebenden Atmosphäre arbeiten und nicht öfter als einmal alle 5 Stunden abgeschaltet und wieder gezündet werden, die Lebensdauer der Ultraviolettlampe 1000 Stunden und die Lebensdauer der Beleuchtungslampe 2000 Stunden ist. Die Ultraviolettlampe muß außerdem in einer senkrechten Stellung arbeiten, um diese Lebensdauer von 1000 Stunden zu erreichen. Die Zündspannung der Lampen nimmt während der Dauer ihrer Benutzung schrittweise zu, bis die Lampen schließlich bei der ihren Elektroden durch das Hilfsgerät aufgedrückten Anlaßspannung nicht mehr zünden. Ferner verschlechtert sich die innere Fläche der Quarzhülle und wird im Aussehen rascher matt, als es an sich unvermeidlich ist.

Der Erfindung liegt nun in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckentladungsdampflampe zu schaffen, welche eine längere nutzbare Lebensdauer als jede der beiden erwähnten Lampen hat und in dieser Beziehung auch andere im Handel erhältliche Lampen ähnlicher Bauart übertrifft. Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine derartige Lampe von langer nutzbarer Betriebsdauer so auszubilden, daß sie leicht in die vorhandenen, für die bisher bekannten Lampen dieser Art gebauten Fassungen und Halter eingesetzt werden kann. Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, die Ausführung einer solchen Lampe längerer Lebensdauer derart zu vervollkommnen, daß sie billig hergestellt werden kann und sich entweder als Ultraviolettstrahlungserzeuger oder nur als eine Beleuchtungslampe sowie in jeder Lage verwenden läßt.

Der Unterschied in der nutzbaren Lebensdauer der erwähnten Lampen und ihre verhältnismäßig kurze Lebensdauer haben zu einer Untersuchung über die Ursache dieser ungünstigen Eigenschaften dieser Lampen geführt. Dabei wurde das Vorhandensein von Wasserstoff in dem Entladungsraum der Quarzhülle der Ultraviolettlampe festgestellt, und es hat sich gezeigt, daß dieses Gas das Anwachsen der Anlaßspannung der Lampe hervorruft, das die kurze nutzbare Lebensdauer der Lampe zur Folge hat. Es ist bekannt, daß Quarz bei hohen Temperaturen für Wasserstoff durchlässig ist, aber nach den Angaben von BoI und anderen Forschern in der USA.-Patentschrift 2 094 694 (vgl. dort insbesondere S. 7, Sp. 2, Z. 3 bis 13) schien es, daß der entlüftete und mit Stickstoff gefüllte, gasdicht zugeschmolzene Glasmantel jede Möglichkeit der Diffusion von Wasserstoff aus der umgebenden Atmosphäre durch die heiße Wandung der Quarzhülle ausschließt.

Andere Forscher haben die kurze und unterschiedliche Lebensdauer der bisher gebräuchlichen Hochdruckentladungslampen anderen Ursachen, z. B. der Stickstoffüllung in dem Mantel und der Diffusion von Stickstoff durch die heiße Quarzwandung, zugeschrieben, aber es läßt sich nachweisen, daß, wenn der Entladungsraum in der Quarzhülle frei von Wasserstoff ist, die Zündschwierigkeiten verschwinden. Prüfergebnisse an einer Lampe nach der Erfindung, die einen 8g mit Stickstoff gefüllten Mantel aufweist, haben nämlich eine mittlere nutzbare Lebensdauer von 5000 Stunden gegenüber der nutzbarenLebensdauer von ioooStunden bei den bekannten Ultraviolett-250-Watt-Lampen und gegenüber den 2000 Stunden nutzbarer Lebensdauer bei den bisherigen Beleuchtungs-250-Watt-Lampen gezeigt und die Überlegenheit der Lampe nach der Erfindung auch für einen mit Stickstoff gefüllten Mantel dargetan.

Die Erkenntnis der Ursache der kurzen Nutzungsdauer der bekannten Lampen, d. h. die Feststellung der Anwesenheit von Wasserstoff in der Quarzhülle, hat aber noch nicht zur Lösung des Problems der Lebensdauerverlängerung geführt, da die an sich bekannte Tatsache, daß der Mantel der Entladungslampe trotz bester Entgasung beim Betrieb der Lampe geringe Mengen von Wasserstoff abgeben kann, keine Berücksichtigung fand. Für das Endergebnis ist es dabei gleichgültig, ob der Wasserstoff tatsächlich aus dem Glase frei wird oder durch das Glas von außen hindurchdiffundiert. Auch ist es zu bedenken, daß jeder Wasserdampf, der aus dem Glas kommt, beim Betrieb der Lampe durch die Ultraviolettstrahlung in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird.

Die Erfindung baut auf der Feststellung auf, daß trotz bester Vorbereitung aus dem Mantel einer Entladungslampe noch Wasserstoff frei werden und sodann durch die Quarzhülle in den Entladungsraum gelangen kann, sowie auf der ebenfalls vorher schon erwähnten Erkenntnis, daß dieser Wasserstoff für die Lebensdauer der Lampe äußerst schädlich ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Hochdruckentladungslampe, insbesondere Quecksilberdampfentladungslampe, für den Betrieb mit einem gegebenen Wattverbrauch, die eine innere, bei erhöhter Temperatur für Wasserstoff durchlässige, glasartige, z. B. aus Quarz bestehende rohrförmige Hülle, die eine ionisierbare Gasatmosphäre enthält, vorzugsweise aus Quecksilber und einem Zündgas, sowie in dieser Hülle mit Abstand voneinander eingeschmolzene, die Hauptentladung tragende Elektroden und weiterhin einen

abgedichteten,, die Hülle einschließenden glasartigen, rohrförmigen Mantel aufweist, wobei der Raum zwischen der Hülle und dem einschließenden glasartigen Mantel mit einem inerten Gas gefüllt ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel in bezug auf den Wattverbrauch so bemessen ist, daß seine spezifische Wandbelastung nicht kleiner ist als etwa ι Watt/cm² und nicht größer als 1,5 Watt/cm² und daß die spezifische Wandbelastung des die Entladungsstrecke zwisctien den Elektroden umschließenden Teiles der Hülle zwischen etwa 8 und 13,2 Watt/cm² liegt, um das Auftreten von Wasserstoff in der Lampe auf das Minimum zu bringen. Durch die unter der gebräuchlichen liegende Belastung von Mantel und Hülle wird die Gefahr des Freiwerdens und Hindurchdiffundierens von Wasserstoff vermindert und so die Lebensdauer der Lampe vergrößert, da die bei bekannten Lampen auftretenden Zündschwierigkeiten vermieden werden. Diese bei der Erfindung auftretende Wirkung kann dadurch verbessert werden, daß besonders ausgewählte Glassorten für den Mantel verwendet werden. Es verhalten sich nämlich die Gläser bezüglich der Abgabe von Wasserstoff sehr unterschiedlich.

So kann für eine Lampe nach der Erfindung, welche zugleich die beiden Arten der bekannten Lampen zu ersetzen vermag, für den äußeren Mantel ein handelsübliches Glas verwendet werden, das als Glas Nr. III bezeichnet sei und dessen Zusammensetzung gemäß Analyse enthält:

SiO₂ 72,0%

Na₂O 4,0%

Ba₂O₃ 15,00/0

Al₂O₃ i,5°/₀

PbO 6,0%

K₂0 1,5%

Dieses Glas Nr. III läßt mehr langwelliges Ultraviolett durch als das Glas Nr. II des Mantels der früheren Beleuchtungslampe und fast soviel wie das Glas Nr. I des Mantels der gebräuchlichen Ultraviolettlampe, so daß die Lampe nach der Erfindung mit dem Glas Nr. III beim Mantel sowohl für die Zwecke der Ultraviolettstrahlung als auch für gewöhnliche Beleuchtungszwecke verwendet werden kann.

Die Erkenntnis, daß der Wasserstoff von einem außerhalb der Quarzhülle liegenden Ort kommt, weist darauf hin, daß diese Hülle größer gemacht werden müßte, um ihre strahlende Oberfläche zu vergrößern und ihre Betriebstemperatur zu verkleinern, so daß das Ausmaß der Wasserstoffdiffusion durch die Quarzwandung hindurch und in den Entladungsraum vermindert wird. Dementsprechend ist erfindungsgemäß die Länge der Entladungsstrecke zwischen den Elektroden in der röhrenförmigen Quarzhülle z. B. von 43 auf 60 mm und der innere Durchmesser der Quarzröhre z. B. von 13 auf 15 mm erhöht worden. Dadurch wurde die zylindrische Fläche an der Innenseite des die Entladungsstrecke umgebenden Teiles der Quarzhülle von 17,6 cm² auf 28,3 cm² erhöht und die spezifische Wandbelastung einer 250-Watt-Lampe an diesem Teil der Hülle von 14,2 auf 8,8 Watt je cm² verringert, so daß die Betriebstemperatur der Quarzhülle erniedrigt und der Grad der Wasserstoffdiffusion durch ihre Wandung verringert wird. Die spezifische Wandbelastung ist durch den Quotienten aus der zugeführten Wattleistung der Lampe und der Größe der gewählten Oberfläche bestimmt.

In gleicher Weise ist der Teil des Glasmantels, der den die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden umschließenden Teil der Quarzhülle umgibt, zu vergroßem, um die Temperatur dieses Mantelteiles während des Betriebes dieser Lampe zu verringern. Statt einen röhrenförmigen Mantel mit einem gleichförmigen Durchmesser von 44,5 mm wie bei den früheren 250-Watt-Lampen zu verwenden, ist bei der Erfindung ein röhrenförmiger Glasmantel vorgesehen, dessen Enden diesen Durchmesser aufweisen, so daß die Lampe nach der Erfindung in die vorhandenen Fassungen der früheren Lampen paßt, während der zylindrische Teil, derden QuarzhüUenhohlraumzwischen den Elektroden umgibt, einen größeren Durchmesser aufweist. Dieser Teil des Mantels hat einen gleichförmigen Außendurchmesser z. B. von ungefähr 57 mm und ist mindestens solang wie der Raum zwischen den Elektroden der Quarzhülle.

Die spezifische Wandbelastung des Mantels kann für den Vergleich mit der Belastung an anderen Mänteln sehr einfach dadurch errechnet werden, daß man als wirksame strahlende Fläche des Mantels die Oberfläche eines Zylinders mit dem Außendurchmesser des Mantels und mit einer dem Elektrodenabstand der Quarzhülle gleichen Achslänge sowie mit beiderseitigem Endabschluß durch eine Halbkugel von dem gleichen Durchmesser ansieht. Die spezifische Wandbelastung des Mantels ergibt sich dann einfach durch Division der zugeführten Leistung der Lampe durch diese wirksame strahlende Fläche, in den Patentansprüchen ist diese Fläche als »der entsprechende Teil des rohrförmigen äußeren Mantels« bezeichnet, und in diesem Sinn sei der Begriff »spezifische Wandbelastung des Mantels« bei der weiteren Erläuterung der Erfindung durchweg verstanden. Der den Zwischenraum zwischen den Elektroden umgebende Teil der Quarzhülle und des Mantels ist der Berechnung der spezifischen Wandbelastung deswegen zugrunde zu legen, weil diese Teile die hauptstrahlenden Teile des Mantels und der Quarzhülle sind.

In dieser Weise berechnet, beträgt die wirksame strahlende Fläche des Mantels einer Lampe nach der Erfindung mit 57 mm Außendurchmesser 211 cm², und die spezifische Wandbelastung dieses Mantels ist 1,18 Watt je cm². Bei den zur Zeit im Handel befindlichen Ultraviolett- oder Beleuchtungslampen beträgt diese wirksame Strahlungsfläche bei gleicher Art der Berechnung 121 cm² und die spezifische Wandbelastung 2,05 Watt je cm².

Die Zeichnung veranschaulicht in einem Ausführungsbeispiel die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach der Erfindung.

Fig. ι ist eine Seitenansicht der Lampe.

Fig. 2 ist eine zu Fig. 1 senkrechte Seitenansicht.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Lampe nach der Geraden 3-3 von Fig. 1, gesehen in der Richtung der in Fig. ι eingetragenen Pfeile.

Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Geraden 4-4 von Fig. i, und

Fig. 5 ist eine ähnliche Schnittdarstellung nach der Geraden 5-5 von Fig. 1.

Gemäß der Zeichnung besteht die Lampe aus einer inneren röhrenförmigen, gasdicht abgeschlossenen Quarzhülle 1 und aus einer äußeren röhrenförmigen als Mantel für die Quarzhülle 1 dienenden Glashülle 1 mit einem Gewindesockel 3 und einem Quetschfuß 4 an dem einen Ende. Zwei Stromzuführungsleitungen und 6 sind in den Fuß 4 eingeschmolzen und wie üblich an einen Mittel- und an einen Seitenkontakt des Sockels 3 angeschlossen. Die Quarzhülle 1 ist in dem Mantel 2 durch einen U-förmigen Drahtbügel abgestützt, dessen Jochteil 7 an seinem Mittelpunkt mit dem inneren Ende der Stromzuleitung 5 verschweißt ist und dessen Schenkel 8 und 9 sich längs der Quarzhülle 1 erstrecken und in dem von dem Sockel 3 abgekehrten Endteil des Glasmantels 2 enden. Die federnden Querarme 10 und 11 sind an die Enden der Tragschenkel 8 und 9 angeschlossen und legen sich mit ihren Enden gegen die innere Fläche des Mantels 2. Die beiden metallischen quer liegenden Halter 12 und 13, die an die Schenkel 8 und 9 des Bügels 7, 8, 9 angeschweißt sind, umgreifen die runden Enden der Quarzhülle 1, welche sie federnd umklammern. Die Endteile der Halter 12 und 13 sind für die Durchführung der Schenkel 8 und 9 gelocht und nach diesen umgebogen und mit ihnen verschweißt.

Die Quarzhülle 1 hat zwei die Hauptentladung tragende Elektroden 15 und 14, von denen die eine (die Elektrode 14) elektrisch mit dem Schenkel 9 des U-förmigen Bügels durch einen biegsamen Leiter 16 verbunden ist und die andere (die Elektrode 15) an die Zuführungsleitung 6 des Glasmantels 2 durch einen ähnlichen Leiter 17 angeschlossen ist. Die Elektroden 14 und 15, die von bekannter Bauart sind, bestehen aus einem Wolframdraht, auf den ein dünner Wolframdraht aufgewickelt ist, der einen Stoff von höherer Elektronenaussendefähigkeit, z. B. Thorium, trägt. In das der Elektrode 15 benachbarte Ende der Quarzröhre 1 ist eine Hilfszündelektrode 18 eingeschmolzen, die elektrisch mit der Elektrode 14 durch einen biegsamen Leiter 19 und mit dem Widerstand 20 sowie dem steifen Leiter 21 verbunden ist, der an den Schenkel 8 des U-förmigen Trägers 7, 8, 9 zur Ab-Stützung des Widerstandes 20 angeschweißt ist.

Eine wärmereflektierende Metallscheibe 22 ist an dem U-förmigen Träger 7, 8, 9 zwischen dem Quetschfuß 4 des Mantels und dem benachbarten Ende der Quarzhülle 1 angebracht, um den Quetschfuß vor übermäßigen Temperaturen während des Betriebes der Lampe zu schützen und die Temperatur des Sockels 3 zu verringern. Die Scheibe 22 ist im Durchmesser größer als der Abstand zwischen den Bügelschenkeln 8 und 9 (vgl. Fig. 4) nach parallelen, sich ein kurzes Stück von ihrem Rande nach einwärts erstreckenden Geraden eingeschnitten. Die zwischen den Schnitten liegenden Lappen 23 und 24 sind (vgl. Fig. 1) nach abwärts gebogen, so daß sie zwei an entgegengesetzten Durchmesserenden liegende Nuten für den Durchgang der Bügelschenkel 8 und 9 frei lassen, an die sie angeschweißt sind, um die Scheibe 22 in Lage zu sichern. Der mittlere Teil der Scheibe 22 weist, wie Fig. 4 zeigt, eine Öffnung auf, durch welche die Stromzuleitungen 25 und 26 für die Elektroden 15 und 18 gehen. Die hermetischen Abdichtungen zwischen der Quarzröhre 1 und den Stromzuleitungen 25 und 26 sowie ferner auch zwischen der Quarzröhre 1 und der Zuleitung 27 der Elektrode 14 können in bekannter Weise, z. B. nach der USA.-Patentschrift 2 177 685, verwirklicht sein.

Der Glasmantel 2 enthält Stickstoff bei einem Druck von ungefähr 0,5 Atmosphären bei Raumtemperatur. Die Quarzhülle 1 enthält ein Zündgas, z. B. Argon, bei einem Druck von wenigen Millimetern und einen Betrag von Quecksilber, der zur Erzeugung eines Quecksilberdampfdruckes in der Größenordnung von einer Atmosphäre ausreicht, und das ganze Quecksilber wird bei einer Temperatur verdampft, die nur ein wenig niedriger als die Betriebstemperatur der Quarzhülle ist. Während des Betriebes der Lampe ist der Quecksilberdampf daher überhitzt und die Quecksilberdampfatmosphäre nicht gesättigt, so daß die Wirkungen von Temperatur- und Spannungsschwankungen auf die Lichtabgabeleistung und das Arbeiten der Lampe auf ein Mindestmaß gebracht werden. Lampen dieser Art, deren Zündungs- und Betriebseigenschaften bekannt sind, beschreibt im einzelnen die USA .-Patentschrift 2 247 176. Während des Betriebes der Lampe geht die elektrische Entladung unter hohem Druck vor sich, d. h., sie ist durch den hohen Quecksilberdampfdruck eingeschürt, so daß sie nicht den vollen Querschnitt der Quarzhülle ι ausfüllt, sondern als eine leuchtende Linie mit Abstand von der inneren Wandung der Hülle 1 erscheint.

Man kann auch andere Gläser für den Mantel 2 mit günstigen Ergebnissen benutzen. Beispielsweise ist ein Glas, welches die sichtbare Strahlung und mehr langwelliges Ultraviolett als das Glas Nr. I durchläßt, im Handel erhältlich und läßt sich mit bestem Erfolg für den Mantel bei der Entladungslampe nach der Erfindung verwenden. Dieses Glas, das kurz mit Glas Nr. IV bezeichnet sei, enthält gemäß Analyse

SiO₂
Al₉O,

74,3%

K₂O 1,5%

Na₂O 3,7%

B₂O₃ 13,5%

BaO 3,7%

Ein anderes handelsübliches Glas, das sich auf u-rund seiner Eigenschaft, sichtbares Licht und langwelliges Ultraviolett durchzulassen, für den Mantel 2 ■orteilhaft eignet und als Glas Nr. V bezeichnet sei, hat gemäß Analyse die Zusammensetzung

SiO₂ .
Al₂O₃
Na₂O
B₂O₃ .

76,9% i,7% 4.7%

16,6%

Es ist bei Lampen nach der Erfindung nicht notwendig, die für den Mantel benutzten Gläser auf die Gläser zu beschränken, welche sowohl sichtbares Licht als auch langwelliges Ultraviolett von der Entladung in der Quarzhülle durchlassen, noch ist es notwendig,

den Gebrauch von früheren für den Mantel benutzten Gläsern auszuschließen.

Während der Untersuchungen, die zur Feststellung der Ursache der Zündungsschwierigkeit und der kurzen Nutzdauer der erwähnten 250-Watt-Lampen durchgeführt wurden, hat sich auch eine Verbesserung für Lampen von anderem Wattverbrauch ergeben. Beispielsweise kann die mittlere nutzbare Lebensdauer einer400-Watt-Lampe ungefähr um 2000 Stunden vergrößert werden, wenn man eine Quarzröhre, die einen inneren Durchmesser von 18 mm und eine Entladungsstrecke von 70 mm zwischen ihren Elektroden hat, an Stelle einer Quarzröhre mit einem inneren Durchmesser von 15 mm und einen Elektrodenabstand von 60 mm benutzt und den aus dem Glas Nr. I bestehenden röhrenförmigen Mantel mit einem äußeren Durchmesser von 50,8 mm durch einen aus dem Glas Nr. IV geblasenen Mantel mit einem gemäß Fig. ι und 2 gegenüber den Enden erweiterten Mittelteil von 63,5 mm Außendurchmesser ersetzt. Die spezifische Wandbelastung des die Entladungsstrecke umgebenden Teiles der Quarzröhre wird auf diese Weise von 14,1 auf 10,2 Watt je cm² und die spezifische Wandbelastung beim Mantel von 2,25 auf

1,5 Watt je cm² herabgesetzt. Eine weitere Vervollkommnung kann durch Vergrößerung des inneren Durchmessers der Quarzröhre auf 20 mm erreicht werden, wodurch die spezifische Wandbelastung auf 9,1 Watt je cm² sinkt.

Ähnliche Änderungen in der Bauart der 100-Watt-Lampe geben ähnliche Verbesserungen im Betrieb und in der Lebensdauer der Lampe. Die Lebensdauer einer ioo-Watt-Lampe mit einer Quarzröhre von einem inneren Durchmesser von 6,75 mm und einer Entladungsstrecke von 24 mm und mit einem Mantel aus dem Glas Nr. I und mit einem Außendurchmesser von 31,8 mm kann durch Benutzung eines Mantels gleicher Größe aus Glas Nr. III und einer Quarzhülle mit einem Innendurchmesser von 7,75 mm und einem Elektrodenabstand von 30 mm verlängert werden. Die spezifische Wandbelastung wird auf diese Weise an der Innenfläche des die Entladungsstrecke umschließenden Teiles der Quarzröhre von 19 auf 13,2 Watt je cm² und beim Glasmantel von 1,82 auf 1,5 Watt je cm² verringert.

Eine 1000-Watt-Lampe, die nach der Erfindung unter Verwendung einer Quarzröhre mit 25 mm Innendurchmesser und einer Entladungsstrecke von 150 mm ausgeführt ist, zeigt bei dem die Entladungsstrecke umschließenden Teil der Innenfläche der Quarzhülle eine Fläche von 118 cm² und demgemäß eine spezifische Wandbelastung der Quarzhülle von 8,5 Watt je cm². Der Mantel dieser 1000-Watt-Lampe besteht aus Glas Nr. II und hat eine Form gemäß Fig. ι und 2, und sein erweiterter Teil besitzt einen Außendurchmesser von 88,9 mm, so daß die wirksame Strahlungsfläche des Mantels 668 cm² und seine spezifische Wandbelastung 1,5 Watt je cm² beträgt.

Die Untersuchungen haben auch ergeben, daß bei dem Bestreben, eine Mindestgröße der Lichtquelle zu erreichen, die früheren handelsüblichen Lampen überlastet waren, selbst wenn ihre Glasteile imstande waren, der hohen Betriebstemperatur der Lampen,

ohne weich zu werden, zu widerstehen, und gleichzeitig hat sich gezeigt, daß es eine Grenze gibt, über die hinaus eine Verringerung der Lichtquellengröße nicht erreicht werden kann, ohne die Schwierigkeiten hervorzurufen, die durch Wasserstoff in den bekannten handelsüblichen Lampen verursacht werden.

Es ist indessen wünschenswert, die Größe der Lampe so klein wie möglich zu halten, um die Baustoffkosten bei der Lampe selbst und den zugehörigen Fassungen und Haltern zu verringern. Die großen kugelförmigen zugeschmolzenen Glasmantel, die häufig benutzt werden und aus den USA.-Patentschriften 2 135 690, 2 135 702 und 2 094 694 ersichtlich sind, haben sich weder als notwendig noch als wünschenswert erwiesen. Diese kugelförmigen Glasmäntel sind in der Größe den Kolben für Glühlampen von gleichem Wattverbrauch ähnlich. Beispielsweise hat eine 80-Watt-Lampe einen kugelförmigen Mantel von 80 mm Außendurchmesser und eine 125-Watt-Lampe einen Kugelmantel von 90 mm Außendurchmesser. Im Gegensatz hierzu weist der röhrenförmige Mantel einer ioo-Watt-Lampe nach der Erfindung einen Außendurchmesser von nur 31,8 mm und der röhrenförmige Mantel einer 250-Watt-Lampe nach der Erfindung nur einen Außendurchmesser von ungefähr 57 mm auf. Wenn die große kugelige Form für die Glasmantel angewendet wird, können die Schwierigkeiten, die durch Wasserstoff bei den handelsüblichen Lampen von Röhrenform hervorgerufen werden, vermieden werden, da kein Teil des Kugelmantels auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der Wasserstoff in der Lampe auftritt. Die Temperaturverteilung über die Wandung eines kugelförmigen Glasmantels ist viel gleichmäßiger als die Temperaturverteilung über die Wandung eines röhrenförmigen Glasmantels, und die wirksame Strahlungsfläche eines kugelförmigen Mantels kommt mehr einer die Quarzhülle umgebenden Kugel als einem an seinen beiden Enden durch Halbkugeln abgeschlossenen, die Entladungsstrecke der Quarzhülle umschließenden Zylinder gleich. Die spezifische Wandbelastung beträgt bei der Hauptstrahlungsfläche der kugelförmigen Mantel weniger als 0,5 Watt je cm². Bei Anwendung einer spezifischen Wandbelastung von nicht weniger als etwa 1 Watt und nicht mehr als 1,5 Watt je cm² an dem röhrenförmigen Mantel der Lampen nach der Erfindung können diese eine zweckmäßige Größe erhalten und haben auch eine erheblich erhöhte Lebensdauer und verbesserte Betriebseigenschaften, da hierdurch das Vorkommen von Wasserstoff in der Lampe auf ein Mindestmaß gebracht wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Elektrische Hochdruckentladungslampe, insbesondere Quecksilberdampfentladungslampe, für den Betrieb mit einem gegebenen Wattverbrauch, die eine innere, bei erhöhter Temperatur für Wasserstoff durchlässige glasartige, z. B. aus Quarz bestehende rohrförmige Hülle, die eine ionisierbare Gasatmosphäre enthält, vorzugsweise aus Quecksilber und einem Zündgas, sowie in diese Hülle mit Abstand voneinander eingeschmolzene, die Hauptentladung tragende Elektroden und weiterhin einen abgedichteten, die Hülle ein-

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schließenden glasartigen rohrförmigen Mantel aufweist, wobei der Raum zwischen der Hülle und dem einschließenden glasartigen Mantel mit einem inerten Gas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) in bezug auf den Wattverbrauch so bemessen ist, daß seine spezifische Wandbelastung nicht kleiner ist als etwa 1 Watt/cm² und nicht größer als 1,5 Watt/cm² und daß die spezifische Wandbelastung des die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden (14, 15) umschließenden Teiles der Hülle (1) zwischen etwa 8 und 13,2 Watt/cm² liegt, um das Auftreten von Wasserstoff in der Lampe auf das Minimum zu bringen.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2 in Fig. 1 und 2) aus Glas von folgender Zusammensetzung besteht:

SiO₂ 72%

Na₂O 4%

Ba₂O₃ 15%

Al₂O₃ 1,5%

PbO 6%

K₂O 1,5%
3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2 in Fig. 1 und 2) aus Glas von folgender Zusammensetzung besteht:

SiO₂ 74,3%

Al₂O₃ 3,1%

K₂O 1,5%

Na₂O 3,7%

B₂O₃ 13,5%

BaO 3,7%
4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2 in Fig. 1 und 2) aus Glas von folgender Zusammensetzung besteht:

SiO₂ 56,4%

Al₂O₃ 20,8%

Na₂O 1,6%

B₂O₃ 4,4%

CaO 4,9%

MgO 11,9%
5. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb mit einem Leistungsbedarf von 100 Watt die Elektroden (14, 15) an den Enden der inneren röhrenförmigen Quarzhülle (1) in einem Abstand von etwa 30 mm angeordnet sind sowie der die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden (14, 15) umschließende Teil dieser Hülle (1) einen Innendurchmesser von ungefähr 7,75 mm hat und demnach die innere Fläche dieses Teiles der Quarzhülle eine Ausdehnung von etwa 7,32 cm² und eine spezifische Wandbelastung von ungefähr 13,2 Watt je cm² aufweist, während die Außenfläche des entsprechenden Teiles des röhrenförmigen äußeren Mantels (2) einen Durchmesser von ungefähr 31,8 mm hat und somit bei dem Mantel sich eine wirksame strahlende Fläche von etwa 66 cm² und eine spezifische Wandbelastung von ungefähr 1,5 Watt je cm² ergibt (Fig. 1 und 2).

6. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb mit einem Leistungsverbrauch von 250 Watt die Elektroden (14, 15) an den Enden der inneren Hülle (1) aus Quarz einen Abstand von etwa 60 mm besitzen und der die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden (14, 15) umschließende Teil der Quarzhülle (1) einen Innendurchmesser von etwa 15 mm hat und demgemäß eine Ausdehnung von etwa 28,3 cm² sowie eine spezifische Wandbelastung von ungefähr 8,8 Watt je cm² aufweist, während die Außenfläche des entsprechenden Teiles des äußeren röhrenförmigen Mantels (2) einen Durchmesser von ungefähr 57 mm und somit eine wirksame strahlende Fläche von etwa 211 cm² und eine spezifische Wandbelastung von ungefähr 1,18 Watt je cm² hat (Fig. ι und 2).

7. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb mit einem Leistungsverbrauch von 400 Watt die Elektroden (14, 15) in der inneren Quarzhülle (1) einen gegenseitigen Abstand von etwa 70 mm haben und der die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden (14, 15) umschließende Teil der Quarzhülle (1) einen Innendurchmesser von etwa 18 bis 20 mm und demgemäß die Innenfläche dieses Teiles eine Ausdehnung von ungefähr 39,4 bis 44 cm² und eine spezifische Wandbelastung von etwa 10,2 bis 9,1 Watt je cm² aufweist, während die Außenfläche des entsprechenden Teiles des röhrenförmigen Außenmantels (2) ungefähr einen Durchmesser von 63,5 mm und somit eine wirksame strahlende Fläche von etwa 267 cm² und eine spezifische Wandbelastung von etwa 1,5 Watt je cm² hat (Fig. 1 und 2).

8. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb mit einem Leistungsbedarf von 1000 Watt die Elektroden (14, 15) in der inneren Quarzhülle (1) einen Abstand von etwa 150 mm haben sowie der die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden (14,15) umgebende Teil der Quarzhülle (1) einen Innendurchmesser von ungefähr 25 mm aufweist und demzufolge die innere Fläche dieses Teiles ungefähr 118 cm² mißt und ihre spezifische Wandbelastung etwa 8,5 Watt je cm² ist, während die Außenfläche des entsprechenden Teiles des äußeren röhrenförmigen Mantels (2) einen Durchmesser von etwa 88,9 mm hat und demnach sich beim Mantel eine wirksame strahlende Fläche von etwa 668 cm² und eine spezifische Wandbelastung von ungefähr 1,5 Watt je cm² ergibt (Fig. 1 und 2).

5 In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 198 856, 721706, 724394, 656921;

USA.-Patentschriften Nr. 2 330 042, 2 135 702;

schwedische Patentschrift Nr. 112 669; iao

Katalog P 34 der schwedischen Fa. Lumalampan A. B., Stockholm, August 1945, S. 67 und 68.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

© 809 545/40 6.58