WO1994011897A1 - Entladungslampe - Google Patents

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WO1994011897A1
WO1994011897A1 PCT/EP1993/003243 EP9303243W WO9411897A1 WO 1994011897 A1 WO1994011897 A1 WO 1994011897A1 EP 9303243 W EP9303243 W EP 9303243W WO 9411897 A1 WO9411897 A1 WO 9411897A1
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WO
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discharge
discharge lamp
bulb
sorbent
filler
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PCT/EP1993/003243
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vladimir Borisovich Kaplan
Artemij Markovich Marcinovskij
Georgij Andreevich Djushev
Vladimir Georgievich Ivanov
Anatolij Alekseevich Antonov
Aleksandr Borisovich Novikov
Vitalij Pavlovich Petranovskij
Original Assignee
Datatronic Gmbh
Aktiengesellschaft Aspor
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/54—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/24—Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H01J61/26—Means for absorbing or adsorbing gas, e.g. by gettering; Means for preventing blackening of the envelope
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    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr

Definitions

  • the present invention relates to a discharge lamp with a bulb made of optically transparent material, which is filled with a filler, and to a method for operating such a discharge lamp.
  • Discharge lamps of this type are widespread electrical light sources in which the luminous appearance of electrical discharges when a current (ion and electron current) passes through the filler in the discharge bulb is used.
  • the discharge in the filler atmosphere is associated with the emission of electromagnetic radiation, e.g. by shock excitation of the light-generating filler atoms or molecules.
  • metal and discharge lamps in which either metal vapors or gases are made to glow by an electrical discharge.
  • the most commonly used filler elements are mercury, sodium, argon, xenon, krypton and metal halide compounds.
  • the discharge phenomena that occur are highly dependent on the current density and the gas pressure in the discharge bulb.
  • the aim is to achieve the highest possible luminous efficiency, which is achieved in the known discharge lamps only at sufficiently high pressures of the filler.
  • the desired high pressure is in the operating state of a discharge lamp
  • the high pressure in the discharge bulb required for good light output has a negative effect on one of the most important parameters of a discharge lamp: it causes a high ignition voltage.
  • the higher the pressure the more so for the ignition of an independent discharge - e.g. by collision or photoionization of the filler molecules - required ignition voltage of the discharge lamp.
  • the ignition voltage is of crucial importance for the practical application and handling of discharge lamps.
  • a high ignition voltage generally shortens the life of a discharge lamp and requires special design measures to ensure safety during the ignition process.
  • a discharge lamp is known with a hermetically sealed discharge bulb made of glass or quartz glass, which contains a filling gas and is equipped with operating electrodes.
  • the gas discharge takes place when an electrical current passes between the two electrodes (anode and cathode) through the filling gas.
  • the filling gas mixture also contains a buffer gas, namely mercury.
  • the discharge bulb is at a pressure of 1.3 to 4 kPa in the retired state.
  • a high-pressure gas discharge lamp is also known from AS UDSSR 1365180 (MKE NJ 61/26, 1988), which has a discharge bulb made of quartz glass (quartz burner) surrounded by an outer bulb, which has a filler and main electrodes for the supply of electrical energy Operating the discharge contains.
  • the main electrodes are each equipped with a coil or wire coil and are arranged at the opposite ends of the discharge bulb.
  • At least one auxiliary electrode is attached in the vicinity of each main electrode Getters are used to physically bind filler or residual gases in order to reduce pressure at the time of ignition.
  • the auxiliary electrode is designed as a ring which coaxially surrounds 1/4 to 3/4 of the length of the main electrode coil, the inside diameter of the auxiliary electrode ring and the diameter of the main electrode coil being as follows:
  • a discharge lamp of the type mentioned at the outset is also described in Japanese application 62 122049.
  • the discharge bulb is equipped with additional auxiliary ignition electrodes, which require a lower ignition voltage than the main electrodes and are connected to two thermal bimetallic switches.
  • One of the two switches is connected in series with a heating device which heats the switch when the lamp is switched on.
  • a voltage pulse is generated which ignites the electrical charge in the discharge bulb.
  • the auxiliary electrode is disconnected from the power supply by the second switch.
  • This known discharge lamp enables the required ignition voltage by using special auxiliary electrodes provided for igniting the discharge to reduce.
  • this is only achieved through a complex and complicated construction of the lamp, using movable components, which in particular impair the reliability and service life of such a lamp.
  • US Pat. No. 4,870,360 discloses an alkali metal vapor discharge lamp which is intended for I pulse operation.
  • the inner discharge bulb is made of a ceramic material and is located in an outer ceramic bulb in which there is either an inert xenon or argon atmosphere (xenon or argon) or a vacuum.
  • the filler of the discharge bulb also contains the toxic mercury.
  • a coolant e.g. liquid nitrogen
  • the cooling process is interrupted, the filling gas in the discharge bulb heats up and the condensed atoms completely change into the gas phase, so that the required high pressure is achieved in the operating state of the lamp.
  • the invention aims to further develop a discharge lamp and a method for operating a discharge lamp of the type mentioned in the introduction in order to achieve a reduction in the ignition voltage in the simplest, safest and most environmentally friendly manner.
  • the object of the invention is also achieved by a method for operating a gas discharge in a discharge lamp with a bulb made of optically transparent material which is filled with a filler, the pressure of the filler being introduced into the discharge lamp for sorption or by introducing a reversible sorbent. Desorption of the particular gaseous component of the filler is controlled (claim 10).
  • Sorption and desorption are collective terms for the reversible absorption or release of the gaseous component of the filler in the discharge bulb, on the surface and inside of a solid, preferably porous sorbent or sorbent.
  • the physical process of sorption here includes the processes of absorption, adsorption and capillary condensation and chemisorption. In individual cases it is often difficult to determine which of these physical processes is or is predominant; often several of them are involved at the same time.
  • a sorbent for sorption / desorption of the gaseous component of the filler in the discharge bulb allows simple means to influence the pressure in the discharge bulb - and thus the required ignition voltage: when the discharge lamp is at rest, a large part of the filler is sorbed or bound in the sorbent.
  • the pressure in the discharge bulb and consequently the ignition voltage required for the discharge are reduced at the same time.
  • the temperature in the discharge bulb increases as a result of the discharge processes. This also causes the sorbent to be heated, which leads to the complete desorption of the filler atoms from the sorbent, so that the high pressure which guarantees high light output occurs in the discharge bulb.
  • the ignition voltage is reduced with a high luminous efficiency in the operating state, without having to carry out particularly complex structural measures on the structure of the discharge lamp or having to provide corresponding additional devices.
  • the introduction of the sorbent does not require any significant change in the design of conventional discharge lamps, and an existing production technology can also be easily adopted.
  • the production of discharge lamps using the proposed invention can easily take place on already existing production systems for gas or metal vapor discharge lamps.
  • discharge lamps with a reversible sorbent can be used for the same lighting purposes as conventional discharge lamps.
  • a further advantage of the discharge lamp according to the invention is that, preferably, toxic mercury vapors, which - as described in the introduction - have been used in a variety of ways to achieve a pressure difference between the ignition phase and the operating phase, can be completely dispensed with.
  • the measure according to the invention to reduce the pressure any risk of explosion of the discharge lamp in the rest phase is also excluded.
  • Discharge lamps according to the invention are therefore not only safer to use and handle, for example assembly (no risk of explosion!), But also significantly more cost-effective to manufacture, in particular of mercury vapor discharge lamps, since many of the safety precautions in such production plants are largely can be waived.
  • the amount of the sorbent introduced into the discharge lamp according to the invention to achieve a certain pressure difference between the idle and operating state is determined depending on the sorption or absorption capacity of the sorbent and on the amount of the gaseous filler, which in the idle state the ignition process to reduce the pressure. This amount is determined using known methods.
  • a sorbent is preferably used for the discharge lamp according to the invention, the desorption temperature at which the desorption of the filler atoms from the sorbent begins is greater than the temperature of the discharge lamp in the idle state (claim 2).
  • the pressure in the discharge bulb is particularly greatly reduced - according to experience to a value between 1.3 - 8 kPa depending on the ambient temperature of the discharge lamp - because the sorbent intended for sorption, in particular in its cavities, a large part of the filler atoms bind.
  • the desorption, ie the expulsion of the sorbed filler atoms from the sorbent only begins with the heating of the sorbent after the ignition process Discharge lamp to a temperature which is greater than the ambient temperature of the discharge lamp in the idle state.
  • Zeolites in particular NaX zeolite and / or NaA zeolite, and / or activated carbon are preferably used as a reversible sorbent in the discharge lamp according to the invention (claim 3).
  • the sorbent When selecting the suitable sorbent for a specific type of discharge lamp, various circumstances must be taken into account: the sorbent must be compatible with the walls of the discharge bulb and other design elements of the discharge lamp, for example electrodes, solder joints, etc.; apart from the gaseous component of the filler, no other components, for example light-emitting or other components, of the filler may be sorbed; there must be no signs of decay at the usual operating temperatures of ordinary discharge lamps; and, as already mentioned, the desorption temperature should be lower than the temperature in the discharge zones when the lamp is at rest. Both zeolite and activated carbon meet all of these requirements.
  • zeolites in particular are advantageously distinguished by their high sorption or absorption capacity at room temperature for a wide variety of discharge gases, for example xenon or argon.
  • Zeolites are a widespread group of crystalline silicates - specifically of water-containing alkali or alkaline earth aluminum silicates - and have the general formula M 27 0 A1 2 0, xSi0 2 yH 2 0.
  • the crystal lattice the zeolites are built up from Si0 4 and A10 4 tetrahedra which are connected to one another via oxygen bridges. There is a spatial arrangement of identical sorption or absorption cavities, which are accessible via pore openings.
  • Such a crystal lattice can act as a kind of "sponge", whereby foreign atoms or molecules are taken up in the cavities of the lattice and released again when the temperature rises.
  • the dominating adsorption process is reversible, so that a zeolite can be subjected to a large number of adsorption / desorption cycles.
  • zeolite is the NaX zeolite, which is a suitable sorbent especially for the frequently used filler xenon.
  • This zeolite has an essentially cubic elementary lattice with a lattice constant of 24.3 angstroms and has the chemical formula Na 92 (Al 9 , Si 100 0 3S4 ) * 256 H 2 O. (See “Cristallier” Volume 28, 1983, Pages 72 - 78).
  • NaX has a particularly high adsorption capacity at room temperature, since the cross-section of the pore openings corresponds to the size of a xenon atom and, furthermore, the chemical composition and the structure cause a polarization of the xenon atom, so that they are adsorbed on the inner wall of the cavities. The consequence of this is a relatively high physical adsorption energy.
  • the zeolite NaX proposed here can also be used for sodium pressure lamps or metal halide lamps in which xenon as the buffer gas ensures the desired high pressure in the operating state. There is no parasitic reaction with sodium, which is generally the basic light-emitting component of these types of discharge lamps.
  • NaX is also resistant to halogens in halogen-metal discharge lamps, does not show any signs of decay up to an operating temperature of approximately 1000 K and can go through several adsorption / desorption cycles without impairing the sorption capacity.
  • the zeolite NaA is preferably used as a sorbent. It has a lattice constant of 24.6 angstroms and has the chemical formula Na 12 (Al, 2 Si 12 0 4S ) * 27 H 2 0. (cf. Brek D. "Zeolitic molecular sieves", M. Mir 1976, page 175 ).
  • the cross section of the pore openings corresponds to the size of an argon atom, so that a reversible adsorption / desorption can take place in the cavities of the NaA lattice structure.
  • Activated carbon can also be used as an adsorbent as a particularly cost-effective alternative to zeolites.
  • Activated carbon with a carbon structure made from the smallest graphite crystals or amorphous carbon with a porous structure and inner surfaces between 1000 and 1500 m 2 / g are particularly suitable.
  • Zeolites in particular NaX zeolite or NaA zeolite, and / or activated carbon are therefore preferably used as sorbents for controlling the pressure - and thus the Zü d- and Illumination parameters of the discharge lamp according to the invention (claim 11).
  • the sorbent is accommodated in the discharge bulb together with the filler and / or in an additional vessel which is connected to the discharge bulb and preferably with a heating device, in particular with an HF -Coil is equipped (claims 4 and 5).
  • the arrangement of the sorbent in the discharge bulb is the simplest variant, since no substantial change in the structure of already known discharge lamps is necessary for this.
  • the sorbents according to the invention proposed here can even be arranged in the vicinity of the electrodes provided for the power supply in the discharge bulb if good thermal contact of the sorbent with the walls of the discharge bulb is ensured.
  • the temperature of the bulb walls, in particular at the opposite ends of the discharge bulb generally does not exceed a temperature of approximately 1000 K, so that the sorbent does not decay, even if the temperature of the electrodes in the operating state should be higher.
  • the discharge lamp according to the invention is operated via a conventional ballast (VSG) (claim 8).
  • VSG ballast
  • the environmentally friendly discharge lamp according to the invention can thus be used with the measures proposed here for the ignition voltage can be easily connected to the mains.
  • the invention is therefore also suitable for discharge lamps which are additionally equipped with glow or photo electrodes for generating electrical charge carriers.
  • the voltage (burning voltage) applied to the main electrodes can be small and the discharge lamp can be operated on the network.
  • a ballast for DC operation for example an ohmic resistor (series resistor), for AC operation, for example a choke, a stray field transformer or a capacitive ballast is proposed.
  • a high-frequency device in particular an HF coil, which surrounds the discharge bulb, is provided for exciting the discharge (claim 9).
  • HF coil which surrounds the discharge bulb
  • the measure proposed here for reducing the ignition voltage can of course also be used for known discharge lamps with mercury.
  • a reversible sorbent together with mercury which takes on the role of a buffer gas with high saturation vapor pressure, the gas pressure in the operating phase of a xenon discharge lamp can be increased to an extremely high value of approx. 13-80 kPa, which is a extraordinarily high luminous efficacy and an optimal color rendering without lowering the luminosity.
  • a reversible sorbent is present, it is possible to increase the pressure of the filling gas to extremely high values while at the same time having a low ignition voltage.
  • the operating voltage of the lamps can be increased under such high pressures up to the level of the mains voltage (220 volts). Under certain circumstances, this even makes it possible to dispense with a step-down transformer for transforming the mains voltage to the operating voltage of the lamps.
  • Such a discharge lamp is therefore preferably connected directly to the network (220 volts) (claim 13).
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a sodium high-pressure discharge lamp as the first exemplary embodiment of the discharge lamp according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a halogen metal discharge lamp as a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a xenon discharge lamp - in a variant without electrodes - as a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a xenon discharge lamp as a fourth exemplary embodiment with an additional vessel which is equipped with a heating device.
  • FIGS. 1 to 4 show different types of discharge lamps: high pressure sodium discharge lamp (NHDL); Halogen metal discharge lamp (HML) and xenon discharge lamp (XL).
  • NHDL high pressure sodium discharge lamp
  • HML Halogen metal discharge lamp
  • XL xenon discharge lamp
  • All the discharge lamps shown comprise a hermetically sealed discharge bulb 1, which is made of optically transparent material, e.g. made of quartz glass or ceramic. 1 and 2, in the case of NHDL or HML, the piston 1 (burner) is surrounded by an outer piston 2, which is also made of quartz glass or a ceramic material and in which a vacuum or an inert noble gas atmosphere prevails.
  • the discharge bulb 1 is filled with a filler, e.g. with an inert gas
  • the piston 1 can be equipped with operating electrodes 2 and 4, which are preferably arranged at the two opposite ends of the elongated geometry of the piston 1.
  • 3 shows a variant of the discharge lamp according to the invention without electrodes.
  • a high-frequency coil 5 is used for exciting the discharge, which is wound around the upper end of the discharge bulb 1 and is fed by a high-frequency generator (not shown in the drawing).
  • a reversible sorbent for sorption or desorption of the gaseous component of the filler is contained in the discharge bulb 1 or in its own additional vessel 7 which is connected to the bulb 1.
  • the sorbent which is preferably a suitable zeolite, is arranged either behind the operating electrodes 3 and 4. 1 and 2, or in the vicinity of the high-frequency coil 5, as in FIG. 3.
  • a heating coil 8 is also provided on the outside of the additional vessel 7, which is connected to a regulated current source (not shown in the drawing).
  • the pressure of the xenon in the discharge bulb 1 - depending on the ambient temperature - is between 1.3-8 kPa.
  • the majority of the xenon gas is bound in the pores or cavities of the sorbent 6 in the additional vessel 7 - in this case the zeolite NaX.
  • Another starting pressure in the discharge bulb 1 can be set at any time with the help of the heating coil 8, which is connected to a controllable current source.
  • An ignition voltage is then applied to electrodes 3 and 4 to ignite the discharge.
  • an electrical discharge occurs between the electrodes 3 and 4. Due to the discharge phenomena, the discharge bulb 1 and the additional vessel 7 are heated with the sorbent 6, but controlled heating of the sorbent 6 with the aid of the heating device 8 is also possible.
  • the model consisted of a hermetic discharge bulb made of quartz glass with a volume of 19 cm 3 and with soldered-in operating electrodes which are arranged at a distance of 1 mm.
  • the water-free and gas-free zeolite NaX with a mass of 1.35 g was introduced into the additional vessel 7, which was initially separated from the discharge bulb 1 by a thin glass partition.
  • the dependence of the ignition voltage on the xenon pressure was measured in the range between 1.3 to 100 kPa.
  • the discharge bulb 1 of the model was then filled with xenon up to a pressure of 80 kPa and then separated from the vacuum system.
  • the ignition voltage was 2.4 kV.
  • the ignition voltage of the discharge dropped to 590 +/- 10 volts at room temperature, which corresponded to a residual xenon pressure in the bulb of 7 kPa .
  • reversible sorbent used zeolite NaX
  • the ignition voltage rose again to the initial value of 2.4 kV, i.e.
  • the xenon pressure in the operating state of the model lamp was again 80 kPa.

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  • Discharge Lamp (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einem Entladungskolben (1) aus optisch durchsichtigem Material, der mit einem Füllstoff gefüllt ist, sowie auf ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Entladungslampe. Dabei ist im Entladungskolben (1) oder in einem zusätzlichen Gefäß (7), das mit dem Entladungskolben (1) in Verbindung steht, ein reversibles Sorbens bzw. Sorptionsmittel (6) vorgesehen, dessen Desorptionstemperatur höher ist als die Umgebungstemperatur der Entladungslampe in der Ruhephase. Als reversibles Sorptionsmittel (6) können verschiedene Zeolithe oder Aktivkohle verwendet werden. Durch das Einbringen des Sorptionsmittels (6) kann der Druck des Füllstoffes im Entladungskolben (1) - und damit die Zündspannung der Entladungslampe - auf einfache Art und Weise gesteuert werden.

Description

Entladungslanipe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einem Kolben aus optisch durchsichtigem Material, der mit einem Füllstoff gefüllt ist, sowie ein Verfahren zum Be- treiben einer derartigen Entladungslampe.
Entladungslampen dieser Art sind weit verbreitete elektri¬ sche Lichtquellen, bei denen die Leuchterεcheinung von elektrischen Entladungen beim Durchgang eines Stromes (Io- nen- und Elektronenstrom) durch den Füllstoff im Entla- dungskolben genutzt werden. Mit der Entladung in der Füll¬ stoffatmosphäre ist eine Abgabe von elektromagnetischer Strahlung verbunden, - z.B. durch Stoßanregung der licht¬ erzeugenden Füllstoffatome bzw. -moleküle. Je nach Art des lichterzeugenden Füllstoffes unterscheidet man generell zwischen Metall- und Entladungslampen, bei denen entweder Metalldämpfe oder Gase durch eine elektrische Entladung zum Leuchten gebracht werden. Die am häufigsten verwendeten Füllstoffelemente sind Quecksilber, Natrium, Argon, Xenon, Krypton und Halogen-Metallverbindungen.
Die auftretenden Entladungserscheinungen sind stark von der Stromdichte und vom Gasdruck im Entladungskolben abhängig. Angestrebt wird dabei eine möglichst hohe Lichtausbeute, die bei den bekannten Entladungslampen nur bei ausreichend hohen Drücken des Füllstoffes erreicht wird. Der gewünschte Hochdruck im Betriebszustand einer Entladungslampe wird beispielsweise in Argon-, Krypton- und Xenonlampen durch den lichterzeugenden Füllstoff selbst (= Entladungsgas) oder in Natriumhochdrucklampen und Halogen-Metall-Lampen durch einen zusätzlichen - als Puffergas wirkenden - Füll- stoffbestandteil, z.B. Quecksilberdämpfe oder Edelgase, ge¬ währleistet.
Der für eine gute Lichtausbeute erforderliche Hochdruck im Entladungskolben wirkt sich andererseits aber negativ auf einen der wichtigsten Parameter einer Entladungsla pe aus: er bedingt eine hohe Zündspannung. Mit höherem Druck steig nämlich auch die für das Zünden einer selbständigen Entla¬ dung - z.B. durch Stoß- oder Photoionisation der Füllstoff- moleküle - erforderliche Zündspannung der Entladungslampe. Die Zündspannung ist von entscheidender Bedeutung für die praktische Anwendung und Handhabung von Entladungslampen. Eine hohe Zündspannung verkürzt im allgemeinen die Lebens¬ dauer einer Entladungslampe und erfordert besondere kon¬ struktive Maßnahem zur Gewährleistung der Sicherheit wäh- rend des Zündvorganges.
Daher sind bereits eine Reihe von konstruktiven Maßnahmen vorgeschlagen worden, um die Zündspannung derartiger Entla¬ dungslampen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Leucht- kraft zu reduzieren.
Bekannt ist beispielsweise eine Entladungslampe mit einem hermetisch verschlossenen Entladungskolben aus Glas oder Quarzglas, der ein Füllgas enthält und mit Betriebselek- troden ausgestattet ist. Die Gasentladung findet beim Durchgang eines elektrischen Stromes zwischen den beiden Elektroden (Anode und Kathode) durch das Füllgas statt. Im Füllgasgemisch ist neben dem Entladungsgas auch ein Puffer- gas, nämlich Quecksilber, enthalten. Der Entladungskolben steht im Ruhestand unter einem Druck von 1,3 bis 4 kPa.
Bei einer derartigen Entladungslampe erfolgt die An- fangsentladung bei niedrigem Druck der Quecksilberdämpfe, der zum Zeitpunkt des Entstehens der Entladung durch die Umgebungstemperatur - meist Zimmertemperatur - der Lampe bestimmt wird. Beim Aufheizen der Entladungεkolbenwände nach dem Zünden der Entladung erreicht der Druck der Queck¬ silberdämpfe einen Sättigungswert von ca. 1 At und mehr. Dies ist der erwünschte Hochdruck, der für die Gewährlei¬ stung einer hohen Leuchtkraft der Lampe erforderlich ist. Weitere Einzelheiten hierzu sind bei Rochlin G. N. "Entla- dungslichtquellen" , Moskau 1991, Seiten 467 - 606 zu fin¬ den.
Ein wesentlicher Nachteil für die Herstellung aber auch für die praktische Handhabung einer derartigen Entladungslampe stellt die hohe Giftigkeit des Quecksilbers dar. Es müssen beispielsweise aufwendige Sicherheitsvorkehrungen in Pro- duzktionsanlagen getroffen werden. Ebenso problematisch gestalten sich Entsorgung und Recycling von derartigen Lam¬ pen.
Außerdem hat sich in Experimenten gezeigt, daß sich eine Erhöhung des Entladungsgasdruckes sehr günstig auf die Verbesserung der Leuchtcharakteristika dieser Entladungs¬ lampe auswirkt. Andererseits ist jedoch mit einer Erhöhung des Anfangsdruckes des Entladungsgases nachteilig ebenso eine Erhöhung der erforderlichen Zündspannung verbunden.
Aus der AS UDSSR 1365180 (MKE N J 61/26, 1988) ist eben¬ falls eine Hochdruck-Gasentladungslampe bekannt, die einen von einem äußeren Kolben umgebenen Entladungskolben aus Quarzglas (Quarzbrenner) aufweist, der einen Füllstoff sowie Hauptelektroden für die Zufuhr elektrischer Energie zum Betreiben der Entladung enthält. Die Hauptelektroden sind jeweils mit einer Wendel bzw. Drahtwendel ausgestattet und sind an den einander gegenüberliegenden Enden des Ent¬ ladungskolbens angeordnet. In der Nähe jeder Hauptelektrode ist mindestens eine Hilfselektrode befestigt, die u.a. als Getter zur physikalischen Bindung von Füllstoff- oder Rest- gasen dienen, um eine Druckreduzierung zum Zündzeitpunkt zu erzielen. Dabei ist die Hilfselektrode als Ring ausgebil¬ det, der 1/4 - 3/4 der Länge der Hauptelektrodenwendel koa¬ xial umgibt, wobei sich Innendurchmesser des Hilfselektro- denringes und Durchmesser der Hauptelektordenwendel wie folgt zueinander verhalten:
(dl / d2) - 2 d2 = 0,15 / 0,375
wobei
dl = Innendurchmesser des Hilfselektrodenringes und d2 = Durchmesser der Hauptelektrodenwendel.
Mit Hilfe der zusätzlichen Hilfselektroden, die als Getter wirken, kann die Zündspannung abgesenkt werden. Dafür muß aber eine komplizierte und kostenintensive Bauart der Ent¬ ladungslampe in Kauf genommen werden.
In der japanischen Anmeldung 62 122049 wird ebenfalls eine Entladungslampe der eingangs genannten Art beschrieben. In diesem Fall ist der Entladungskolben mit zusätzlichen Zünd- Hilfselektroden ausgestattet, die eine geringere Zündspan- nung als die Hauptelektroden benötigen und mit zwei Thermo- Bimetallschaltern verbunden sind. Einer der beiden Schalter ist mit einer Heizvorrichtung in Reihe geschaltet, welche den Schalter beim Einschalten der Lampe erhitzt. Beim Öff¬ nen der Kontakte des ersten Schalters wird ein Spannungs- impuls erzeugt, der die elektrische Ladung im Entladungs¬ kolben zündet. Nach dem Zünden der Entladung wird die Hilfselektrode durch den zweiten Schalter von der Stromver¬ sorgung abgetrennt.
Diese bekannte Entladungslampe ermöglicht zwar durch Ver¬ wendung von speziellen für die Zündung der Entladung vor¬ gesehenen Hilfselektroden, die erforderliche Zündspannung zu reduzieren. Dies wird jedoch nur erreicht durch eine aufwendige und komplizierte Konstruktion der Lampe, unter Verwendung von beweglichen Bauteilen, die insbesondere die Zuverlässigkeit und Lebensdauer einer derartigen Lampe beeinträchtigt.
Schließlich offenbart das US-Patent Nr. 4870360 eine Alka¬ limetall-Dampfentladungslampe, die für I pulεbetrieb vor¬ gesehen ist. Der innere Entladungskolben, ist aus einem keramischen Material gefertigt und befindet sich in einem äußeren keramischen Kolben, in dem entweder eine inerte Xenon- oder Argonatmosphäre (Xenon oder Argon) oder ein Vakuum herrscht. Im Füllstoff des Entladungskolbens ist neben Cäsium und einem Edelgas auch hier das giftige Queck- silber enthalten.
Für die Reduzierung der Zündspannung wird vorgeschlagen, einen Teil der Entladungskolbenwand zu kühlen. Hierzu wird über eine entsprechende Kühlvorrichtung ein Kühlmittel, z.B. flüssiger Stickstoff, an die äußere Oberfläche des äußeren Kolbens herangeführt. Durch diesen Kühlvorgang, der unmittelbar vor jedem Zündvorgang durchgeführt wird, wird ein Teil der Zündstoffatome am kalten Entladungskolben kondensiert, so daß der Druck im Entladungskolben auf eini- ge Torr absinkt und die erforderliche Entladungsspannung nur noch etwa 1 kV beträgt. Nach dem Zünden der Entladung im Entladungskolben wird der Kühlvorgang unterbrochen, das Füllgas im Entladungskolben erhitzt sich und die konden¬ sierten Atome gehen vollständig in die Gasphase über, so daß der geforderte Hochdruck im Betriebszustand der Lampe erreicht wird.
Jedoch wird auch hier die Reduzierung der Zündspannung nur unter in Kaufnahme eines komplizierten und aufwendigen Auf- baus der Entladungslampe erreicht. Gegenüber diesem Stand der Technik zielt die Erfindung darauf ab, eine Entladungslampe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe der eingangs genannten Art weiter zu entwickeln, um eine Senkung der Zündspannung auf möglichst einfache, sichere und umweltfreundliche Art und Weise zu erzielen.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Entladungslampe mit einem Entladungskolben aus optisch durchsichtigem Material, der einen Füllstoff enthält, wobei zusätzlich ein Sorbens bzw. Sorptions ittel für die Sorption bzw. Desorption der insbesondere gasförmigen Komponente des Füllstoffes vor¬ gesehen ist (Anspruch 1) .
Das erfindungsgemäße Ziel wird ebenfalls erreicht durch ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladung in einer Entla¬ dungslampe mit einem Kolben aus optisch durchsichtigem Material, der mit einem Füllstoff gefüllt ist, wobei der Druck des Füllstoffes durch Einbringen eines reversiblen Sorptionsmittels in die Entladungslampe zur Sorption bzw. Desorption der insbesondere gasförmigen Komponente des Füllstoffes gesteuert wird (Anspruch 10) .
Sorption und Desorption sind dabei Sammelbegriffe für die reversible Aufnahme bzw. Abgabe der gasförmigen Komponente des Füllstoffes im Entladungskolben, - und zwar an der Oberfläche und im Innern eines festen, vorzugsweise porösen Sorbens bzw. Sorptionsmittels. Der physikalische Vorgang der Sorption umfaßt hier u.a. die Vorgänge der Absorption, Adsorption sowie Kapillarkondensation und Chemisorption. Im Einzelfall ist es oft schwer festzustellen, welcher dieser physikalischen Vorgänge vorliegt oder vorherrscht; häufig sind mehrere davon gleichzeitig beteiligt.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Sorptionsmittels zur Sorption/Desorption der gasförmigen Komponente des Füll¬ stoffes im Entladungskolben erlaubt es, mit möglichst ein- fachen Mitteln den Druck im Entladungskolben - und damit die erforderliche Zündspannung - zu beeinflussen: Im Ruhe¬ zustand der Entladungslampe wird ein Großteil des Füllstof¬ fes im Sorptionsmittel sorbiert bzw. gebunden. Hierdurch wird zugleich der Druck im Entladungskolben und demzufolge die für die Entladung erforderliche Zündspannung reduziert. Nach dem Zünden der Entladung nimmt infolge der Entladungs¬ vorgänge die Temperatur im Entladungskolben zu. Dies be¬ wirkt eine Erwärmung auch des Sorptionsmittels, was zur vollständigen Desorption der Füllstoffatome aus dem Sorptionsmittel führt, so daß sich der eine hohe Lichtaus¬ beute garantierende Hochdruck im Entladungskolben ein¬ stellt.
Gegenüber dem Stand der Technik wird somit eine Reduzierung der Zündspannung bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute im Betriebszustand erreicht, - ohne besonders aufwendige kon¬ struktive Maßnahmen am Aufbau der Entladungslampe durch¬ führen oder entsprechende Zusatzvorrichtungen vorsehen zu müssen. Das Einbringen des Sorptionsmittels erfordert keine wesentliche Veränderung der Konstruktionsweise herkömmli¬ cher Entladungslampen, - ebenso kann eine bereits vorhande¬ ne Produktionstechnologie einfach übernommen werden. Beson¬ ders vorteilhaft kann die Produktion von Entladungslampen unter Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung ohne weiteres auf schon bestehenden Produktionsanlagen für Gas- oder Metalldampfentladungslampen erfolgen. Selbsverständlich sind Entladungslampen mit reversiblem Sorptionsmittel für dieselben Beleuchtungszwecke wie herkömmliche Entladungs- la pen anwendbar.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Entladungslampe besteht darin, daß vorzugsweise auf giftige Quecksilber- dämpfe, die bisher - wie einleitend beschrieben - für die Erzielung einer Druckdifferenz zwischen Zündphase und Be¬ triebsphase vielseits verwendet wurden, vollständig ver¬ zichtet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme zur Druckreduzierung wird ferner jegliche Gefahr der Ex¬ plosion der Entladungslampe in der Ruhephase ausgeschlos¬ sen. Erfindungsgemäße Entladungslampen sind daher nicht nur sicherer in der Anwendung und Handhabung, z.B. Montage (keine Explosionsgefahr ! ) , sondern auch deutlich kosten¬ günstiger in der Herstellung, - insbesondere von Queckεil- berdampf-Entladungslampen, da auf viele Sicherheitsvorkeh- rungen in derartigen Produktionsanlagen großteils verzich¬ tet werden kann.
Die für die Erzielung einer bestimmten Druckdifferenz zwi¬ schen Ruhe- und Betriebszustand notwendige Menge des in die erfindungεgemäße Entladungslampe eingebrachten Sorptions¬ mittels wird je nach Sorptions- bzw. Auf ahmefähigkeit des Sorptionsmittels und je nach der Menge des gasförmigen Füllstoffes bestimmt, die im Ruhezustand vor dem Zündvor¬ gang zur Reduzierung des Druckes sorbiert werden soll. Diese Menge wird mittels bekannter Methoden ermittelt.
Vorzugsweise wird für die erfindungsgemäße Entladungslampe ein Sorptionsmittel verwendet, dessen Desorptionstempera- tur, bei der die Desorption der Füllstoffatome aus dem Sorptionsmittel beginnt, größer als die Temperatur der Entladungslampe im Ruhezustand ist (Anspruch 2) .
Hierdurch wird besonders vorteilhaft ein Maximum an Druck¬ differenz zwischen Ruhezustand - vor dem Zündvorgang - und Betriebszustand - nach dem Zündvorgang - erzielt. Im Ruhe¬ zustand der erfindungsgemäßen Entladungslampe ist der Druck im Entladungskolben besonders stark reduziert - erfahrungs¬ gemäß auf einen Wert zwischen 1,3 - 8 kPa in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur der Entladungslampe - , da das für die Sorption vorgesehene Sorptionsmittel, insbesondere in seinen Hohlräumen, einen Großteil der Füllstoffatome bin- det. Die Desorption, d.h. das Austreiben der sorbierten Füllstoffatome aus dem Sorptionsmittel, beginnt erst mit der Erwärmung des Sorptionsmittels nach dem Zündvorgang der Entladungslampe auf eine Temperatur, die größer als die Umgebungstemperatur der Entladungslampe im Ruhezustand ist.
Im Betriebszustand bei üblichen Betriebstemperaturen von ca. 1000 K ist der Füllstoff schließlich vollständig aus dem Sorptionsmittel desorbiert, so daß der Druck im Entla¬ dungskolben auf die Größenordnung von ca. 1 Atm ansteigt. Ein derartiges Sorptionsmittel garantiert somit eine beson¬ deres effektive Reduzierung der Zündspannung vor dem Zünd- Vorgang und gleichzeitig eine hohe Lichtausbeute in der Betriebεphase der erfindungsgemäßen Entladungslampe.
Dies bedeuted, daß bei Anwendung der Erfindung beispielε- weiεe auf eine Xenon-Hochdrucklampe, auch ohne den Einsatz von giftigem Quecksilber ein Betriebsdruck des Xenongaεes im Entladungskolben von ca. 1 Atm erreicht und zugleich die Zündspannung auf einen Wert reduziert wird, der einem Xe¬ nondruck von 1,3 bis 8 kPa im Ruhezustand entspricht.
Vorzugsweise werden Zeolithe, insbesondere NaX-Zeolith und/oder NaA-Zeolith, und/oder Aktivkohle als reversibles Sorptionsmittel in der erfindungsgemäßen Entladungslampe eingesetzt (Anspruch 3).
Bei der Auswahl des geeigneten Sorptionsmittels für einen konkreten Typ von Entladungslampen müssen verschiedene Um¬ stände berücksichtigt werden: Das Sorptionsmittel muß mit den Wänden des Entladungεkolbenε und anderen Konεtruktions- ele enten der Entladungslampe, z.B. Elektroden, Lötstellen etc. verträglich sein; es darf außer der gasförmigen Kom¬ ponente des Füllstoffes keine weiteren z.B. lichtstrahlen- den oder anderen Komponenten des Füllstoffes sorbieren; es dürfen keine Zerfallserscheinungen bei den üblichen Be¬ triebstemperaturen gewöhnlicher Entladungslampen auftreten; und wie bereits erwähnt sollte die Desorptionstemperatur niedriger als die Temperatur in den Entladungszonen im Ruhezustand der Lampe sein. Allen diesen Voraussetzungen werden sowohl Zeolithε, als auch Aktivkohle gerecht.
Im übrigen zeichnen sich insbesondere Zeolithe vorteilhaft durch ihre hohe Sorptions- bzw. Aufnahmefähigkeit bei Zim¬ mertemperatur für die unterschiedlichsten Entladungsgase, z.B. Xenon oder Argon aus. Zeolithe sind eine weit verbrei¬ tete Gruppe von kristallinen Silikaten - und zwar von was¬ serhaltigen Alkali- bzw. Erdalkali-Alu osilicaten - und besitzen die allgemeine Formel M270 A120-, xSi02yH20. Die Kri¬ stallgitter der Zeolithe bauen sich aus Si04- und A104-Te- traedern auf, die über Sauerstoffbrücken miteinander ver¬ bunden sind. Dabei besteht eine räumliche Anordnung gleich¬ gebauter Sorptions- bzw. Absorptionshohlräu e, die über Porenöffnungen zugänglich sind. Ein derartiges Kristall¬ gitter vermag als eine Art "Schwamm" zu wirken, wobei Fremdatome oder - oleküle in die Hohlräume des Gitters aufgenommen und bei Temperaturerhöhung wieder abgegeben werden. Der hier dominierende Adsorptionsvorgang ist rever- sibel, so daß ein Zeolith einer Vielzahl von Adsorptions/ Desorptionszyklen unterworfen werden kann.
Als Beispiel für einen besonders geeigneten Zeolithen sei der Zeolith NaX genannt, der speziell für den häufig ver- wendeten Füllstoff Xenon ein geeignetes Sorptionsmittel ist. Dieser Zeolith besitzt ein im wesentlichen kubisches Elementargitter mit einer Gitterkonstante von 24,3 Angstrom und hat die chemische Formel Na92 (Al9, Si100 03S4) * 256 H20. (Vergl. hierzu "Cristallografia" Band 28, 1983, Seiten 72 - 78) . NaX besitzt eine besonders hohe Adsorptionεfähigkeit bei Zimmertemperatur, da der Querschnitt der Porenöffnurigen der Größe eines Xenonatoms entεpricht und ferner die chemi¬ sche Zusammensetzung und der Aufbau eine Polarisation des Xenonatoms bewirkt, so daß diese an der Innenwand der Hoh.l~ räume adsorbiert werden. Die Folge davon ist eine relativ hohe physi3 alische Adsorptionsenergie. Das hier vorgeschlagene Zeolith NaX ist auch für Natrium¬ nochdruck- oder Halogen-Metall-Lampen einsetzbar, bei denen Xenon als Puffergas für den gewünschten Hochdruck im Be¬ triebszustand sorgt. Es kommt zu keinen parasitären Reak- tionεn mit Natrium, das in der Regel die grundlegende lichtεtrahlende Komponente dieser Arten von Entladungslam¬ pen darstellt. Ferner ist NaX auch beständig gegenüber Halogenen in Halogen-Metall-Entladungslampen, zeigt ferner keine Zerfallserscheinung bis zu einer Betriebstemperatur von ca. 1000 K und kann ohne Beeinträchtigung der Sorp- tionsfähigkeit mehrere Adsorptionε/Deεorptionszyklen durch¬ laufen.
Für das Füllgas Argon - das sowohl als Entladungsgas, als auch als Puffergas häufig zum Einsatz kommt - wird vorzugs¬ weise der Zeolith NaA als Sorptionsmittel verwendet. Er hat eine Gitterkonstante von 24,6 Angstrom und besitzt die chemische Formel Na12 (Al,2 Si12 04S ) * 27 H20. (Vergl. hierzu Brek D. "Zeolithische Molekularsiebe", M. Mir 1976, Seite 175) . Auch bei NaA entspricht der Querschnitt der Porenöff¬ nungen der Größe eines Argonatomε, so daß eine reversible Adsorption/Desorption in den Hohlräumen der NaA-Gitter- εtruktur erfolgen kann.
Als besonders kostengünstige Alternative zu Zeolithen kann auch Aktivkohle als Adsorptionsmittel verwendet werden. Dabei kommt insbesondere Aktivkohle mit KohlenstoffStruktur aus kleinsten Graphit-Kristallen oder amorpher Kohlenstoff mit poröser Struktur und inneren Oberflächen zwischen 1000 und 1500 m2 /g in Frage.
Daher werden vorzugsweise Zeolithe, insbesondere NaX-Zeo- lith oder NaA-Zeolith, und/oder Aktivkohle als Sorptions¬ mittel für die Steuerung des Druckes - und damit der Zü d- sowie I.euchtpara eter der erfindungsgemäßen Entladungslampe verwendet (Anspruch 11) . Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Entladungslampe ist das Sorptionsmittel im Entla¬ dungskolben zusammen mit dem Füllstoff und/oder in einem zusätzlichen Gefäß untergebracht, das mit dem Entladungs- kolben in Verbindung steht und vorzugsweise mit einer Heiz¬ vorrichtung, insbesondere mit einer HF-Spule ausgestattet ist (Anspruch 4 und 5) .
Die Anordnung des Sorptionsmittels im Entladungskolben ist die einfachste Variante, da hierfür keine wesentliche Ver¬ änderung des Aufbaus bereits bekannter Entladungslampen notwendig ist. Die hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Sorptionsmittel können εogar in der Nähe der für die Strom¬ versorgung vorgesehenen Elektroden im Entladungskolben angeordnet sein, falls ein guter Wärmekontakt des Sorp¬ tionsmittels mit den Wänden des Entladungskolbens gewähr¬ leistet ist. Die Temperatur der Kolbenwände, insbesondere an den gegenüberliegenden Enden des Entladungskolbens, überschreiten in der Regel nicht eine Temperatur ca. 1000 K, so daß ein Zerfall des Sorptionsmittels ausgeschlossen ist, - auch wenn die Temperatur der Elektroden im Betriebs¬ zustand höher sein sollte.
Bevorzugt wird daher durch Steuerung der Temperatur des Sorptionsmittels, das in dem insbesondere mit einer Heiz¬ spule ausgestatteten Zusatzgefäß untergebracht ist, der Druck des Füllstoffes im Entladungskolben auf beliebige Werte eingestellt. Im selben Ausmaß können hierdurch auch besonders einfach die Zündparameter und Leuchtparameter der Entladungslampe beliebig geregelt werden (Anspruch 12) .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungεfor wird die erfindungsgemäße Entladungslampe über ein gewöhnliches Vorschaltgerät (VSG) betrieben (Anspruch 8) .
Somit kann die erfindungsgemäße umweltfreundliche Ent]a- dungslampe mit den hier vorgeschlagenen Maßnahmen zur Redu- zierung der Zündspannung einfach am Netz angeschlossen werden. Die Erfindung ist demnach auch geeignet für Entla¬ dungslampen, die zusätzlich mit Glüh- oder Photoelektroden zur Erzeugung elektrischer Ladungsträger ausgestattet sind. Die an den Hauptelektroden anliegende Spannung (Brennspan¬ nung) kann klein sein und die Entladungslampe am Netz be¬ trieben werden. Infolge der fallenden Stromspannungscharak- teriεtik wird erfindungsgemäß ein Vorschaltgerät bei Gleichspannungsbetrieb z.B. ein Ohm'scher Widerstand (Vor- widerstand), bei Wechselspannungsbetrieb z.B. eine Drossel, ein Streufeldtransformator oder ein kapazitives Vorschalt¬ gerät, vorgeschlagen.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemä- ßen Entladungεlampe iεt anstelle der üblichen Betriebselek¬ troden zur Erregung der Entladung im Entladungskolben eine HochfrequenzVorrichtung, insbesondere HF-Spule, welche den Entladungskolben umgibt, für die Erregung der Entladung vorgesehen (Anspruch 9) . Hierdurch wird die Bauweise der erfindungsgemäßen Entladungslampe, insbesondere des Entla¬ dungskolbens, noch einfacher. Im übrigen läßt sich durch eine bestimmte Anordnung der Spule bzw. Spulengeometrie die Temperaturverteilung im Entladungskolben - und somit der Sorptionsgrad deε Sorptionεmittels - in gewünschter Weise beeinflusεen.
Schließlich εei noch darauf hingewiesen, daß die hier vor¬ geschlagene Maßnahme zur Reduzierung der Zündspannung selbstverständlich auch für bekannte Entladungslampen mit Quecksilber angewendet werden kann. Durch den Einsatz eines reversiblen Sorptionsmittels zusammen mit Quecksilber, das die Rolle eines Puffergaεeε mit hohem Sättigungsdampfdruck übernimmt, kann beispielεweiεe der Gasdruck in der Be- triebsphase einer Xenon-Entladungslampe auf einen extrem hohen Wert von ca. 13 - 80 kPa gesteigert werden, was eine außergewöhnlich hohe Lichtausbeute und eine optimale Farb¬ wiedergabe ohne Senkung der Leuchtkraft ermöglicht. Im Vergleich zu bekannten Xenonlampen ist also bei Vorhan¬ densein eines reversiblen Sorptionsmittels möglich, den Druck des Füllgases - bei gleichzeitig geringer Zündspan¬ nung - auf extrem hohe Werte zu erhöhen. Da die Feldstärke in der Säule des Xenonbogens mit dem Druck wächst, kann unter Umständen die Betriebsspannung der Lampen bei der¬ artigen Hochdrücken bis zum Niveau der Netzspannung (220 Volt) erhöht werden. Hierdurch kann unter Umständen εogar auf einen Senktransformator zum Transformieren der Netz- Spannung auf die Betriebsspannung der Lampen verzichtet werden.
Vorzugsweise wird daher eine derartige Entladungslampe di¬ rekt am Netz (220 Volt) angeschlossen (Anspruch 13) .
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beεchreibung bevorzugter Aus- führungεbeiεpiele. In der Beschreibung wird auf die bei¬ gefügte schematische Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Natriumhochdruck- Entladungslampe als erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entladungslampe;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Halogen-Metall-En¬ tladungslampe als zweites Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Xenon-Entladungslampe - in einer Variante ohne Elektroden - als drittes Ausführungsbei- εpiel; und
Fig. 4 eine Xenon-Entladungslampe als viertes Ausfüh- rungsbeiεpiel mit einem Zusat gefäß, das mit ei- ner Heizvorrichtung ausgestattet ist.
Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 4 zeigen unter- schiedliche Arten von Entladungslampen: Natriumhochdruck- Entladungslampe (NHDL) ; Halogen-Metall-Entladungslampe (HML) sowie Xenon-Entladungslampe (XL) . Dies soll verdeut¬ lichen, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Beeinflus- sung der Zünd- und Leuchtparameter von Entladungslampen für beliebige Typen von Metalldampf- oder Entladungslampen anwendbar εind.
Alle dargeεtellten Entladungslampen umfassen einen herme- tisch verschlossenen Entladungskolben 1, der aus optisch durchsichtigem Material gefertigt ist, z.B. aus Quarzglas oder Keramik. In den Fig. 1 und 2 iεt im Falle von NHDL bzw. HML der Kolben 1 (Brenner) von einem äußeren Kolben 2 umgeben, der ebenfallε auε Quarzglaε oder einem keramischen Material gefertigt ist und in dem ein Vakuum oder eine inerte Edelgaεatmosphäre herrscht. Der Entladungskolben 1 ist mit einem Füllstoff gefüllt, z.B. mit einem Edelgas
(wie Xenon in der XL, Fig. 3 und 4) oder Metallhalogenide und ein Edelgaε (wie in der HML, Fig. 2) oder Natriumdämpfe und Xenon (wie in der NHDL, Fig. 1) .
Der Kolben 1 kann mit Betriebselektroden 2 und 4 ausgestat¬ tet sein, die vorzugsweise an den beiden gegenüberliegenden Enden der langgestreckten Geometrie des Kolbens 1 angeord- net sind. In Fig. 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Entladungslampe ohne Elektroden dargestellt. Dort wird für die Erregung der Entladung eine Hochfrequenzspule 5 ver¬ wendet, die um das obere Ende des Entladungskolbens 1 ge¬ wickelt ist und von einem Hoch requenzgenerator (in der Zeichnung nicht gezeigt) gespeist wird.
Im Entladungskolben 1 oder in einem eigenen Zusatzgefäß 7, das mit dem Kolben 1 in Verbindung steh'.., ist ein rever¬ sibles Sorptionsmittel zur Sorption bzw. Desorption der gasförmigen Komponente des Füllstoffes enthalten. Das Sorp- tionεTiittel , das vorzugsweise ein geeigneter Zeolith ist, ist entweder hinter den Betriebselektroden 3 und 4 angeord- net, wie in Fig. 1 und 2, oder in der Nähe der Hochfre¬ quenzspule 5, wie in Fig. 3. Das reversible Sorptionsmittel besitzt vorzugsweise eine Desorptionstemperatur, die unter der Umgebungstemperatur (= Zimmertemperatur) der Entla- dungslampe in der Ruhephase liegt.
Im Falle der Anordnung des Sorptionsmittels 6 in einem Zusatzgefäß 7, z.B. in einem speziellen Anschlußrohr wo¬ durch auch das Auspumpen der Lampe erfolgen kann, ist fer- ner außen am Zusatzgefäß 7 eine Heizspule 8 vorgesehen, die an eine geregelte Stromquelle (in der Zeichnung nicht ge¬ zeigt) angeschlossen ist. Hierdurch kann besonders einfach durch Steuerung der Temperatur des Sorptionsmittels der Druck des Füllstoffes - und damit die Zünd- und Leuchtpara- eter der Entladungslampe - beliebig geregelt werden.
Nachfolgend soll am Beispiel der XL (Fig. 4) die Funktions¬ weise der erfindungsgemäßen Entladungslampe sowie das Ver¬ fahren zum Betreiben einer derartigen Entladungslampe ver- deutlicht werden.
Im Ruhezustand vor dem Zündvorgang beträgt der Druck des Xenons im Entladungskolben 1 - je nach der Umgebungstempe¬ ratur - zwischen 1,3 - 8 kPa. Der Großteil des Xenongases ist dabei in den Poren bzw. Hohlräumen des im Zusatzgefäß 7 befindlichen Sorptionsmittels 6 - in diesem Falle der Zeolith NaX - gebunden. Ein anderer Anfangsdruck im Entla¬ dungskolben 1 kann jederzeit mit Hilfe der Heizspule 8 eingestellt werden, der an eine regelbare Stromquelle ange- schlössen ist. Zum Zünden der Entladung wird sodann eine Zündspannung auf die Elektroden 3 und 4 gegeben. Als Folge davon entsteht zwischen den Elektroden 3 und 4 eine elek¬ trische Entladung. Aufgrund der Entladungserscheinungen kommt es zu einer Erwärmung des Entladungskolbens 1 und des Zusatzgefäßes 7 mit dem Sorptionsmittel 6, - möglich ist aber auch ein geregeltes Erwärmen des Sorptionsmittels 6 mit Hilfe der Heizvorrichtung 8. Beim Erwärmen des Sorptionsmittels 6 beginnt die Desorption des sorbierten Xenongases, - und der Druck im Entladungs¬ kolben 1 nimmt zu. Bei einer Temperatur des Sorptionsmit¬ tels 6, welche die Desorptionstemperatur deutlich über- schreitet, geht schließlich das gesamte Xenon wiederum in die Gasphase im Kolben 1 über. Dabei entsteht im Entla¬ dungskolben 1 ein Xenondruck von der Größenordnung 1 Atm, was eine ausgezeichnete lichttechnische Daten, insbesondere Lichtausbeute und Farbqualität der Xenonlampe gewährlei- stet.
Ferner wurde in einem Modellversuch eine erfindungsgemäße XL angefertigt, um die Vorteile der Erfindung gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik nochmals zu verdeutli- chen.
Das Modell bestand aus einem hermetischen Entladungskolben aus Quarzglas mit einem Volumen von 19 cm3 und mit eingelö¬ teten Betriebselektroden, die in einem Abstand von 1 mm angeordnet sind. Gemäß Fig. 4 wurde der wasser- und gas¬ freie Zeolith NaX mit der Masse von 1,35 gr in das Zusatz¬ gefäß 7 eingebracht, welches vorerst vom Entladungskolben 1 durch eine dünne Glaszwischenwand abgetrennt war. Nach dem Entgasen der Modellampe wurde die Abhängigkeit der Zündspannung vom Xenondruck im Bereich zwischen 1,3 bis 100 kPa gemessen. Der Entladungskolben 1 des Modells wurde dann mit Xenon bis zu einem Druck von 80 kPa gefüllt und dann vom Vakuumsystem abgetrennt.
Bei einem Xenondruck im Entladungskolben der Modellampe von 80 kPa betrug die Zündspannung 2,4 kV. Nach dem Durchtren¬ nen der Glaszwischenwand zwischen Entladungskolben und Zusatzgefäß, d.h. nach dem Öffnen des Raumes zum Zeolith hin, sank die Zündspannung der Entladung bei Zimmertempera- tur bis auf 590 +/- 10 Volt ab, was einem Xenonrestdruck im Kolben von 7 kPa entsprach. Auf diese Weise konnte man feststellen, daß das für die erfindungsgemäße Modellampe verwendete reversible Sorptionsmittel (Zeolith NaX) unge¬ fähr 90% des sich ursprünglich im Entladungskolben befunde¬ ne Xenon sorbierte bzw. adsorbierte.
Nach Erwärmen des Zeoliths im Gefäß 7 mit Hilfe der Heiz¬ vorrichtung 8 erhöhte sich die Zündspannung wieder auf den anfänglichen Wert von 2,4 kV, d.h. der Xenondruck im Be¬ triebszustand der Modellampe betrug wieder 80 kPa.
Es wurden insgesamt 85 Sorptions- bzw. Desorptionszyklen am Modell der erfindungsgemäßen Entladungslampe durchgeführt, - ohne eine Beeinträchtigung der Zündspannungsreduzierung durch das verwendete Sorptionsmittel festzustellen.

Claims

EntladungslampePatentansprüche
1. Entladungslampe mit einem Entladungskolben (1) aus optisch durchsichtigem Material, der einen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sorptionsmittel (6) zur Sorption bzw. Desorp¬ tion des Füllstoffes vorgesehen ist.
2. Entladungslampe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Sorptionsmittel (6) , dessen Desorptionstemperatur (Td) größer als die Temperatur der Entladungslampe im Ruhezustand ist.
3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (6) ein Zeolith und/oder Aktivkohle ist.
4. Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- net, daß das Sorptionsmittel (6) ein NaX Zeolith ist.
5. Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Sorptionsmittel (6) ein NaA Zeolith ist.
6. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (6) im Entladungskolben (1) und/oder in einem zusätzlichen Gefäß (7) , das mit dem Entladungskolben (1) in Ver¬ bindung steht, angeordnet ist.
7. Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, daß das Zusatzgefäß (7) mit einer Heizvorrichtung
(8) , insbesondere mit einer Heizspule ausgestattet ist.
8. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Vorschaltgerat
(VSG) , das der Entladungslampe vorgeschaltet ist.
9. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine den Entladungs- kolben umgebende Hochfrequenzvorrichtung, insbesondere
HF-Spule (5) , für die Erregung der Entladung.
10. Verfahren zum Betreiben einer Gasentladung in einer Entladungslampe mit einem Entladungskolben (1) aus optisch durchsichtigem Material, der mit einem Füll¬ stoff gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Füllstoffes durch Einbringen eines Sorptionsmittels (6) in die Entladungslampe zur Sorp¬ tion bzw. Desorption des Füllstoffes gesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Zeolithe, insbesondere NaX Zeolithe oder NaA Zeo¬ lithe, und/oder Aktivkohle als Sorptionsmittel (6) für die Steuerung des Druckes im Entladungskolben (1) verwendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß durch Steuerung der Temperatur des ins¬ besondere in einem mit einer Heizvorrichtung ausge- statteten Zusatzgefäß (7) untergebrachten Sorptions¬ mittels (6) der Druck des Füllstoffes geregelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe direkt am Netz (220 Volt) angeschlossen wird.
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