Hochdruckquecksilberd ampfentladnngslampe. Unter den Beleuchtungsmitteln der letz ten Jahre spielen die Hochdruekquecksilber- dampfentladungslampen eine wichtige Rolle.
Die modernen Lampen bestehen zur Haupt sache aus einem zylindrischen Entladungs gefäss, das mit festen, im allgemeinen stark Elektronerv emittierende .Stoffe (vor allem <B>Ei</B> rdalkalimetallogyde) aufweisenden Glüh elektroden und mit einer Quecksilbermenge versehen äst. Zwecks Erleichterung der Zün- ,
dung wird in diesem Gefäss noch eine Menge Edelgans hineingebracht. Das eigentliche D4nt- la,dungegefäss ist meistens von einer Glas hülle umgeben, wobei .der Raum zwischen dem Entladungsgefäss und der Hülle eva kuiert oder mit Gas (z. B. Stickstoff, Edel gas oder auch Luft) gefüllt ist.
Die Entladung dieser Lampen zeigt den Charakter einer Hochdruckentladung, d. h. sie schnürt sich infolge des sich entwickeln- den hohen Dampfdruckes ein, so dass sie nicht den ,ganzen Querschnitt des.
Ent ladungsgefässes ausfüllt. Gleichzeitig steigt die Brennspannung der Entladung, und es nimmt diese Spannung Werte an, die ein Mehrfaches .der soggenannten Erstbrennspan- nung bilden, d. h.
.der Brennspannung, die unmittelbar nach der Zündung auftritt. Der Betriebsiquecksälberdampfd@ruok der zuerst entwickelten Lampen beträgt etwa 1 Atm. Diese Lampen werden in verschiedenen Grössen hergestellt, die eine Energieauf nahme von etwa 150 Watt bis zu einigen Kilowatt zeigen.
In letzter Zeit sind auch Q;uecksilber- dampfentladungslampen .bekannt geworden, die mit weit höherem Quecksilberdampf- druck arbeiten, nämlich mit einem Druck, der meistens erheblich höher als 10 Atm. ist. Diese Lampen haben einen Durchmesser, der .erheblich kleiner ist, als,
derjenige der Lam pen mit etwa 1 Atm. Betriebsdampfdruck. Der innere Durchmesser dieser neueren, aus Quarz hergestellten Lampen beträgt nur etwa 2-5 mm. Ein grosser Vorteil dieser Lampen besteht darin, @dassi sie auch. bei klei- neren Typen. z. B. 40 und 75 Watt Energie aufnahme, einen guten Wirkungsgrad haben.
Die Erfindung befasst sich mit Hoch- druckquecksilberdampfentladungslampen aus einem Material, .dessen Erweichungspunkt höher als<B>1000'</B> G liegt, z. B. aus Quarz, und welche Glühelektroden in festem Aggregat zustand besitzen und ermöglicht, Lampen mit hohem Wirkungsgrad und langer Le bensdauer herzustellen.
Um die Elektrodenverluste in bezug auf die Wattaufnahme der Lampen gering zu halten, empfiehlt es sich, die Lampen der art zu dimensionieren, dass die Brennspan- nung der Entladung (hier Vb genannt) mög lichst gross ist. Bei gegebener Spannung der Stromquelle. an die die Lampe angeschlossen werden soll, kann man die Brennspannung jedoch nicht willkürlich erhöhen.
Bei zu grosser Brennspannung ist nämlich ein stabi ler Betrieb nicht möglich. Die noch zulässige Höhe der Brennspannung hängt von der Schaltung ab, in der die Lampe benutzt wird.
Wird die Lampe in Reihe mit einer Drosselspule aus einer Wechselstromquelle betrieben, so wird die Brennspannung der Lampe im allgemeinen etwa gleich der Hälfte der Spannung der Stromquelle gewählt.
Beim Konstruieren von Hochdruekqueek- silberdampfentladungalampen geht man des wegen von einer bestimmten Spannung der Stromquelle und einer bestimmten Schaltung aus, so dass die Brennspannung der Lampe gegeben ist. Weiter geht man von einer be- stimmten Energieaufnahme (hier B genannt) der Lampe aus.
Gemäss der Erfindung wird nun der in nere Durchmesser des Entladungsgefässes annähernd gleich
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gemacht, wobei B in Watt, Vb in Volt und der Durchmesser in Millimeter ausgedrückt werden.
Durch Versuche und Berechnung ist nämlich gefunden worden., dass bei gegebener Energieaufnahme und Brennspannung der in dieser Weise bestimmte innere Durchmesser das Erreichen des günstigsten Wirkungs- grades bei einer verhältnismässig langen Lebensdauer (etwa <RTI
ID="0002.0069"> 2000 Stunden) ermög licht. Überdies kann bei einem in dieser Weise bestimmten Durchmesser erreicht werden, dass- die Entladung, auch bei senk rechter Stellung des Entladungsgefässes, ruhig ist (keine Turbulenz zeigt).
Obwohl der innere Durchmesser am zweckmässigsten der erwähnten Formel genügen soll, können gewisse Abweichungen von dem in dieser Weise bestimmten Wert zugelassen werden. Die Abweichungen sollen jedoch nicht grösser als 20%, vorzugsweise kleiner als 15 % , sein.
Die Länge der Entladungsbahn (der ge- genseitige Abstand der Elektroden) wird zweckmässig gleich
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gewählt.
Auch hier ist B in Watt und Vb in Volt, die Länge der Entladungsbahn je- doch in Zentimeter angegeben. Hier können Abweichungen von .höchstens 2W % zugelas sen wenden.
Sind also in dieser Weise bei gegebener Energieaufnahme und Brennspannung der Durchmesser und die Länge der Entladungs bahn bestimmt, so sind auch die andern Daten der Lampen gegeben. Bei gegebener Brennspannung und Länge der Entladungs bahn ist nämlich der Gradient (Spannung per Zentimeter Länge der Entladungsbahn) bestimmt.
Zu diesem Gradienten gehört bei gegebenem Durchmesser und gegebener Ener- gieaufnabme nur ein bestimmter Queck- silberdampfdruck. Bekanntlich wird der Dampfdruck von der kältesten Stelle des Entladungsgefässes oder, falls die Queck- silbermenge derart beschränkt ist,
dass die Lampe mit ungesättigtem Dampf arbeitet, von der Menge des in der Lampe unterge- brachten Quecksilbers bedingt. Diese Grössen müssen denn auch derart gewählt werden,
dassj der geforderte Gradient erhalten wird. Die Wandstärke des Entladungsgefässes wird zweckmässig etwa
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mm gemacht, wo bei d der innere Durchmesser in Millimeter bedeutet.
Die obenerwähnten Formeln gelten nur für den Fall, dass; der innere Durchmesser grösser als 7 mm ist, und sind vor allem von Bedeutung für Lampen; mit einer Energie aufnahme grösser als 75 Watt. Auch haben sie keine Gültigkeit für Lampen, die- künst lich, z. B. mit fliessendem Wasser, gekühlt werden.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungs- beispiel einer Entladungslampe gemäss der Erfindung dar.
Das Entladungs:gefäss 1 besteht aus einem zylindrischen Quarzrohr mit einem innern Durchmesser von 15 mm und enthält zwei Glühelektroden 2 und 3, die nahe der Gefässenden angeordnet sind und aus wendel- förmigen Wolfraindrähten bestehen, die mit Erdalkalioxyd bedeckt sind.
Diese Glühelek- troden werden nicht von einem besonderen Heizstrom, sondern nur von der Entladung geheizt. Der ,gegenseitige Abstand der Elek troden 2 und 3 beträgt 4 cm. Das Ent- ladungsgef43 ist mit Argon gefüllt, das bei Zimmertemperatur einen Druck von zum Bei spiel 10 mm hat. Weiter befindet sich in nerhalb des Gefässes eine kleine Menge Quecksilber, die beim Betrieb völlig ver dampft, so dass, die Lampe mit ungesättigtem Dampf arbeitet.
Das Entladungsgefäss ist mittels der Stromzuführungsleiter 4 und 5 auf der Quetschstelle 6 der Glashülle 7 befestigt, die :die Form eines üblichen Glühlampenkol- bens aufweist. Der Raum zwischen dem Ent ladungsgefäss, 1 und der Hülle 7 ist mit Stickstoff gefüllt, der bei Zimmertemperatur einen Druck von etwa 50 cm hat. Die Hülle 7 ist mit einem :Schraubsockel 8 versehen.
Um die Zündung zu erleichtern, kann innerhalb des Entladungsgefässes 1 in der Nähe einer der Glühelektroden eine Hilfs elektrode angeordnet sein, die über einen Widerstand mit der andern Hauptelektrode verbunden ist. Eine Zünderleichterung wird auch erreicht, wenn man einen dünnen Me- talldraht, etwa in der Röhrenmitte, um die Röhre herumwickelt und mit dem Draht 5 verbindet.
Die Lampe ist bestimmt, um in Reihe mit :einer Drossels:pute an :ein Wechselstrom- netz von 220 V 50 Hertz angeschlossen zu werden. De Energieaufnahme der Lampe beträgt 2,5,0 W und :die Brennspannung (beim normalen Betrieb) ist 12.0 V.
Der innere Durchmesser des Entladungs:gef äss,es genügt der obenerwähnten Formel. Die Länge :der Entladungsbahn ist etwas kleiner als .der mit Hilfe der für diese Länge angegebenen Formel berechnete Wert.
Die Länge der Entladungsbahn ist nicht so kritisch, wie der innere Durchmesser, so dass für die Länge der Entladungsbahn grössere Abwei chungen zugestanden werden können.
Die Ausbeute an sichtbarem Lichte der beschriebenen Lampe betrug 50,8 inter- nationale Lumen per Watt. Wurde die Ent ladungsbahn 5 cm lang .gemacht, so betrug bei gleicher Energieaufnahme (250 W) und Brennspannung (120 V) die Lichtausbeute 49,4 internationale Lumen per -Watt.
Die Wandstärke des Entladungsgefässes wurde aus der Formel
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berechnet und betrug 1,3 mm. In dieser Wandstärke kann man jedoch verhältnismässig grosse Toleran zen zulassen.
Die Entladungslampe kann in einem Reflektor geeigneter Form angeordnet wer den. Die Lampe wird nicht künstlich ge kühlt; die entwickelte Wärme wird durch natürliche Kühlung abgeführt. Wird :die Lampe zum Aussenden von ultravioletten ;Strahlen benutzt, so muss die Hülle aus einem @diese Strahlen durchlassenden Mate rial hergestellt werden.
High pressure mercury discharge lamp. High-pressure mercury vapor discharge lamps have played an important role among the lighting equipment of recent years.
The modern lamps mainly consist of a cylindrical discharge vessel that is provided with solid, generally strong electron-emitting substances (especially alkaline metal) and provided with a quantity of mercury. In order to facilitate the ignition,
A lot of noble goose is added to this vessel. The actual D4nt- la, manure vessel is mostly surrounded by a glass envelope, the space between the discharge vessel and the envelope being evacuated or filled with gas (e.g. nitrogen, noble gas or air).
The discharge of these lamps shows the character of a high pressure discharge, i.e. H. it constricts as a result of the high vapor pressure that develops, so that it does not cover the entire cross-section of the.
The discharge vessel. At the same time, the burning voltage of the discharge rises, and this voltage assumes values that are a multiple of the so-called initial burning voltage, i.e. H.
.the operating voltage that occurs immediately after ignition. The operating quench vapor pressure of the first developed lamps is about 1 atm. These lamps are manufactured in various sizes that show an energy consumption of around 150 watts up to a few kilowatts.
Recently, mercury vapor discharge lamps have also become known which work with a much higher mercury vapor pressure, namely a pressure which is usually considerably higher than 10 atm. is. These lamps have a diameter that is significantly smaller than
that of the lamps with about 1 atm. Operating steam pressure. The inner diameter of these newer lamps made of quartz is only about 2-5 mm. A big advantage of these lamps is that @that they do too. for smaller types. z. B. 40 and 75 watts of energy consumption, have a good efficiency.
The invention is concerned with high-pressure mercury vapor discharge lamps made of a material whose softening point is higher than 1000 G, e.g. B. made of quartz, and which glow electrodes have a solid state and enables lamps to be produced with high efficiency and long life.
In order to keep the electrode losses low in relation to the watt consumption of the lamps, it is advisable to dimension the lamps in such a way that the voltage of the discharge (here called Vb) is as high as possible. At a given voltage of the power source. To which the lamp is to be connected, however, the operating voltage cannot be increased arbitrarily.
If the operating voltage is too high, stable operation is not possible. The permissible level of the operating voltage depends on the circuit in which the lamp is used.
If the lamp is operated in series with a choke coil from an alternating current source, the operating voltage of the lamp is generally selected to be approximately equal to half the voltage of the current source.
When designing high pressure silver vapor discharge lamps, one assumes a certain voltage of the power source and a certain circuit, so that the operating voltage of the lamp is given. A certain energy consumption (here called B) of the lamp is also assumed.
According to the invention, the inner diameter of the discharge vessel is now approximately the same
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where B is expressed in watts, Vb in volts and the diameter in millimeters.
It has been found through tests and calculations that for a given energy consumption and operating voltage, the inner diameter determined in this way enables the most favorable efficiency to be achieved with a relatively long service life (approximately <RTI
ID = "0002.0069"> 2000 hours). Moreover, with a diameter determined in this way, it can be achieved that the discharge is steady (shows no turbulence) even when the discharge vessel is in a vertical position.
Although the inner diameter should most suitably comply with the formula mentioned, certain deviations from the value determined in this way can be permitted. However, the deviations should not be greater than 20%, preferably less than 15%.
The length of the discharge path (the mutual distance between the electrodes) is expediently the same
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elected.
Here, too, B is given in watts and Vb in volts, but the length of the discharge path is given in centimeters. Here, deviations of a maximum of 2W% are permitted.
If the diameter and length of the discharge path are determined in this way for a given energy consumption and operating voltage, the other data of the lamps are also given. For a given burning voltage and length of the discharge path, the gradient (voltage per centimeter of length of the discharge path) is determined.
For a given diameter and given energy consumption, this gradient only includes a certain mercury vapor pressure. As is well known, the vapor pressure from the coldest point of the discharge vessel or, if the amount of mercury is so limited,
that the lamp works with unsaturated vapor, depends on the amount of mercury in the lamp. These sizes must be chosen in such a way that
that the required gradient is obtained. The wall thickness of the discharge vessel is expediently approximately
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mm, where d means the inner diameter in millimeters.
The above-mentioned formulas only apply in the event that; the inner diameter is greater than 7 mm, and are particularly important for lamps; with an energy consumption greater than 75 watts. They are also not valid for lamps that are artificially, e.g. B. be cooled with running water.
The drawing shows an exemplary embodiment of a discharge lamp according to the invention.
The discharge vessel 1 consists of a cylindrical quartz tube with an internal diameter of 15 mm and contains two glow electrodes 2 and 3, which are arranged near the ends of the vessel and consist of helical tungsten wires that are covered with alkaline earth oxide.
These glow electrodes are not heated by a special heating current, but only by the discharge. The mutual distance between the electrodes 2 and 3 is 4 cm. The discharge vessel is filled with argon, which has a pressure of, for example, 10 mm at room temperature. There is also a small amount of mercury inside the vessel, which completely evaporates during operation, so that the lamp works with unsaturated vapor.
The discharge vessel is attached to the pinch point 6 of the glass envelope 7 by means of the power supply conductors 4 and 5, which: has the shape of a conventional incandescent lamp bulb. The space between the discharge vessel 1 and the envelope 7 is filled with nitrogen, which has a pressure of about 50 cm at room temperature. The sheath 7 is provided with a screw base 8.
In order to facilitate ignition, an auxiliary electrode can be arranged within the discharge vessel 1 in the vicinity of one of the glow electrodes and is connected to the other main electrode via a resistor. The ignition is also made easier if a thin metal wire is wound around the tube, for example in the middle of the tube, and connected to the wire 5.
The lamp is designed to be connected in series with: a choke: turkey to: an alternating current network of 220 V 50 Hertz. The energy consumption of the lamp is 2.5.0 W and: the operating voltage (during normal operation) is 12.0 V.
The inner diameter of the discharge: vessel, the above formula suffices. The length: of the discharge path is slightly smaller than the value calculated using the formula given for this length.
The length of the discharge path is not as critical as the inner diameter, so that larger deviations can be allowed for the length of the discharge path.
The visible light yield of the lamp described was 50.8 international lumens per watt. If the discharge path was made 5 cm long, the light output was 49.4 international lumens per watt with the same energy consumption (250 W) and operating voltage (120 V).
The wall thickness of the discharge vessel was derived from the formula
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calculated and was 1.3 mm. In this wall thickness, however, you can allow relatively large tolerances.
The discharge lamp can be arranged in a reflector of a suitable form. The lamp is not artificially cooled; the heat generated is dissipated by natural cooling. If: the lamp is used to emit ultraviolet rays, the cover must be made of a material that allows these rays to pass through.