CH497045A - Gekapselte elektrische Dampf- und/oder Gasentladungslampe - Google Patents

Description

  
 



  Gekapselte elektrische Dampf- und/oder Gasentladungslampe
Die Erfindung betrifft eine gekapselte, elektrische Dampf- und/oder Gasentladungslampe, deren Entla dung bei niedrigem Druck zu zünden und bei hohem
Druck stationär aufrechterhaltbar ist, wobei im Lampen kolben Stoffe angeordnet sind, die im kalten Zustand der
Lampe teilweise kondensiert und als Gas bzw. Dampf vorliegen.



   Solche Gasentladungslampen sind beispielsweise als
Quecksilber-Dampflampen und Natrium-Dampflampen bekannt. Sie weisen den Vorteil gegenüber den ebenfalls bekannten Xenon-Hochdrucklampen auf, dass sie mit Netzspannung gezündet werden können und erst im
Betrieb den hohen Betriebsdruck, der zur Erzielung einer entsprechenden Lichtausbeute erforderlich ist, durch Verdampfen des Füllmaterials aufbauen.



   Diese bekannten Lampen, in denen bereits Haloge nide von Metallen der verschiedenen Gruppen des
Periodischen Systems angeregt werden, weisen ein mehr oder weniger ausgeprägtes Linien-Spektrum auf.



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Gasentladungslampe zu schaffen, die ein weitgehend kontinuierliches, sonnenähnliches Spektrum im sichtba ren Bereich und eine besonders hohe Lichtausbeute besitzt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lam penkolben Zinnjodid, Quecksilber und Helium ent hält.



   Versuche haben ergeben, dass Zinnjodid als Mole kül-Gas bei entsprechend hohem Druck und einer
Temperatur von ca. 6000   OC    in der   Entladungssäule    ein weitgehend kontinuierliches Spektrum im sichtbaren
Bereich abgibt. Zinnjodid eignet sich ferner deshalb besonders zur Füllung einer Gasentladungslampe, weil es bereits bei relativ niedriger Wandtemperatur des Lampenkolbens den für eine entsprechende Lichtausbeute erforderlichen Dampfdruck aufweist.



   Schliesslich hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass Zinnjodid als Molekül-Gas, das im Lichtbogen weitgehend dissoziert ist, ausserhalb des Lichtbogens rekombiniert und durch den dabei auftretenden Energietransport aus der Entladungssäule eine Stabilisierung der Bogensäule in der Achse des Entladungsgefässes bewirkt. Je nach Anwendungsfall kann die Zinnjodid-Menge entweder so klein, dass sie im Betriebszustand vollständig verdampft oder so gross, dass auch im Betrieb noch die kondensierte Phase vorliegt, gewählt werden. In vorteilhafter Weise enthält der Lampenkolben mehr als 1 mg Zinnjodid pro Kubikzentimeter seines Innenvolumens.



   Es ist zweckmässig, dem Lampenkolben ausser Zinnjodid noch Quecksilber zuzusetzen. Die kombinierte Verwendung von Zinnjodid mit Quecksilber erhöht die Lichtausbeute der Lampe auf bisher nicht erreichte Werte, wobei das Spektrum kontinuierlich bleibt, ohne dass diskrete Linien von wesentlicher Intensität auftreten. Es ist erkannt worden, dass die Möglichkeit, Zinnjodid und Quecksilber, Kombiniert in einer Lampe anzuwenden, insbesondere dadurch besteht, dass die Dampfdruckkurven von Zinnjodid und Quecksilber in weiten Bereichen fast übereinstimmen. Beispielsweise liegt der Dampfdruck von 1 at bei Zinnjodid bei 3480, bei Quecksilber bei 3570 vor.



   Untersuchungen haben weiter ergeben, dass die Gewichtsmenge des eingefüllten Quecksilbers gleich oder geringer sein sollte als die Zinnjodidmenge. Vorzugsweise beträgt der Quecksilbergewichtsanteil zwischen   5 ovo    und   100 ovo    des Zinnjodidgewichtes. Bei grösserer Quecksilbermenge wächst der Strahlungsanteil  im UV-Bereich. Wird der Quecksilberanteil wesentlich über   1000/o    gesteigert, so ergibt sich eine besondere Verstärkung des UV-Anteils, die für spezielle Zwecke   envünscht    sein kann.



   Zweckmässig wird der Lampenkolben so ausgebildet und ausgerüstet, dass eine gleichmässige Temperatur seiner Innenoberfläche an allen Stellen gewährleistet ist.



  Dies kann beispielsweise durch Verengung des Lampenkolbens im Elektrodenbereich, Verspiegelung oder Isolierung an diesen Stellen geschehen.



   Wird gleichzeitig die Füllmenge so niedrig gewählt, dass sie im Betrieb in einem weiten Bereich der Entladungsstromstärke vollständig verdampft ist, so kann die Lampe ohne wesentliche Anderung ihrer spektralen Verteilung in ihrer Helligkeit durch Variieren der Stromstärke geregelt werden.



   Die Elektroden der Lampe können mit einem der Elemente der IV. Gruppe des Periodischen Systems, vorzugsweise Titan, Zirkon oder Hafnium, oder einer Kombination dieser Elemente, versehen werden. Diese Zusätze verdampfen beim Betrieb der Lampe teilweise und bilden im Bereich der Elektroden spiegelnde Niederschläge auf dem Lampenkolben. Diese wirken sowohl als Getter als auch als Wärmestrahlungsschutzschild, indem sie im Elektrodenbereich Kondensatniederschläge verhindern.



   Die Elektroden der Lampe können in konventioneller Weise ausgebildet werden. Die Lichtausbeute kann aber durch folgende Massnahmen noch weiter gesteigert werden.



   Es ist erkannt worden, dass ein Temperaturstrahler durch entsprechende Materialauswahl so gestaltet werden kann, dass er im sichtbaren Bereich selektiv verstärkt strahlt. Da die Elektroden durch die Entladung aufgeheizt werden, wirken sie gleichzeitig als Temperaturstrahler.



   Diese Wirkung kann noch verstärkt werden. Dies geschieht vorteilhaft durch Zusatz von Ceroxyd.



   Weiter ist erkannt worden, dass die selektive Verstärkung der Strahlung im Schwerpunkt des sichtbaren Bereiches, die durch Ceroxyd-Zusatz hervorgerufen wird, dadurch noch weiter erhöht werden kann, dass durch die entsprechende Oberfläche ein Entladungsstrom hindurchtritt. Aus diesem Grund wird vorteilhaft der   Ceroxyd-Zusatz    zumindest in dem Bereich der Elektroden angebracht, in dem der Entladungsstrom ansetzt.



   Die Lichtausbeute der Gasentladungslampe kann zudem durch folgende Massnahmen noch erheblich gesteigert werden: An sich ist es bei Mischlichtlampen bekannt, anstelle eines induktiven Widerstandes in Reihe zur Gasentladung einen ohmschen Widerstand zu schalten, der gleichzeitig als Leuchtkörper ausgebildet ist.



   Ein solcher ohmscher Leuchtkörper wird vorzugsweise zu jeder Elektrode der Gasentladungslampe in Reihe geschaltet und derart angeordnet, dass er gleichzeitig zur Beheizung der betreffenden Elektrode dient.



  Dadurch wird der Spannungsabfall in der Gasentladung vor der Elektrode, der zum Leuchten der Gasentladung praktisch nicht beiträgt, sondern nur Leistungsverluste verursacht, fast ganz beseitigt, so dass die Gesamtlichtausbeute der Lampe steigt.



   Zusätzlich können die ohmschen Widerstände mit Ceroxyd versehen werden, so dass die Lichtausbeute im sichtbaren Bereich selektiv noch weiter erhöht wird.



   Im Betrieb zeigte es sich jedoch, dass die Wandtemperatur des Lampenkolbens an verschiedenen Stellen recht unterschiedliche Werte annimmt. Als Folge davon treten Wärmespannungen auf, die die Lebensdauer der Lampe herabsetzen bzw. bei mechanischen Einwirkungen die Bruchgefahr erhöhen.



   Diese Gefahr wird durch ein Gas grosser Wärmeleitzahl im Lampenkolben beseitigt. Ein solches Gas ist das bereits vorgesehene Helium, dessen Partialdruck z. B.



  einen Wert von mindestens einem Torr hat.



   Es wird dabei davon ausgegangen, dass in einem abgeschlossenen Volumen der Temperaturausgleich in einfacher Weise durch den Energietransport eines Gases mit grosser Wärmeleitzahl erfolgt.   Überraschenderweise    hat sich Helium für Gasentladungslampen als besonders geeignet erwiesen, das bei einem Partialdruck von mindestens 1 Torr das Einsetzen der Zündung nicht behindert und das kontinuierliche Spektrum nicht verfälscht. Bei einem Partialdruck des Heliums von 25 bis 25 Torr weist die Lampe einerseits eine erhöhte Lichtausbeute, andererseits eine verlängerte Lebensdauer auf, so dass dieser Wert ein Optimalwert ist.



   Durch die wirksame und recht einfache Massnahme wird die Ausbildung von grossen,   unte.;,chiedlichen    Wandtemperaturen bei Gasentladungslampen unterbunden. Es ist selbstverständlich möglich, andere Edelgase und auch Gase, die bei den Betriebstemperaturen keine unerwünschten chemischen Reaktionen einleiten, für den gleichen Zweck zu verwenden.



   Bei kleinem Partialdruck des Heliums steigt die Lichtausbeute der Lampe und nimmt bei grösserem Heliumanteil etwas ab, wobei die Lebensdauer der Lampe verlängert wird.



   Ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus der erfindungsgemässen elektrischen Dampf- bzw. Gasentladungslampe ist in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Fig. 2 zeigt von einer elektrischen Dampf- bzw. Gasentladungslampe in relativen Einheiten das kontinuierlich verlaufende Spektrum, dessen grösste Intensität im sichtbaren Bereich liegt.



   Nach der Fig. 1 besteht das Entladungsgefäss 1, dessen Innendurchmesser 10 mm beträgt, aus Quarzglas oder einem anderen hierfür bekannten temperaturbeständigen Werkstoff. An den sich gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefässes befinden sich die Elektroden 2, 3, die aus einem schwer schmelzbaren Material, z. B. Wolfram, bestehen, das mit Erdalkalikarbonaten und Thoriumoxyd aktiviert ist. Die Elektroden, welche einen Abstand von 20 mm haben, sind über Folieneinschmelzungen 4, 5 mit den Stromzuführungen 6, 7 verbunden. Den Elektroden 2, 3 benachbart sind Zündelektroden 8, 9 angeordnet. Diese sind mittels ihrer Folienschmelzungen 10, 11 über Leitungen, in denen sich Widerstände 12, 13 zur Begrenzung des Vorentladungsstromes befinden, an die Stromzuführungen 6, 7 angeschlossen.  

  Das Entladungsgefäss 1 ist von einem   Hüllgefäss    14 umgeben, das aus Hartglas besteht und das zur Wärmestabilisierung evakuiert oder mit einem zweckentsprechenden Gas gefüllt ist. Das Entladungsgefäss 1 wird durch Einschmelzen seiner Stromzuführungen 6, 7 in das Material des Hüllgefässes 14 von diesem gehalten.



   Die mit dieser Lampe erzielten Vorteile bestehen einerseits in einer bisher nicht erreichten Lichtausbeute, die grösser als 100 lm/W ist, und andererseits in der Erzeugung eines kontinuierlichen Spektrums, das sich  weitgehend mit demjenigen der Sonne bzw. mit der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges deckt. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Gekapselte elektrische Dampf- und/oder Gasentladungslampe, deren Entladung bei niedrigem Druck zu zünden und bei hohem Druck stationär aufrechterhaltbar ist, wobei im Lampenkolben Stoffe angeordnet sind, die im kalten Zustand der Lampe teilweise kondensiert und als Gas bzw. Dampf vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkolben Zinnjodid, Quecksilber und Helium enthält.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Lampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkolben mehr als 1 mg Zinnjodid pro Kubikzentimeter seines Innenvolumens enthält.

   2. Lampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Quecksilber-Gewichtsanteil zwischen 5 O/o und 100 O/o des Zinnjodid-Gewichtes liegt.

   3. Lampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des UV-Anteils der Strahlung der Quecksilbergewichtsanteil höher als 100 O/o des Zinnjodid-Gewichtes gewählt ist.

   4. Lampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden mit Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium versehen sind.

   5. Lampe nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektroden zumindest in dem Bereich, in dem der Entladungsstrom ansetzt, ein die Selektivität der Strahlung bewirkender Stoff, vorzugsweise Ceroxyd, zugesetzt ist.

   6. Lampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrode zur Stabilisierung der Entladung ein als Leuchtkörper ausgebildeter, ohmscher Widerstand, dem Ceroxyd zugesetzt ist, vorgeschaltet ist.