DE1002463B

DE1002463B - Gas or vapor discharge lamps

Info

Publication number: DE1002463B
Application number: DEH13224A
Authority: DE
Inventors: Dr Wilhelm Heinrich Heraeus; Heinrich Mohn
Original assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Priority date: 1952-07-15
Filing date: 1952-07-15
Publication date: 1957-02-14

Description

Gas- oder Dampfentladungsstrahler Bei Gas- und Dampfentladungsstrahlern kommt der Quecksilberentladung noch die größte Bedeutung zu. Hierbei hat man die Niederdruckentladung gegen die Hochdruckentladung bei einem Druck von etwa 10 bis 100 Torr abgegrenzt und innerhalb des Hochdruckgebietes Entladungen bei Drücken über etwa 30 Atm. als Höchstdruckentladungen bezeichnet. Neben der Quecksilberentladung besitzen bisher andere Entladungslampen geringere Bedeutung. Hierbei hat man auch schon zur Auswertung der spektralen Emission schwerflüchtiger Metalle den Vorschlag gemacht, das Entladungsgefäß mit leichtflüchtigen Verbindungen dieser Metalle zu füllen, wobei diese dann im eigentlichen Entladungsraum dissoziieren, so daß das charakteristische Spektrum der Metalle selbst ausgesandt wird. Während bei der Quecksilberentladung früher vorwiegend die Bedeutung auf der Verwendung als UV-Strahlenquelle lag und die Emission von sichtbarem Licht erst später größere praktische Bedeutung erhielt, war bei der Verwendung leichtflüchtiger Verbindungen von schwerflüchtigen Metallen das Interesse von vornherein mehr auf die Auswertung der Emission des sichtbaren Lichtes gerichtet.Gas or vapor discharge lamps For gas and vapor discharge lamps the mercury discharge is still of the greatest importance. Here you have the Low pressure discharge versus high pressure discharge at a pressure of about 10 to 100 Torr delimited and within the high pressure area discharges at pressures over about 30 atm. referred to as extreme pressure discharges. In addition to the mercury discharge So far, other discharge lamps have been of less importance. Here you also have already made the suggestion for evaluating the spectral emission of non-volatile metals made the discharge vessel with volatile compounds of these metals fill, which then dissociate in the actual discharge space, so that the characteristic spectrum of the metals themselves is emitted. While with the mercury discharge In the past, the main focus was on its use as a source of UV radiation the emission of visible light only acquired greater practical importance later, was in the use of volatile compounds of non-volatile metals the interest from the outset more on the evaluation of the emission of the visible Directed light.

Als Werkstoff für die Hüllen der Gas- und Dampfentladungsstrahler kommt seit Jahrzehnten dem Quarzglas wegen seiner besonderen optischen, thermischen und chemischen Eigenschaften die größte Bedeutung zu. Beispielsweise bestehen die Entladungsgefäße bei den Quecksilberhochdrucklampen aus einem rohrförmigen Körper aus Quarzglas, der entweder gestreckt oder zu einem U gebogen ist.As a material for the shells of gas and vapor discharge emitters Quartz glass has been around for decades because of its special optical and thermal properties and chemical properties of the greatest importance. For example, the Discharge vessels in high-pressure mercury lamps made from a tubular body Made of quartz glass, which is either stretched or bent into a U.

Zur Herstellung der Hüllen benutzte man Quarzglasrohre, die in bekannter Weise aus einem Rohling, der im Gas- oder elektrischen Verfahren erschmolzen wurde, ausgezogen sind. Diese Rohre enthalten nur noch so wenig Bläschen durch eingeschlossene Gase, daß sie auf die Lichtdurchlässigkeit im UV und im Sichtbaren praktisch keinen Einfluß haben.Quartz glass tubes, which are known in the art, were used to manufacture the shells Way from a blank that has been melted in a gas or electrical process, have moved out. These tubes only contain so few bubbles from trapped ones Gases that they have practically no effect on the light transmission in the UV and in the visible Have influence.

Der Erfindung liegt nun die überraschende Feststellung zugrunde, daß besonders große technische Fortschritte erzielt werden, wenn man als Werkstoff für die Hüllen von Gas- oder Dampfentladungsstrahlern ein hochwertiges Quarzglas benutzt, wie es bisher nur für optische Zwecke verwandt wurde, also für Zwecke, bei denen es auf eine exakte geometrische Führung des Strahlengangs ankommt. Das Quarzglas muß blasenfrei sein oder darf höchstens bei einem Rohr, wie es zur Herstellung von Hüllen für Gasentladungsstrahler dient, je 10 cm Rohrlänge etwa fünf mit bloßem Auge sichtbare Bläschen aufweisen; im allgemeinen sollen weniger als zwei bis drei mit bloßem Auge gerade noch sichtbare Bläschen je 10 cm Rohrlänge vorliegen. Die Blasenfreiheit liegt also in einer ganz anderen Größenordnung als bei den bisher verwendeten »blasenfreien« Quarzgläsern für die Herstellung von Hüllen für Gas- und Dampfentladungsstrahler, bei denen man, wie schon oben ausgeführt, nur darauf achtete, daß die Bläschen die Lichtdurchlässigkeit nicht nachteilig beeinflußten.The invention is based on the surprising finding that Particularly great technical advances can be made if one is used as a material for the shells of gas or vapor discharge lamps use high-quality quartz glass, as it was previously only used for optical purposes, i.e. for purposes where it depends on an exact geometric guidance of the beam path. The quartz glass must be free of bubbles or, at most, a pipe such as that used for the manufacture of Sheaths for gas discharge lamps are used, each 10 cm tube length about five with bare Have vesicles visible to the eye; generally fewer than two to three With the naked eye, there are bubbles that are just barely visible for each 10 cm tube length. the The absence of bubbles is therefore of a completely different order of magnitude than the previous ones used »bubble-free« quartz glasses for the production of envelopes for gas and vapor discharge lamps, which, as already explained above, are only used on them made sure that the bubbles did not adversely affect light transmission.

Der größte technische Fortschritt, der mit den Gas-und Dampfentladungsstrahlern der Erfindung erzielt wird, besteht in der bedeutend erhöhten Lebensdauer der Strahler.The greatest technical advance that came with gas and vapor discharge lamps the invention is achieved, consists in the significantly increased service life of the radiator.

Die Alterungserscheinungen der Quarzglashüllen, die infolge einer »Verätzung« des Quarzglases eine Intensitätsabnahme und ungleichmäßige Emission an verschiedenen Wandteilen des Brenners während des Betriebs hervorrufen, nahm man bisher als notwendiges Übel in Kauf. Bei der Alterung tritt bei Hochdrucklampen insbesondere eine Bräunung in Erscheinung. Es ist anzunehmen, daß hierbei möglicherweise auch eine Umwandlung des Siliziumdioxyds eine Rolle spielt, die unter teilweiser Reduktion durch eingeschlossenen Wasserstoff und sonstige Verunreinigungen zur Bildung niederer Siliziumoxyde (Siliziummonoxyd) führt; das selbst absorbierende Siliziummonoxyd wird dann noch unter Bildung von Siliziumdioxyd und von lichtabsorbierendem Silizium disproportioniert. Diese Alterungserscheinungen werden durch die Verwendung des hochwertigen blasenfreien Quarzglases als Werkstoff für die Hüllen der Strahler gemäß der Erfindung weitgehend herabgesetzt.The signs of aging of the quartz glass envelopes, which result from a "Etching" of the quartz glass, a decrease in intensity and uneven emission on various parts of the wall of the burner during operation one has hitherto accepted it as a necessary evil. When aging occurs with high pressure lamps especially a tan in appearance. It can be assumed that this is possibly also a conversion of the silicon dioxide plays a role, which under partial Reduction by trapped hydrogen and other impurities to form lower silicon oxides (silicon monoxide) leads; the self-absorbing silicon monoxide is then still with the formation of silicon dioxide and light-absorbing silicon disproportionate. These signs of aging are reduced by the use of the high-quality, bubble-free quartz glass as the material for the covers of the emitters largely reduced according to the invention.

Während die Durchlässigkeit für Licht, und zwar sowohl für UV als auch für sichtbares Licht, bei diem bisher benutzten Quarzglas und dem gemäß der Erfindung benutzten hochwertigen blasenfreien Quarzglas bei Inbetriebnahme des Strahlers zunächst praktisch übereinstimmt, ist die Abnahme der Durchlässigkeit bei den Hüllen aus blasenfreiem Quarzglas während des Betriebs wesentlich geringer als bei den Hüllen aus dem bisher benutzten Quarzglas. Sie beträgt weniger als die Hälfte und kann, je nach den Entladungsbedingungen (Belastung) und dem Spektralbereich sogar bei Werten in der Nähe von einem Drittel liegen. Die Unterschiede werden um so krasser, je länger die Strahler benutzt werden, so daß eine Lebensdauer von einem Mehrfachen des bisher Bekannten erreicht wird. Die Bedeutung liegt hierbei, wie bereits gesagt, vorzugsweise bei den Hochdruckentladungsstrahlern, und zwar nicht nur in ihrer Anwendung als UV-Strahler für therapeutische Zwecke und Beleuchtungslampen, sondern auch für verschiedene technische Zwecke, beispielsweise in Pausgeräten, da hier möglichst eine gleichmäßige Emission entlang des ganzen Strahlers erreicht werden muß, um eine gleichmäßige Belichtung des Pauspapiers zu gewährleisten.While the transmission of light, both for UV and also for visible light, with the quartz glass previously used and according to the Invention used high-quality, bubble-free quartz glass when the heater was put into operation at first practically the same is the decrease in the permeability of the casings made of bubble-free quartz glass significantly lower during operation than with the cases made of the quartz glass previously used. It is less than that Half and can, depending on the discharge conditions (load) and the spectral range even at values close to a third. The differences will be around the more blatant the longer the emitters are used, so that a lifetime of one A multiple of what was previously known is achieved. The importance here is how already said, preferably with the high-pressure discharge lamps, and indeed not only when used as UV radiators for therapeutic purposes and lighting lamps, but also for various technical purposes, for example in recreational equipment, because a uniform emission along the entire radiator is achieved here must be in order to ensure an even exposure of the tracing paper.

Außerdem werden bei den bisher für die Herstellung von Hüllen von Gasentladungsstrahlern benutzten Quarzgläsern oft auch schon nach kürzerer Gebrauchszeit Ausfälle infolge von Werkstoffehlern beobachtet. Derartige Ausfälle treten bei den Hüllen, die aus einem blasenfreien Quarzglas gemäß der Erfindung hergestellt sind, praktisch nicht auf. Wahrscheinlich treffen bei dem bisher benutzten Quarzglas entglaste Stellen oft auf eine Längsblase und rufen so ein Undichtwerden des Strahlers hervor.In addition, the hitherto used for the production of casings of Gas discharge lamps often use quartz glasses even after a shorter period of use Failures as a result of material defects observed. Such failures occur with the Envelopes made from a bubble-free quartz glass according to the invention, practically not on. Probably the quartz glass that has been used up to now has been devitrified Often place on a longitudinal bubble and thus cause the radiator to leak.

Schließlich ergeben sich gemäß der Erfindung erhebliche Fortschritte bei der Herstellung der Hüllen. Die Hüllen der Erfindung fallen, beim Verarbeiten gleichmäßiger aus als die bisherigen Hüllen, wodurch der Ausschuß bei der Serienfabrikation herabgesetzt wird. Dabei vereinfachen sich die Arbeitsgänge beim Erhitzen und Auspumpen der Röhren; vor allem werden die Undichtheiten, die bei den bisher benutzten blasenhaltigen Quarzgläsern beim Ansetzen des Pumpstutzens an die Hülle des Quarzbrenners vielfach entstehen können, nicht mehr beobachtet.Finally, there are significant advances in accordance with the invention in the manufacture of the casings. The casings of the invention fall off during processing more even than the previous covers, which eliminates the waste in serial production is reduced. This simplifies the heating and pumping operations the tubes; above all, the leaks that are present in those previously used contain blisters Quartz glasses when attaching the pump nozzle to the shell of the quartz burner can no longer be observed.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich beim Schneiden der Rohre auf die erforderliche Länge. Man kann jetzt auch das besonders vorteilhafte Naßschneidverfahren anwenden, während bei seiner Anwendung auf die bisher benutzten Quarzglasro'hre bei der weiteren Verarbeitung erhebliche Ausfälle auftraten, wenn man nicht in besonderen Arbeitsgängen die Feuchtigkeit auch aus den feinen Kapillaren des Inneren entfernte.Another advantage comes when cutting the pipes on the required length. You can now also use the particularly advantageous wet cutting process apply, while in its application to the quartz glass tubes previously used Significant failures occurred during further processing, if not in particular Operations that removed moisture from the fine capillaries of the interior.

Alle diese Fortschritte werden also nur erzielt, wenn man bei der Herstellung der Gasentladungsstrahler das beschriebene hochwertige Quarzglas benutzt.So all of these advances can only be achieved if one is involved in the The high-quality quartz glass described is used to manufacture the gas discharge lamps.

Ein blasenfreies Quarzglas dieser Art läßt sich nach verschiedenen bekannten Verfahren herstellen, wenn diese so besonders sorgfältig wie bei der Herstellung von Quarzglas für optische Geräte gehandhabt werden. Ein derartiges Quarzglas kann beispielsweise erhalten werden, indem Bergkristalle in einem elektrischen Ofen unter Vakuum erschmolzen werden, wobei dafür Sorge getragen wird, daß die Kristallkörner nicht in Berührung kommen mit Leitermaterial wie Kohlenstoff oder schwerschmelzbaren Metallen oder mit sonstigen Stoffen, die keine Bestandteile von Siliziumdioxyd darstellen. Ferner läßt sich zur Herstellung von blasenfreiem Quarzglas ein bekanntes Verfahren benutzen, bei dem Bergkristallkörner getrennt .durch eine beheizte Zone auf einen rotierenden Körper fallen und. dort zu einer kompakten Ouarzglasmasse zusammenschmelzen. Außerdem läßt sich ein blasenfreies Quarzglas bei sorgfältigem Arbeiten nach dem Verfahren erhalten, bei dem Siliziumtetrachlorid in einer Knallgasflamme mit Sauerstoffüberschuß zu Siliziumdioxyd umgesetzt wird.A bubble-free quartz glass of this type can be classified according to various Establish known processes, if they are as carefully as during the manufacture handled by quartz glass for optical devices. Such a quartz glass can for example, can be obtained by placing rock crystals in an electric furnace Vacuum melted, taking care that the crystal grains do not come into contact with conductor material such as carbon or refractory materials Metals or with other substances that are not components of silicon dioxide. Furthermore, a known method can be used for producing bubble-free quartz glass use, in which rock crystal grains separated .by a heated zone on one rotating body fall and. melt there to form a compact Ouarzglas mass. In addition, a bubble-free quartz glass can be used with careful work after Method obtained in which silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame with excess oxygen is converted to silicon dioxide.

Die Verfahren zur Herstellung dieser Quarzgläser sind. etwas kostspieliger als die für die bisher für die Herstellung von Hüllen von Gas- und Dampfentladungsstrahlern benutzten Quarzgläser, und man hatte deshalb, da man die beschriebenen Fortschritte nicht voraussehen konnte, keine Veranlassung, zu diesen hochwertigen Quarzgläsern überzugehen. Erst die angegebenen Beobachtungen zeigen im Gegenteil, daß die mit der Verwendung des hochwertigen Quarzglases verbundenen Mehrkosten bei der Herstellung dieses Werkstoffes neben den erzielten großen Fortschritten überhaupt nicht ins Gewicht fallen.The processes for making these quartz glasses are. a little more expensive than the one used to date for the manufacture of casings for gas and vapor discharge emitters used quartz glasses, and therefore, since one had the described advances could not foresee, no reason to buy these high-quality quartz glasses to pass over. On the contrary, only the observations given show that with the use of high-quality quartz glass associated additional costs in production this material, in addition to the great advances that have been made, does not work at all Weight drop.

Claims

PATENT CLAIM: The use of high quality bubble-free or on 10 cm tube length with a maximum of about five vesicles visible to the naked eye Quartz glass as a material for the envelope of gas or vapor discharge emitters. In Documents considered: German Patent No. 175 385; Print: »Festschrift on the occasion of the 100th anniversary of the company W. C. Heraeus G. m. B. H. ", pp. 337 to 354.