DE1184008B - Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCH

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

rnat.KL: HOIj

Deutsche KL: 2It-83/02

Nummer:

Aktenzeichen: ' P 25517 VIII c/ 21 f
Anmeldetag: 12. August 1960
egetag: jttHMM|| 23,Dezember

Die Erfindung bezieht sich auf Quecksilberdampfhochdruckentladungslampen mit länglichem Entladungsgefäß, sogenannte Quecksilberhochdruckbrenner, wie sie für allgemeine Beleuchtungszwecke, z. B. für die Straßenbeleuchtung, Verwendung finden.

Die Lampen zeichnen sich durch ihre Betriebssicherheit und durch eine gute Lichtausbeute, die während der langen Lebensdauer der Lampen nur unwesentlich abfällt, aus und stellen damit eine sehr wirtschaftliche Beleuchtung dar. Der Nachteil der Lampen liegt in dem im sichtbaren Spetralbereich fehlenden Rotanteil bei der Quecksilberentladung, wodurch das von ihr ausgesandte Licht oft als kalt empfunden wird.

Es sind bereits mehrere Anordnungen zur Erzielung eines höheren Rotanteiles am Spektrum bekannt. So wird der Quecksilberentladungslampe ein Draht oder eine Wendel, meist aus Wolfram, die beim Betrieb der Lampe durch den Stromdurchgang zum Glühen gebracht wird, vorgeschaltet, oder es wird um die Quecksilberentladungslampe ein Hüllgefäß angebracht, das auf seiner Innenwand mit einem möglichst im gelben und roten Spektralbereich emittierenden Leuchtstoff versehen ist. Auch ist bekannt, bei Quecksilberhochdruckentladungslampen anderer Bauart Metalle, unter anderem Kadmium und Zink, zur Hebung des Rotanteiles des ausgesandten Lichtes zuzusetzen, doch wurde dadurch die Lichtausbeute herabgesetzt. Lediglich bei Zusatz von Thallium zur Quecksilberfüllung von Hochdruckentladungslampen ähnlicher Bauart wie die gemäß der Erfindung konnte eine Erhöhung der Lichtausbeute erzielt werden, indem mit mindestens 600° C die Betriebstemperatur aller Wandungsteile des Entladungsgefäßes hochgehalten wurde. Doch wird durch den Thalliumzusatz keine Farbverbesserung erzielt, so daß diese Lampen für die meisten Beleuchtungszwecke ungeeignet sind. Weiterhin ist es bekannt, in Lampen mit Elektroden aus flüssigem Quecksilber die Farbe des Bogens verändernde Stoffe, z. B. Halogensalze, einzuführen, derart, daß sie die Quecksilberoberfläche bedecken. Solche Lampen sind lageabhängig, farbunbeständig und nicht betriebssicher. Das Quecksilber ist nicht dosierbar. Die für eine Erhöhung der Lichtausbeute erforderliche Menge verdampften Halogensalzes würde nicht erreichbar sein, da bei dem in der Lampe herrschenden Druck die Temperatur nicht über den Siedepunkt des Quecksilbers hinausgehen kann. Andererseits würden bei den für die ausreichende Verdampfung solcher Zusätze erforderlichen Tempe-Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe

Anmelder:

Patent-TreuhandrGesellschaft für elektrische
Glühlampen m. b. H.,
München 2, Windenmacherstr. 6

Als Erfinder benannt:

Dr. Bernhard Kühl, Berlin-Charlottenburg,

Horst Krense, Berlin-Zehlendorf

raturen Lampen mit flüssigen Quecksilberelektroden überlastet und zerstört werden.

Um außer der Farbverbesserung auch noch eine Erhöhung der Lichtausbeute zu erhalten, wurden eine Quecksilberhochdruckentladungslampe der beschriebenen Art und eine Natriumdampfentladungslampe gemeinsam in einer Leuchte angeordnet.

Bekanntlich haben die Natriumdampfentladungslampen eine sehr hohe Lichtausbeute. Nachteilig ist aber, daß sie ein Kolbenmaterial benötigen, das gegen den Natriumdampf widerstandsfähig gemacht ist, wie es z. B. durch Aufbringen einer Schutzschicht erreicht werden kann.

Die elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe unter Verwendung eines üblichen, nicht besonders vorbehandelten, länglichen Entladungsgefäßes aus Quarzglas oder Hartglas, das einer erhöhten Oberflächenbelastung von 10 bis etwa 25 W/cm² ausgesetzt ist, mit Elektroden, die aus schwer schmelzbarem Metall bestehen und vorzugsweise aktiviert sind und in einem gegenseitigen Abstand größer als der Kolbendurchmesser angeordnet sind, bei einem Betriebsdruck von vorzugsweise 4 bis 30 Atmosphären mit metallischen Zusätzen zum Quecksilber zur Farbverbesserung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze aus ein oder mehreren Halogenverbindungen eines oder mehrerer Metalle der I. oder/und Π. oder/und ΙΠ. Gruppe(n) des Periodischen Systems bestehen, die gleichzeitig mit dem Quecksilber zum Leuchten angeregt werden, wobei zur Erzielung einer nahezu doppelt so hohen Lichtausbeute die Menge mindestens einer der Halogenverbindungen, bezogen auf das Quecksilber, 5 bis 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 50 Gewichtsprozent, beträgt.

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Durch den Zusatz von Halogenverbindungen zum Quecksilber bei Lampen mit einer Oberflächenbelastung von etwa 10 W/cm² und darüber gemäß der Erfindung wird außer einer Farbverbesserung noch eine Erhöhung der Lichtausbeute erzielt. Bei der genannten Oberflächenbelastung wird eine ausreichende Menge des Halogenids verdampft. Die dazu erforderliche Temperatur der gesamten inneren Kolbenwand YH^ÄÄeicht, iodem infolge Dosierung das gesamt^ipffftöifien vorhandene Quecksilber verdampft.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die obenerwähnte nachteilige Aggressivität des Natriums gegenüber dem Kolbenmaterial dann nicht mehr auftritt, wenn das Natrium wie bei den Lampen der Erfindung in Verbindung mit einem Halogen in der Lampe vorhanden ist. Entsprechendes hat sich erfindungsgemäß für alle üblicherweise aggressiven Füllungen ergeben. Während die Halogenverbindung im Plasma dissoziiert, ist die Temperatur in Nähe der Kolbenwand so niedrig, daß das Kolbenmaterial vermutlich nur mit dem Halogensalz in Kontakt kommt und dieses die Wand des Entladungsgefäßes gegen die schädlichen Dämpfe der Entladung abschirmt. Diese Deutung wird nahegelegt durch den optisch erkennbaren Aufbau der Entladung. Bei den Lampen nach der Erfindung ist in der Kernzone überwiegend die Strahlung des Quecksilbers zu erkennen. Dieser Kern ist umgeben von einer dem Metall des Halogens zuzuordnenden Strahlungszone. Zwischen dieser und der Gefäßwand ist nun eine schmale dunkle Zone erkennbar, die offensichtlich die abschirmende Schicht anzeigt.

Es ergibt sich somit nach der Erfindung der Vorteil, daß sich zwei Entladungen in einer Lampe vereinigen lassen. Man kann also damit dieselben günstigen Wirkungen, die die obenerwähnte Kombination von je einer Natrium- und einer Quecksilberentladungslampe bringt, nämlich eine Farbverbesserung und erhöhte Lichtausbeute, mit einer einzigen Lampe, wie sie die Erfindung angibt, erreichen, ohne daß eine besondere, schwierige und kostspielige Vorbehandlung des Kolbenmaterials notwendig ist.

Besonders günstig in dieser Hinsicht hat sich als Halogen Jod erwiesen, vorzugsweise in Verbindung mit Natrium als Natriumiodid. Eine vorteilhafte Farbwirkung ergibt die Kombination von Natriumiodid, Kaliumiodid und Lithiumiodid als Zusatz zur Quecksilberfüllung.

Auch für die nichtaggressiven Metalle, wie z. B. Thallium oder Kadmium, hat sich die Einbringung als Halogenverbindung als vorteilhaft erwiesen. Hierbei tritt noch in gewissem Maße eine andere Wirkung des Halogens, nämlich der bekannte Halogenkreislauf, in Erscheinung. Das Halogen, z. B. Jod, verbindet sich an der kühleren Gefäßwand mit dem dorthin zerstäubten Wolfram der Elektroden. Diese flüchtigen Verbindungen zersetzen sich bei höherer Temperatur, also insbesondere an den Elektroden. Das bewirkt, daß der infolge Schwärzung der Gefäßwand hervorgerufene Lichtabfall vermindert wird.

Eine weitere Beeinflussung der Farbe der Entladung kann dadurch erzielt werden, daß die von der Entladung nicht erfüllten Toträume durch die von einem an den Kolbenenden angebrachten Belag, z. B. aus Platin, reflektierten Wärmestrahlen aufgeheizt werden; denn dadurch wird die Temperatur des

Quarzgefäßes und damit der Dampfdruck der Halogenverbindung erhöht.

Einen Einfluß auf die Farbe hat auch die Wärmeleitfähigkeit der Umgebung des Brenners. Dieser Einfluß kann variiert werden durch die Dimensionierung eines um den Brenner angeordneten Hüllillen des Zwischenraumes zwiß und dem Entladungsgefäß ;ut wärmeableitenden Gas, z. B.

ίο Helium^ oder mit einem die Wärme schlecht leitendeji'sMwereri .Gas geringen Druckes oder indem dieser Zwischenraum evakuiert ist. Als schlecht wärmeleitende Gasfüllung eignet sich z. B. Argon oder ein Stickstoff-Argon-Gemisch von 2 bis 50 Torr.

Eine weitere wesentliche Änderung der Farbe ist durch die Anbringung eines oder mehrerer Leuchtstoffe auf Teilen oder der gesamten Innenwand des Hüllgefäßes möglich. Durch einen Reflektor auf einem Teil der Hüllgefäßwandung läßt sich außer einer Erhöhung des Lichtstromes in einer bestimmten Richtung auch durch Reflexion der Wärmestrahlung in die Entladung deren Farbe beeinflussen. Bei senkrechter Brennlage der Lampe befindet sich der Reflektor zweckmäßigerweise auf der sockelnahen Hälfte des Hüllgefäßes.

Die durch die Halogenverbindungen erhöhte Zündspannung der Entladung kann durch Einbau einer parallel zur Entladung liegenden und mit den Elektroden über je einen Heißleiter verbundenen Zündwendel auf den für den Betrieb der Lampe an der jeweils vorhandenen Netzspannung, z. B. 220 V, erforderlichen Wert herabgesetzt werden. Diese Zündwendel, die auch in beliebig anderer, an sich bekannter Weise mit den Elektroden verbunden sein kann, ermöglicht auch das Wiederzünden der heißen Lampe nach beliebig kurzer Schaltpause.

Da die Lebensdauer der Lampen oberhalb einer gewissen Grenze mit wachsender Belastung der Quarzoberfläche der Brenner stark abnimmt, soll die Oberflächenbelastung, d. h. das Verhältnis von der der Entladung aufgedrückten elektrischen Leistung zur Oberfläche des Entladungsgefäßes, möglichst nicht über 25 W/cm² betragen.

Je ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch veranschaulicht. F i g. 1 zeigt einen Quecksilber-Hochdruckbrenner mit einem Hüllgefäß;

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführung des Quecksilber-Hochdruckbrenners, und zwar einen Brenner mit Zündwendel.

In Fig. 1 besteht das Entladungsgefäß 1 aus einem wasserstoffarmen Quarz zur Verminderung des Lichtabfalles. Der Innendurchmesser des rohrförmigen Kolbens beträgt 20 mm. An jedem Ende des Gefäßes befindet sich je eine Elektrode 2 und 3 aus aktiviertem, schwer schmelzbarem Material, z. B. aus Wolfram, das mit an sich bekanntem, Erdalkalikarbonate und Thoriumoxyd enthaltendem Emissionsmaterial aktiviert ist. Die Kerndrähte der Elektroden 2 und 3 sind mittels Folieneinschmelzungen 4 und 5 mit den Stromzuführungen 6 bzw. 7 verbunden. Der Elektrodenabstand beträgt 50 mm. Außerdem befindet sich an jedem Kolbenende eine Zündelektrode 8 und 9, die über je eine eigene Foliendurchführung 10 und 11 und über je einen Widerstand 12 und 13 mit vorzugsweise positiver Charakteristik an die Stromzuführungen 6 und 7 gelegt sind. Die Enden des Entladungsgefäßes sind

mit einem die Wärmestrahlen reflektierenden Belag 14 verseilen. Der Quecksilber-Hochdruckbrenner ist mit Hilfe der Stromzuführungen 6 und 7, die zugleich als Halterung dienen, in dem Hüllgefäß 15 aus Hartglas, das mit einem Reflektor 16 und einem Schraubsockel 17 versehen ist, befestigt.

Statt der Zündelektroden 8 und 9 ist in dem in F i g. 2 dargestellten Brenner etwas exzentrisch parallel zur Entladung eine Zündwendel 18 angeordnet, die etwa in ihrer Mitte bei 19 an der Kolbenwand 1 befestigt sein kann. Die Zündwendel 18 ist über zwei eigene Foliendurchführungen 20 und 21 und über die Heißleiterwiderstände 22 und 23 an die Stromzuführungen 6 und 7 angeschlossen. Gleiche Teile in den F i g. 1 und 2 sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Füllung des Entladungsgefäßes 1 besteht aus einem Grundgas als Zündhilfe, z. B. Argon von 10 bis 30 Torr, 6 mg Natriumjodid und 75 mg Quecksilber, etwa dem Zehnfachen des Gewichtes der Halogenverbindung.

Die Konstruktionsdaten und die Füllmengen gelten für einen 400-W-Brenner. Bei Brennern mit anderen Leistungsaufnahmen werden die Füllmengen zweckmäßig so bemessen, daß der Betriebsdruck bei Brennern mit einer Leistungsaufnahme zwischen 50 und 1000 W zwischen 30 und 4 Atmosphären, vorzugsweise zwischen 25 und 6 Atmosphären, liegt.

Der 400-W-Brenner wird an 380 V oder über einen Streufeldtransformator an 220 V betrieben. Die Brennspannung beträgt etwa 140 V. Dabei fließt ein Strom von 3,3 A.

Die Lichtausbeute von Lampen gemäß der Erfindung liegt über 50 lm/W und kann ungefähr den doppelten Wert gegenüber derjenigen eines reinen Quecksilber-Hochdruckbrenners gleicher Leistung ohne Halogenverbindung erreichen. Der Rotanteil entspricht bei den Lampen nach der Erfindung dem Fünffachen und mehr des bei Quecksilber-Hochdruckbrennern ohne Zusatz vorhandenen.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe unter Verwendung eines üblichen, nicht besonders vorbehandelten, länglichen Entladungsgefäßes aus Quarzglas oder Hartglas, das einer erhöhten Oberflächenbelastung von 10 bis etwa 25 W/cm² ausgesetzt ist, mit Elektroden, die aus schwer schmelzbarem Metall bestehen und vorzugsweise aktiviert sind und in einem gegenseitigen Abstand größer als der Kolbendurchmesser angeordnet sind, bei einem Betriebsdruck von vorzugsweise 4 bis 30 Atmosphären mit metallischen Zusätzen zum Quecksilber zur Farbverbesserung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze aus einer oder mehreren Halogenverbindungen eines oder mehrerer Metalle der I. oder/und II. oder/und III. Gruppe(n) des Periodischen Systems bestehen, die gleichzeitig mit dem Quecksilber zum Leuchten angeregt werden, wobei zur Erzielung einer nahezu doppelt so hohen Lichtausbeute die Menge mindestens einer der Halogenverbindungen, bezogen auf das Quecksilber, 5 bis 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 50 Gewichtsprozent, beträgt.

2. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer Quecksilber als Halogenverbindung Natriumjodid in dem Entladungsgefäß enthalten ist.

3. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer Quecksilber die Halogenverbindungen Natriumjodid, Kaliumjodid und Lithiumjodid in dem Entladungsgefäß enthalten sind.

4. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer Quecksilber Thalliumjodid in dem Entladungsgefäß enthalten ist.

5. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß an den Enden mit einem die Wärmestrahlen reflektierenden Belag, z. B. mit einer Platinschicht, versehen ist.

6. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladungsgefäß eine parallel zur Entladung sich erstreckende und über je einen Heißleiter mit den Elektroden verbundene Zündwendel angeordnet ist.

7. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß von einem Hüllgefäß umgeben ist.

8. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllgefäß teilweise mit einem Reflektor versehen ist.

9. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor die sockelnahe Hälfte des Hüllgefäßes bedeckt.

10. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllgefäß auf seiner Innenwand teilweise oder ganz mit einem Belag aus einem oder mehreren Leuchtstoffen versehen ist.

11. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Entladungsgefäß und dem Hüllgefäß evakuiert oder mit einem schweren Gas geringen Druckes, vorzugsweise mit Argon oder einer Argon-Stickstoff-Mischung von 2 bis 50 Torr gefüllt ist.

12. Elektrische Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Entladungsgefäß und dem Hüllkolben mit einem gut wärmeleitenden Gas, z. B. mit Helium, gefüllt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 134732, 288 229, 902528,967 658;
schweizerische Patentschrift Nr. 208 846.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 707/155 10.64 © Bundesdruckerei Berlin