DE1935844A1 - Metalldampflampen hoher Intensitaet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Metalldampf -Bogenlampen, welche eine Vielzahl von Metalldämpfen als Träger für die .entladung und als Medium für die Lichterzeugung verwenden und welche ein Licht mit einer solchen spektralen Verteilung erzeugen, daß sie eine im wesentlichen dem Sonnenlicht ähnliche oder weiße Strahlung bei extrem hohen Wirkungsgraden abgeben.

In der Vergangenheit wurden für die Erzeugung von hoher Beleuchtungsintensität als Standard-Bogenlampen die Niederdruck-Natriumdampflampe und die Quecksilberdampflampe verwendet. Die Niederdruck-Natriumdampflampe hatte einen ausgeprägten Nachteil dahingehend, daß ihre Strahlung im wesentlichen die Natrium D-Linie enthielt, eine Doppellinie mit den Wellenlängen 5896

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und 5890 Sngstrom. Diese Strahlung ist in ilirer Farbe nicht ausgeglichen und im aftlgemeinen nicht annehmbar.

Diese Strahlung der nach dem Stand der Technik bekannten Quecksilberdampflampen wies ebenfalls Färb— mangel auf, da ihre Strahlung eine beträchtliche blaue Tönung aufwies, unter der rote Gegenstände nicht in ihrer wahren Farbe erschienen. Daher war diese Beleuchtung nur für die Zwecke der Beleuchtung großer Straßenflächen annehmbar und sogar in diesen Fällen konnten solche Lampen gerade noch mit Glühlampen konkurrieren und zeigten im besten Falle nur eine Ausbeute von etwa 60 Lumen pro Watt.

In der (jüngsten Vergangenheit wurden in der Technik bedeutungsvolle und wesentliche Fortschritte zur Verbesserung von Metalldampf—Bogenlampen gemacht, insbesondere bezüglich der Ausbeute und ihrer Lichtfarbe. Insbesondere erhielt die Beleuchtungsindustrie in Form der Quecksilber-Wetallhalogen—Jintladungslam- ^ pe eine Lampe mit höheren Ausbeuten als die Quecksilberdampflampe, so daß beim kommerziellen Betrieb Ausbeuten von 80 bis 90 Lumen pro Watt leicht erhältlich sind. Zusätzlich dazu wiesen diese lampen eine solche Farbcharakteristik auf, daß die Farbe des Lichtes sich gut an das weiße Licht annäherte» Obwohl diese Lampen eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den Quecksilberdampflampen darstellen, ist die Lichtauebeute immer noch geringer, als aan das wünschen könnte und liegt unterhalb der mit Metall-

baren dampf-Bogenlampen theoretisch erreich/ Ausbeute. Bei solchen Lampen sind ebenso einige Probleme bei der Aufrechterhaltung der Lichtleistung aufgetreten.

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leinen weiteren und höchst bedeutsamen Fortschritt in der Beleuchtungstechnik brachte die Hochdruck-Natriumdampfdampf-Bo^enentladungslampe, eine neue lampe, welche eine lichtdurchlässige Hochtemperatur-Bogenentladunrsröhre mit einem Paar von Elektroden und einer Füllung von lichtaussendendem Natriumdampf bei stnr^ erhöhten Drücken im Vergleich mit den vorher bekannten Natriumdampflampen besitzt, im alicemeinen in der ^p!rn!;?nordnunp des Matriumiampf drucks von 30 bis 1000 "orr. Tn^dem sie die Linienverbreiterung und die erhöhte Ausbeute des Hochtemperaturbetriebes anwenden, sind '!lere lampen in der Tnpe,hohe lichtausbeuten oberhalb 100 Turnen pro Watt mit einer annehmbaren Farbe des ausgestrahlten I ichteseu erreichen.

Obwohl diese I am» <·η einen sehr großen Fortschritt in der Suche der Beleuchtungstechnik r.^ch den bestmöglichen Vetalldampf^-Bogenlampen darstellen, läßt bei einigen Anwendungen die spektrale Verteilung des Lichtes der Hochdruck—Natriumdampflampen noch "u wünschen übricr, da die lampe eine "prol df arbige" srektrale Verteilung des Lichtes aufweist, welche nur wenig grüne Strahlung enthält. Obwohl solche lampen p-eecenüber Quecksilberdampflampen und Niederdruck-Natriumdampflampen eine beträchtlich verbesrerteFarbverteilung aufweisen und die Identifizierung von Rot und anderen ähnlichen Farben erestattet, welche unter den vorher bekannten Lampen nicht identifiziert werden konnten, ist ihre Beleuchtunit in einigen Anwendungen für Beleuchtunsszwecke nicht voll akzeptabel, bei denen «in stärK^r an das Weiß angenähertes Srektrum gefordert wird·

Demgemäß ist ein Hiel der vorlieeenden Erfindung, Metalldampf~Bogenlampen zu liefern, die sehr hohe Lichtleistungsausbeute haben und ein im wesentlichen

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dem Sonnenlicht ähnliches weißes Licht, welches für allgemeine BeleuchtuiiESZwecke völlig akzeptabel ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Metalldampf-Bogenlampen zu liefern, die eine Vielzahl von ionisierbaren Metallen enthalten, welche miteinander verträglicb/sind und zusammen thermodynamisch^ Bedingungen innerhalb&es Volumens der Bogenentladung einer Danraflampe erzeugen, durch die alle anwesenden Metalle miteinander verträglicbsind und ein konsistenter Betrieb über lange Zeiträume erreichbar wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Metalldampflanpen zu liefern, die mit einer Vielzahl von Metallen beschickt werden, wobei diese Metalle teilweise verdampft werden, um einen Licht aussendenden Bogen im Metalldampf zu erzeugen, der die üigensehaften eines Betriebes für hohe Ausbeute, gute Farbver— teilung und lange Lebensdauer bei hoher Lichtausbeute aufweist·

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Metalldampf-Bogenlampe ein Bogenentladungsrohr, das aus einem gegen hohe Temperatur beständigen lichtdurchlässigen keramischen Material besteht, welches auch chemisch resistent ist und ein Paar von einander gegenüber angeordneten, festen oder nicht schmelzenden, Bogenelektroden enthält, welche dazwischen eine Bogenentladungsstrecke definieren. Innerhalb der Lampenhülle befindet sich eine Füllung, welche Natrium und mindestens ?>'<U oder mehr zusätzliche Elemente aus der Gruppe Kalium, Thallium und Quecksilber enthält» Die vorstehenden Bestandteile werfen unter solchen Bedingungen verwendet, daß die An« Wesenheit von einem Teil ,jeder der srev;ählten Bestandteile Ar- »Iv.em nicht verdamr-f-gen Vorrat innerhalb der

.tövi^'v/:^ 90 9 8 8 4 / 1 2 9 Λ

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Lampe bei den Betriebstemperaturen gewährleistet ist undwerden weiterhin in solgen Anteilen ausgewählt, daß sie thermodynamische Verhältnisse ergeben, welche weiße oder beinahe weiße Spekträfirerteilung des ausgestrahlten Lichtes und die Eigenschaft gewährleisten, die hohe Ausbeute über längere Zeit aufrecht zu erhalten.

Fig· 1 zeigt eine typische gemäß der fo-lgeriden Erfindung hergestellte Lampe in einem schematischen, senkrechten Schnitte

Fig. 2 zeigt in Kurvenform das nicht-lineare Verhalten der Aktivität eines typischen binären Systems der Metalle, welche für das Verständnis einiger Eigenschaften der gemäß der Erfindung hergestellten Lampen nützlich ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Hochdruck-Metalldampf-Bogenentladunerslampe 1, die eine äußere, lichtdurchlässige glasartige Hülle 2 mit einer verlängerten eiähnlichen Form enthält. Der Hals 3 der Hülle 2 wird durch einen Einführungsstutzen 4- mit einem Preßteil 5 verschlossen, durch den die Zuleitungen 6 und 7 in Form von steifen Drähten führen, die an ihren äußeren Enden mit der Crewindehülle 8 und dem ^ittelkontakt 9 eines konventionellen Schraubsockels verbunden sind. Die innere Hülle oder das Bogenentladungsrohr 12, das-die eigentliche Entladungslampe bildet, ist beispielsweise aus gesintertem hochverdichtetem polykristallinen! AIuminiumoxid-Keramikmaterlal hergestellt. Alternativ kann irgend ein anderes ähnliches, lichtdurchlässiges Hochte^mperatiir-Keramikmaterial verwendet werden, das gegen die chemische Reaktion mit Natrium beständig ist. Die Wolfr-imelektrorien 16 und 17 werden an dem oberen und unteren Ende des Rohres 12 durch die Endhülse 18

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und iie Auslaß-an^hülse 19 festpreh^ ten, iie hermetisch dicht mit dem ^pogenentladungsrohr verbunden eind. Stifte der elektroden 16 und 17 werder durch aus Niob Ketragen und ?ind durch Niobrohre 2O und °Λ durchgeführt,'die hermetisch durch die EndkRppen hindurchführen. Jede elektrode 16, 17 kann beispielsweise eine Boppelwendel-wolframdrahtspule umfassen, deren Zwischenräume mit Elektronen aussendendem Material gefüllt sind; geegnet sind Erdalkalioxide, beispielsweise ^ bariumoxid. Das Kohr 21 ist bei 22 durchbrochen; es wird ^ während der Herstellung als Auslaßrohr verwendet, und/am eine InertRasfüllung wie Neon und die ionisierbare, dissoziierbare, Licht aussendende Substanz in das Bogenentladungsrohr Λ2 einzubringen. Das untere Ende des Rohres 21 wird danach hermetisch durch eine Kaltschweißung bei 23 verschlossen. Eine Fenge der Substanz, zum Zwecke der Illustration übertrieben dargesiBLlt, wird in der unteren Endhülse 19 bei 2A- gezeigt. Überschüssige Substanz kann sich auch in dem herausragenden Teil des Rohres 21 sammele, das beim Betrieb der lampe dazu neigt, eine niedrigere Temperatur einzunehmen. Das obere Ende des Bop-enentladungsrohres 12 ist mit Hilfe eines aus einem Band und fe einem Stato bestehenden Gestells 25 in der Hülle 2 gelagert, das sich zwischen der Zuleitung 6 am Ende des Einlafistutzens und einem Zapfen 27 am Kuppelende erstreckt, an dem es mit einer federnden Klammer 28 befestigt ist. Das untere finde des Bogenentladungsrohres 12 ist mit der Zuleitung 7 durch das Band 29 und ein kurzes Stabstück ?0 verbunden.Ein Steg 31 verbindet mechanisch die Stäbe 1C und 30 miteinander, um die ganze Anordnung zu versteifen, während der Isolator 32 einen Kurzschluß verhindert. Der

Raum zwischen den beiden Hüllen und 12 wird zur Zurückhaltung der Wärme evakuiert. Dies geschieht vor der Verschließung der äußeren Hülle 2. Danach wird ein konventio-

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nelles Get+-ermaterial, geeigneterweise in die mit Rillen versehenen Rinp-e ** eingepreßtes, metallisches Bariumpulver» entzündet, um ein gutes Vakuum zu gewährleisten. Alternativ kann ein Edelgas oder ein Inertgas mit hohem Molekulargewicht verwendet werden.

Um die Anwesenheit von Sauerstoff in dem Bogenentladungsrohr 12 und die daraus sich ergebende Bildung von Natriumaluminat oder ähnlichen Verbindungen mit dem Aluminiumoxid des Entladungsrohres 12 oder Bestandteilen der Dichtungsstellen zu verhindern, kannjin dem Rohr 12 oder in dem Zwischenraum ein Sauerstoff-Getterunersmaterial enthalten sein, beispielsweise als eine Ablagerung eines reaktiven Metallgetters 4* auf einem Streifen W, der mit dem Stab 46 an dem oberen Teil des Gestells 25 befestigt ist. Solche Gettermaterialien sind Metalle, die in einem vorgegebenen Temperaturbereich eine freie Reaktionsenergie pro Mol Sauerstoff be'i der Bildung des Oxides aufweisen, die negativer ist als die freie Bildungsenerffie von Natriumaluminat pro Mol Sauerstoff in der Entladungsröhre aus Aluminiumoxid·

Als Inertgas können in den Bogenentladungslampen gemäß der Erfindung für Zündzwecke die folgenden in der Reihenfolge des steigenden Atomgewichtes angegebenen Gase verwendet werden: Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Vorzugsweise kann Xenon verwendet werden. Da Xenon kostspielig ist,tenn aus Gründen der Wirtschaftlichkeit Krypton oder Argon allein oder zusammen mit Xenon verwendet werden.Dies bedeutet ,iedoch im allgemeinen einen gewissen Verlust an Wirkungsgrad. Der spezifische Xenondruck für eine maximale Ausbeute' in einer gegebenen lampe hängt von vielen Faktoren ab. &s wurde iedoch festgestellt, daß Xenondrücke im Bereich von 50 Ms 100 Torr annehmbar sind. Die erfindungs~

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ε-emäßen Lampen werden jedoch vorzugsweise unter Verwendung von Xenon mit einem Druck von 20 Torr hergestellt. ^v

Die Konzeption der Erfindung betrifft Änderungen in den Bestandteilen der Füllung und in den Betriebsparametern, welche die Erreichung einer merklich verbesserten Spektralcharakteristik für die Lichtemissbn ermöglichen. Sie ermöglichen nicht nur die Beibehaltung der hohen Ausbeuten, wie sie für die Hochdruck-Natriumdampflampe charakteristisch sind, sondern in vielen Fällen noch eine Steigerung der P Ausbeute infolge der zusätzlichen strahlenden Bestandteile der in der Lampenhülle enthaltenen Metallfüllung.

Grundsätzlich enthält die Füllung der Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung vorbestimmte Mengen von Natrium und min— destens zwei, vorzugsweise alle, der zusätzlichen Materialien Thallium, Kadmium und Quecksilber.

Im Stand der Technik hat man bereits 1916 erkannt, daß es theoretisch möglich sein könnte, die unerwünschte spektrale Verteilung des Lichtes einer gegebenen Metalldampf-Bogenlampe durch den Zusatz von Bestandteilen zu korrigieren, die, wenn sie allein verwendet werden, eine Spektralcharak-™ teristik ergeben,welche in der ztyirerbessetnden Lampe nicht vorhanden ist. So kann man beispielsweise leicht vorschlagen, daß die Hochdruck-Natriumdampf lampe, die "bei ihren Betriebstemperaturen im grünen-Bereich des sichtbaren Spektrums gewisse Lücken hat, durch die Zuführung eines grünen, Licht aussendenden Materials, wie beispielsweise Thallium, durch Behebung dieses Fangels verbessert werden konnte. In nraktiecher Hinsicht Jedoch kann man nicht einfach eine ^enge Thallium, die aus ihrem eigenen Dampfdruck und ihrer eigenen Temperaturcharakteristik bestimmt wird, einer solchen Lampe zufügen und die gewünschten Ziele

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erreichen. Solche Zufügungen sind nicht nur zur Korrektur der spektralen Verteilung nicht geeignet, sondern können auch die Ausbeute und die Spannung der Lampe nachteilig beeinflussen.

In entsprechenden Untersuchungen wurde' festgestellt, daß die Thermodynamik der im Innern einer Lampe vom Typ der Metall-Dampf-Bogenentladungslampe existierenden Gleichgewichtsbedingungen zwischen Flüssigkeit und Dampf eine Anzahl von Parametern enthält, welche gegenseitig voneinander abhängig sind und daß die Veränderung eines Parameters stark die anderen Parameter beeinflußt. So beeinflußt z.B. die Zufügung von Thallium zu einer Natriumdampflampe stark die Eigenschaften des bereits vorhandenen Natriums in der Lampe bezüglich seines Beitrages zur spektralen Emission.

Infolge des vorstehend Ausgeführten und der Zahl der Variablen in solchen Lampen, einschließlich der Zahl und Menge der Zusätze, der Betriebstemperatur der Lampe und des Stroms und der Spannung an der Lampe, ist es unmöglich, die Menge und die Identität der Bestandteile der Füllung in einer Metalldampf-Bogenentladüngslampe mit Hilfe von Versuchsmethoden zu bestimmen, die weißes Licht bei Ausbeuten oberhalb 100 Lumen pro Watt erzielt.

Allgemein wurde gefunden, daß die Aktivität eines Materials, die als das Verhältnis des Partialdrucks in einem geschlossenen Raum über einer Iegsrung, welche das gegebene Material enthHlt, zu dem Partialdruck des gleichen Materials in Abwesenheit irgend eines anderen Bestandteiles im Gleichgewicht mit seiner eigenen flüssigen oder festen Phase definiert wird, durch die Anwesenheit von anderen Bestandteilen.. in d«m System stark beeinflußt werden kann.

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Die Fig. 2 der Zeichnung stellt ein typisches "Aktivitäts-Diagramm" für ein System aus den beiden Bestandteilen Natrium und Thallium dar. Die Abszisse verläuft von O^ Thallium und 100# Natrium an einem Ende bis ■ 100$ Thallium und (y.7 Natrium am anderen Ende. T)i e linke Ordinatenachse verlauft von einer Aktivität für Natrium von O bis zur Aktivität 1,0 und die rechte ürdinatenachse verläuft von einer Aktivität von O bis zur Aktivität von 1,0 für Thallium. Die Aktivitätsverte sind normalisiert, um die verschiedenen Dampfdrücke der reinen ^pestnndteile zu berücksichtigen. In

»52b zw.53 Fig. 2 stellen die Diagonalen/den idealen linearen Verlauf

dar, den man bei den '^v-H-»itäten" erwarten könnte, während ■ - ' 50 bzw. 51

die gekrümmten Kurven/den. tatsächlichen Verlauf der Aktivitäten für Thallium bzw. Natrium darstellen.

Wie man aus der Kurve 50 der Fig.? entnimmt, er— ' zeugt die Zufügung von geringen Thalliumgehalten zu einer ursprünglich nur aus Natrium bestehenden Füllung eine sehr gerinne Aktivität des Thalliums und daher ist der entsprechende Dampfdruck des Thalliums über der Flüssigkdt viel geringer als über reinem Thallium und auch beträchtlich niedriger als über einer den idealen, linearen Chairkter | aufweisenden Lösung. In gleicher V/eise wird bei sehr geringen Konzentrationen des Thalliums die Konzentration und damit der Druck des Natriums in der Dampfphase nicht ernsthaft beeinflußt. (Das gleiche gilt für die Thalliumdrücke, bei geringen Zufügungen von Natrium an dem anderen Ende der Kurve mit hohem Thalliumgehalt). Von großem Interesse ist jedoch die Tatsache, daß bei Zufügung eineu Thalltummenge, welche zur Erzeugung eines bedeutungsvollen Anteils von Thallium in der Dampfphase ausreicht, die Menge des Natriums in der Dampfphase durchftie Zufügung von Thallium stark erniedrigt worden ist, so daß die Aktivität sowohl von Natrium als auch von Thallium sehr viel

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ist wie man sie erhalten würde, wenn auf ähnliche Weise eines der beiden Materialien in Abwesenheit des anderen Materials einer T amrce zugefügt wird. Diese kurze neschreibung eines vereinfachten Systems mit zwei Bestandteilen veranschaulicht die durch die Anwesenheit von drei oder mehr Bestandteilen in der Füllung einer Metalldampf-Bogenentladungslampe verursachte Kompliziertheit derVerhältnisse. Aus diesem Grunde ist es-offensichtlich, daß man nicht einfach eine vorbestimmt Menge eines gegebenen Materials zu der lampenfüllung hinzufügen kann, die auf der eigenen.Dampfdruckcharakteristik dieses materials beruht, umfn der Lampe die strahlung des Materials zu erhalten, ohne drastisch den ~eitrag der anderen Bestandteile in einem solchen Ausmaß zu beeinflussen, daß die Ausbeute . und die Farbverteilung ernsthaft und nachteilig beeinflußt werden.

Es wurde außerdem überraschend gefunden, daß ein weiteresbeherrschendes Kriterium bei der Erzielung verbesserter

Spektralverteilungs-Charakteristik und der Aufrechterhaltung von hoher lumenausbeute bei Metalldampf-Bojenlampen mit zwei oder mehr Bestandteilen vorhanden ist. Damit der gewünschte Anteil, wie er analytisch bestimmt wird, eines gegebenen Bestandteiles in der Dampfphase in der.Iampenhülle vorhanden ist, muß eine Menge dieses Bestandteiles im Überschuß^ in-einer flüssigen Phase im Gleichgewicht mit der Dampfphase vorhanden sein. Es wurde weiterhin festgestellt, daß, wenn ein Bestandteil einer Füllung aus einer Vielzahl von Metallen in einer Metalldampf-Bogenlampe im Überschuß in der flüssigen Phase in der Lampenhülle vorhanden sein&oll, es erforderlich ist, daß auch jeder der anderen Bestandteile in der flüssigen Phase im-Überschuß vorhanden sein muß. Wenn diese Kriterien erfüllt werden und nur dann ist es möglich, den gewünschten Wert des Par-

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tialdruckes jedes der vorgegebenen Bestandteile in der Füllung einer Metalldampf-Bogenlampe richtig zu beherrschen.

Es wurde ebenso festgestellt, daß die Betriebstemperatur der Metalldampf—Bogenlampe ganz besonders inBetracht gezogen werden muß und mit den Dampfdruckeigenschaften des Metallbestandteiles der Füllung mit dem niedrigsten Dampfdruck konsistent seintouß· Indlesem Zusammenhang ist unter dem Ausdruck "Betriebstemperatur der"Lampe" die Temperatur der flüssigen Metallegierung derFüllung zu verstehen, die mit der Dampfphase im Innern der Lampenhülle im Gleichgewicht steht. Im allgemeinen ist dies ebenfalls die Temperatur des kältesten Teils der Wand der Birne, obwohl man sich bei extremen und oft nicht notwendigen und ungewöhn— liehen Aufbauformen der Dichtung vorstellen kann, daß die Dichtungsteile am Ende der Hülle so konstruiert sein könnten, daß sie in der flüssigen Phase einen Wärmegradienten verursachen könnten, der dazu führen konnte, daß der kälteste Teil der Wand der Birne etwas, wenn auch nicht sehr bedeutend, verschieden ist von dem der flüssigen mit der Dampfphase im Gleichgewicht stehenden Oberfläche» Als Beispiel für die zuvor beschriebene Temperaturbeziehung ist zu beachten, daß bei Verwendung von Thallium als Bestandteil für die Füllung der erfindungsgemäßen Lampen infolge seines relativ geringen Dampfdruckes, verglichen mit dem der anderen verwendeten Materialien, die Betriebstemperaturen auf etwa 750° C erhöht werden müssen, wehrend es andererseits, wenn Thallium nicht ehes der verwendeten Materialien ist,

möglich ist, die Lampe bei Temperaturen von weniger al s 700° C zu betreiben.

Ein 'eiterer Parameter von großer Wichtigkeit für den Betrieb der erfindtmgsgeaäßen Lampen ist die "Betrieba-fcempe*.

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ratur der Lampe". Obwohl ein gegebener Bereich der metallischen Bestandteile der in die Lampenhülle eingegebenen Füllung ausreichend sein kann, um die gewünschte Spektralverteilung bei einer bestimmten Temperatur zu erzielen, ist ein solcher Bereich der Bestandteile nicht notwendigerweise richtig für die bei einer wesentlich anderen Temperatur betriebene gleiche Lampe, '--enn dies jedoch einmal erkannt ist, stellt es nicht ein^inüberwindliches Problem dar. ¥enn der brauchbare Bereich der Bestandteile für ein gegebenes Dreistoff- oder Vierstoffsystem für eineivorgegebene Temperatur ermittelt worden ist und die Richtung der Änderung der Menge irgendeines Bestandteiles, welche zur Erzeugung der gewünschten spektralen Verteilung und Ausbeute bekannt ist, kann der richtige Bereich der Anteile für den Betrieb bei anderen Temperaturen bestimmt werden. Im allgemeinen bestehen für die erfindungsgemäßen Lampen folgende Kriterien:

1„ Ungeachtet der Anzahl der Bestandteile in der Füllung muß mindestens ein Teil jedes der Bestandteile bei der "Betriebstemperatur der Lampe" im nicht dampfförmigen Zustand verbleiben.

2. "Die Betriebstemperatur der Lampe und die Zusammensetzung der eingegebenen Füllung.müssen so gewählt werden, daß sie das Vorhandensein des gewünschten Anteils jedes der Bestandteile sowohl in der flüssigen als auch in der Dampfphase einzeln während des Betriebes der Lampe im Innern der Lampenhülle bewirken.

5. Die Strahlungsausbeute der Lampe unter den Betriebsbe-* dingungen sollte in der Größenordnung von 100 Lumen pro Watt oder höher sein.

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4. Die spektrale Emission der Lampe muß eine oder mehrere Komponenten mit Intensitätsmaxlma in dem Bereich, von 5050 bis 5500 ÄrJstrom haben mit einer entsprechenden Intensität des Maximums, welche mindestens 10% der maximalen Intensität des Gesamtstrahlung ausmacht.

Zur Erzielung der vorstehenden Kriterien wird die Füllung in der Lampenhülle aus dem Vielstoff—System ausgewählt, das Natrium und zwei oder mehr der Metalle Thallium, Kadmium und Quecksilber enthält, Obwohl nur Natrium und zwei ψ andere Bestandteile anwesend seinkönnen, wird es bevorzugt, daß alle Bestandteile vorhanden sind. Wenn alle Bestandteile vorhanden sind, kann ein brauchbarer Bereich der Betriebstemperatur von etwa 750 C bis 1000° C verwendet werden, um eine im wesentlichen weiße Strahlung mit höchster Ausbeute zu erzielen. Im Falle eines Vierstoffsystems, in dem alle Bestandteile vorhanden sind, erzielt man den Betriebsbereicn für alle Temperaturen, wenn die Partialdrücke der Bestand teile in der Lampe in den folgenden Bereichen" liegen und den folgenden Kriterien genügen.

Tabelle I

Element: Part i aldruck ι

Natrium 1x10 ^J bis 0,6 Atm.

—2 Thallium 0 bis 10 Atm,

Kadmium 0 bis 1,5 Atm.

Quecksilber 0 bis 3,0 Atm.

Da Thallium, Kadmium oder Quecksilber gang-fehlen können oder in einem sehr kleinen Anteil vorhanden sein können, müssen die folgenden zusätzlichen Bedingungen erfüllt sein»

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-1R-

1. Die Summe der Partialdrücke von Quecksilber und Kadmium liest im Bereich von etwa 0,05 Atm. bis 4- Atm·

.?. Wenn der Partialdruck von Thallium niedriger ist als etwa 1 χ 10*~ Atm., dann ist der Partialdruck von Kadmium bleich oder größer als etwa O₁I Atm.

Wie bereits zuvor angegeben, sind vorzugsweise in dem Vierstof'system alle vier Bestandteile vorhanden und sie sind vorzugsweise in der Füllunc in solchen Menge \^rorfaanden, daß der im Gleichgewicht mit dem nicht verdampften Teil stehende Dampf die folgenden Partialdrücke besitzt;

Tabelle II

Element ' Parttaldruck

Natrium 3x10""' Atm.bis 0,3 Atm.

Thallium 10"⁴ Atm. bis 3x1O~⁵Atm.

Kadmium 0,1 Atm. bis 0,6 Atm.

Quecksilber 0,05 Atm bis 1 Atm.

Da alle Bestandteile in ien in Tabelle II ansee-ebenen Bereichen vorhanden sind, und da der Thalliumdruck nicht unter 10 Atm. absinkt, brauchen keine weiteren tse— dinsunften 7-us:efügt werden mit Ausnahme der Bedinsrune, daß die Betriebstemperatur der Lampe so beschaffen ist, daß die Partialdrücke in der H'*ille· in die oben anp-eerebenen Bereiche fallen und daß die Spektralverteilung Maxima in den zuvor angegebenen Bereichen aufweist. Ein solcher 'remperaturbereich liegt etwa zwischen ?5G°C bis 10GO⁰C.

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Eine weitere zusätzliche Anforderung wird an die Menge des Natriums gestellt, die den erfindungsgemäßen Lampen zugefügt wird?. Dies deswegen, weil Natrium ein reaktives Metall ist und dazu neigt, mit dem hochverdichteten Aluminiumoxid, das bei einer bevorzugten Ausführungs— form die Wand der Lampenhülle bildet, ein Natriumalumi— nat zu bilden (NaAlOo)j das Wärmeprobleme in der Wand der Hülle hervorruft und weiterhin die Lichtdurchläs— sigkeitseigenschaften derselben verringert. Um die Ausbildung von Natriumaluminat oder die Bildung von verwandten komplexen Äluminaten aus den Materialien der Dichtungsstellen zu vermeiden, muß der Partialdruck des Natriumdampfes in der Bogenentladungsröhre unterhalb bestimmter Werte liegen, die von der Temperatur abhängig sind. Die grundlegende chemische Reaktion für diesen Vorgang ist :

3 Na ♦ 2AlpO, NaA10₂+Al

und der maximal zulässige Natriumdampfdruck wir durch die Beziehung

c. *a ~ -6670

wo p_N in Atmosphären einzusetzen ist und T in Grad Kelvin» einige beispielhafte Maximalwerte sind die fol— senden .

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» ι · ■ » ι

Tabelle III

Temperatur

68O⁰C 780⁰C 900°C

1000⁰C

Maximum des
Natrium-Partialdruckes

0,05 Atm. O₁JO Atm, 0,90 Atm. 2,40 Atm.

Dies bestimmt zusammen mit dem vorhergehenden die' Grenzen für die Zufügung metallischer Materialien zur Füllung der erfindungsgemäßen Lampen«

Bei den erfindungsgemäßen Lampen werden neben dem unerläßlichen Bestandteil Natrium die anderen Materialien, welche für die Füllung ausgewählt werden, aus der der Licht aussendende Bogen den den Bogen aufrecht erhaltenden Dampf erhält, aus den folgenden Gründen zugefügt.

Quecksilber wird verwendet, weil der molekulare Natrium-Quecksilberkomplex eine wertvolle Komponente im roten Teil des sichtbaren Spektrums ausstrahlt. Zusätzlich dazu sind bei Anwesenheit von Quecksilber die Starteigenschaften bezüglich Strojar-Spannung-Zeit so, daß das . schnelle Starten des Licht aussendenden Hauptbogens gefördert wird. Quecksilber, das chemisch inert ist, ist · in der Lampe nützlich, da die Quecksilberatome dazu neigen, die Wand der Lampenhülle thejjnisch von den hochkorrosiven Natriumdämpfen abzuschirmen, und es möglich machen, den Licht aussendenden Bogen im wesentlichen auf etwa 2/3 oder 3A des Innendurchmessers der Bogen« entladungsröhre zusammenzuschnüren· Daher ist es leicht

BAD OfIIGINAL

möglich, den heißesten Teil der Wand der Hülle auf einer Temperatur von 130O⁰C im Maximum und in einer bevorzugten Ausführungsform aufT1200°C bis 1250⁰C zu halten, obwohl die Bogentemperaturen bis zu 4-000⁰C und höher ansteigen können. Ein sehr nützliches und nicht nahelie- ' gendes Ergebnis der Anwesenheit von Quecksilber in einer Lampenhülle, die sowohl Natrium als auch Thallium unter den Bedingungen der vorliegendenErfindung enthält, bei denen ein Teil ,-jedes Bestandteils der Füllung unverdampft bleibt, besteht darin, daß das Quecksilber auf eine einzigartige Weise die Thermodynamik der Natriura-Thalliumchemie bei den in den erfindungsgemäßen lamren angewendeten Temperaturen und Drucken steuert und ihre Optimierung möglich macht.

Thallium und Kadmium wurden aus folgenden Gründen in den erfindungsgemäßen Lampen als nützlich befunden. Weder Thallium noch Kadmium tragen in irgendeiner Weise zu dem schädlichen Angriff der Dämpfe auf die Wand der Hülle aus Aluminiumoxid bei. In gleicrher Weise tragen sie nicht zu einer schädlichen Wirkung auf die Dichtungen bei, welche für die Durchführung der stromführenden Elektroden in das Bogenentladungsrohr verwendet werden» Zusätzlich dazu liegen die Schmelzpunkte und die Ionisationswirkungsgrade von Thallium und Kadmium in Bereichen, die ihre Verwendung in einem Vierstoffsystem und die Erzielung der gewünschten chemischen iürgebnisse und der Ergebnisse bezüglich der Lichtausbeute gestatten.Schließlich sind Thallium und Kadmium in den erfindungsgemäßen Lampen dadur?*¹ günstig, daß außer den normalerweise in einer Hochdruck-Natriumdampflampe verwendeten keine zusätzlichen Gettermaterialien erforderlich sind, um schädliche Bestandteile wie Wasserstoff, Sauerstoff,oder Wasserdampf zu entfernen.

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BAD ORfGfNAt

Die vorstehenden allgemeinen Kriterien geben zusammen einen Bereich, in dem die Bestandteile der Füllung und die Betriebstemperaturen der erfindungsgemäßen Lampen variiert werden können. Nachstehend werden einige spezifischere Kriterien aufgeführt, unter Bezugnahme auf bestimmte Systeme in bestimmten Volumen und mit einem bestimmten Aufbau der Lampenhülle, Man muß jedoch erkennen, daß für eine gegebene Betriebstemperatur die Partialdrücke und die Atomprozente der Bestandteile in dem Überschuß im wesentlichen unabhängig von Lampenvolumen sind. Wie bereits zuvor angegeben, beinhalten die Lampen der vorliegenden h)rfind\mg im allgemeinen eine äußere Hülle, welche eine innere Hülle oder ein BogenentladunRsrohr enthält, in dem die Bogenelektoden und die metallfüllung enthalten sind. In der äußeren Hülle ist auch eine Halterung für die innere Hülle enthalten und es kann eine geeignete Gasatmosphäre enthalten sein, um die Ableitung der intensiven Hitze der inneren Hülle und die Aufrechterhaltung optimaler Betriebsbedingungen zu fördern. "Die innere Hülle ist im allgemeinen aus einer hochverdichteten Keramik aus Aluminiumoxid oder einer ahn-» lichenjLicht durchlässigen polykristallinen Keramik aufgebaut, die eine hohe Beständigkeit gegenüber den aktiven Metallen und Metalldämpfen, wie Natrium und Natriumdampf, bei,erhöhten Temperaturen in der Größenordnung 1200⁰G oder höher aufweist und mindester.? für die Strahlung im sichtbaren Spektrum durchscheinen!und lichtdurchlässig ist.

Beispiel

Eine gemäß der ISrfittdung konstruierte 400 Watt-Xampe verwendet ein zylindrische sr Bogeneiitladungsrohr aus boetarer&lehtetem polykristallinje|i .Aluminiumoxid mit

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einem Innendurchmesser von 7 mm, einer Länge von etwa 11. cm und einem Abstand zweischen den iulektroden von etwa 8 cm, die ein Volumen von etwa 4 cm* einschließt« Kin Vierstoffsystem aus Natrium, Thallium, Quecksilber und Kadium,das bei einer Lampenbetriebstemperatur von etwa 780° C verwendet wird, kann die folgenden Partialdruckbereiche innerhalb der Lanroenhülle aufweisen.

Tabelle IV

Element Partialdruck

Natrium 1X10""* bis 0,3 Atm.

Thallium O bis 4x1 O^ Atm.

Kadmium 0 bis 0,8 Atm.

Quecksilber 0 bis 4,0 Atm.

Tn folge der Möglichkeit eines verschwindejben Partialdruckes für Thallium oder Kadmium oder Quecksilber müssen noch die folgenden Bedingungen beachtet werden.

1. Wenn der Partialdruck von Thallium weniger als etwa

1 χ 10"" Atm. beträgt, ist der Partialdruck von Kadmium mindestens etwa 0,1 Atm. · Mne Folgerung aus dieser Forderung ist, daß der Partialdruck von Thallium mindestens etwa 1 χ 10 Atm« betragen muß, wenn der Partialdruck von Kadmium weniger als etwa 0,1 Atm. ist.

2. Die Summe der Partialdrucke von Kadmium und Quecksilber betrsgt mindestens etwa 0,1 Atm., sie übersteigt jedoch nicht etwa 4,0 Atm..

Innerhalb des Gebietes der vorstellenden geeigneten Bereiche

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BAD OBlGINAL

für die Partialdrucke der vorstehenden Materialien, verwendet bei einer Lampentemperatur von etwa 780° C, ergibt sich der folgende""bevorzugte Betriebsbereich:

Tabelle V

Element Partialdrucke

Natrium 3,2x10~⁵ bis 0,25 Atm. Thallium 10~⁴ bis 3,OxIO""⁴" Atm.

Kadmium O bis 0,6 Atm.

Quecksilber O bis 0,8 Atm.

Da entweder Kadmium oder Quecksilber in den obigen Bereichen Partialdrucke von Null aufweisen können, muß das folgende zusätzliche Kriterium erfüllt sein.

Die Summe der Partialdrucke von Quecksilber und Kadmium liegt in de-n Bereich von etwa 0,1 bis 0,8 Atm.

spezifi-sches Beispiel einer Ausführungsform einer -4-00 Watt-Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung, welche in den Bereich der vorstehend angeführten verallgemeinerten Kriterien fällt, enthält die folgenden Partialdrucke.

Element

Natrium
Thallium
Kadmium
Quecksilber

Tabelle	VI	6x1θ"3	Atm.	Atm
	,2 xiO'"4	Atm.	Atm
	»23
Partialdrucke	,12
2
O
O

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Die vorstehenden Partialdrucke können in der Lnnipe, welche die zuvor angegebenen Abmessungen aufweist, mit den folgenden Anteilen der einzelnen Bestandteile in der Füllung erzielt werden:

. Tabelle VII

Element	Atombruchteil in der unverdampf- ten Füllung	Füllgewicht	mg	In dem unverdampf ten Reservoir ver bleibende ivenge	,999 -ng
Thallium	0,63	112,0	rag	111	,996 reg
Natrium	0,20	4,0	mg		,7 mg
Kadmium	0,15	15,5	mg	14	,45 mg
Queck silber	0,02	4,2

üjine 400 Watt-Bogenentladungslampe mit einem Volumen von 4 cm und dieser Füllung verwendete einen kommerziellen Ballastwiderstand für Hochdruck-Natriumdampflampen in Standardausführung und hielt eine Bogenentladungsspannung von 101 V, woraus sich eine Betriebstenroeratur der Lamre von 780° C ergab. Die Ausbeute dieser lampe betrug 110 Immen proWatt mit fast weißer Spektralverteilung.

.Im folgenden werden die Bereiche für die Partialdrucke in einem weiteren Satz von Kriterien für die umfassenderen Aspekte und ebenso für bevorzugte Ausführungsformen eines Vierstoffsy&tems von Natrium, Kadmium, Thallium und Quecksilber bei einer Lampenbetriebstemperatur von etwa 900 C gegeben. Bei dieser Temperatur sind die weiten geeigneten Bereiche für die Bestandteile und Betriebsbedingungen bezüglich der Partialdrucke der Bestandteile innerhalb der Lampenhülle bei der Betriebstemperatur die foxgenien:

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BAD ORlGiWAL

iabeile VIII Element Partialdruckbereich

Natrium 0,001 bis 0,<"- .Atm.

Quecksilber C bis 3 Atm.

Kadmium 0 bis 1 Atm.

'"hallium - 0 bis 3x10"^ Atm.

T^a es möglich ist, daß irgendeiner der genannten Bestandteile der Gruppe Quecksilber, Kadmium und Thulium fehlen kann, sind noch die folgenden zusätzlichen Bedingungen anzuwenden .

1. Die Summe der Partialdrucke von Kadmium und Quecksilber liesrt zwischen etwa 0,C^ bis *> Atm.

?. Wenn der Thallium-Partialdruck weniger als etwa 3x10"^ Atm. ist, dann ist der Partialdruck von Kadmium größer als etwa 0,1 Atm.

In einer besonderen Ausführunesform mit überragender lichtstrahlung mit weißer Srektralverteilung bei etwa 90C° C ist es erwünscht, daB die Bereiche der zugefügten Bestandteile so sind, daß sich für ,ieden der Bestandteile die folgenden Fartialdrucke erseben:

Tabelle IX . ■ ■

Element Part-iäldrucke

0,CC5 "bis 0,35 Atm. Natrium

1,1 bis 0-,6 Atm. Kadmium

O₁C^ bis 1,0 Atm. Quecksilber

Thallium ixiO""' bis 3x10""- Atm.

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Im folgenden wird innerhalb des allgemeinen Bereiches, gegeben durch die vorstehenden Kriterien, ein spezifisches Beispiel für eine Lampe mit einer Betriebstemperatur von etwa 900° C und den oben angegebenen Abmessungen für die Partialdrucke,, die Mengen der Elemente in dem verbleibenden Reservoir und für die eingegebene Menge angegeben, welche zur Erreichung der erforderlichen Partialdrucke notwendig ist.

Tabelle X

Element Im flüssi- Partial- Atombruch- Gewicht der gen Reser- druck in teil des eingegebevoir verblei- der Elementes nen Füllung bendes Gew. Lampe in dem

flüssigen Reservoir

Natrium 4,0 mg 0,3 Atm. 0,500 4,2 mg

Thallium 31,697 mg 4,7x10~^Atm. 0,445 31,7 mg

Quecksilber 2,45 mg 0,3 Atm. 0,035 4,3 mg

Kadmium 0,8 mg 0,12 Atm. 0,020 1,2 mg

Zwecks Vereinfachung wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, daß gewisse Breistoffsysteme, welche Unterarten des oben erwähnten Vierstoffsystems darstellen, geeignet sind, Lampen mit hohem Wirkungsgrad und mit angenehmer Spektralcharakterietik mit weißem oder sonnenähnlichemBmissionsspektrum zu liefern.

Eines dieser Dreistoffsysteme umfaßt die Dämpfe von Natrium, Thallium und Quecksilber, fiin besonderer Vorteil dieses Systems besteht darin, daß für seine Herstellung weniger metallische Elemente erforderlich sind.

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Für den Bereich der Arbeitstemperaturen von etwa 750° C bis 1000° C sind die Werte der Partialdrucke und der entsprechenden Atombruchteile der Bestandteile in dem Reservoir für jeden der Bestandteile dieses Dreistoffsystems die folgenden:

Tabelle XI

Atombruchteil im Reservoir Element bei 75O⁰C bei 1000⁰C Partialdruck

Natrium 0,13-0,3 0,02-0,52 ixiO'^bis 0,6 Atm. Quecksilber 0,015-0,25 0,015-0,15 0,05 bis 4 Atm. Thallium 0,58-0,95 0,33-0,98 1x1Q~⁴bis 1x10~² Atm.

Für zwischen den beiden Temperaturen 750° C und 1000° C gelegene Temperaturen liegen die Bereiche für^.die zulässigen Atombruchteile zwischen den oben aufgeführten. Für jede gegebene Füllung ist die Summe der Atombruchteile 1.

Vorzugsweise werden jedoch die erfindungsgemäßen Lampen, die dieses Dreistoffsystem verwenden, in dem folgenden Bereich der Partialdrucke und der Atombruchteile in dem Reservoir betrieben.

Tabelle XII

Atombruchteil im Reservoir bei 75O°O bei 1000⁰C Partialdruck

Natrium 0,13-0,15 0,03-0,4 2x1O"⁵bis 0,3 Atm. Quecksilber 0,015-0,09 0,015-0,03 0,08 bis 0,8 Atm. Thallium 0,85-0,95 0,52-0,97 2x10"⁴bis 2,5x1O~⁵Atnw

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Ein spezifisches Beispiel für eine Füllung, die nur Natrium, Quecksilber und Thallium verwendet und bei einer Lampenbetriebstemperatur von etwa 900° C ein fast weißes Licht mit hohem Wirkungsgrad liefert ist das folgende:

Tabelle XIII

Element Partialdruck Atombruchteil Gewicht des zu

des Überschus- der Füllung zu-

ses des EIe- gefügten Bestand

mentes im Re- teils servoir

Natrium	0	,01 Atm.	0	,W	1	,0	mg
Thallium	0	,0022 Atm.	0	,835	50	mg
Quecksilber	0	,3 Atm.	0	,018		mg

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Dreistoffsystem, Quecksilber, Natrium und Kadmium verwendet werden» Dieses besondere System ist dadurch vorteilhaft, daß es kein Thallium enthält und dadurch die Mindest-Betriebstemperatur beträchtlich verringert werden kann, beispielsweise auf etwa 65O⁰C, während gleichzeitig ein ausreichend hoher Dampfdruck von Natrium, Kadmium und Quecksilber aufrecht erhalten wird, um eine annehmbare Betriebscharakteristilf der lampe zu erzielen.. In der folgenden Tabelle werden für Temperaturen im Bereich von 650° C bis 900° C die allgemein brauchbaren Bereiche des Partialdrucke der Bestandteile des Dreistoffsystems

aufgeführtί ·

Tabelle XIV
Element Partialdruck

Natrium 0,01 bis 0,2 Atm·

Kadmium 0,10 bis 1,Θ Atm. ■ _ -

Quecksilber 0 bis 4,0 Atm·

90tM4/1294 -

Der Gesamtdruck des Quecksilbers und des Kadmiums darf in keinem*Fall 4 Atm. übersteigen. Eine besondere Untergruppe des obigen Systems ist das Zweistoffsystem Natrium-Kadmium, das ebenfalls betriebsfähige Lampen liefern kann.

Die folgende Tabelle führt im Rahmen des vorstehenden Bereiches der brauchbaren Kombinationen die bevorzugten Bereiche für die Bestandteile des Dreistoffsystems mit Natrium-Kadmium—Quecksilber auf, von denen herausgefunden wurde, daß sie Met al ldampf-BoRen lampen mit hohem Wirkungs-Krad liefern, die fast weiße Lichtemission haben:

Tabelle XV Element Partialdruck

Natrium 0,015 bis 0,05 Atm.

Quecksilber 0 bis 1,00 Atm.

Kadmium 0,1 bis 0,25 Atm.

Pie vorstehenden Druckbereiche des Dreistoffsystems aus Quecksilber, Kadmium und Natrium sind bei einer Lampenbetriebstemperatur bis zu 680° C herunter brauchbar und liefern das gewünschte Ergebnis.

Eine besondere Ausführungsform einer Lampe gemäß dieser Form der Erfindung besitzt eine Betriebstemperatur von etwa 680° C und hat den gleichen geometrischen Aufbau und die Abmessungen wie oben angegeben, nämlich einRohr mit einem Innendurchmesser von 7 mm und einem Volumen von etwa t- cm Sie ist so konstruiert, daß sie für jeden der Bestandteile die folgenden Fartialdrucke unddie aufgeführten Atombruchteile 3edes der Bestandteile in dem flüssigen Reservoir in der Hülle hat. Sie "können durch -He Zufügung öer aufge-

BAD ORIGlNAU 909884/1234

führten Gewichtsmengen jedes der Bestandteile in die Lampenhülle erzielt werden.

Element

Partialdruck

Tabelle XVI

Atombruchteil Ursprüngliches des Bestand- Gewicht in der teils im Re- Füllung servoir . - .-·-■■-- -^ ■ /- r■■■?·:· ^r ·■■-

Natrium 0,04- Atm. 0,4-3 Kadmi um 0, 1\ Atm · 0,4-9 Quecksilber 0,10 Atm. 0,08

4,03 mg

22,70 mg

7,10 mg

Aus dem Vorstehenden ist es offensichtlich, daß andere Drei· stoffsysteme, welche Natrium und zwei andere Elemente der Gruppe Thallium, Kadmium und Quecksilber enthalten, ausgearbeitet werden können und bei geeigneten Zusammensetzungen der Füllung und geeigneten Lampenteiiperaturen verwendet werden können, um. ein Licht mit hohem Wirkungsgrad und angenehmer Farbverteilung auszusenden.

Obwohl Thallium und Kadmium als die idealen Elemente für die grüne Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung ausgewählt wurden und in einem Vierstoffsystem be- " schrieben wurien, ist es möglich, anhand der in der vorliegenden hJrfinctung gegebenen technischen Lehre gewisse andere metallische in der Danrofrhase leuchtende Bestandteile zuzuführen und mehr als vier Bestandteile gleichzeitig zu verwenden, vorausgesetzt, daß die hier angegebenen thermodynamischen Kriterien eingehalten werden«

Andere Bestandteile, die im grünen Spektralbereich mit Sterken Linien strahlen, sind wagneeium, Barium, Strontium, Kupfer, Silber, Skandium, lanthan» Cer, Prssodyfflium und Samarium·

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BAD ORIGINAL

Thallium und Kadmium wurden unter den oben angegebenen und den übrigen Strahlern für grünes Licht zur Kombination mit Quecksilber und Natrium unter den zuvor aufgeführten Bedingungen und Einschränkungen ausgewählt, da sie zu einem idealen System für die Herstellung von Dampflampen mit Bogenentladung mit weißer Lichtemission "beitragen, welche die ideale Kombination von guter Färbverteilung, hohem Wirkungsgrad und gutem Betriebsverhalten aufweisen."Ihre Auswahl ist eine Folge ihrer ungewöhnlichen und überlegenen Übereinstimmung mit den hier angegebenen thermodynamischen Kriterien·

Aus den vorstehenden allgemeinen Kriterien, der detaillierten Beschreibung und an Hand der einzelnen Beispiele betriebsfähiger erfindungsgemäßer Lampen ist es offensichtlich, daß ein neuer verbesserter Typ von Metalldampf lampen gegeben worden ist, welcher Natrium und andere chemisch miteinander verträgliche Metalldämpfe enthält, die in thermodynamisch konsistenten Anteilen vorhanden sind, so daß dem Sonnenlicht ähnliches weißes Licht hoher Ausbeute mit mehr als 100 Lumen pro Watt erzeugt wird«

Die erfindungsgemäßen Lampen sind gekennzeichnet durch die Identität und die Mengen der in der Dampfphase vorhandenen Metalle, durch die Betriebstemperatur der Lampe und durch die höchst bedeutungsvolle Forderung, daß ein Überschuß jedes Metalles in der Füllung in dem mit der Dampfphase in Gleichgewicht stehenden flüssigen Reservoir vorhanden ist*

Daher können die erfindungsgemäßen Lampen als "durch Überschuß begrenzte" Drucklampen gekennzeichnet werden, im Gegensatz zu vielen Metalldampf.-Bogenlampen nach dem

90988471294 bad

Stand der Technik, welche als "durch die Menge beschränkte" Drucklampen gekennzeichnet werden können. Dieser Unterschied hat mindestens zwei ausgeprägte Gesichtspunkte, welche zur Überlegenheit der erfindungsgemäßen Lampen über die "durch die Menge beschränkten" Druck« lampen nach dem Stand der Technik beitragen.

In den \lurch die Menge beschränkten" Drucklampen verringert Jede teilweise Entfernung irgendeines Bestandteiles aus der Gasphase, beispielsweise durch das Aufzehren von Gas durch chemischen Vorgang, den Partialdruck dieses Bestandteiles und_aändert die Thermodynamik des Lampenbetriebes und beeinflußt nachteilig die spektrale Emission und die Ausbeute,

Zusätzlich ist zu beachten, daß in vielen Fällen der verödete Partialdruck sehr niedrig ist. Wenn eine Menge,-die zur Hervorbringung eines solchen Partialdruckes ausreicht, zu einer 4-00 Watt oder einer 1000 Watt—Lampe beispielsweise zugefügt wird, dann müssen Zufügungen von weniger als 1 mg mindestens im Falle von Natrium gemacht werden. Offensichtlich ist zusätzlich zu der Schwierigkeit einer solchen Aufgabe eine genaue Kontrolle äußerst schwer zu erreichen.

Die vorstehenden Schwierigkeiten sind von großer Bedeudung,denn wie zuvor offenbart, müssen die anderen Bestandteile ebenfalls "durch die Menge beschränkt sein" wenn auch nur ein metallischer Bestandteil der Füllung durch die Menge beschränkt ist»

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Claims (1)

1. -31-Patentansprüche

   1.j Elektrische Bogenentladungslampe, gekennzeichnet durch:

   a) eine hermetisch verschlossene, lichtdurchlässige Hülle aus Keramikmaterial:

   b) ein ßaar im Abstand voneinander angeordnete feste Bogenelektroden, die zwischen sich eine Entladungsstrecke für einen licht aussendenden Rogen mit hohem Ftrom definieren;

   c)eine Füllung der Hülle mit einem Zündgas mit einem relativen niedrigen Ionisierungspotential:

   d) eine thermisch ionisierbare, Licht ausstrahlende

   in
   Füllung in der Hülle, welche? Natrium und mindestens

   zwei der Elemente Quecksilber, Thallium und Kadmium

   so
   vorhanden sind, daß ein Teil ^jedes Bestandteiles der Füllung; bei den Betriebstemperaturen der Lampe unverdamrft bleibt und die Bestandteile in solchen Mengen vorhanden sind, die ausreichen, um bei den Betriebstemperaturen der Lampe zwischen 650 0 und 1ü00° C die folgenden Partialdrucke zu ergeben: Natrium ν ση 1 χ 1o~" bis weniger als 0,6 Atm., Oueck-

   —2 silber von 0 t>is 3 Atm., Thallium von 0 bis 10 " Atm., und Kadmium von 0 bis 1,S Atm., wobei die bestandteile eier in derHülle vorhandenen Füllung noch den^pedingunpen senüßcen, daß die .-umme -5er Fartialdrucke von Kadmium und Cuecksilber zwischen 0,1 und 4 Atm. liesrt" und "er Fartialdruck von Kadmium mindestens 0,1 Atm. beträgt, wenn der Partialdruck des Thallium niedriger ist als 1 χ ΙΟ*"⁴ Atm., und daß der Partialdruck

   0 9884/129 i BAD ORlGINAU

   von Thallium größer als 1 χ 10"* Atm. ist, wenn der Partialdruck des Kadmiums niedriger ist als U₁1 Atm. und

   e) daß das Gesamtemissionsspektrum der Lampe mindestens eine ausgeprägte Komponente besitzt mit einem Intensitätsmaximum in demWellenlängenbereich zwischen r: ,5050 Angstrom ,und,55QQ.,fng§tröm u.nd eine maxi-. . male- Intensität von mindestens Λ0% der maximalen Intensität des gesamten Emissionsspektrums aufweist.

   Lampe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η — ζ e i c h η e t , daß die Bestandteile der Füllung in Mengen vorhanden sind, die zur Erzeugung der folgenden Partialdrucke bei Betriebstemperaturen der Lampe von . 750° C bis 1000° C geeignet sind: Natrium 3 x 10*"⁵ Atm. bis 0,3 Atm., Thallium 1 χ 10"^ Atm. bis 3 x 10*"^ Atm., Kadmium 0,1 Atm. bis 0,6 Atm. und Quecksilber 0,05 Atm, bis 1,0 Atm. ■

   Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bestandteile der Füllung in Mengen vahanden sind, die zur Erzeugung der folgenden Partialdrucke bei einer Betriebstemperatur der Lampe

   ο —3

   von 780 ausreichend sind: Natrium 1 χ 10 Atm. bis

   0,3 Atm., Thallium O bis 4- χ 10"^ Atm., Radium O bis 0,8 Atm. und Quecksilber O bis 4-,O Atm.; wobe#diese vorhandenen elemente den Bedingungen unterliegen, daß der Partialdruck von Kadmium mindestens 0,1 Atm. beträgt,

   «•4-wenn der Partialdruck von Thallium unter 1 χ 10 Atm» ist daß der Partialdruck von Thallium mindestens 1 x 10 Atm. beträgt wenn der Partialdruck von Kadmium unter 0,1 Atm. ist, und daß die Summe der Partialdrucke von Quecksilber und Kadmium im Bereich von 0,1 Atm. bis 4,0 Atm. liegt.

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   4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der Füllung in solchen Mengen vorhanden sind, daß sie die folgenden Partlaidrucke bei einer Lampenbetriebstemperatur von 780° C erzeugen können: Natrium 3,2 χ 10"^ bis 0,25 Atm., Thallium 1 χ 10" bis 3 χ 10"⁴ Atm., Kadmium 0 bis 0,6 Atm· und Quecksilber 0 bis 0,8 Atm., wobei die Elemente in solchen Mengen vorhanden sind,v daß die Summe der Partialdrucke von Quecksilber und Kadmium im Bereich von 0,1 bis 0,8 Atm. liegt.

   5. Tampe nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß durch sie eine Füllung zur Erzeugung der folgenden Partialdrucke bei der Betriebstemperatur aufweist: Natrium 6 χ 10*** Atm., Thallium 2,2 χ 10 Atm., Kadmium 0,23 Atm. und Quecksilber 0,12 Atm.

   6. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Füllung bei einer Lampenbetriebstemperatur von 900° C zur Erzeugung der folgenden Partialdrucke aufweist: Natrium 0,001 bis 0,6 Atm'., Quecksilber 0 bis 3 Atm., Kadmium 0 bis 1 Atm. und Thallium 0 bis 3 χ 10"** Atm., wobei die Elemente in ausreichenden Mengen vorhanden sind, umdie folgenden Bedingungen zu erfüllen: die Summe der Partialdrucke von Kadmium und Quecksilber ist imBereich von 0,05 bis 3 Atm., der Partialdruck von Kadmium ist mindestens 0,1 Atm. wenn der Partlaldruck von Thallium unterhalb 3 χ 10""^ Atm. liegt und der Partialdruck von Thallium ist mindestens 3 χ 10 wenn der Partialdruck von Kadmium weniger als 0,1 Atm. beträgt.

   7. lampe nach Anspruch 5_t dadurch ge kenn ζ e i c hnet , daß die Elemente der Füllung in solchen Mengen vorhanden sind, daß sie bei der Betriebs-

   909884/12Ö4

   temperatur der Lampe von 780° C die folgenden Partial drucke erzeugen: Natrium 0,005 bis 0,35 Atm., Kadmium 0,1 bis 0,6 Atm», Quecksilber· 0,05 bis 1,0 Atm. und Thallium 1 χ 10~⁵ bis 3 χ 10"' Atm,

   8. Lampe nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der Füllung in ausreichenden Mengen vorhanden sind, um bei der Betriebstemperatur der Lampe die folgenden Partial^rucke zu erzeugen: Natrium 0,3 Atm., Thallium4,7 χ 10, Atm., Quecksilber 0,3 Atm. und Kadmium 0,12 Atm.

   9. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Elemente der Füllung in ausreichenden Mengen vorhanden sind, umbei derBetriebstemperatur der Lampe die folgenden Partialdrucke zu erzeugen: Natrium 2 χ 10 Atm., Quecksilber 0,08 bis 0,8 Atm. und Thallium 2 χ 10"⁴ bis 2,5 χ 10~⁵ Atm.

   10. Lampe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i chnet , daß die Elemente der Füllung in der Hülle neben Natrium, Quecksilber und Thallium sind, wobei Quecksilber und Thallium in solchen Konzentrationen vahanden sind, daß ein Teil jedes Bestandteiles der Füllung bei den Betriebstemperaturen unverdampft bleibt und daß sie in ausreichenden Mengen vorhanden sind, umbei den Betriebstemperaturen der Lampe zwischen 750° G und 100O⁰ C die folgenden Partialdrucke zu erzeugen: Natrium 1 χ 10 bis 0,6 Atm», Quecksilber P,05 bis 4 Atm. und Thallium 1 χ 1O~^ Atm. bis 1 χ 10" Atm.

   11» Lampe nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η ζ e ic hne t , daß die Elemente der Füllung in . ausreichenden Mengen vorhanden sind, umbei einer Lampen—

   9 0 9884/1294 ~ BAD original

   betriebstemreratur von ^QOO° C die folgenden Fartialdrucke zu erzeugen: Natrium 0,01 Atm., Thallium 0,0022 Atm. und Quecksilber 0,3 Atm.

   1?. Ternpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben Natrium die Elemente der Füllung Kadmium und Quecksilber sind, wobei Kadmium und Quecksilber in solchen Konzentrationen vorhanden sind, daß ein Teil ,jedes Bestandteiles der Füllung bei den Betriebstemperaturen der Lampe unverdampft bleibt und daß sie iny6usreichenden Mengen vorhanden sind, um bei den Betriebstemperaturen der Lampe die folgenden Partialdrucke zu erzeugen: Natrium 0,01 bis 0,2 Atm., Kadmium 0,10 bis 1,00 Atm. und Quecksilber O, bis 4,0 Atm., wobei weiterhin die Elemente in solchen Fenge vorhanden sind, daß die Summe ihrer Partialdrucke 0,1 Atm. bis 4 Atm beträgt.

   13. lampe nach Anspruch 12, dadurch gekenn-ζ e i c h η et , daß die Elemente der Füllung in ausreichenden Mengen vorhanden sind, um bei den Betriebstemperaturen der Lampe die ^olcenden Partialdrucke zu erzeugen: Natrium 0,015 bis 0,05 Atm., Quecksilber O bis 1,0 Atm. und Kadmium 0,1 bis 0,2S Atm.

   Lampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elemente der Füllung in ausreichenden Pensen vorhanden sind, umbei einer Betriebstemperatur der Lampe von 680° C die folgenden Partialdrucke zu erzeugen: liatrium 0,04 Atm., Kadmium 0,14 Atm. und Quecksilber 0,10 Atm.

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