DE2301465A1

DE2301465A1 - Elektrische entladungslampe

Info

Publication number: DE2301465A1
Application number: DE2301465A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Scott; Arthur Samuel Vause
Original assignee: Thorn Electrical Industries Ltd
Current assignee: EMI Group Ltd
Priority date: 1972-01-13
Filing date: 1973-01-12
Publication date: 1973-07-19
Also published as: JPS4881375A; ZA73154B; CA982646A; AU5107173A; AU476172B2; GB1423981A

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Entladungslampen, insbesondere sogenannte "Hochdruck"-Entladungslampen, die ein Entladungsrohr aus Quarzglas oder Keramik aufweisen, das in einen aussenliegenden Kolben eingeschlossen ist.

Es ist bei derartigen Lampen bekannt, an jedem Ende des Entladungsrohres eine Elektrode einzulassen, durch die aus einer Stromquelle Elektrizität in die Entladung fließt und die den Stromfluß durch die Entladung erleichert, weil sie in besonderem Maße Elektronen zu emittieren vermag. Derartige Elektroden werden normalerweise aus Wolfram oder anderen hochschmelzenden Metallen

Telegr.-Adr.: ELPATENT-

■ Augsburg · *" PSsRHiRkliSnfo /JtOnftenUMlO

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hergestellt und sind häufig mit Oberflächenbeschichtungen versehen, oder enthalten Einschlüsse, die aus Elektronen emittierendem Material, etwa Erdalkalioxiden oder -aluminaten, bestehen.

Es ist ferner bekannt, daß in derartigen Hochdruckentladungslampen neben Quecksilber auch metallisches Natrium enthalten sein kann, wobei der Quecksilberpartialdruck

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bei etwa 2 kg/cm und der Natriumpartialdruck bei etwa 0,5 kg/cm liegt, so daß als Hauptstrahlung die des Elements Natrium auftritt, das Strahlung vor allem beiderseits der Resonanzlinien bei 589,0 nm und 589,6 nm abgibt, während die Resonanzlinienstrahlung teilweise oder vollständig absorbiert wird. Ferner ist es bekannt, in Entladungsröhren neben Quecksilber Halogene anderer Metalle, beispielsweise von Aluminium, "Disprosium", Gallium, Indium, Scandium, Natrium, Thallium, Thorium oder Zinn zu verwenden, die charakteristische zusätzliche Strahlungsanteile zu der Lichtausbeute der Lampe neben der Quecksilberstrahlung liefern.

Die Zusätze werden in die auf Quecksilber und Metallhalogenen basierenden Lampen auf ganz unterschiedliche Weise eingeführt. Beispielsweise können die Metallsalze volumen- oder gewichtsmässig zugeteilt und in die Lampe durch ein Anschlußrohr eingeführt werden, und zwar kann das in einer der verschiedenen Arbeitsphasen während der Herstellung der Lampe nach dem Verschliessen der Rohrenden und dem Einsetzen der Kathoden geschehen.

Ferner werden das Natrium und das Quecksilber in die Natriumhochdrucklampe gewichtsmässig oder volumenmässig entweder je für sich oder als Amalgam eingeführt.

Die für derartige Entladungslampen verwendeten Elektroden

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werden im allgemeinen nach einer von zwei Methoden hergestellt. Die eine Methode ist das Herstellen von Formstücken und aus Konstruktionen aus Drähten oder Blechen aus Wolfram oder Wolframlegierung mit anschliessendem Imprägnieren oder Beschichten der Teile mit Materialien, die Elektronen emittieren. Nach der zweiten Methode werden die Teile nach den Verfahren der Pulvermetallurgie mit Wolfram oder anderen hochschmelzenden Metallen hergestellt. Die emittierenden Substanzen für die Verwendung in Entladungslampen werden entweder durch Oberflächenbeschxchtung aufgebracht oder werden in das Material dieser Formstücke eingebettet.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Entladungsgefässes ein Formstück vorgesehen ist, das eine Quelle für mindestens ein Halogen, Metall oder Metallsalz enthält und in der Lage ist, nach einer weiteren Behandlung diese Substanz direkt oder infolge einer chemischen Reaktion in das Entladungsgehäuse abzugeben. Die Freisetzung oder die chemische Reaktion kann durch Erhitzung, durch Auftreten einer Entladung oder durch die Wechselwirkung mit anderen in dem Entladungsraum enthaltenen Substanzen hervorgerufen werden« Die erzeugten Substanzen können dazu dienen, den EntladungsCharakter zu beeinflussen, wie es beispielsweise oben für Natriumhochdruck- und Metallhalogenhochdruckentladungslampen beschrieben ist, oder Verunreinigung oder unerwünschte Gase oder Eämpfe in dem Entladungsraum zu gettern oder auch beiden Zwecken gleichzeitig zu dienen. Handelt es sich bei dem Formstück um eine Elektrode, laufen diese Funktionen neben den anderen Funktionen des Formstücks ab und verbessern die Elektronenemission in der Lampe.

Das erfindungsgemässe Formstück weist einen Träger oder eine Unterlage auf, die aus Wolfram oder einem anderen

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hochschmelzenden Metall besteht und vorzugsweise nach einem.Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt ist; der Träger kann in einigen Fällen als Elektrode für die Lampe oder auch ausschließlich als Träger oder Unterlage für die erwähnten Ausgangsstoffe für die einzuführenden Substanzen verwendet werden.

Einige der hier einsetzbaren halogenbildenden Stoffe sind hygroskopisch, beispielsweise das Natriumiodid, und es ist bekannt, daß Feuchtigkeit den Entladungsvorgang beeinträchtigt. Diese Stoffe müssen daher vor dem Einfluß der näiürlichen Atmosphäre oder der während der Lampenherstellung einwirkenden Arten von Atmosphäre geschützt werden. Das läßt sich durch geeignete Formgebung des hochschmelzenden Formstücks erreichen.

Die in dem Formstück enthaltenen Ausgangsstoffe oder Substanzen, einschließlich der Elektronen emittierenden Stoffe, können in bestimmter Weise in dem Träger oder auf der Unterlage aus hochschmelzendem Material verteilt sein, sie können aber auch in bestimmten Bereichen in einem Abschnitt des Formstücks aus hochschmelzendem Material untergebracht sein.

Das Wesen der Erfindung läßt sich leichter an den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutern, die folgendes' darstellen:

Fig» 1 ein Formstück aus hochschmelzendem Material, gemäß unserer Britischen Patentschrift 1 2 94 38 3, hergerichtet zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Beispiel für ein erfindungsgemässes Formstück nach der Erfindung, bestehend aus hochschmelzendem

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Draht;

Fig. 3 und 4 zwei Beispiele für nach pulvermetallurgischen Methoden hergestellte hochschmelzenden Formstücke, die dem Erfindungszweck dienen;

Fig. 5 eine typische Entladungslampe, bei der die Erfindung eingesetzt werden kann.

Bei allen gezeichneten Formstücken wird ein Wolfram- oder Molybdänstab als Tragelement und als Mittel für den Anschluß der Elektrode durch die Dichtungen des Entladungsrohres an die Stromversorgung verwendet.

Das in Fig. 1 wiedergegebene Formstück weist ein Blech aus hochschmelzendem Metall oder eine Wolframfolie 10 auf, die um einen Wolfram- oder Molybdänstab 11 überlappend gewickelt und durch eine darüber gelegte Wicklung aus Wolframdraht 10a festgehalten wird. In einem durch das Formstück gebildeten Hohlraum 12 ist eine halogenbildende Substanz, ein Metall oder ein Metallhalogenid, beispielsweise Natriumjodid oder Quecksilberjodid in Kapsel- oder Tablettenform 13 untergebracht. Die Tablette 13 kann auch Elektronen emittierende Substanzen, beispielsweise Erdalkalioxide oder die in der Britischen Patentschrift 1 137 124 angegebenen Substanzen, enthalten, oder die Substanzen können zu einer selbständigen Tablette 14 geformt sein.

Das Formstück nach Fig. 2 zeigt eine Wicklung aus Wolframdraht 20, der um einen Wolfram- oder Molybdänstab 21 gewickelt ist, so daß ein Hohlraum 22 entsteht, in dem eine oder mehrere Tabletten 23 untergebracht sind, wie im vorhergehenden Ab-

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satz beschrieben.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Formstücke weisen eine Wolframsxntermetallmatrix auf, die von einem Wolfram- oder Molybdänstab getragen wird. Die von dem Stab 31 getragene Matrix 30, weist Hohlräume 32 bzw, 35 auf, in denen Tabletten aus halogenbildendem Material 33, beispielsweise Natrium j odid, enthalten sind, bzw. Elektronen emittierendes Material 34·. Der das Natriumiodid enthaltende Raum kann durch ein gesintertes hochschmelzendes Bauteil 36 verschlossen werden, das die Substanz vor atmosphärischen Einflüssen schützt und die Abgabe des Materials während der Erhitzung oder des Ionen- oder Elektronenbeschusses steuert.

Die Steuerung der Abg· be der aktiven Substanz aus dem Ausgangsstoff kann auch durch die physikalischen Eigenschaften des Stoffs begründet sein. Zum Beispiel kann man einen Stoff wählen, der einen hohen Siedepunkt und hohe Zersetzungstemperatur besitzt, etwa Bariumjodid, das durch die während der Herstellung der Lampe auftretenden Temperaturen praktisch nicht beeinflußt wird, das aber, wenn es anschliessend auf an sich bekannte Weise absichtlich auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, als Halogen liefernde Substanz wirkt.

Es ist möglich, in einer einzigen Tablette abgebende Substanz und emittierende Substanz zusammenzufassen; man kann aber auch Tabletten beider Arten in ein und denselben Hohlraum oder in jeweils eigene Hohlräume bringen.

Gemäß Fig. 4 sind eine abgebende Substanz 43 und eine emittierende Substanz 44 in bestimmter Form in bevorzugten Bereichen einer hochschmelzenden Matrix 40 untergebracht, die von dem Stab 41 getragen wird. Natürlich können die Substanzen innerhalb der gesamten Matrix oder nur in Teilen der Matrix verteilt sein und man kann sie getrennt oder als

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Mischsubstanz einbringen«

Nach der Herstellung der Lampe, nachdem das Entladungsrohr von Luft praktisch entleert ist und Edelgas und Quecksilbermetall eingeführt sind und das Entladungsrohr gegen die Atmosphäre abgedichtet ist, kann man das Entladungsrohr entweder für sich oder eingeschlossen in seine äussere Umhüllung betreiben und dadurch vor dem normalen Gebrauch der Lampe altern. Während dieses Vorgangs oder auf andere Weise, etwa durch elektrische Induktionsheizung oder durch Erhitzen der Elektroden durch Stromübergang zwischen den Elektroden werden die Substanzen - beispielsweise durch Verdampfen oder Zerstäuben - aus dem Formstück in den Entladungsraum transportiert, damit sie dort die Entladung oder die Strahlungsaussendung beeinflussen können »

Die fertiggestellte Lampe kann im Aufbau der Fig. 5 entsprechen. Die Lampe weist ein Lichtbogen- oder Entladungsrohr 50 auf, das eine Gasfüllung enthält und mit Elektroden 51 versehen ist, die von Zuführungsdrähten 5 2 getragen wird, die durch die Druckdichtung des Rohrs geführt sind. In dem Rohr befindet sich ausserdem eine zusätzliche Zündelektrode 5 3. Mindestens eine der Elektroden 51 kann als erfxndungsgemässes Formstück ausgeführt sein. Das Lichtbogenrohr 50 wird in einem Aussenkolben gehaltert, der in der gezeichneten üblichen Weise in einem Sockel 55 sitzt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann das abgebende Formstück von den Elektroden entfernt werden und für sich in an sich bekannter Weise oder durch Einleiten eines Stroms in das abgebende Formstück von einer der beiden Elektroden aus geheizt werden, um die Zusätze von

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dem Formstück zu entfernen und sie in den Entladungsraum zu überführen.

Die oben beschriebenen, Halogen erzeugenden Substanzen, Metalle oder Metallhalogenide sowie die Elektronen emittierenden Substanzen, gleichgültig ob in Tabletten- oder Partikelform vorliegend, können ebenfalls mit hochschmelzenden Metallen oder Oxiden vermischt oder von hochschmelzenden Metallen oder Oxiden, beispielsweise von Wolfram, als einer die Abgabe während des Erhitzens oder des Ionenoder Elektronenbeschusses steuernden Einrichtung umgeben werden.

Patentansprüche;

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Claims

P a tentansprüche

ί 1,/Elektrische Entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Entladungsgefässes (50) ein Formstück vorgesehen ist, das eine Quelle für mindestens ein Halogen, Metall oder Metallsalz enthält und in der Lage ist, nach einer weiteren Behandlung diese Substanz direkt oder infolge einer chemischen Reaktion in das Entladungsgehäuse abzugeben.
2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück einen Träger oder eine Unterlage (10, 20, 30, 40) aus hochschmelzendem Metall und eine Halogenquelle (13, 23, 33, 43), Metall oder Metallsalz in dem Träger (10, 20, 30, 40) umfaßt.
3. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus hochschmelzendem Metall eine Sinterstruktur besitzt.
4. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10, 20, 30, 40) mit Draht aus hochschmelzendem Metall hergestellt ist.
5. Elektrische Entladungslampe, nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgebende Substanz von

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einer Schicht aus gesintertem hochschmelzendem Metall bedeckt ist.
6, Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen der abgebenden Substanz (4 3) in dem hochschmelzenden Metall (40) verteilt sind.
7. Elektrische Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück die eine Elektrode der Lampe darstellt.
8. Elektrode für eine Entladungslampe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Träger oder eine Unterlage aus hochschmelzendem Metall und eine darin angeordnete Halogenquelle, Metall oder Metallsalz.
9, Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück ausserdem eine Elektronen emittierende Substanz (14, 24, 34, 44) enthält.
10, Elektrische Entladungslampe oder Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgabematerial ein Metallhalogen benutzt wird.
11. Verfahren zum Einführen eines Zusatzes in die Füllung

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einer elektrischen Entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle für das Zusatzmaterial, die dieses entweder unmittelbar oder durch eine chemische Reaktion in das Entladungsgefäß freizusetzen vermag, in ein Trägerformstück aus hochschmelzendem Metall eingeschlossen ist, und daß das Formstück während des Herstellungsvorgangs in die Lampe eingebaut wird und anschliessend eine Behandlung erfährt, durch die das Zusatzmaterial freigesetzt wird.

12, Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück zum Freisetzen des Zusatzmaterials erhitzt wird.

13, Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial freigesetzt wird, indem das Formstück einer in dem Entladungsgehäuse erzeugten Entladung ausgesetzt wird.

14, Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das aus hochschmelzendem Metall bestehende Formstück nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird.

15, Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück an einen Stromleiter angeschlossen ist, der durch die Dichtung des Entladungs-

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gehäuses geführt ist, wodurch das Formstück als eine der Elektroden der Lampe verwendbar ist.

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