DE2725297A1 - Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe - Google Patents
HochdruckquecksilberdampfentladungslampeInfo
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- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Description
PHILIPS PATENTVERWALTONa GMBH, Steindamro 94, 2000 Hamburg
Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe
mit einem Entladungsgefäß, an oder in dem Mittel zur Aufrechterhaltung einer Entladung, z.B. Elektroden oder
Hochfrequenzerzeuger, angeordnet sind. Das Entladungsgefäß enthält Quecksilber, mindestens ein Edelgas als Zündgas,
mindestens eines der Halogene Jod, Brom und Chlor, mindestens eines der Metalle Calcium, Strontium, Barium
und Seltene Erden sowie gegebenenfalls Indium, Thallium und/oder Alkalimetalle, wobei diese Metalle ganz oder
teilweise in Form ihrer Halogenide vorliegen und wobei das Entladungsgefäß außerdem mindestens ein Metallhalogenid
enthält, welches imstande ist, mit den Erdalkalimetall- und/oder Seltenerdhalogeniden eine gasförmige Verbindung
zu bilden.
Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen werden in erster Linie für allgemeine Beleuchtungszwecke, z.B. für die
Straßenbeleuchtung, verwendet. Sie enthalten neben Quecksilber und einem Edelgas vorzugsweise Jod als Halogen und
Natrium neben Indium und Thallium als Metalle. Die letztgenannten Metalle werden zur Lichtemission angeregt, während
Quecksilber als Stoßgas zur Erhöhung des Druckes dient, aber an Anregungs- und Ionisationsprozessen praktisch unbeteiligt
ist (Philips Technische Rundschau 29 (1968) 345-354).
Aus der DT-OS 24 22 411 ist eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe
bekannt, die ein Entladungsgefäß aufweist, an oder in dem Mittel zur Aufrechterhaltung der Entladung
angeordnet sind, und das Quecksilber, mindestens ein Edelgas als Zündgas, mindestens eines der Halogene Jod, Brom
und Chlor, mindestens eines der Metalle Natrium, Lithium, Kalium, Caesium, Calcium, Strontium und Barium sowie
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gegebenenfalls Cadmium, Gallium, Indium, Thallium, Zinn, Scandium, Yttrium und Seltene Erden enthält, wobei diese
Metalle ganz oder teilweise in Form ihrer Halogenide vorliegen
und wobei das Entladungsgefäß außerdem mindestens ein leichtflüchtiges Halogenid, vorzugsweise ein Halogenid
des Elementes Aluminium, enthält, welches imstande ist, mit den schwerflüchtigen Alkalimetall- und Erdalkalimetallhalogeniden
eine gasförmige Verbindung zu bilden. Das Entladungsgefäß kann auch zusätzlich noch Halogenide des
dreiwertigen Eisens enthalten. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Lichtausbeute erzielt, ohne daß hierzu die
Wärmebelastung der Gefäßwandung erhöht werden muß. Es wird also eine Lösung für das Problem angegeben, das sich
aus der Schwerflüchtigkeit vor allem der Alkalimetall- und Erdalkalimetallhalogenide ergibt und das darin besteht,
daß sich unter normalen Bedingungen nicht genug Halogenid im Dampfzustand befindet. Durch die Bildung der gasförmigen
Verbindung wird nämlich bei vorgegebener Wandtemperatur eine Erhöhung des effektiven Partialdrucks der schwerflüchtigen
Verbindung erzielt.
Die Auswahl der Metalle, die als Strahler in Hochdruckquecksilberdampf
entladungslampen verwendet werden können, wird Jedoch nach wie vor durch die Schwerflüchtigkeit der entsprechenden
Metallhalogenide beeinträchtigt. Die Dampfdrucke der Halogenide der Erdalkalimetalle (Calcium, Strontium,
Barium) und insbesondere derjenigen Seltenerdmetalle, die bevorzugt Dihalogenide anstelle von Trihalogeniden
bilden (z.B. Samarium, Europium, Ytterbium), sind besonders niedrig, und dies ist bestimmt ein Grund dafür, daß diese
Elemente bisher noch nicht in handelsüblichen Lampen angewendet worden sind, obwohl zu erwarten war, daß sie zum
Teil ausgezeichnete lichttechnische Eigenschaften besitzen.
Aus der FR-PS 14 89 754 ist eine Lampe bekannt, bei der die Schwerflüchtigkeit von Erdalkalimetall- und Seltenerdmetall-
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halogeniden durch Halogenkohlenwasserstoffe, z.B. Äthylenbromid, behoben werden soll, indem sich metallorganische
Verbindungen bilden. Diese Lampe hat den Nachteil, daß sich die organischen Verbindungen bereits bei der ersten
Zündung zersetzen. Dies hat eine Rußbildung zur Folge.
In der US-PS 37 71 009 ist eine elektrische Entladungslampe beschrieben, deren Füllung einen leichtflüchtigen Komplex
der Formel Ln Μχ I, +, enthält, wobei Ln ein Seltenerdmetall,
u.a. auch Samarium, Europium und Ytterbium, M Bor, Aluminium, Gallium und Indium und x = 3 bis 4 bedeuten.
Diese Lampe hat den Nachteil, daß sie eine niedrige Lichtausbeute aufweist. Außerdem führt eine Reaktion von All,
mit der Gefäßwand zu einer Trübung der Wand.
Aus der DT-OS 18 01 834 sind Ultraviolett-Strahler für therapeutische Zwecke mit einem Quecksilberhochdruckentladungsbrenner
bekannt, die Kobaltchlorid oder ein Eisen (II)· halogenid enthalten. Diese Brenner enthalten jedoch weder
Erdalkali- noch Seltenerdhalogenide, so daß keine Komplexbildung auftreten kann. Außerdem emittieren diese Lampen
im wesentlichen blau-violett, während bei der Erfindung sichtbare Strahlung das Wesentliche ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckquecksilberdampf
entladungslampe zu schaffen, mit der die guten lichttechnischen Eigenschaften der Erdalkali- und
Seltenerdhalogenide ausgenutzt werden, ohne daß eine zu hohe Wärmebelastung der Gefäßwandung auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Entladungsgefäß als verbindungsbildende Metallhalogenide
mindestens ein Halogenid des Eisens, Kobalts oder Nickels enthält.
Vorzugsweise enthält das Entladungsgefäß die verbindungsbildenden Halogenide in Mengen von 0,1 bis 10 Mol pro
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Als Seltenerdmetalle enthält das Entladungsgefäß vorzugsweise diejenigen, die bevorzugt Dihalogenide anstelle von
Trihalogeniden bilden, also zweiwertige Seltenerdmetalle, insbesondere Samarium, Europium und/oder Ytterbium.
Kobalt und Nickel werden im zweiwertigen Zustand verwendet, da ohnehin nur dieser Zustand praktisch-technische Bedeutung
hat. Eisen wird vorzugsweise im zweiwertigen Zustand verwendet.
Die erfindungsgemäB erzielte Wirkung wird jedoch auch durch
Zugabe von Eisen (III)-Halogeniden erreicht. Dies ist allerdings ebenfalls auf die Wirkung von Eisen (II)-Halogeniden zurückzuführen, da das dreiwertige Eisen durch
die Lampenmaterialien Quecksilber (Füllung) bzw. Wolfram (Elektroden) zu zweiwertigem Eisen reduziert wird.
Die Erfindung beruht auf thermodynamisehen Überlegungen,
wonach eine Komplexbildung zwischen einer nicht bzw. schwer
flüchtigen Verbindung und einer Verflüchtiger-Spezies zu einer Dampfdruckerhöhung führt, wenn der Verflüchtiger
stabile Dimere bildet und selbst eine flüchtige Verbindung ist. Weiterhin wurde gefunden, daß die Dampfdruckerhöhung
umso größer ist, je weniger flüchtig die nicht bzw. schwer flüchtige Verbindung 1st.
Die Dihalogenide von Eisen, Kobalt und Nickel bilden relativ stabile Dimere und sind von mittlerer Flüchtigkeit. Bei
den Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, wurde gefunden, daß eine Zugabe dieser Verbindungen zu Erdalkalioder Seltenenerd(II)-Halogeniden zu Dampfdruckerhöhungen
um den Faktor 10 bis 50 bei 1000 K führt. Diese Wirkung läßt sich mit der Bildung von 1:2-Komplexen (z.B. CaIp '
2 FeI2) erklären.
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Der erhöhte effektive Dampfdruck führt in Lampen zu einer Erhöhung der Emission der Erdalkali- bzw. der Seltenerdspezies. Positive Auswirkungen wurden für alle möglichen
Halogenidkombinationen (Chlor, Brom, Jod) beobachtet, allerdings wurden die besten Ergebnisse für Chlor-Jod-Gemische
gefunden. Die positiven Wirkungen sind am deutlichsten bei den Calcium-, Strontium-, Ytterbium-Systemen, die ihre
Strahlungseigenschaften zum großen Teil der Emission von Monohalogenidmolekülen (CaX, SrX, YbX, wobei X = Halogen)
verdanken. Besonders interessant ist die intensive grüne Molekularstrahlung, die in Lampen erzeugt wird, die
Ytterbium-Komplexhalogenid-Gemische enthalten.
Die erfindungsgemäßen Systeme können unter sich oder mit anderen Metallhalogeniden, z.B. mit Natrium-, Caesium-,
Lithium-, Indium-, und/oder Thalliumhalogeniden kombiniert werden, um Farbaspekte, Lichtausbeute, elektrische Eigenschaften
usw. zu verbessern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung und mehrerer Beispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochdruckquecksilberdampf
entladungslampe,
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Entladungsgefäßes für eine Lampe nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Entladungsgefäßes.
In Fig. 1 ist 1 das Quarzglas-Entladungsgefäß einer Lampe nach der Erfindung, die während des Betriebes eine Leistung
von ungefähr AOO W aufnimmt. An beiden Enden des Entladungsgefäßes 1 ist je eine Quetschung 2 bzw. 3 ausgebildet, in
die Stromzuführungselemente 4 und 5 eingeschmolzen sind. Diese Stromzuführungselemente sind im Entladungsgefäß mit
Wolframelektroden 6 und 7 verbunden, zwischen denen im Betrieb die Entladung auftritt. Das Entladungsgefäß 1 ist
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in einem evakuierten oder mit Inertgas gefüllten Außenkolben 8, beispielsweise aus Hartglas, angeordnet, der an einem
Ende eine Quetschung 9 aufweist, durch die hindurch Stromzuführungsdrähte 10 und 11 vakuumdicht geführt sind. Die
Stromzuführungsdrähte 10 und 11 sind mit den Stromzuführungselementen
4 und 5 verbunden und dienen gleichzeitig als Stützpole für das Entladungsgefäß. Außerdem sind die
Stromzuführungsdrähte 10 und 11 mit Kontakten eines Lampensockels 12 verbunden. Das Entladungsgefäß nach Fig. 2
ist mit spitzen Elektroden 6 und 7 ausgestattet, während im Entladungsgefäß nach Fig. 3 die Elektroden 6 und 7 gewendelt
sind. Außerdem ist der Innenraum des Entladungsgefäßes nach Fig. 2 oval und der des Gefäßes nach Fig. 3 zylinderförmig
ausgebildet. Die übrigen Bezugszeichen in den Fig. 2 und 3 haben die gleiche Bedeutung wie die in Fig. 1.
In den nachfolgenden Beispielen wurden Entladungsgefäße mit folgenden Dimensionen eingesetzt:
Elektrodenabstand : 40 mm
Innerer Durchmesser : 15,5 mm
Volumen: Fig. 2 : 11,5 cnr
Fig. 3 : 7,3 cm3
Bei den Entladungsgefäßen war es notwendig, den unteren Elektrodenraum mit einem Wärmereflektor (nicht eingezeichnet)
zu versehen, um ihn auf Temperaturen zu bringen, die einer Wandtemperatur von 700 bis 800° C entsprechen.
Alle Lampen haben die Form der Fig. 3 und enthalten zusätzlich zu den Halogeniden 30 mg Quecksilber und 20 Torr
Argon als Startgas. Die Elektroden sind nicht aktiviert. Die Außenwände der Elektrodenräume sind mit Zirkoniumdioxid
beschichtet, um die Temperatur zu erhöhen. Die Lampen wurden in einem evakuierten Außenkolben vertikal gebrannt.
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Beispiele (1) bis (6): Technische Daten von Lampen, die Erdalkali- bzw. Seltenenerd(Il)-Halogenid/Eisen-, Kobaltbzw.
Nickel(II)-Halogenid als Füllung enthalten.
Beispiele (7) und (8): Technische Daten von Lampen, die CaI2/FeCl, bzw. YbI2/FeCl, als Füllung enthalten.
Beispiele (9) bis (16): Technische Daten von Lampen, die Erdalkali- bzw. Seltenenerd(II)-Komplexhalogenid-Systeme
und zusätzliche Metallhalogenide als Füllung enthalten.
In den nachfolgenden Einzelbeispielen sind
die Leistung in Watt
die Stromstärke in Ampere
die Spannung in Volt und
die Lichtausbeute in Lumen pro Watt
angegeben.
(1) 25 mg YbI2, 9,5 mg FeI2
500 W, 3,5 A, 175 V, 50,4 lm/W
(2) 25 mg YbI2, 4 mg FeCl2
500 W, 3,45 A, 175 V, 64,3 lm/W
(3) 25 mg YbI2, 4 mg CoCl2
500 W, 3,85 A, 160 V, 6f,4 lm/W
(4) 25 mg YbI2, 4 mg NiCl2
500 W, 3,90 A, 155 V, 59,4 lm/W
(5) 27 mg CaI2, 6 mg FeCl2
500 W, 2,10 A, 295 V, 61,6 lm/W
PHD 77-064 -8-
809849/0457
(6) 31 mg SrI2, 6 mg FeCl2
500 W, 2,50 A, 240 V, 44,3 lm/W
(7) 17 mg CaI2, 5 mg FeCl,
500 W, 3,00 A, 225 V, 66,0 lm/W
(8) 25 mg YbI2, 5 mg FeCl3
500 W, 3,28 A, 220 V, 63,8 lm/W
(9) 40 mg YbI2, 25 mg NaI, 6 mg FeCl2
500 W, 4,12 A, 145 V, 92,8 lm/W
(10) 25 mg YbI2, 25 mg NaI, 4 mg CoCl2
500 W, 3,94 A, 153 V, 88,7 lm/W
(11) 25 mg EuI2, 25 mg NaI, 4 mg FeCl2
500 W, 3,90 A, 160 V, 74,2 lm/W
(12) 25 mg CaI2, 6 mg TlI, 6 mg FeCl2
500 W, 3,55 A, 166 V, 76,3 lm/W
(13) 25 mg YbI2, 6,5 mg CsCl, 4 mg 500 W, 4,05 A, 138 V, 51,5 lm/W
(14) 40 mg YbI2, 10 mg NaCl, 6 mg FeCl
500 W, 3,68 A, 162 V, 104,7 lm/W
(15) 40 mg YbI2, 10 mg NaCl, 6 mg CoCl2
500 W, 4,27 A, 144 V, 107,2 lm/W
(16) 40 mg YbI2, 25 mg NaI, 15 mg 500 W, 3,63 A, 168 V, 89,5 lm/W
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I- e e r s e i f e
Claims (7)
1.] Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit
einem Entladungsgefäß, an oder in dem Mittel zur Aufrechterhaltung der Entladung angeordnet sind, und das Quecksilber,
mindestens ein Edelgas als Zündgas, mindestens eines der Halogene Jod, Brom und Chlor, mindestens eines der Metalle
Calcium, Strontium, Barium und Seltene Erden sowie gegebenenfalls Indium, Thallium und/oder Alkalimetalle enthält, wobei
diese Metalle ganz oder teilweise in Form ihrer Halogenide vorliegen und wobei das Entladungsgefäß außerdem mindestens
ein Metallhalogenid enthält, welches imstande ist, mit den Erdalkalimetall- und/oder Seltenerdhalogeniden eine gasförmige
Verbindung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) als verbindungsbildende Metallhalogenide
mindestens ein Halogenid des Eisens, Kobalts oder Nickels enthält.
2. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß
(1) die verbindungsbildenden Halogenide in Mengen von 0,1 bis 10 Mol pro Mol der Erdalkalimetall- bzw. Seltenerdhalogenide
enthält.
3. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß
(1) zweiwertige Seltenerdmetalle enthält.
4. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß
(1) Samarium, Europium und/oder Ytterbium enthält.
5. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß
(1) zweiwertiges Eisen, Kobalt und/oder Nickel enthält.
PHD 77-064 809849/0457
ORIGINAL INSPECTED
6. Hochdrucknuecksil'ueidampfentladungslampe nach
Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) dreiwertiges Eisen enthält.
7. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß
(1) Chlor und Jod enthält.
PHD 77-064
fr
809849/0457
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