DE7232808U

DE7232808U - VAPOR DISCHARGE LAMP

Info

Publication number: DE7232808U
Application number: DE19727232808U
Authority: DE
Original assignee: Thorn Electrical Industries Ltd
Current assignee: EMI Group Ltd
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1972-11-30
Also published as: GB1330214A; NL7212050A; FR2152721A1; AU4644472A; ZA725144B; DE2243663A1

Description

Die Erfindung betrifft Dampfentladungslampen und Lichtquellen.The invention relates to vapor discharge lamps and light sources.

In Metalldampf- oder Metallverbindungsdampf-Entladungslampen kann ein beträchtlicher Anteil (beispielsweise mehr als 5%) der der Lampe zugeführten Energie als "Resonanzstrahlung" abgestrahlt werden. Eine Resonanzstrahlung findet statt, wenn durch eine Kollision zwischen einem Atom und einem Elektron von geeigneter Energie eine Anregung des Atoms verursacht worden ist. Eine solche Kollision führt dazu, dass ein äusseres Elektron in dem Atom vom Grundzustand auf ein höheres Energieniveau gebracht wird und wenn das angeregte Atom nachfolgend unmittelbar in den Grundzustand fällt, kann eine Resonanzstrahlung emittiert werden.In metal vapor or metal compound vapor discharge lamps, a considerable proportion (for example more than 5%) of the energy supplied to the lamp can be emitted as "resonance radiation". Resonance radiation takes place when an excitation of the atom has been caused by a collision between an atom and an electron of suitable energy. Such a collision leads to the fact that an external electron in the atom is brought from the ground state to a higher energy level and if the excited atom follows falls directly into the ground state, resonance radiation can be emitted.

In Lampen, in welchen ein Überschuss des Metalls bzw. der Metallverbindung vorhanden ist, ist es wichtig, dass der Überschuss des Metalls bzw. der Metallverbindung auf einer Temperatur gehalten wird, welche sicherstellt, dass das Metall bzw. die Metallverbindung im Entladungsbereich die optimale Dampfdichte hat. Jeder kühle Teil der Lampe wirkt natürlich als "Senke", zu welcher der Dampf bevorzugt wandert. Hierdurch wird die Dampfdichte im Entladungsbereich wirksam beschränkt und eine Steuerung des Wirkungsgrades der Lampe ausgeübt.In lamps in which there is an excess of the metal or the metal compound, it is important that the excess of the metal or the metal compound is kept at a temperature which ensures that the metal or the metal compound in the discharge area has the optimum vapor density Has. Every cool part of the lamp naturally acts as a "sink" to which the steam prefers to travel. This effectively limits the vapor density in the discharge area and controls the efficiency of the lamp.

Die kühleren Teile von Entladungslampen sind in den Räumen hinter den Entladungselektroden und bei einer geradlinigen Lampe zwischen den Spitzen der Elektroden und den benachbarten Enden der Bogenentladungsröhre zu finden. Diese Endräume nehmen etwas Wärme bei allen Entladungslampen durch Leitung längs der Elektroden und der Röhrenwandung auf, sowie durch Leitung und Konvektion durch die in der Röhre enthaltenen Gase. In Lampen, bei welchen beträchtliche Anteile der Eingangsleistung als Resonanzstrahlung auftreten, besteht eine der Hauptquellen der Erwärmung der Endräume in der Absorption und Reemission der Resonanzstrahlung in diesen. Trotz dieser Wege, über welche die erwähnten Endräume Wärme aufnehmen, bleiben ihre Temperaturen niedriger als die Temperatur innerhalb des Entladungsraumes.The cooler parts of discharge lamps are found in the spaces behind the discharge electrodes and, in the case of a straight lamp, between the tips of the electrodes and the adjacent ends of the arc tube. With all discharge lamps, these end spaces absorb some heat by conduction along the electrodes and the tube wall, as well as by conduction and convection through the gases contained in the tube. In lamps in which considerable proportions of the input power occur as resonance radiation, one of the main sources of heating of the end spaces is the absorption and re-emission of the resonance radiation in them. Despite these ways in which the mentioned end spaces absorb heat, their temperatures remain lower than the temperature within the discharge space.

Wenn den Endräumen zusätzliche Wärme zugeführt werden könnte, würde dies wünschenswert sein. Zur erhöhten Wärmeaufnahme durch die Endräume sollte es entweder möglich sein, Lampen, die für eine gegebene Eingangswattleistung gebaut sind, mit einer niedrigeren Wattleistung zu betreiben, oder Lampen zu bauen, die bei einer niedrigeren Wattleistung, als es bisher möglich war, betriebsfähig sind.If additional heat could be added to the end spaces it would be desirable. For increased heat absorption through the end spaces it should be possible either to operate lamps that are designed for a given input wattage at a lower wattage, or to build lamps that are operable at a lower wattage than has hitherto been possible.

Durch die Erfindung wird eine Dampfentladungslampe angegeben, die eine lichtaussendende Bogenentladungskammer besitzt, welche mit Elektronenabgabe-Elektroden versehen ist und ein Metall bzw. eine Metallverbindung enthält, deren Dampf im Betrieb eine Bogenentladung unterhält, welche eine Resonanzstrahlung zwischen den Elektroden emittiert, und Reflektorelemente ausserhalb der Kammer, die so mit Bezug auf diese angeordnet sind, dass ein Anteil der Resonanzstrahlung aus dem Entladungsbereich aufgefangen und die aufgefangene Strahlung zu einem elektrodennahen Raum innerhalb der Kammer reflektiert wird, welcher Raum ausserhalb des Entladungsbereiches liegt.The invention specifies a vapor discharge lamp which has a light-emitting arc discharge chamber, which is provided with electron-emitting electrodes and contains a metal or a metal compound, the vapor of which maintains an arc discharge during operation, which emits resonance radiation between the electrodes, and reflector elements outside the Chamber which are arranged with reference to this that a portion of the resonance radiation from the discharge area is collected and the collected radiation is reflected to a space within the chamber close to the electrodes, which space is outside the discharge area.

Die Reflektorelemente können mit der Bogenentladungskammer zusammengebaut werden, in welchem Falle sie einen Teil einer Lichtquelle oder Lampe zur Verwendung einer geeigneten Halterung bilden. Gegebenenfalls können die Reflektorelemente einen Teil eines Beleuchtungskörpers bilden, der so ausgebildet ist, dass er eine geeignete Lichtbogenlampe als Lichtquelle aufnehmen kann.The reflector elements can be assembled with the arc discharge chamber, in which case they form part of a light source or lamp for the use of a suitable holder. If necessary, the reflector elements can form part of a lighting fixture which is designed in such a way that it can accommodate a suitable arc lamp as a light source.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Reflektorelemente mit der Bogenentladungskammer zusammengebaut. Die Bogenentladungskammer ist eine langgestreckte gerade Röhre mit je einer nach innen ragenden Elektrode an jedem Ende. Für den Betrieb mit Wechselstrom werden zwei Reflektorelemente verwendet, von denen jedes durch eineIn a preferred embodiment of the invention, the reflector elements are assembled with the arc discharge chamber. The arc chamber is an elongated straight tube with an inwardly protruding electrode at each end. For operation with alternating current, two reflector elements are used, each of which through a

Reflektorschale gebildet wird, welche sich benachbart an den Enden der Röhre befinden, um die Strahlung zu den beiden Endräumen zu reflektieren. Für den Betrieb mit Gleichstrom braucht nur der eine Endraum erwärmt zu werden, so dass nur eine Reflektorschale erforderlich ist. Die Bogenentladungsröhre und die Reflektorschalen sind von einem evakuierten Mantel eingeschlossen. Bei dieser Ausführungsform reflektieren die Reflektorschalen die Resonanzstrahlung in Richtung zu den Endräumen der Bogenentladungsröhre, d.h. zu den Räumen zwischen den Enden der Röhre und den Spitzen der zugeordneten, nach innen ragenden Elektroden. Wenn die Lampe eine gedrängtere Bauform haben soll, kann die Bogenentladungsröhre U-förmig sein. In diesem Falle sind die die Elektroden enthaltenden Röhrenenden einander benachbart, so dass es möglich ist, nur einen einzigen im wesentlichen schalenförmigen Reflektor zu verwenden.Reflector cup is formed, which are located adjacent to the ends of the tube to reflect the radiation to the two end spaces. For operation with direct current, only one end space needs to be heated, so that only one reflector shell is required. The arc tube and reflector cups are enclosed by an evacuated jacket. In this embodiment, the reflector shells reflect the resonance radiation in the direction of the end spaces of the arc discharge tube, i.e. the spaces between the ends of the tube and the tips of the associated inwardly protruding electrodes. If the lamp is to have a compact design, the arc tube can be U-shaped. In this case, the tube ends containing the electrodes are adjacent to one another, so that it is possible to use only a single, essentially bowl-shaped reflector.

Die Reflektorelemente sollen vorzugsweise an einer Stelle vorgesehen werden, an welcher sie eine geringstmögliche Behinderung der nutzbaren Beleuchtungsleistung der Lichtquelle darstellen. Die Strahlung, die sich in Richtungen fortpflanzt, die nicht zur nutzbaren Leuchtleistung der Lichtquelle beiträgt, und gewöhnlich verloren geht, soll daher einen grossen Teil der Resonanzstrahlung bilden, welche durch die Reflektorelemente aufgefangen wird. Die durch die Reflektorelemente aufgefangene Strahlung ist daher diejenige, die am leichtesten eingespart werden kann, ohne dass die nutzbare Leuchtleistung, die aus der Lichtquelle erzielbar ist, wesentlich herabgesetzt wird.The reflector elements should preferably be provided at a point at which they represent the least possible hindrance to the usable lighting power of the light source. The radiation which is propagated in directions which do not contribute to the usable luminous power of the light source and which is usually lost should therefore form a large part of the resonance radiation which is picked up by the reflector elements. The radiation captured by the reflector elements is therefore that which can be saved most easily without the usable luminous power that can be achieved from the light source being significantly reduced.

Die Reflektoren können im wesentlichen unselektiv sein, z.B. metallisch oder vom Typ mit selektiver Streifeninterferenz. Wenn die Bogenentladung eine Resonanzstrahlung im sichtbarenThe reflectors can be essentially non-selective, e.g., metallic or of the selective fringe interference type. When the arc discharge is a resonance radiation in the visible

Bereich des Spektrums erzeugt, können die Reflektorelemente unselektive metallische Flächen sein. Wenn die Bogenentladung stark im infraroten Bereich des Spektrums emittiert, kann eine Reflektionsfläche vom
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mit selektiver Streifeninterferenz verwendet werden. Eine geeignete Reflektionsfläche ist zweifarbig und so geschaffen, dass sie den infraroten Teil stark reflektiert, während sie sichtbares Licht mit geringstmöglicher
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hindurchtreten lässt.Generated region of the spectrum, the reflector elements can be unselective metallic surfaces. If the arc discharge emits strongly in the infrared region of the spectrum, a reflective surface can be seen from the
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can be used with selective fringe interference. A suitable reflection surface is two-colored and created in such a way that it reflects the infrared part strongly, while leaving visible light with the least possible
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can pass through.

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dargestellt ist.
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is shown.

Die dargestellte Lampe 10 besteht aus einer Bogenentladungskammer, im vorliegenden Falle aus einer Röhre 11, in welcher die Entladung stattfindet, zwei konkaven Schalenreflektoren 12 und aus einem äußeren Kolben oder Mantel 13. Der Mantel 13 ist
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herkömmlicher Art, damit die Lampe 10 in eine Fassung eingesetzt und elektrische Energie von einer äußeren Quelle über die Fassung aufnehmen kann.The lamp 10 shown consists of an arc discharge chamber, in the present case a tube 11 in which the discharge takes place, two concave cup reflectors 12 and an outer bulb or jacket 13. The jacket 13 is
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conventional to enable lamp 10 to be inserted into a socket and to receive electrical energy from an external source through the socket.

Die Bogenentladungsröhre 11 der Lampe 10 ist eine gerade langgestreckte Röhre, die aus einem durchscheinenden, gesinterten Aluminiumoxidkeramikmaterial hergestellt ist. Die Röhre 11 ist an ihren Enden durch Kappen 16 und 17 abgeschlossen und abgedichtet, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus
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The arc tube 11 of the lamp 10 is a straight elongated tube made of a translucent, sintered alumina ceramic material. The tube 11 is closed and sealed at its ends by caps 16 and 17, which in the illustrated embodiment
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Dosieren kann Natrium, Xenon als Startgas und Quecksilber als Puffergas eingeleitet werden, bevor die Absaugröhre 18 endgültig abgeschlossen wird.Dosing sodium, xenon as starting gas and mercury as buffer gas can be introduced before the suction tube 18 is finally closed.

Jede Kappe 16, 17 ist mit einer Elektrode 20 versehen, die mit ihrer Kappe verschweisst oder hartgelötet werden kann. Die Elektroden 20 bestehen aus Wolframdrahtstiften, die sich axial in die Bogenentladungsröhre 11 erstrecken und dichtsitzende Wolframdrahtspulen in der Nähe ihrer freien Enden tragen. Die Spulen 21 können mit einer bei niedriger Temperatur Elektronen emittierenden Verbindung beschichtet oder imprägniert werden, beispielsweise mit einem Gemisch aus Oxiden von Erdalkali-Elementen. Die Elektroden 20 sind mittels der Kappen 16 und 17 mit der Endkappe 15 durch nichtgezeigte Leiter verbunden.Each cap 16, 17 is provided with an electrode 20 which can be welded or brazed to its cap. The electrodes 20 consist of tungsten wire pins which extend axially into the arc tube 11 and support tightly fitting tungsten wire coils near their free ends. The coils 21 can be coated or impregnated with a compound that emits electrons at a low temperature, for example with a mixture of oxides of alkaline earth elements. The electrodes 20 are connected to the end cap 15 by means of the caps 16 and 17 by conductors (not shown).

Die konkaven schalenförmigen Reflektoren 12 sind innerhalb des Mantels 13 benachbart den Enden der Bogenentladungsröhre 11 angeordnet. Die Reflektoren 12 sind aus Metall von einer teilellipsoiden Form hergestellt und unmittelbar an den Kappen 16, 17 angebracht, die auf der Längsachse der Bogenentladungsröhre 11 zentriert sind. Die Reflektoren 12 fangen je einen verhältnismässig schmalen Kegel der Resonanzstrahlung auf, die innerhalb der Bogenentladungsröhre 11 erzeugt wird, wie durch die Strahlen 24 und 25 in der Zeichnung angegeben. Die Anordnung ist so getroffen, dass der Reflektor 12 die aufgefangene Resonanzstrahlung zur Längsachse der Bogenentladungsröhre 11 sammelt, um die reflektierte Strahlung in die Räume hinter den Elektroden 20 zu konzentrieren. Diese Räume sind zwischen den freien Enden der Elektroden 20 und in diesen benachbarten Kappen 16 und 17 angeordnet. Die Wirkung der Konzentration der reflektierten Strahlung in die erwähnten Räume besteht darin, dass die Erwärmung dieser Räume unterstützt wird. Bei der Gestaltung der Lampe 10 wird der Form des Beleuchtungskörpers (nicht gezeigt) Rechnung getragen, mit dem die Lampe verwendet werden soll. Die Reflektoren 12 sind so angeordnet, dass die Strahlung ausgenutzt wird, die sonst verloren gehen würde, d.h. nicht durch den Beleuchtungskörper projiziert werden würde. Ihre Stellungen sind ferner so gewählt, dass eine Behinderung der nutzbaren Lichtausbeute der Lampe 10, d.h. des durch den Beleuchtungskörper projizierten Lichtes, so gering wie möglich ist.The concave, bowl-shaped reflectors 12 are arranged within the jacket 13 adjacent to the ends of the arc discharge tube 11. The reflectors 12 are made of metal of a partially ellipsoidal shape and are attached directly to the caps 16, 17 which are centered on the longitudinal axis of the arc tube 11. The reflectors 12 each collect a relatively narrow cone of the resonance radiation that is generated within the arc tube 11, as indicated by the rays 24 and 25 in the drawing. The arrangement is such that the reflector 12 collects the captured resonance radiation to the longitudinal axis of the arc discharge tube 11 in order to concentrate the reflected radiation into the spaces behind the electrodes 20. These spaces are arranged between the free ends of the electrodes 20 and in these adjacent caps 16 and 17. The effect of the concentration of reflected radiation in the rooms mentioned consists in that the heating of these rooms is supported. In designing the lamp 10, account is taken of the shape of the lighting fixture (not shown) with which the lamp is to be used. The reflectors 12 are arranged to take advantage of the radiation which would otherwise be lost, i.e. not projected through the lighting fixture. Their positions are also chosen so that an impairment of the usable light yield of the lamp 10, i.e. the light projected by the lighting fixture, is as small as possible.

Nach dem Dosieren der Bogenentladungsröhre 11 und dem Einsetzen der Reflektoren 12 wird die Lampe durch den Einbau in den Mantel 13 und die Herstellung der notwendigen elektrischen Verbindungen mit der Endkappe 15 vervollständigt. Der Mantel 13 wird evakuiert und verschlossen, um eine geregelte Wärmebeziehung zwischen der Bogenentladungsröhre 11 und der Umgebung der Lampe 10 aufrecht zu erhalten, bei welcher der Wärmeverlust aus der Lampe 10 auf ein Mindestmass herabgesetzt ist.After dosing the arc tube 11 and inserting the reflectors 12, the lamp is completed by installing it in the jacket 13 and making the necessary electrical connections to the end cap 15. The jacket 13 is evacuated and closed in order to maintain a regulated thermal relationship between the arc discharge tube 11 and the surroundings of the lamp 10, in which the heat loss from the lamp 10 is reduced to a minimum.

Obwohl die beschriebene Ausführungsform Reflektoren 12 innerhalb des Mantels 13 und daher mit der Lampe 10 als solche festverbunden aufweist, können die Reflektoren natürlich in den Beleuchtungskörper eingebaut werden, der zur Verwendung mit der Lampe 10 bestimmt ist.Although the embodiment described has reflectors 12 within the envelope 13 and therefore firmly connected to the lamp 10 as such, the reflectors can of course be built into the lighting fixture intended for use with the lamp 10.

Es können auch andere Alkalimetalle gewählt werden, wenn eine unsichtbare Resonanzstrahlung der Lampe gefordert wird. Wenn die Hauptresonanzspektrallinien bzw. -streifen des gewählten Metalles im Infrarotbereich auftreten, wird ein Interferenz- oder Zweifarbenreflektor den vorangehend beschriebenen metallischen bevorzugt. Ein solcher Reflektor ist so ausgebildet, dass er sichtbares Licht mit geringstmöglicher Dämpfung hindurchtreten lässt, jedoch eine Infrarotstrahlung stark reflektiert. Gegebenenfalls können die metallischen Elemente innerhalb der Röhre 11 so gewählt werden, dass die Lichtausbeute reich an ultraviolettem Licht ist. In diesem Falle kann der Reflektor bzw. können die Reflektoren aus Metall sein, obwohl es vorzuziehen sein kann, Reflektoren zu verwenden, welche dichroitische Überzüge haben, die ultraviolettes Licht durchlassen und Licht von grösseren Wellenlängen reflektieren.Other alkali metals can also be selected if invisible resonance radiation from the lamp is required. If the main resonance spectral lines or strips of the selected metal occur in the infrared range, an interference or two-color reflector is preferred to the metallic one described above. Such a reflector is designed so that it allows visible light to pass through with the least possible attenuation, but strongly reflects infrared radiation. If necessary, the metallic elements within the tube 11 can be selected so that the light yield is rich in ultraviolet light. In this case the reflector or reflectors can be made of metal, although it may be preferable to use reflectors which have dichroic coatings that transmit ultraviolet light and reflect light of greater wavelengths.

Für manche Zwecke kann die Bogenentladungsröhre 11 aus Quarzglas hergestellt werden und die Füllung kann aus einem Metallhalogenid oder -halogeniden oder aus anderen Metallverbindungen bestehen.For some purposes, the arc tube 11 can be made of quartz glass and the filling can consist of a metal halide or halides or of other metal compounds.

Die vorangehend beschriebene Lampe 10 ist für den Betrieb an einem Wechselstromnetz bestimmt. Die Lampe kann jedoch auch für den Betrieb mit einer geeigneten Gleichstromquelle vorgesehen werden, in welchem Falle nur das eine Ende ihrer Bogenentladungsröhre einen Reflektor für die Resonanzstrahlung zu haben braucht.The lamp 10 described above is intended for operation on an alternating current network. However, the lamp can also be provided for operation with a suitable direct current source, in which case only one end of its arc discharge tube needs to have a reflector for the resonance radiation.

Claims

1. Vapor discharge lamp with a light-emitting arc discharge chamber which is provided with electron delivery electrodes and contains a metal or a metal compound, the vapor of which maintains an arc discharge during operation, which emits resonance radiation between the electrodes, characterized in that reflector elements (12) on the outside of the Chamber (11) are arranged to collect a portion of the resonance radiation (24, 25) from the discharge area within the chamber (11) between the electrodes and to reflect the collected radiation at least to the one space within the chamber (11) near the electrodes, which is outside the discharge area.

2. Lamp according to claim 1, characterized in that the reflector elements (12) are firmly connected to the arc discharge chamber (11) and the latter and the reflector elements (12) are enclosed by a surrounding translucent jacket (13).

3. Lamp according to claim 2, characterized in that the jacket (13) is evacuated.

4. The lamp according to claim 1, characterized in that it has the shape of a lighting fixture with built-in reflector elements (12), the arc discharge chamber (11) forming a replaceable part of the lamp.

5. Lamp according to claims 1 to 4, characterized in that the arc discharge chamber (11) has the shape of an elongated tube which is provided with electrodes (20) at its ends, at least one of these ends with a bowl-shaped reflector (12 ), which serves to collect a resonance radiation (24, 25), which are emitted in the general direction of said one end, and to reflect it back to this end and into the end space adjacent to the associated electrode.

6. Lamp according to claim 5, characterized in that the arc discharge chamber has the shape of a U-shaped bent tube, at the free ends of which the electrodes (20) are arranged, and a single bowl-shaped reflector is provided adjacent to the free ends to absorb the resonance radiation (24, 25) to reflect back into the two end spaces at the same time.

7. Lamp according to claim 5, characterized in that the two ends are provided with cup-shaped reflectors (12).

8. Lamp according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the or each bowl-shaped reflector (12) has a partially ellipsoidal shape and is centered with respect to the main axis of the arc discharge chamber.

9. Lamp according to the preceding claims, characterized in that the metal or the metal compound within the arc discharge chamber (11) is such that a discharge is promoted which emits strongly in the visible region of the spectrum, the reflector elements (12) have a metallic reflective surface and the arc discharge chamber (11) contains, for example, a dose of sodium, xenon as the star gas and mercury as the buffer gas.

10. Lamp according to claims 1 to 8, characterized in that the metal or the metal compound within the arc discharge chamber (11) is of the type that a discharge is promoted which emits strongly in the infrared region of the spectrum, the reflector elements ( 12) have a selective fringe interference or dichroic reflection surface, which allows visible light to pass through, but reflects the infrared radiation back into the chamber (11).

11. Lamp according to claims 1 to 8, characterized in that the metal or the metal compound within the arc discharge chamber (11) is of the type that a discharge is promoted which emits strongly in the ultraviolet region of the spectrum, the reflector elements either have a metallic reflective surface or a reflective surface with selective fringe interference, which allows ultraviolet light to pass through, but reflects light of greater wavelengths back into the chamber.