DE1764979A1 - Quecksilber-Metallhalogenid-Dampflampe mit Regeneration - Google Patents

Description

Br. Horst Schüler

Frankfurt/Main 1 Niddastr. 52

13. September

929-HDCD-177O

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, Ν.Ϊ., UGA

Quecksilber-Metallhalof.enid-Dampflampe mit Regeneration

Die Erfindung bezieht sich auf Dampfentladuncslampen, die Quecksilber sowie ein oder mehrere verdampfbare fietallhalopenide enthalten, die in der Hitze eines Lichtbogens dissoziieren, der zwischen zwei Hauptelektroden in einem evakuierten Lampenkolben brennt. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Danpfcntladuncslampen, bei denen der Verdampfunc und der Zerstäubung von Elektrodenmaterial der Bocenelektroden zur Wand der IV'hc der Elektroden durch einen recenerativen Halopen-Transportsylclun entGCGengeviirkt wird, durch den die Innenwand des Lanpenkolbens metallfrei gehalten wird und durch den die Lebensdauer der r.o-Genelektroden erheblich erhöht wird.

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Es ist bekannt, daß man zur Erzeugung eines ansprechenden, weißen Lichtes von hoher Intensität das Eir.issionsspektrur einer Dampfentladunglampe verwendet, dessen Linien storverbreitert sind und das von einem oder mehreren Metallen 3tammt, die als Metallhalogenide im Lampenkolben enthalten sind. Gans allgemein sind dieses Halogenide der Al!:nli oder Erdalkalimetalle, denen zur Farbkompensation Halogenide, wie beispielsweise die Halogenide von Gallium, Indium, Thalliun oder bestimmten seltenen Erden zugesetzt sind.

Bei der Entwicklung dieser Lampen wurde Gefunden, daß auch bestimmte andere Materialien zur Erzeugung von weißer? Licht oder von Licht in einem bestimmten Spektralbereich beitränen. Beispiele hierfür sind die seltenen Erden, Thorium, Vanadin und Scandium.

Solche Lampen haben eine erhebliche Bedeutung erlangt und stellen einen lang erwarteten Durchbruch auf dem Gebiet der Dampfentladungslampe]! dar. Es sind aber noch nicht alle Schwierifkei·· ten gelöst, die bei diesen Lampen auftreten. Eine solche Schwierigkeit hängt mit einer Erscheinung zusammen, die praktisch in allen elektrischen Entladungslampen zu beobachten ist. Bei solchen Lampen verschlechtern, sich nämlich die Lichteirissionseigenschaften aufgrund von Zerstäubung und/oder Verdampfung von Metallteilchen der Elektroden oder des Glühfadens innerhalb der Lampe, was in vielen Fällen zum Ausfall der gesamten Lampe

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führt. Diese Metollteilchen von den Elektroden schirren sich in der ilühe der Elektroden an dom Lampenkolben nieder, 30 dp.P. der Lampenkolben weniger licht durchlas si π v.'ird. Tip nun vor Glühfaden der Lampe oder von den Elektroden ünterinl entfernt v.'ird, kann die Lampe auch we{-en der Aufzehrung des Glühfadens oder der Elektroden ausfallen. Bei Danpfontladunfslarpcn t;or hier interessierenden Art führt die eben beschriebene Lrnchcinunc auf ein Schwarzwerden des Lampenkolbens in der Ilrihe der Hauptelektroden und kann somit zum Ausfall der Dofenelektroden beitränen.

Die Erfindunc beinhaltet eine Quecksilber-Ketallhalorenid-Danpfe nt ladunf.s lampe mit einem evakuierter. Kolben, der zv;ei nicht-flüssige Elektroden aufweist und einen Zusrtz enthalt, in den eine bestimmte Henne von Quecksilber enthalten ist, die ausreicht, nach der vollständigen Verdampfunn des Quecksilbers einen Quocksilberpartialdruck zwischen 1/2 und 10 Atr.osrVron hervorzurufen. Außerdem ist in dem Lampenkolben ein Zunr-tr: eines lichterittierenden Materials enthalten. Hierzu kann rc.^r\ die vordampfbaren Halogenide (ausgenommen Fluoride) von "rtriur mit oder ohne einer oder mehreren dissoziierbp.ren und voi'ar.r.;·"-baren Ilaloceniden verwenden, die Licht emittiei'en und r.enruso v/ie natrium Ilaloconid dissoziieren, so daß Licht durch die Λη-recunf der Iletallionen dieser Ilalor.enirlc erzeuf.t v.'ird. r.ur-'Ί::- Iich zu den eben erv;ähnten Halogeniden ist noch eine Kenr-c eines mehrwertigen IletallhaloEenides (Fluoride ausf.enornen)

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vorgesehen, dan kein Alkalihalogenid ist. Brauchbar sind hier Halogenide der Erdalkalimetalle, der seltenen Erden unci der üborgangsnetalle, das bei der Betriebstemperatur des Lanpenkolbens zumindest teilweise dissoziiert, so daß an der V/and des Lanpenkolbens Dissoziationsprodukte entstehen, die entweder ein Subhalogenid oder freies Halogen sein können unci die dann mit verdanpften oder zerstäubten I'ateriol der Kr.ur.telektroden reagieren, das an der Wand des Lampenkolben:; r\:.c^r'-nrgeschlagen ist. Dieses am Lampen niedergeschlagene Klektrodennaterial wird dann durch einen regenerativen IlalogenidsyMu:-. v.'ieder an die Stellen der Bogenelektroden zurücktranriportiert, von denen es stammt. Dieser regenerative Zyklus verhindert das Schlechterwerden der Transmissionseic.enschaften des Lnrpcnkolbens und die eventuelle Zerstörunp, der Bonenelektroclen.

Im Folgenden soll die Erfindung in Verbindung nit der Zeichnung, im Einzelnen beschrieben werden, die eine Dampfentladungsmrschine nach der Erfindung darstellt.

Die Quecksilber-Iletallhalogenid-Dampfentladungslanpe nach öor Erfindung v/eist einen äuf.eren, evakuierbaren lichtdurchlässigen Kolben 1 auf, der auf einen Schraubsockel 2 aufgesetzt ist. Innerhalb des Kolbens 1 ist ein inneres Bogengefäß 3 angeordnet. Das Bogongefäß 3 ist lichtdurchlässig, zylindrisch ausgebildet, hermetisch abgedichtet, und endet oben und unten in ^uetschfüssen Ί und 5. Diese QuetschfHsse dichten einnal das

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Bogengefüß 3 ab ₅ wenn es aus einem Rohr hergestellt wird und dienen außerdem als Durchführungen für die Zuloitunren zu den Elektroden, die in dem Doyennefaß enthalten oind. Der Lampenkolben 1 kann aus irgendeiner temperaturfesten und lichtdurchlässigen Substanz hergestellt werden, beispielsweise aus Pyrex-oder Vycorglas. Das Bogengefäß 3 kann ebenso aus irgendeinem lichtdurchlässigen Material hergestellt sein, das jedoch höheren Temperaturen standhalten kann. Beispiele hierfür sind Quarzglas oder gesintertes Yttriumoxyd hoher Dichte oder ein äquival-entes Material.

Innerhalb des Bogengefäßes 3 sind oben und unten zwei Bogenelektroden 6 und 7 vorgesehen, die zentral angeordnet sind und zweckwässigerweise Wendeln aus Wolfraridraht oder aus thoriertem Wolframdraht sind. Man kann hierfür auch einen '.Jolfrandraht verwenden, in dem ein Thoriumspan eingeklemmt ist. Urn kann die Bogenelektroden als DoppelwendeIn ausbilden. Die beiden Bogenelektroden 6 und 7 sind so weit voneinander entfernt angeordnet, daß sich zwischen ihnen ein Hoch3tror:bogcn ausbilden kann, in dem verdampfbare Bestandteile der Lamp en fill lung verdampfen können und in dem Strahlung in den richtigen Wellenlängen mit hoher Intensität erzeugt wird. Die Bogenelektroden 6 und 7 sitzen auf Elektrodenhalterungen 8 und 9 s die vakuumdicht durch die Quetschfüsse 4 und 5 hindurchgeführt sind. An dem einen Ende des Bogengefäßes 3 ist eine Zündelektrode angeordnet, die aus dem Bogengefaß 3 vakuumdicht durch den

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Quetschfuss 5 hindurchgeführt ist. Die Zündelektrode 10 ist über einen Widerstand 11 mit einer elektrisch leitenden Halterung 12 verbunden, die auf den gleichen elektrischen Potential wie eine weitere elektrisch leitende Halterung 13 liegt. Die beiden Halterungen 12 und 13 sind mit den einen Anschluß des Schraubsockels 2 verbunden. Zum Zünden der Lanpe Gibt es aber außer der Verwendung der Zündelektrode 10 auch noch andere Möglichkeiten.

Das Bogenge faß 3 ist im äußeren Lampenkolben 1 durch einfache Klammern I^ und 15 aufgehängt, die von der elektrisch leitenden Halterung 13 herabhängen und die mechanisch um die flachen Teile der Quetschfüsse ¹I und 5 des Bogengefäßes 3 herumgelef-t sind. Die untere Klammer Ik ist zwischen der Halterung 12 und der Halterung 13 angeordnet, während die obere Klanmer 15 auf der einen Seite mit der Halterung 13 und auf der anderen Seite mit einem weiteren Halterungsteil 16 verbunden ist, der von einem Dund 17 herabhängt. Dieser Bund 17 ist über einen nach innen eingestülpten Teil IG oben im äußeren Lampenkolben 1 herübergeschoben worden. Der Dund 17 dient dazu, das obere linde der elektrisch leitenden Halterung 13 zu verankern. Die eine Dogenelektrode 6 ist mit der Halterung 13 verbunden, während die andere Bogenelektrode 7 mit einer separaten Leitung 18 verbunden ist, die mit dem anderen Anschluß de3 Schraubsockels 2 verbunden ist, nach dem die Halterungen 13 und 12 mit dem ersten Kontakt des Schraubsockels verbunden worden sind.

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Das Bogengefäß 3 enthält eine Füllsubstanz 19, die als Kügclchen vorliegt und beispielsweise alle festen Bestandteile enthalten kann, wenn die Lampe nicht brennt. Dieses Küf-.elchen ist hauptsächlich aus soviel Quecksilber zusammengonetzt, dass nach dem Erreichen einer passenden Betriebstemperatur das Quecksilber vollständig verdämpft und auf einen Dampfdruck innerhalb des Bogengefäßes 3 zwischen 1/2 und 10 Atrosphären führt. Für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Lampe int on wesentlich, daß bei den Betriebstemperaturen und bei Drucken in der Größenordnung von einer Atmosphäre oder mehr kein flüssiges Quecksilber mehr in dem Bogengefäß 3 vorhanden int. Der Grund hierfür liegt darin, daß zum Verdampfen der rontlichen Bestandteile des Kügelchens 19 eine Terperatur erforderlich ist, die wesentlich höher als die Terperatur int, aio sich erreichen läßt, wenn zwischen der flüssigen und dor Dampfphase des Quecksilbers im Bogengefäß 3 oin Gleichgewicht vorhanden ist. Da beispielsweise der Siedepunkt des Quecksilbers bei Atmosphärendruck etwa 355°C beträgt, ist diese Terperatur die maximale Gleichgewichtsterperatur, die innerhalb des Bogengefäßes 3 während des Betriebes herrschen kann, v:onn noch Quecksilber in der flüssigen Phase in dem Bogengefäß zurückbleibt. Die Ilenge des Quecksilbers im Kügclchen 19 muß also so gewählt werden, daß das gesamte Quecksilber verdampfen kann, damit sich anschließend die hohen Temperaturen erreichen lassen, die zur Verdampfung der restlichen Bestandteile der Füllung erforderlich sind.

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Der Zusatz enthält ein oder mehrere dissoziierbare I'etnllhalogenide (ausgenommen Fluoride), die zumindest teilweise bei der Betriebstemperatur verdampfen, die durch die anf'ing-Iiehe Verdampfung des Quecksilbers und einen Quecksilberbogen zwischen den Bogenelektroden 6 und 7 hervorgerufen wird. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzeugung von farblich befriedigendem Licht mit hohem Wirkungsgrad mittels einer Quecksilber-IIetallhalogenid-Lampe nach der Erfindung ein ΛΙ-kalihalogenid erforderlich ist. Vorzugsweise wird hierzu ein Natriumhalogenid wie Matriumjodid, ein natriumbromid oder Natriumchlorid verwendet. Da nun die Alkalihalogenide und im besonderen die Natriumhalogenide das Licht im langwelligen Teil des sichtbaren Spektrums emittieren, und zwar ganz allgemein im roten oder im gelben Gebiet, ist es für die Erzeugung eines farblich befriedigenden oder eines fast weifen Lichtes ganz allgemein wünschenswert, daß als Füllung fir das Bogengefäß 3 noch andere Metallhalogenide verwendet werden, die ebenfalls dissoziieren und Licht emittieren, jeöoc'i im kürzerwelligen Teil des sichtbaren Spektrums. Go kann ivn beispielsweise ein ideales fast weißes Licht mit einer \I~.rkungsgrad von etwa 90 Lumen pro Watt erzeugen, wenn ran .--.in lichtemittierenden Zusatz die Jodide von Natrium, Thalliur und Indium verwendet. In Vielehen Mengen ,jedes dieser Halogenide zugesetzt v/erden muß, hängt von dem Dampfdruck ur.a den Dissoziationseigenschaften der Halogenide ab. Handelt er; sich beispielsweise wie bei Natriumhalogenid um ein Halogen.!·:

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mit einen verhältnisnässig niedrigen Dampfdrucl:, wird soviel Ilatriurnhalogenid eingegeben, daß unter Gleichnev.'ichtsbeaingungen ein Überschuß an Natriumhalogenid vorhanden ist. Hr.nrielt es sich dace pen um andere Halogenide, die beinpielsv.'ciac vrie Galliunjodid einen verhältnisrrlssig hohen Danpfdruck aufweisen und bei den Betriebstemperaturen der Lampe vollstänciir vordampfen, dann wird die Henge dieses Zusatzes so rewählt, daß der Partialdruck nach der Verdampfung des jeweiligen Ilalogenides im Bereich zwischen etwa 0,1 bis 200 Torr liegt. V/erden als Zusätze im Bogengefäß 3 mehrere Halogenide verwendet, dann sollte der Partialdruck eines jeden von ihnen zwischen 0,1 und 200 Torr liefen.

Der Lampenkolben weist gegenüber den Bogenelektroden einen gewissen Abstand auf, und der Abstand zwischen den Bo<~enelektroden ist so eingestellt, daß die Temperatur an der Innenseite des Bogengefäßes 3 während des Normalbetriebs der Lampe 600⁰C übersteigt, 1200⁰C dagegen nicht überschreitet. Diese Angaben gelten für die kälteste Stelle. Die kältesten Gtellen des Lampenkolbens sind ganz allgemein die Stellen an den beiden äussersten Enden hinter den Bogenelektroden. Aus diesem Grund hat es sich oft als wünschenswert erwiesen, die Enden des Dogengefäßes 3 in der Ilähe der Bogenelektroden mit einen Reflektor zu überziehen, so daß Licht, das auf diese Enden des Bogengefäßes hin abgestrahlt wird, auf die Elektroden zurückgeworfen wird. Dadurch erreicht man an diesem Teil der Lampe eine höhere

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Tcr.peratur, als wenn das Licht direkt durch die Enden des Bogengefäßes

Das Bogenge fuß 3 enthält noch zum anfänglichen Z'lnden der Lampe ein Puffergas. Ein solches Puffergas kann ein inertes Gas wie beispielsweise Argon sein, das eine verhültnisnüssic niedrige Durchbruchsspannunc aufweist und unter einen Partialdruck von 10 bis 25 Torr eincefüllt ist.

Quecksilber-Metallhalogenid-Lanpen arbeiten praktisch v:ie folgt: Wenn zu Beginn an die entsprechenden Anschlüsse den

Schraubsockels 2 eine ausreichend hohe Spannungsdifferenz angelegt wird, herrscht zwischen der Zündelektrode 10 und der Bogenelektrode 7 und auch zwischen den Bogenelektroden

6 und 7 ein hohes Spannungsgefälle. Die elektrischen Feldstärken zwischen der Zündelektrode 10 und der Bogcnelektrode

7 reichen aus, einen Durchbruch im Puffergas hervorzurufen und eine Glimmentladung zwischen der Zündelektrode und dor Bogenelektrode hervorzurufen. Da die Lampe ganz allgemein senkrechtstehend verwendet wird, und da das Kügelchen 1? r.it den Zusatzstoffen direkt neben der Zündelektrode 10 und der Bogenelektrode 7 liegt, reicht die anfängliche Glir.mentlaclunr. im Puffergas aus, das Quecksilber au3 dem Kügelchen 19 aufzuheizen und zu verdampfen. Wenn genügend Quecksilber vor. dampft ist, so daß bei den herrschenden Quecksilberdampfdrucken und den Feldstärken zwischen den Bogenelektroden 6 und 7 eine Entladung möglich ist, dissoziiert das Quecksilber

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und zwischen den Bogenelektroden 6 und 7 wird eine Quecksilberbogenentladung gezündet. Von diesen Punkt an spielt das Puffergae keine große Rolle mehr, da der Spannungsabfall an dem Quecksilberbocen zwischen den Elektroden 6 und 7 wesentlich kleiner als der Spannungsabfall in dor Glimmentladunn zwischen der Zündelektrode 10 und der Bof.enelektrode 7 ist. Die Temperatur im Quecksilberbogen zwischen den Elektroden 6 und 7 ist nun so hoch, daf die flüssigen oder die festen Metallhalogenide des Zusatzes, die jedoch verdampfbar sind, verdampfen können. Diese Halogenide verdampfen nun und werden von dem Ilochtemperaturquecksilberbogen beeinflußt. Die Temperatur dieses Quecksilberbogons, die größenordnungsmäßig bei 3000⁰C oder darüber liegen kann, reicht zur Dissoziation der Metallhalogenide aus. Dadurch sind dann in der Bogenentladung Metalldänpfe oder Iletallionen enthalten. Diese Metalldänpfe oder I'etallionen v:erdcn durch die Energie innerhalb der Quecksilberbogenentladung angeregt und strahlen dann durch übergänge die charakteristi schen Linionspektren ab.

Bei den von den Metalldämpfen oder Metallionen in der Bogenentladung emittierten Linien handelt es sich in. allgemeinen um eine Resonnanzlinie, also um eine Linie, die dem niedrigsten erlaubten Gtrahlungsübergang zum Grundzustand entspricht. Durch Stöße zwischen den strahlenden Metallatomen und den Quecksilberatomen innerhalb des Bogengefäßes 3 fin-

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det eine Linienverbreiterung statt, so daß nun die charakteristische Strahlung des strahlenden Hetall3 verbreitert emittiert wird. Diese Strahlung weist einen hohen ".-/irkungscrad auf. Wenn nan annimmt, daß die richtige Mischung von Halogeniden den BogengefäPj 3 zugesetzt wurde, kann das emittierte Licht ein praktisch vieif.es Licht nit befriedigendem Farbeindruck sein.

Es wurde bereits erwähnt, daß Lampen, die auf den eben beschriebenen Vorgängen beruhen, nit hohen Wirkungsgrad farblich zufriedenstellendes Licht emittieren. Leider v;ird jedoch in solchen Lampen Metall von den Bogenelekfcroden zerstäubt und verdampft, und dieses Elektrodenmaterial schlägt sich an der V/and des Bogengefäßes nieder, so daß die Lichtdurchlässigkeit des Bogengefäßes herabgesetzt wird. Außerdem kann die konstante Entfernung von Metall von den Bor.cnelektroden auf eine Zerstörung der Elektroden führen.

Nun hat man gefunden, daß nan die Richtung eines solchen Metalltransportes umkehren kann, wenn man einen Dar.pftransportzyklus verwendet, der auf der Affinität von gas- oder dampfförmigen Halogenen beruht. Das Halogen, das ran in das Bogengefäß eingibt, vereinigt sich nit der. Metallnicderschlag an der V/and des Bogengefäßes. Dabei bildet 3ich eine Motall-Halogenvsrbindung, die auf der Bogonolektrode wieder dissoziiert. Dadurch rird das Metall wieder zur Elektrode suv'ic':-

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gebracht und das Halogen wird wieder freigesetzt, so daf> es sich erneut mit Metall an der Wand des Bogengef'IPes vereinigen kann.

Es sind schon Versuche unternommen worden, mit dein Ilalogentransportzyklus die Bogenelektroden von Quecksilber-Metalljodid-Entladungslampen zu regenerieren. Aus irgendwelchen öründen, die jedoch noch nicht bekannt sind, genügt der blosse Zusatz von freiem dampfförmigem Halogen zur Füllung des Dodengefäßes jedoch nicht, durch den regenerativen Ilalogenzyklus eine Schwärzung der Wand des Bogengefäßes und ein Abtragen der Elektroden zu vermeiden. Ein möglicher Grund ist die Anwesenheit der anderen Metalle in den Bogenge f'if, nämlich der lichtemittierenden Metalle und ebenso kann möglicherweise auch der Quecksilberdampf in dem Bogengefäß dafür verantwortlich gemacht v/erden. Es ist nämlich nöglich, daß sich das vorhandene Halogen nicht mit dem Elektrodenmaterial an der Innenwand des Bogengefäßes vereinigt, sondern mit den anderen metallischen Bestandteilen der Füllung. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Temperatur des an der Innenwand des Bogengefäßes abgeschiedenen Metalls für diesen Zyklus zu hoch ist. Es ist noch nicht genau bekannt, warum der Zusatz von freiem Halogen bei Bogenlampen der hier interessierenden Art nicht genau so gut funktioniert, wie in Falle von Glühlampen. Daß aber die Zugabe von freien Halogen nicht zum Erfolg führt, ist sichergestellt,

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Nun wurde festgestellt,, daß nan auch in einer Qucclrnilber-Metallhalo£enid-Entladuncslampe einen regenerativer. HaIopentransportzyklus hervorrufen kann, wenn ran das Halogen der Lampe in der Form eines Metallhaloconides eines Metalles zusetzt, das mit den Metallen nicht übοreinstirrt, die als Strahler bisher solchen Lampen zucesetzt wurden. Dr>" Metallhalogenid, das man zum Ablaufen des Haloronzyklur, zusetzt, soll daher weder ein Alkalihaloccnid noch ein I'.rclalkalihalocenid 3ein, und ebenso sollten auch keine UrIo-Cenide der seltenen Erden oder eines übcrcannsnetallen für den Transportzyklus verwendet werden. Es wurde n.'lr.lich ;:ofunden, daß sich bei der Verwendunc der folgenden 'ir-lor.enide eine Schwärzung des Lanpenkolbens einstellte: Halogenide der Metalle aus der Gruppe I des periodischen r.ynters, v:ie natrium, Kalium und Rubidium; Ilalocenide der Iletnlle au:·, der II. Gruppe des periodischen Systems, wie Halogenide von Zink, Kadmium, Strontium und Quecksilber, Halogenide von Metallen aus der III. Gruppe des periodischen Systcrs, vic Iialocenide von Scandium, Gallium, Yttrium, Indium, seltene Erden und Thallium oder Halogenide von Metallen aus der Gruppe IVb und Vb des periodischen Systems, wie Halogenide von Titan, Zirkon, Vanadin und Tantal, oder die Halogenide der übercancsmctalle, wie die Halogenide von Eisen, nickel, Kobalt und Chrom. Y/enn man Iialocenide der Metalle aua den GrUp-. pen IVb und Vb, wie beispielsweise die Halogenide von Titan, Zirkon, Vanadin und Tantal zusetzt, tritt der zusätzliche

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Nachteil auf, daß diese Metallhalogenide r.it Quarz rergieren, viel ehe s ein Material ist, das häufig zur Herstellung des Ijogengefäßes verwendet v;ird, in der. der Lichtbogen einer Quecksilber-Metallhalogenid-Entladungslnr.po brennt.

Ganz allgemein wurde gefunden, daß Metalle, deren Halogenide (ausgenommen deren Fluoride) einen regenerativen Halogenzyklus hervorrufen, tletalle sind, deren liauptwortiglicit zwei oder mehr beträgt. Diese Metalle sollen hier air» r.ohrwcrtige I'etalle bezeichnet werden. Dnnit soll nicht gesagt sein, daß es sich ur. sämtliche Metalle handelt, deinen "..'ertigkeit größer als eins ist, da solche Iletalle richtiger als vielwertige Hetalle bezeichnet werden sollten. l'nter dem Ausdruck r.ehrv:ertige Iletalle sollen hier vielmehr r*etalle mit den Wertigkeiten zwei, drei oder vier verstanden werden. Die mehrwertigen Metalle, deren Halogenide erfindungsger.üß der Füllung einer Quecksilber-IIetallhalogcnid-Entladungslampe, zugesetzt werden, un einen regenerativen Ilalogcnzyklus hervorzurufen, sind mehrwertige Petalle, aio v.'oder Alkalimetalle, noch Erdalkalimetalle noch Übergangsmetalle und auch keine seltenen Erden sind. Vorzugsweise werden die Ilalogenide von Zinn, Blei, Antimon und './isr.ut'.: verwendet, wenn auch die Ilalogenide von Germanium und Silizium ebenfalls verwendet werden können.

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Die Metallhalogenide für den regenerativen Ilalogenzyklus sollten der Füllung einer Quecksilber-Metallhalogenid-Entladungslampe in einer solchen Menge zugesetzt v;erden, daß nach der Verdampfung dieser Iletallhalogenide bei der Betriebstemperatur der Lampe ein Partialdruck zwischen 0,1 und 200 Torr, vorzugsweise zwischen 0,1 und 100 Torr dieses Hetallhalogenides entsteht.

Bei dem Betrieb der Lampe nach der Erfindung werden die Halogenide der mehrwertigen Metalle zusammen r.it den anderen Halogeniden verdampft. V/enn auch das mehrwertige retail des Ilalogenides für den regenerativen Halogenzyklus einige Spektrallinien zur Emission der Lampe beitragen konn, ist sein Wirkungsgrad als Strahler normalerweise nicht sehr hoch. Es ist daher nicht erforderlich, daß diese mehrwertigen Metallhalogenide vollständig dissoziieren und Strahlungsübergänge durchführen, wie es von den eigentlichen strahlenden Substanzen in der Lampe gefordert wird. Die Dissoziationseigenschaften dieser mehrwertigen Metallhalogenide r.üns ο η vielmehr so beschaffen sein, daß bei der Temperatur der V/and des Bogengefäßes zumindest eine partielle Dissoziation auftritt, so daß eine halogenärmere Vorbindung eines mehrwertigen Metalles oder auch freies Halogen an der Gefäßwand entsteht.

Die chemischen Reaktionen, die an der VJand des DogongefäPes ablaufen, sind noch nicht restlos aufgeklärt. Vermutlich fln-

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det eine Dissoziation des mehrwertigen Metallhalogenides statt, bei der eine sehr instabile, halogenreiche Verbindung entsteht, die mit den Material der Bogenelektrode innen auf der Wand des Bogengefüßes reagiert und dabei eine komplexe Metallhalogenverbindung bildet. Kommt diese komplexe Verbindung, mit der Bogenelektrode in Verbindung, so dissoziiert sie und das Material der Bodenelektrode wird wieder auf der Elektrode abgelagert. Die wieder entstehende halogenreiche Me tall verbindung kann dann wieder zur Wand des Bogenge f.'ißes wandern und erneut mit dem Elektrodenmaterial reagieren, das sich an der Wand abgeschieden hat.

Wichtig ist, daß das mehrwertige Metallhalogenid, das für den regenerativen Ilalogenzyklus verantwortlich ist, bei der Temperatur der Innenwand des Bogengefäßes zumindest teilweise dissoziiert. Sonst ist der regenerative Halogenzyklus nicht möglich.

Aus der Verwendung von mehrwertigen Metallhalogenicien zum Hervorrufen eines regenerativen Halogenzyklus in einer Quecksilber-Metallhaiogenid-Dampfentladungslampe ergibt sich noch ein weiterer Vorteil, wie au3 Folgendem hervorgeht. Wenn man bei solchen Lampen einen hohen Wirkungsgrad und ein farblich befriedigendes Licht erzielen will, ist es fast notwen- digerweise erforderlich, Natrium zuzusetzen. Heißer Natrium- dampf korrodiert aber das Dogengefäß sehr stark. Wenn bei-

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spielsweise das Bogengefäß aus Quarz herGO3tellt ist, diffundiert elementares natrium bei hohen Temperaturen in dao Quarz hinein und greift das Quarz chemisch an. Unabhängig davon, aus welchem Ilaterial das Bogengefäß hergestellt ist, werden die Metall-Glas-Verschmelzungen oder die Hetall-Keramik-Verbindungen bei hohen Temperaturen von metallischen Natrium stark angegriffen, mit denen die Elektroden in das Bogengefäß hineingeführt sind. Jede Maßnahme nacht sich daher in Lampen der hier interessierenden Art vorteilhaft bemerkbar, durch die die Berührung mit dem durch Dissoziation freigesetzten Natrium unwahrscheinlicher wird. Die erfindungsgemäße Verwendung von mehrwertigen Metallhalogcniden führt nun an der Innenseite des Bogengefäßes und auch an den verschiedenen Durchführungen und Dichtungen auf eine nicht-reduzierende, sondern vielmehr oxydierende Atmosphäre, da die mehrwertigen Metallhalogenide an der Innenwand des Gefäßes zumindest partiell dissoziieren. Durch diese oxydierende Atmosphäre wird die Wahrscheinlichkeit sehr groß, daß etwa vorhandenes elementares Natrium in eine verhältnisinüssig stabile Verbindung überführt wird. Das Natrium liegt dann nicht nehr in der außerordentlich aggressiven, elementaren Form vor.

Wenn man daher die mehrwertigen Metallhalogenide verwendet, die unter den Betriebsbedingungen bei der Terperatur der Bogcngefäßwand zumindest partiell dissoziieren und die deriurch an der Bogengefäßwand eine oxydierende Atmosphäre schaffen,

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wird die Lebensdauer der Lampe erheblich vercrößert, da die Gcfüßwanduncen und die Durchführungen bzw. Einschmelzungen nicht mehr von heißem elementarem Natrium angegriffen, obwohl natrium ein fast wesentlicher Bestandteil des Zusatzes für eine Quecksilber-netallhalogenid-Dampfentladungslampe ist, wenn man einen hohen Vlirkunnscrad und rute Farbeigenschaften erzielen will. Es ist bereits versucht worden, in Quecksilber-netallhalocenid-Dampfentladungslampen einen regenerativen Halocenzyklus hervorzurufen. Aber selbst bei der Anwesenheit von freiem Halogen, wie beispielsweise Brom, Chlor oder Jod, vrurde beobachtet, daß diese freien Halogene schädlich wirken. Sie vereinigen sich nämlich rit den kühleren, weniger aktiven Elektrodenmaterial am Schaft der Bogenelektrode unmittelbar an der Stelle, an der die Elektrode in das Dogengefäß eintritt und transportieren dann das Elektrodenmaterial zur heißeren, reaktiveren Spitze der Elektrode, und dieser Vorgang läuft gegenüber dem Abbau des.:enif.cn Elektrodenmaterials bevorzugt ab, das auf der Gefäßwand nieöer-CCSchlapeη ist. In vielen Fällen wird dadurch die Schwärzung des Bogengefäßcs nicht abgebaut. Dieser störende Vor cane, der sich bei einem Regenerationszyklus mit freiem Jod abspielt, tritt bei der Erfindung nicht auf, da sich die mehrwertigen Metallhalogenide mit dem Elektrodenmaterial an der Gefäßwand selbst voreininen, da sie nämlich bei der Temperatur dor ISogcncefäßviand an der Gefäßwand selber zumindest part" oll dissoziieren.

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Es wurde eine Lampe nach der Erfindung für eine Lcistungsaufnahme von '100 VJatt hergestellt, die praktisch genau so aufgebaut v;ar, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. Das Volumen des Bogengefäßes 3 betrug 18 ccr¹ und enthielt eine Füllung von 60 no Natriumbromid, 50 mc Zinnjodid, GO ng Quecksilber und 18 Torr Argon. Die Natriunnenge führte auf einen llatriumbromidpartialdruck von etwa einen Torr. Der Rest des Natriumbromides diente als Überschur, ur ir Fr.lle einer Natriumverarmunr äcn richtigen Partialdruc!: aufrocht erhalten zu können. Die 50 mg Zinnjodid verdampften vollständig und führten auf einen Partialdruck von etwa 0,5 Atmosphären. Die GO mg Quecksilber verdampften ebenfalls während des Betriebes vollständig. Es stellte sich dabei ein ?.uccksilberpartialdruck von etwa h Atmosphären ein. Die oben beschriebene Lampe emittierte ein goldenes Licht, dar, sich aus den stoßverbreiterten ilatriumlinien und der blauen Strahlung des Quecksilbers zusammensetzte. Diese Lo.mpc wurde 1000 Stunden lang betrieben, ohne daß eine Schwärzung der Gefäßwandungen auftrat. Ilach der Beendigung des Versuches 'ronnten auch keine Änderungen an den Bogenelektroden festfostellt werden.

Eine andere Lampe für ¹IOO V/att, die ebenfalls so aufgebaut war, wie es in der Figur 1 dargestellt ist, und bei der das Volumen des Bogenge f.'Ißes ebenfalls 18 ecm betrug, enthielt 60 mg Natriumbromid, 50 mg Zinnjodid, 80 mg Quecksilber,

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2 ng Thalliiunjodid, 1 mc Indium j odid und 18 Torr Argon. Diese Lampe gab ein angenehr.es weißes Licht ab, ohne daß eine Schwärzung der GefäP>wünde beobachtet werden konnte. Auch die Elektroden zeigten praktisch keine Änderung·

Eine andere erfindungsgemäße Lampe für 400 Watt und einer. Bogengefäß 3 mit einem Voumen von 13 ecm enthielt 60 Kf* IIatriumjodid, 5 mg Zinnjodid, 30 mg Quecksilber, Io Torr Argon, 2 mg Thallium«)odid und 1 mg Indiumjodid. Diese Lampe erzeugte ein wohltuendes vieißes Licht. Eine Schwärzung der Bogengefäßwandungen trat weder in der Nähe der Elektroden noch an anderen Stellen auf. Ebenso zeigten auch die Bogenelektroden praktisch keine Veränderungen.

Eine weitere erfindungsgemäße Lampe für 400 VJatt und einem Bogengefäß 3 mit einem Volumen von 18 ecm enthielt 60 ng natriumchlorid, 5 mg Bleijodid, 80 mg Quecksilber, 2 mg Thalliumjodid und 1 mg Indiumjodid. Auch diese Lampe gab ein wohltuendes vieißes Licht ab, ohne daß eine Schwärzung der Gefäßwände oder merkliche Veränderungen der Bogenelektroden zu beobachten waren.

Eine weitere erfindungsgemäße Lampe für 400 Watt mit einen Bogengcfäß von IG ecm, die ebenfalls der Ausführung form nach der Figur entsprach, enthielt 60 mg Natriumjodid, 5 mg Antimonjodid, Go mg Quecksilber, 2 mg Thalliumjodid und 1 mg Indiumjodid. Auch diese Lampe gab ein wohltuendes weißes Licht

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ab, ohne daß eine Schwärzung der Gefäßwände oder cine Ueeintrüchtigung der Bogenelektroden zu beobachten war.

Eine andere erfindungsgenüße Lampe für ¹JOO V/att r.i ; einen Bogengefuß 3 von 18 ecm enthielt 60 mg Natriumbromid, 10 nc WismuthtriChlorid, 80 mc Quecksilber, 2 mg Thalliumjodid, 1 mg Indiumjodid und 18 Torr Argon. Auch diese Lampe erzeugte ein wohltuendes weißes Licht, ohne daß eine ochw.'irzunn der Gefäßwände oder eine Beeinträchtigung der Bor.en.elektroden zu beobachten war.

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasentladungslampe mit einem hermetisch abgedichteten lichtdurchlässigen Lichtbogengefäß, in dem zwei nicht-flüssige Bogenelektroden angeordnet sind und in den eine gewisse Ilenge Quecksilber enthalten ist, die bei der Betriebstenperatur der Lampe vollständig verdampfbar ist und auf einen Quecksilberpartialdruck innerhalb des Bogengefäßes zwischen 1 und 10 Atmosphären führt, wobei die Wandungen des Bogengefäßes gegenüber den Bogenelektroden einen solchen Abstand aufweisen, daß während des Betriebes der Lampe die Temperatur der kältesten Stelle an der Innenwand des Bogengefäßes rohr als 600°C beträgt, 1200⁰C jedoch nicht übersteigt, dadurch gekennzeichnet, das- den Bogengefäß ein verdampf barer, lichterzeugender Zusc.-r; beigegeben ist, der ein Halogenid (außer Fluorid) von zumindest Natrium in solcher Menge enthält, daß eic-:· Partialdruck dieses Ilalogcnides bei der Gleichgewichtstenperatur der Lanne noch der teilweisen Verdampfung dieses Ilalogenides zwischen '">,1 und 200 Torr beträgt und daß der Zusatz ein anorganirv^os Halogenid (außer Fluorid) eines mehrwertigen Iletalles ο 11 , aas weder ein Alkalimetall noch ein Erdalkalimetall ir, ur... auch nicht zu den seltenen Drden oder den übergangsr.etr.1 .en gehört, wobei dieses anorganische Halogenid des mehrwertigen !"otalles bei der Gleichgev/ichtstemperatur während des Betriebes der

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Lampe an der Innenfläche des Bocencefäßes zumindest teilweise dissoziierbar ist und einen recenerativen Ilaloconsyklus hervorruft, durch den zerstäubtes oder verdampftes Elektrodenmetall, das auf der Gefäßwand abgeschieden iet, abgebaut ist und durch den eine Zerstörung der Bogenelektroden durch Zerstäubung oder Verdampfunc des Elektrodenmaterial vorhindert ist.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gckennzeichnet, dass das jnehrwertlfte ffetall ein Metall aus der Gruppe IVa und Va des periodischen Systems ist.

3· Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass da3 mehrwertige Metall Zinn, Blei, Antimon oder Wismuth ist.

Ί. Gasentladuncslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Halogenid, durch das der regenerative Halogenzyklus hervorrufbar ist, Zinnbromid, Zinnjodid oder Zinnchlorid ist.

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