DE2408572A1 - Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe - Google Patents

Description

PHN.6781. DEEN/EVH.

14.12.1973.

AUER

λ::ο:ΡΗΝ- 6781
vom. 20. Febr. 1974

"Ho chdruclcquecksilberdampf entladungs lampe"

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäss mit Elektroden, zwischen denen im Betrieb die Entladung aufrechterhalten wird,

und mit einer Edelgasmenge als Startgas und weiter je cm Inhalt des Entladungsgefässes von 0,5 bis 25 mg Quecksilber und von 1 bis 30 /ugMol von mindestens einem der Halogenide von Zinn (ausgenommen Fluorid).

Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen sind bereits längere Zeit als wirksame Lichtquellen hoher Intensität bekannt. Sie werden in grossen Mengen verwendet, z.B. für Strassenbeleuchtung, Beleuchtung von Fabrikhallen und ähnlichem. Ein !Nachteil dieser Lampen ist, dass die Spektra-lverteilung der ausgesandten sichtbaren Strahlung im wesentlichen aus

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Linien im grünen und gelben Bereich des Spektrums besteht, wodurch mit diesen Lampen eine mangelhafte Wiedergabe von Farben erhalten wird. Eine Verbesserung sowohl der Farbwiedergabe als auch der Ausbeute der Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe ist dadurch möglich, dass neben dem Quecksilber ein oder mehrere Metallhalogenide der Lampenfüllung zugesetzt wird (siehe die USA-Patentschrift 3 23h 421). Eine Kombination von Metallhalogeniden, die in der Praxis häufig angewandt wird, ist Natriumiodid, Thalliumjodid und Indiumjodid. Die Spektralverteilung der von diesen Lampen ausgesandten Strahlung besteht im wesentlichen aus Linien aus den zugesetzten Metallen, welche Linien unter anderem im ganzen sichtbaren Teil des Spektrums gefunden werden. Wenn an die Farbwiedergabe hohe Anforderungen gestellt werden, z.B. für Innenbeleuchtung, sind die erwähnten Metallhalogenid enthaltenden Lampen weniger geeignet, weil in solchen Fällen eine kontinuierliche Spektralverteilung der von den Lampen ausgesandten Strahlung erforderlich ist.

Aus der deutschen Patentanmeldung 2 023 770 sind Hochdruckquecksilberdanipfentladungslampen bekannt, die neben Quecksilber Zinnhalogenide, namentlich Zinnchlorid und Zinnjodid, enthalten. Die von diesen Lampen ausgesandte Strahlung rührt im wesentlichen von Zinnhalogenidmolekeln her und hat eine sehr breite kontinuierliche Spektralverteilung. Durch diese kontinuierliche Spektralverteilung ist die Farbwiedergabe dieser Lampen besonders gut. Im allgemeinen werden

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Werte des Parbwiedergabeindexes R (Mittelwert der Wiedergabeindizien für 8 Prüffarben nach der Definition von der Commision Internationale d^f Eclairage) bis zu ungefähr 85 erreicht. Die Strah.rungsausbeu.te dieser Lampen und auch die Färbtemperatur der ausgesandte.n Strahlung sind vom angewandten Chlor-Jod-Verhältnis abhängig. Hohe Ausbeuten, z.B. 60 lm/W, und hohe Farbtemperaturen, z.B. 6000 ⁰K, werden bei hohen Werten des erwähnten Chlor-Jod—Verhältnisses erzielt. Für viele praktische Anwendungen, z.B. bei Innenbeleuchtung, sind bedeutend niedrigere Werte der Färbtemperatür, z.B. 4000 ⁰K oder darunter, erwünscht. Dies kann man mit den bekannten Lampen zum Teil durch Wahl eines niedrigen Chlor-Jod-Verhältnisses erreichen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dann die Strahlungsausbeute unannehmbar niedrig wird,

Zinnhalogenidhaltige Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen sind weiter aus der niederländischen Patentanmeldung 6610396 bekannt. In dieser Anmeldung werden insbesondere Lampen beschrieben, die Zinnbromid und Zinnjodid enthalten. Auch für diese Lampen gilt der Nachteil, dass eine hohe Strahlungsausbeute von einer hohen Farbtemperatur begleitet wird (nämlich bei hohen Werten des Brom-Jod-Verhältnisses

Aufgabe der Erfindung ist es, zinnhalogenidhaltige Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen zu schaffen, die - unter Beibehaltung einer hohen Strahlungsausbeute und einer guten Farbwiedergabe - eine niedrige Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung besitzen.

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Hierfür ist eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäss mindestens eines der Halogenide von Lithium (ausgenommen Pluorid) in einer zum Senken der Färbtemperatur der von der Lampe ausgesandten Strahlung "wirksamen Menge enthält, wobei bis maximal 50 MoI^ des Lithiumhaiοgenids durch Natriumhalogenid ersetzt sein kann.

Eine erfindungsgemässe Lampe besitzt ein Entladungsgefäss aus lichtdurchlässigem Material, z.B. Quarz. Im Entladungsgefäss sind Elektroden vorgesehen, zwischen denen im Betrieb die Entladung erfolgt. Um die Lampe leicht zünden zu können, ist das Entladungsgefäss mit einer geringen Menge eines aus einem oder mehreren Edelgasen bestehenden Startgases gefüllt, z.B. bis zu einem Druck von wenigen bis einigen zehn Torr, Das Entladungsgefäss ist weiter mit einer im Betriebszustand völlig verdampften Quecksilbermenge und mit wenigstens einem Zinnhalogenid versehen. Um eine Hochdruckquecksilberdampfentladung zu erzielen, muss die Quecksilber-

menge von 0,5 bis 25 mg je cm Inhalt des Entladungsgefässes gewählt werden. Als Zinnhalogenid können eine oder mehrere der Verbindungen Zinnchlorid, Zinnbromid und Zinnjodid angewandt werden. Zinnfluorid kommt wegen seiner grossen Aggressivität nicht in Betracht. Das Zinnhalogenid wird in einer

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Menge von 1 bis 30/UgMol je cm angewandt. ¥enn die Lampe weniger als die erwähnte Mindestmenge an Zinnhalogenid enthält,

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ist der Beitrag der kontinuierlichen Zinnhalogenidstrahlung zur ausgesandten Strahlung zu gering} bei Anwendung von mehr

als 30/UgMoI Zinnhalogenid Je cm erhält man in vertikaler Brennstellung eine instabil brennende Lampe.

Gefunden ist jetzt, dass die Färbtemperatür der von der Lampe ausgesandten Strahlung bedeutend herabgesetzt werden kann, wenn der Lampenftillung weiter Lithiumhaiοgenid und/oder Natriumhalogenid zugesetzt wird. Dabei bleibt die günstige Strahlungsausbeute der Lampe erhalten. Als Halogenid von Lithium und/oder Natrium kommen die Chloride, Bromide und Jodide in Betracht (die Fluoride sind wiederum ausgeschlossen). Es hat sich gezeigt, dass .sich eine unerwünschte Herabsetzung des Farbwiedergabeindexes ergibt, wenn Natriumhalogenid allein angewandt wird« Aus diesem Grunde wendet man in einer erfindungsgemässen Lampe Lithiumhalogenid oder Lithiumhalogenid an, das bis maximal 50 Mo 1$. durch Natriumhalogenid ersetzt worden ist. Wenn die Anzahl der Natriumhalogenxdmolekeln in der Lampe nicht grosser ist als die Anzahl der Lithiumhaiοgenidmolekeln, ist der nachteilige Einfluss des Natriumhalogenids auf den Farbwiedergabeindex nur gering und deshalb annehmbar.

Durch den Zusatz von Lithiumhalogenid und gegebenenfalls Natriumhalogenid in der erfindungsgemässen Lampe wird das kontinuierliche Zinnhalogenxdspektrum mit der charakteristischen Lithiumemission bei ungefähr 610 und 671 nm und gegebenenfalls mit der charakteristischen Natriumemission bei ungefähr 590 nm ergänzt. Diese Ergänzung des Spektrums

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hat die gewünselite Herabsetzung der Farbtemperatur der Strahlung zur Folge,

Eine bedeutende Herabsetzung der Färbtemperatur z.B. eine Herabsetzung um einige hundert Grad Kelvin, wird bereits mit Susserst geringen Lithiumhalogenidmeagen erreicht (gegebenenfalls zum Teil durch Natriumhalogenid ersetzt). Da derartige äusserst geringe Halogenidiaengen beim Betrieb der Lampe leicht verschwinden können, wendet man diese Halogenide vorzugsweise im Ueberschuss zu, so dass beim Betrieb der Lampe immer unverdampftes Halogenid vorhanden ist. Um das Lithium- und gegebenenfalls Natriumhalogenid leicht in der Lampe dosieren zu können, verwendet man in der Praxis vor-

3 zugsweise ein grosses Uebermass, z.B. 0,1 bis 20/ugMol je cm Inhalt des Entladungsgefässes.

Die vorgenannten Komponenten der Lampenfüllung Quecksilber, Zinnhalogenid, Lithiumhälogenid und gegebenenfalls Natriumhalogenid können als solche ins Entladungsgefäss eingebracht werden. Weiter ist es möglich, eines oder mehrere der zinngebundenen Halogene völlig.oder teilweise als Quecksilberhalogenid einzuführen. Daneben soll dann elementares Zinn dosiert werden, das in der Lampe mit dem vom Quecksilberhalogenid herrührenden Halogen zu Zinnhalogenid reagiert. In der Praxis wählt man oft einen Zinnüberschuss, weil dann die thermodynamische Stabilität der Lampenfüllung gefördert wird. Der Zinnüberschuss hat weiter keinen Einfluss auf die Lampeneigenschaften. ¥enn ein Teil des Halogens als Quecksilberhalogenid hinzugesetzt wird, muss dem bei der Dosierung des

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Quecksilbers selbstverständlich. Rechnung getragen werden.

Wenn in einer erfindungsgemässen Lampe als Zinnhalogenid nur Zinnjodid vorhanden ist, kann man für das Lithiurahalogenid sowohl das Chlorid als auch' das Bromid und das Jodid auswählen. In diesen Fällen bleibt das ursprüngliche Zinnjodid-. spektrum durch den Lithitunhalogenidzusatz ungeändert und wird es nur auf die oben beschriebene Weise mit Lithiumstrahlung ergänzt. Wenn eine erfindungsgemässe Lampe, gegebenenfalls neben Zinnjodid, auch. Zinnbromid enthält, bevorzugt man die Anwendung von Lithiumchlorid und/oder Lithiumbromid. Der Gebrauch, von Lithiumjodid kann in diesem Falle nämlich dazu führen, dass die Reaktion SnBr₂ + 2LiJ ~> SnJp + 2LiBr.mehr oder weniger nach rechts verläuft, wodurch das Brom-Jodverhältnis der in der Lampe vorhandenen Zinnhalogenide auf unreproduzierbare Weise geändert wird. Eine Aenderung des erwähnten Verhältnisses fuhrt zu einer Aenderung des ursprünglichen Zinnhalogenidspektrums und meistens auch zu einer Herabsetzung der Strahlungsausbeute. Aus analogen Gründen wendet man in einer erfindungs gemä ssen Lampe, die gegebenenfalls neben Zinnjodid und Zinnbromid, auch Zinnchlorid enthält, vorzugsweise als Lithiumhalogenid nur Lithiumchlorid an. Beim möglichen Anwenden von Batriumhalogenid bevorzugt man aus denselben Gründen die oben bei Lithiumhalogenid erwähnten Halogene, Zusammenfassend kann gesagt werden, dass zum Erhalt reproduzierbarer Lampen solche bevorzugt werden, in denen die mit Lithium und Natrium gebundenen Halogene eine Atomnummer

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gleich der oder niedriger als die Atomnummer desjenigen in der Lampe vorhandenen zinngebundenen Halogens haben, das die niedrigste Atomnumraer besitzt»

Es hat sich gezeigt, dass beim Zusatz von Lithiumhalogenid allein in einer zinnhalogenidhaltigen Lampe neben der Herabsetzung der Färbtemperatür eine bedeutende Zunahme des Farbwiedergabeindexes bei nahezu konstanter StrahLungsausbeute erzielt wird. Deswegen bevorzugt man erfindungsgemässe Lampen, in denen zum Herabsetzen der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung ausschliesslich Lithiumhalogenid angewandt wird.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Lampe ist weiter, dass sich der Farbpunkt der von den Lampen ausgesandten Strahlung in bezug auf den Farbpunkt der bekannten Lampen, die kein Lithium- oder Natriumhalogenid enthalten, etwas verschoben hat. Die erwähnte FarbpunktverSchiebung ist derart, dass die erfindungsgemässen Lampen im Vergleich zu den bekannten Lampen einen besseren Farbaspekt besitzen.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Lampe enthält, analog zu den aus der deutschen Patentanmeldung 2 023 770 bekannten Lampen, neben Quecksilber und einem Edelgas, Zinnchlorid, Zinnjodid und gegebenenfalls einen Zinnüberschuss. Dabei wird das Halogen-Zinnverhältnis von 0,1 bis 2,5 und das Chlor-Jod-Verhältnis von 0,25 bis k gewählt. Diese bevorzugte Ausführungsform enthält weiter

3 Lithiumchlorid in einer Mange von 0,1 bis 20/ugMol je cm Inhalt des Entladungsgefässes, Mit diesen Lampen kann eine

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besonders vorteilhafte Kombination von hoher. Strahlungsausbeute, sehr guter Farbwiedergabe, niedriger Farbtemperatur und einem guten Farbaspekt erzielt werden.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Lampe enthält, wie die aus der niederländischen Patentanmeldung 6610396 bekannten Lampen, neben Quecksilber und einem Edelgas, Zinnbromid, Zinnjodid und gegebenenfalls einen Zinnüberschuss. Dabei wird das Halogen-Zinn-Verhältnis von 0,1 bis 2,5 und das Brom-Jod-Verhältnis von 0,1 bis 5 gewählt. Erfindungsgemäss enthält diese Lampe weiter Lithiumchlorid und/oder Lithiumbromid in einer Menge von 0,1 bis

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20/UgMoI je cm Inhalt des Entladungsgefässes. Auch mit diesen Lampen wird neben einer hohen Strahlungsausbeute eine gute Farbwiedergabe, ein guter Farbaspekt und eine niedrige Farbtemperatur erzielt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und einer Anzahl Beispiele und Messungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe, und

Fig. 2 die spektrale Energieverteilung der von einer erfindungsgemässen Lampe ausgesandten Strahlung.

In Fig. 1 ist 1 das röhrenförmige Quarzglas ent ladung'sgefäss einer erfindungsgeraässen Lampe. An den Enden der Röhre 1 befinden sich Wolframelektroden 2 und 3. Die Elektroden werden von Stromzuführungsdrähten h und 5 getragen, die mit Hilfe von Molybdänfolien 6 und 7 vakuumdicht durch Quetschungen

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8 und 9 der RShre 1 hindurchgeführt worden sind. Die Röhre 1 ist in einem Glasaussenkolben 10 mit Hilfe von Metallbändern 11 lind 12 aufgehängt, die tun die Quetschungen 8 und 9 herumgelegt und an Tragepolen 13 und lh befestigt sind, die gleichfalls als Stromzuführungselemente für die Elektroden 2 und 3 dienen. Die Stromzuführungselemente 13 und lh sind vakuumdicht durch den Aussenkolben 10 herausgeführt und mit Kontakten eines Lampensockels 15 verbunden. Der Innendurchmesser der
Röhre 1 beträgt ungefähr 20 mm und ihr Inhalt ungefähr 16 cnr. Der Abstand zwischen den Elektroden 2.und 3 beträgt ungefähr hO mm. Die Lampe ist für eine Belastung von 4θΟ V bestimmt,
Beispiel 1

Die Entladungsröhre 1 einer in Fig._r1 gezeigten Lampe wurde mit Argon bis zu einem Druck von 30 Torr (bei Raumtemperatur) und weiter mit

45 mg Hg

16 mg HgJ₂ + HgCl₂ (Verhältnis J/Cl =2)
8 mg Sn .
2 mg LiCl gefüllt.
An dieser Lampe wurden gemessen .(bei einer Belastung von 4θΟ W):

Strahlungsausbeute *Π = 60 lm/W

Farbtemperatur T. = 378O°K

Farbwx ed ergab eind ex R_e = 91

Farbpunkt (x;y)= (0,391jO,387)

Eine Lampe, die kein LiCl enthält, im übrigen aber mit der
oben beschriebenen erfindungsgemässen Lampe völlig identisch ist, lieferte folgende Messergebnisse:

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Ή' = 60 lm/W

T rs 4620 ⁰K C

«_a = (x;y) = (Ο,362;Ο,392)

Beispiel 2

Eine erfindungsgemSsse Lampe mit einem dem der Lampe nach Pig, 1 völlig analogen Aufbau wurde mit einer Entladungsröhre 1 versehen, deren Innendurchmesser ungefähr 15 mm und

deren Volumen ungefähr 7 om beträgt. Der Elektrodenabstand beträgt wieder ungefähr 40 mm. Die Entladungsröhre dieser Lampe wurde mit einer geringen Edelgasmenge und mit 19 mg Hg

9,5 mg HgJ₂ + HgCl₂ (Verhältnis J/Cl = 1) 4 mg Sn

1 mg LiCl gefüllt.

An dieser Lampe wurde bei einer Belastung von 4θΟ ¥ gemessen: "Y\ = 60 lm/W τ. = 4960 ⁰K R_a = 88

(x;y) = (O,346;O,353).

Eine Lampe, die kein LiCl enthält, im übrigen aber der oben beschriebenen erfindungsgemässen Lampe völlig identisch ist, lieferte folgende Messergebnissei TfJ = 60 lm/W T₀ ss 5900 ⁰K R_a = 83 (x;y) = (O,323;O,354).

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Aus Obigem geht deutlich hervor, dass die erfindungsgemSssen Lampen im Vergleich zu den bekannten Lampen eine bedeutende Herabsetzung der Färbtemperatur unter Beibehaltung der günstigen Strahlungsausbeute ergeben. Weiter zeigt es sich, dass mit den erfindungsgemässen Lampen eine äusserst vorteilhafte Erhöhung des Farbwiedergabeindexes und eine Verbesserung des Farbaspektes erzielt werden können.

In der Fig. 2 ist in einer graphischen Darstellung die Spektralenergieverteilung einer erfindungsgemässen Lampe nach Beispiel 1 gezeigt. Auf der horizontalen Achse ist die Wellenlänge ^ in iim und auf der vertikalen Achse die Strahlungsenergie E je Wellenlängenabschnitt von 5 mn aufgetragen. Aus der graphischen Darstellung ergibt sich, dass das Emissionsspektrum der erfindungsgemässen Lampe aus dem Zinnhalogenidkontinuum besteht, dem einige Quecksilber- und Zinnlinien überlagert sind und das mit der Lithiumstrahlung bei 610 und 671 nm ergänzt ist. Aus dem Emissionsspektrum geht hervor, dass die Lampe auch ein wenig Natrium enthält, das als Verunreinigung in die Lampe eingeführt ist (Emission bei 590 am).

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Claims (1)

1. PHN". 6781. - 13 - 14.12.73.

   PATENTANSPRÜCHEι

   ' 1 ,y Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäss mit Eelektroden, zwischen denen im Betrieb die Entladung aufrecht erhalten wird, und mit einer Edelgas-

   menge als Startgas und weiter je cm Inhalt des Entladungsgefässes von 0,5 bis 25 mg Quecksilber und von 1 bis 30/UgMol von mindestens einem der Halogenide von Zinn (ausgenommen Fluorid), dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäss mindestens eines der Halogenide von Lithium (ausgenommen Pluorid) in einer zum Senken der Färbtemperatür der von der Lampe ausgesandten Strahlung wirksamen Menge enthält, wobei bis maximal 50 Mol$ des Lithiumhaiοgenids durch Natriumhalogenid ersetzt sein kann.

   2. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Lithium und Natrium gebundenen Halogene eine Atomnummer gleich der oder niedriger als die Atomnummer desjenigen zinngebundenen Halogens haben, das die niedrigste Atomnummer besitzt.

   3. Hochdruckquecksilberdarapfentladungslampe nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Senken der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung ausschliesslich Lithiumhalogenid angewandt ist.

   h, Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3_t die Zinnchlorid, Zinnjodid und gegebenenfalls einen Ueberschuss an Zinn enthält, wobei das Halogen-Zinn-Verhältnis einen Wert von 0,1 bis 2,5 und das Chlor-Jod-

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   Verhältnis einen Wert von 0,25 bis 4 hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäss Lithiumchlorid in einer

   Menge von 0,1 bis 2OyUgMo1 je cm Inhalt des Entladungsgefässes enthält.

   5. Hochdruckquecksilberdampf entladungslampe nach Anspruch 1 , 2 oder 3» die Zinnbroinid, Zinnjodid und. gegebenenfalls einen Ueberschuss an Zinn enthält, wobei das Halogen-Zinn-Verhältnis einen ¥ert von 0,1 bis 2,5 und das Brom-Jod-Verhältnis einen Wert von 0,1 bis 5 hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäss Lithiumchlorid und/oder Lithiumbromid in

   einer Menge von 0,1 bis 20 /UgMol je cm Inhalt des Entladungsgefässes enthält.

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