DE2324090A1

DE2324090A1 - Hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE2324090A1
Application number: DE2324090A
Authority: DE
Inventors: Louis Benjamin Beyer; Gerardus Antonius Cornelissen; Antonius Jozephus Ger Driessen; Cornelis Adrianus Joann Jacobs; Gerardus Henricus Mari Siebers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-05-16
Filing date: 1973-05-12
Publication date: 1973-12-06
Also published as: GB1390572A; ZA732241B; BR7303510D0; BE799512A; FR2184836A1; AU468095B2; AR194072A1; NL7206559A; AU5562373A; JPS4949481A; AT325712B; ES414745A1; ATA419173A; IT985899B; CA970424A; FR2184836B1; CH566075A5; US3842304A

Description

PHN. 6500.

Anmid—: UV.i-; J. _· ..,,^UaiPcrti AERiEKEN
Αί,ίο: PHH- 6300

Anmeldung vom ι 9· Μ&ί 1973

Hochdruckgasentladungslampe.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckgasentladungslampe mit einem EntladungsgefSss, dae Stoffe enthält, die im Betrieb der Lampe gas- und/oder dampfförmig sind und von denen wenigstens einer im Betrieb der Lampe einen gesättigten Dampf liefert, und das an seinem mit einer Elektrode versehenen Ende einen äusseren Ueberzug aufweist. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Aufbringung eines äusseren Ueberzuges auf eine derartige Lampe.

Eine Lampe der erwähnten Art enthält im Betriebszustand noch unverdarapften Stoff. Dieser unverdampfte Stoff befindet sich im allgemeinen an der Stelle in der Lampe, an der die Temperatur am niedrigsten ist. Die erwähnte niedrigste Temperatur bestimmt sodann den Dampfdruck des betreffenden Stoffes. In manchen Fällen

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befindet sich die Stelle mit der niedrigsten Temperatur auf dem Teil der Wand des Entladungsgefässes, der um die Elektroden herum und hinter ihnen liegt. Eine Beherrschung der Temperatur im Raum um die Elektroden herum und hinter ihnen, z.B. durch eine entsprechende Bemessung des Elektrodenraumes, ist nur schwer durchführbar infolge des Vorhandenseins von Stromzuleitungen, die an dieser Stelle durch die Wand des Entladungsgefässes hindurchgeführt sind. Die Durchführung einer Stromzuleitung kann z.B. durch eine vakuumdichte Einschmelzung in das Material des Entladungsgefässes erfolgen. Eine derartige Einschmelzung bedingt in der Praxis erhebliche Beschränkungen in bezug auf die Bemessung des Elektrodenraumes und auf die Reproduzierbarkeit der gewählten Form dieses Raumes. Eine Folge der unzureichenden Beherrschung der niedrigsten Temperatur in der Lampe ist, dass die Lampen untereinander erhebliche Unterschiede hinsichtlich des Lichtwirkungsgrades und der Spektralverteilung der ausgesendeten Strahlung aufweisen.

Eine Lösung des geschilderten Problemes ist möglich, wenn man die Temperatur der Wand des Entladungsgefässes um die Elektroden herum und hinter ihnen erhöht, wodurch die Stelle mit der niedrigsten Temperatur zum geeignet bemessenen mittleren Teil des Entladungsgefässes verschoben wird. Um eine Temperaturerhöhung des um die Elektroden herum und hinter ihnen liegenden Teiles der Wand des Entladungsgefässes zu erhalten, ist es bekannt, auf den erwähnten Teil der Wand des Entladungsgefässes einen äusseren Ueberzug aufzubringen, der wenigstens einen Teil der auffallenden Strahlung (Ultraviolettstrahlung, sichtbare Strahlung und Infrarotstrahlung) reflektiert oder absorbiert.

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Als Susserer Ueberzug können bekanntlich dünne reflektierende Metallschichten, z.B. aus Gold- oder Silberlegierungen, Anwendung finden. Solche Metallschichten haben jedoch den Nachteil, dass sie Temperaturen von mehr als etwa 700^eG nicht vertragen können.

Weiter ist es bekannt, als äusseren TJeberzug reflektierende weisse Oxidschichten, z.B. aus Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Aluminiumoxid, aufzubringen. Ein Nachteil dieser Oxidschichten ist, dass sie nur schwer aufzubringen sind. Um die gewünschte Wirkung zu erreichen, müssen die Oxidschichten nämlich verhältnismässig dick sein, wodurch sich eine schlechte Haftung an der Wand des Entladungsgefässes ergibt.

Ein Nachteil sowohl der Metallschichten als auch der weissen Oxidschichten ist, dass sie einen grossen Teil der auffallenden Strahlung reflektieren, ohne dass dies eine Erhöhung der Temperatur der Wand des Entladungsgefässes herbeiführt.

Schliesslich ist es bekannt, schwarze Schichten, z.B. aus Kohlenstoff, anzuwenden, um die Temperatur des die Elektrode umgebenden Wandteiles zu erhöhen. Ein Nachteil dieser schwarzen Schichten, die tatsächlich einen sehr grossen Teil der auffallenden Strahlung absorbieren, ist, dass sie die absorbierte Strahlung grossenteils wieder aussenden.

Die Erfindung bezweckt, einen äusseren TJeberzug des Entladungsgefässes einer Hochdruckgasentladungslampe zu schaffen, mit dem im Vergleich zu den bekannten Ueberzügen höhere Temperaturen des überzogenen Teiles der Wand des Entladungsgefässes erreichbar sind, während die vorerwähnten Nachteile nicht auftreten.

Eine Hochdruckgasentladungslampe eingangs erwähnter

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Art ist gentäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug aus einer ersten Schicht, die auf der Wand des Entladungsgefässes liegt und einen schwarzen oder dunkelgrauen Stoff mit hohem Schmelzpunkt und niedrigem Dampfdruck enthält, und aus einer zweiten Schicht besteht, die auf der ersten Schicht liegt und einen weissen oder nahezu weissen Stoffe mit hohem Schmelzpunkt und niedrigem Dampfdruck enthält.

, Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Lampe gemäss der Erfindung eine erheblich grössere Zunahme der Temperatur des Wandteiles um die Elektrode herum und hinter ihr erhalten wird als bei Verwendung der bekannten reflektierenden oder absorbierenden Schichten. Sogar bei sehr hohen mittleren Wand-be lastungen (z.B. cm ) hat sich herausgestellt, dass im Elektrodenraum kein unverdampfter Stoff vorhanden ist, was darauf hinweist, dass die kälteste Stelle in der Lampe auf dem mittleren Teil der Wand des Entladungsgefässes liegt. Die Verwendung eines schwarzen oder dunkelgrauen Stoffs in der ersten unmittelbar auf der Wand des Entladungsgefässes einer Lampe gemäss der Erfindung liegenden Schicht hat den Vorteil, dass praktisch die ganze auffallende Strahlung absorbiert wird. Dies führt zu einer grösseren Temperaturerhöhung des Wandmaterials als im Falle der Totalreflexion der auffallenden Strahlung. Dabei wird bei einer Lampe gemäss der Erfindung durch die Verwendung einer zweiten reflektierenden und somit schlecht emittierenden Schicht verhindert, dass die in der ersten Schicht absorbierte Wärme wieder durch Ausstrahlung nach aussen verloren geht.

Weil die Kombination gemäss der Erfindung einer schwarzen absorbierenden Schicht und einer weissen reflektierenden

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Schicht eine erheblich grössere temperaturerhöhende Wirkung als die bekannten Einzelschichten aus absorbierendem Material hat, genügen bei einer erfindungsgemässen Lampe zur Herbeiführung der gleichen Temperaturerhöhung dünnere Schichten als bei den bekannten Lampen. Dies ist ein wichtiger Vorteil, weil bekanntlich dünne Schichten im allgemeinen besser haften als dicke Schichten. Ausserdem hat es sich herausgestellt, dass weisse Schichten im allgemeinen besser an einer schwarzen Schicht haften als am Material des Entladungsgefässes, das häufig aus Quarzglas besteht. Bei einer Lampe gemäss der Erfindung kann somit unter Beibehaltung einer guten Haftung die zweite, weisse Schicht in einer grosseren Stärke Anwendung finden als es bei den bekannten Lampen mit nur einer weissen Schicht möglich ist. Eine Lampe gemäss der Erfindung weist weiter den Vorteil auf, dass sich eine gleichmässigere Temperaturverteilung über die Wand des Entladungsgefässes ergibt, so dass grosse Temperaturdifferenzeri längs der Wand vermieden werden.

In diesem Zusammenhang ist unter einem schwarzen oder dunkelgrauen Stoff ein Stoff zu verstehen, der einen Reflexionsgrad von höchstens 0,2 hat. Unter einem weissen oder nahezu weiösen Stoff ist ein Stoff zu verstehen, der einen Reflexionsgrad von mindestens 0,5 hat. Wenn diese Stoffe in Form einer Schicht auf das Entladungsgefäss aufgebracht werden, kann der Reflexionsgrad der Schicht noch etwas von dem der Stoffe selbst abweichen. Es ist selbstverständlich notwendig, dass die für die beiden Schichten zu verwendeten Stoffe einen hohen Schmelzpunkt (z.B. über 1000⁰K) haben. Auch ist es notwendig, dass diese Stoffe eine niedrige Dampfspannung (z.B. kleiner als 10 Torr bei 1200"K) haben.

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Als Material für die erste Schicht werden vorzugsweise Kohlenstoff, Carbide (z.B. Wolframcarbid), Silicate (z.B. Wolframsilicat oder Molybdänsilicat), Borate (z.B. Molybdänborat) oder Gemische dieser Stoffe und als Material für die zweite Schicht mindestens ein keramisches Oxyd (z.B. Calciumoxid, Magnesiumoxid, Zirkonium oxid, Aluminiumoxid und Thoriümöx-id) gewählt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Lampe gemäss der Erfindung besteht die erste Schicht im wesentlichen aus Kohlenstoff oder Graphit und die aweite Schicht im wesentlichen aus Zirkoniumoxid, denn diese Materialien liefern die besten Ergebnisse. Auch wurde gefunden, dass sich diese Materialien leicht in Form gut haftender Schichten aufbringen lassen.

Bei einer Lampe gemäss der Erfindung liegt der äussere TTeberzug vorzugsweise um die Elektrode herum und erstreckt sich bis hbchstens 5 ro^m jenseits des der Entladung zugekehrten Endes der Elektrode. Würde sich der Ueberzug noch weiter zum mittleren Teil des Entladungsgefässes hin erstrecken, so würde ein zu grosser Teil der von der Lampe ausgesandten Nutzstrahlung absorbiert werden.

Eine Lampe gemäss der Erfindung kann z.B. einer Hochdrucknatriumdampf entladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus z.B. polykristallinem Aluminiumoxid sein, das Natrium, Quecksilber und ein Edelgas enthält. Bei einer derartigen Lampe sind das Natrium und das Quecksilber im Uebermass vorhanden, so dass in Betrieb der Lampe gesättigte Natrium- und Quecksilberdämpfe entstehen. Eine gute Beherrschung der niedrigsten Temperatur und somit.des Natrium- und Quecksilberdampfdrucks ist für eine gute Wirkung der Lampe sehr wichtig.

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Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil bei einer

Hochdruckgasentladungslampe Anwendung finden, deren Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Hartglas besteht und mit Quecksilber, mindestens einem Edelgas und mindestens einem Metallhalogenid gefüllt ist. Dabei wird der üeberzug um die Elektrode (und gegebenenfalls auch um wenigstens einen Teil der Einschmelzung der Stromzuleitung) herum angebracht, wobei sich dieser Üeberzug bis höchstens 2 mm jenseite des der Entladung zugekehrten Endes der Elektrode erstreckt. In diesen mindestens ein Halogenid enthaltenden Lampen werden häufig Halogenide benutzt, die nur schwer verdampfen (z.B. Natriumiodid und die Jodide der seltenen Erdmetalle). Diese Halogenide sind dabei im Ueberechuss vorhanden. Bei einer derartigen mindestens ein Halogenid enthaltenden Lampe gemüse der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass ausser einer Verschiebung der kältesten Stelle der Lampe zum mittleren Teil des Entladungsgefässes, wodurch sich reproduzierbare Lampen ergeben» auch eine Erhöhung der niedrigsten in der Lampe herrschenden Temperatur auftritt. Infolgedessen kann eine grössere Menge des schwer verdampfenden Halogenides in die Entladung gebracht werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Lampe und die Spektralverteilung der ausgesandten Strahlung günstig beeinflussen lassen.

Im allgemeinen wird bevorzugt, beide Enden des EntladungsgefSsses einer erfindungsgemässen Lampe mit einem äusseren üeberzug zu versehen, um die Temperatur der Wand des Entladungsgefaases um beide Elektroden herum (und gegebenenfalls hinter ihnen) zu erhöhen.

Vorzugsweise wird ein äusserer Üeberzug, der aus einer ersten Schicht aus Kohlenstoff und einer zweiten Schicht aus Zirkoniua-

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oxid besteht, auf eine Hochdruckgasentladungslampe mit Hilfe eines Verfahrens gemüse der Erfindung aufgebracht, bei dem das Ende des Entladungsgefässes in der Nähe der Elektrode mit einer ersten Schicht einer Graphitsuspension überzogen wird, die nach Trocknen ihrerseits mit einer zweiten Schicht überzogen wird, die aus einer Suspension von Zirkoniumoxid in einem ein Lösungsmittel und einen Binder enthaltenden Suspensionsmedium besteht, wonach der so erhaltene Ueberzug getrocknet und dann an der Luft auf eine Temperatur von 25O⁰C bis 500⁰C erhitzt wird. Die Suspensionsschichten können z.B. durch Tauchen, Spritzen oder Anstreichen mit einer Pinsel aufgebracht werden. Bei der Erhitzung des Ueberzuges auf 250⁰C - 500⁰C werden das Suspensionsmedium und der Binder ausgetrieben und es ergibt sich eine gute Haftung der Schichten aneinander und am Entladungsgefäß.

Zweckmässig wird bei einem Verfahren gemäss der Erfindung als erste Schicht eine kolloidale Lösung von Graphit in Wasser (z.B. das unter dem Handelsnahmen "Aquadag" bekannte Produkt) und als zweite Schicht eine Suspension von Zirkoniumoxid in einem organischen Lösungsmittel (z.B. Butylacetat), das einen organischen Binder (z.B. Nitrozellulose) enthält, verwendet. Durch Anwendung einer wässrigen Suspension für die erste Schicht und einer organischen Suspension für die zweite Schicht wird nämlich eine Vermischung der beiden Schichten, die eine unerwünschte Ergrauung der weissen Zirkoniumoxidschicht zur Folge haben würde, praktisch ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung stellt eine Hochdruckgasentladungslampe gemäss der Erfindung dar, die sich für eine Leistung von 2000 W eignet. 'Das aus Quarzglas bestehende Entladungsgefäss hat einen zylin-

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drischen Teil 1, der einen Aussendurehmesser von etwa 30 mm hat. An die beiden Enden des Teiles 1 schliessen sich kegelige Teile 2 und an, die durch Quetschfüsse 4 bzw. 5 abgeschlossen sind. In die Quetschfüsse 4 und 5 sind Stromzuleitungselemente 6 bzw. 1 vakuumdicht eingeschmolzen. Diese Stromzuleitungselemente sind innerhalb des Entladungsgefässes mit Elektroden 8 bzw. 9 verbunden, die aus an Wolframstiften befestigten Wolframwendeln bestehen. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 8 und 9 beträgt etwa 100 mm. In der Praxis wird die Lampe meistens in einem (nicht dargestellten) evakuierten oder mit einem inerten Gas gefüllten Aussenkolben untergebracht. Das EntladungsgefSss ist mit I50 mg Hg, 6 mg Dy, 12 mg HgJ₃, 5 mg TlJ, 3 mg CsJ und 0,3 mg NaJ und ferner mit Argon unter einem Druck von 20 Torr gefüllt..

Das Dysprosiumjοdid, dass in Betrieb der Lampe gebildet wird, und auch das Natriumiodid sind im Ueberschuss vorhanden, d.h. dass sich in Betrieb ein gesättigter Dampf von Dysprosiumjodid und Natriumiodid bildet, während noch unverdampftes Dysproeiurajodid und Natriumiodid vorhanden sind. Diese unverdampften Jodide befinden sich dabei an den Stellen auf der Wand des Entladungsgefässes, die die niedrigste Temperatur aufweisen. Um zu verhüten, dass sich die Stelle mit der niedrigsten Temperatur auf dem die Elektrode 8 umgebenden Teil der Wand des Entladungsgefässes (dem kegeligen Teil 2 und einem Teil des Quetschfusses 4) befindet, ist ein äusserer Ueberzug 10 auf den um die Elektrode 8 herum und hinter ihr liegenden Teil des Entladungsgefässes aufgebracht. Der TJeberzug 10 liegt auf einem Teil des Quetschfusses 4 und erstreckt sich auf dem konischen Teil 2 bis zu einer Entfernung von wenigen mm von der Spitze der Elektrode

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Der Ueberzug 10 besteht aus einer ersten, unmittelbar auf dem Quarzglas liegenden Kohlenstoffschicht, die mittels einer "Aquadag"-Suspension aufgebracht ist, und aus einer zweiten, auf der ersten Schicht liegenden Zirkoniumoxidschicht. Die Zirkoniumoxidschicht ist. mittels einer Suspension von 150 g ZrOp in I50 g Bu ty lace tat, das 5 Gew. 'fo Nitrozellulose enthält, aufgebracht. Die Elektrode 9 ist von einem . tfeberzug 11 umgeben, der dem ueberzug 10 entspricht.

Es hat sich herausgestellt, dass in Betrieb der geschilderten Lampe die Stelle mit der niedrigsten Temperatur auf der Wand des Entladungsgefässes sich auf dem zylindrischen Teil 1 befindet. In Betrieb der Lampe wird nämlich unverdampftes Jodid auf dem zylindrischen Teil 1 etwa in H8he des Pfeiles 12 wahrgenommen, wenn die Lampe in vertikaler Lage betrieben wird. An der Lampe wurde ein Lampenstrom von 9*7 A, eine Lampenspannung von 230 V, ein Lichtstrom von etwa I70 000 Im, eine Färbtemperatur der ausgesandten Strahlung von etwa 65OO K und ein Farbwiedergabexndex Ba von mehr als 85 gemessen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE :

Γΐ. ) Hochdruckgasentladungslampe mit einem Entladungagefäss, das Stoffen enthalt, die im Betrieb der Lampe gas- und/oder dampfförmig sind und von denen mindestens einer in Betrieb einen gesättigten Dampf liefert, und das an seinem mit einer Elektrode versehenen Ende einen äusseren Ueberzug aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug aus einer ersten Schicht, die auf der Wand des EntladungsgefSsses liegt und einen schwarzen oder dunkelgrauen Stoff mit hohem Schmelzpunkt und niedrigem Dampfdruck enthält, und aus einer zweiten Schicht besteht, die auf der ersten Schicht liegt und einen weissen oder nahezu weissen Stoff mit hohem Schmelzpunkt und niedrigem Dampfdruck enthält.
2. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht im wesentlichen aus mindestens einem der Stoffe Kohlenstoff, Carbide, Silicate und Borate besteht und die zweite Schicht im wesentlichen aus mindestens einem keramischen Oxid besteht.
3. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht im wesentlichen aus Kohlenstoff und die zweite Schicht im wesentlichen aus Zirkoniumoxid besteht.
4» Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder

dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug die Elektrode umgibt und * sich bis höchstens 5 mm an das der Entladung zugekehrten Ende der Elektrode erstreckt.
5. Hochdruckgasentladungslampe nach einem oder mehreren

der vorstehenden Ansprüche, bei der das Entladungsgefäss aus Quarz-

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glas oder Hartglas besteht und mit Quecksilber, einem oder- mehreren Edelgasen und einem oder mehreren Ketallhalogeniden gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug die Elektrode umgibt und sich bis höchstens 2 mm an das der Entladung zugekehrten Ende der Elektrode erstreckt.
6. Verfahren zum Aufbringen eines äusseren TJeberzuges auf eine Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 3» 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Entladungsgefässes in der Nähe der Elektrode mit einer ersten Schicht aus einer Graphitsuspension überzogen wird und die erste Schicht nach dem Trocknen mit einer zweiten Schicht überzogen wird, die aus einer Suspension von Zirkoniumoxid in einem Suspensionsmedium, das ein Lösungsmittel und einen Binder enthält, besteht, und dass der so erhaltene Ueberzug nach Trocknen an der Luft auf eine Temperatur von 250" - 500⁰C erhitzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Schicht eine kolloidale Lösung von Graphit in Wasser und für die zweite Schicht eine Suspension von Zirkoniumoxid in einem organischen Lösungsmittel, das einen organischen Binder enthält, verwendet wird.

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