DE2134509B2

DE2134509B2 - WALL STABILIZED HIGH PRESSURE MERCURY VAPOR DISCHARGE LAMP

Info

Publication number: DE2134509B2
Application number: DE19712134509
Authority: DE
Inventors: Louis Benjamin; Driessen Antonius Jozephus Gerardus Cornells; Jacobs Cornells Adrianus Joannes; Eindhoven Beijer (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1971-07-10
Publication date: 1976-07-15
Also published as: US3753018A; DE2134509A1; BE770698A; GB1333272A; FR2103731A5; NL7011321A; CA943614A

Description

Die Erfindung betrifft eine wanrtstabilisierte Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einer Zündspannung niedriger als 500 Volt, die ein Quarzglas-Entladungsgefäß und einen dieses Gefäß umgebenden Außenkolben aufweist, wobei sich im Entladungsgefäß neben Quecksilber noch Argon sowie Jodid von wenigstens einem der Elemente Natrium, Lithium, Kadmium, Thallium, Indium, Zinn, Dysprosium, Gallium, Blei und Skandium befindet und im Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben Stickstoff und ein selektives Wasserstoffgetter vorhanden sind.The invention relates to a wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamp with an ignition voltage lower than 500 volts, which is a quartz glass discharge vessel and has an outer bulb surrounding this vessel, wherein in the discharge vessel In addition to mercury, argon and iodide of at least one of the elements sodium, Lithium, cadmium, thallium, indium, tin, dysprosium, gallium, lead and scandium are located and im Space between discharge vessel and outer bulb nitrogen and a selective hydrogen getter available are.

Bei geeigneter Wahl der Jodide kann man auf diese Weise Lampen anfertigen, die nahezu weißes Licht ausstrahlen und eine sehr gute Farbwiedergabe ermöglichen. Zugleich läßt sich der Wirkungsgrad auf sehr hohe Werte von 90 bis 110 Lumen/Watt bringen. Zum Erreichen dieser Ergebnisse wird vorzugsweise Natrium, Lithium, Kadmium, Thallium, Indium, Zinn, Dysprosium und Skandium verwendet, wobei in vielen Fällen mehr als eines dieser Elemente als Jodid im Entladungsraum vorhanden ist. Wird an Stelle oder neben diesen Elementen Blei und/oder Gallium in das Entladungsgefäß gebracht, so erhält man eine Erhöhung der Ultraviolettstrahlung.With a suitable choice of iodides, lamps can be made in this way that emit almost white light radiate and enable very good color rendering. At the same time, the efficiency can be increased bring very high values of 90 to 110 lumen / watt. To achieve these results, it is preferred Sodium, lithium, cadmium, thallium, indium, tin, dysprosium, and scandium are used, being in many Cases more than one of these elements is present as iodide in the discharge space. Used in place of or If lead and / or gallium are brought into the discharge vessel in addition to these elements, an increase is obtained of ultraviolet radiation.

Derartige Lampen sind Gegenstand des älteren deut- J₁₀ sehen Patents 21 20 471. Die Zündspannung dieser Lampen ist jedoch hoch und vergrößert sich während der Lebensdauer noch weiter. Bei diesen Lampen und bei aus der DT-OS 1539502 bekannten Lampen dieser Art - allerdings mit evakuiertem Außenkolben - wird ein Zündgas im Entladungsgefäß zum Herabsetzen der Zündspannung verwendet. Es wird angestrebt, die Zündspannung in jedem Fall unter 500 Volt zu bringen, da 500 Volt in vielen Ländern die untere Grenze des sogenannten Hochspannungsgebietes ist Ursprünglich wurde zu diesem Zweck nur Argon unter einem Druck von beispielsweise 10 bis 40 Torr bei 20⁰C als Zündgas verwendet Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Zündspannung bei ausschließlicher Verwendung von Argon als Zündgas zwar zu Anfang der Lebensdauer der Lampen weit unter der obenerwähnten Grenze von 500 Volt liegen kann, daß sie sich jedoch nach einigen hundert Brennstunden bis über diese Grenze hinaus erhöhen konnte. Dies ist nicht nur ein Nachteil hinsichtlich der einzuhaltenden Sicherheitsanforderungen, sondern ist ferner noch nachteilig, weil man die Zündapparatur zum Erhalten der erforderlichen Zündspannune für disse Höchstspannung dimensionieren muß. Dadurch wird die Zündapparatur kompliziert und kostspielig. Diese Erhöhung der Zündspannung tritt bei Lampen ohne Zusätze in viel geringeremSuch lamps are the subject of earlier German J ₁₀ see patent 21 20 471. The ignition of these lamps, however, is high and increases over the life even further. In these lamps and in lamps of this type known from DT-OS 1539502 - albeit with an evacuated outer bulb - an ignition gas is used in the discharge vessel to reduce the ignition voltage. It is desirable to bring the ignition voltage in any case less than 500 volts, as 500 volts in many countries is the lower limit of the so-called high-voltage region was originally for this purpose only argon at a pressure of for example 10 to 40 Torr at 20 ⁰ C as ignition It has been found, however, that when argon is used exclusively as the ignition gas, the ignition voltage may be well below the above-mentioned limit of 500 volts at the beginning of the lamp's service life, but that it could increase beyond this limit after a few hundred hours of burning . This is not only a disadvantage with regard to the safety requirements to be complied with, but is also disadvantageous because the ignition apparatus must be dimensioned in order to obtain the necessary ignition voltage for this maximum voltage. This makes the ignition apparatus complicated and expensive. This increase in the ignition voltage occurs to a much lesser extent in lamps without additives

Angesichts der bekannten Tatsache, daß die ursprüngliche Zündspannung bei Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen ohne Zusatz anderer Elemente und Jod dadurch herabgesetzt werden kann, daß an Stelle von nur Argon ein Gemisch aus Argon und Neon "erwendet wird (wobei die Menge Neon viel größer ist als die Menge Argon), wurden mit solchen Lampen, die diese Zusätze enthielten, Versuche angestellt, wobei gleichfalls ein Gemisch aus Neon und Argon als Zündgas verwendet wurde. Das Ergebnis war hinsichtlich der erwarteten Verringerung der ursprünglichen Zündspannung nahezu Null. Allerdings wurde die Erhöhung der Zündspannung während der Lebensdauer verringert, insbesondere bei Lampen mit Leistungen über 300 W.In view of the known fact that the original ignition voltage in high pressure mercury vapor discharge lamps can be reduced without the addition of other elements and iodine, that instead of just argon a mixture of argon and neon "is used (the amount of neon being much is greater than the amount of argon), experiments were made with lamps containing these additives, a mixture of neon and argon was also used as ignition gas. The result was almost zero in terms of the expected reduction in the original ignition voltage. However the increase in the ignition voltage during the service life has been reduced, especially for lamps with Power over 300 W.

Ein an sich bekannter Nachteil der Verwendung von Necn im Quarzglas-Entladungsgefäß ist der, daß dieses mit einem Außenkolben umgeben werden muß. der gleichfalls eine gewisse Menge Neon enthält. Geschieht dies nicht so verschwindet das Neon durch die Wand des Entladungsgefäßes hindurch, wodurch sich die Zündspannung wieder erhöht An sich ist die Notwendigkeit eines Außenkolbens kein Nachteil, da die Entladungsgefäße, von denen hier die Rede ist, sowieso mit einem Außenkolben umgeben werden müssen, der mit Stickstoff gefüllt sein soll, um die Wärmestrahlung des Entladungsgefäßes zu verringern, um einen hinreichenden Dampfdruck der dann befindlichen Jodide zu erhalten und aufrechtzuerhalten. A known disadvantage of using Necn in the quartz glass discharge vessel is that this must be surrounded by an outer bulb. which also contains a certain amount of neon. Happens This does not mean that the neon disappears through the wall of the discharge vessel, whereby the ignition voltage increases again In and of itself, the need for an outer bulb is not a disadvantage, since the discharge vessels of which we are talking here are anyway surrounded by an outer bulb must, which should be filled with nitrogen in order to reduce the thermal radiation of the discharge vessel, in order to obtain and maintain a sufficient vapor pressure of the iodides then present.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wandstabilisierte Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe eingangs erwähnter Art zu schaffen, die eine relativ niedrige Zündspannung besitzt, die sich während der Lebensdauer der Lampe gar nicht oder nur wenig erhöhtThe invention is based on the object of a wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamp to create the type mentioned at the beginning, which has a relatively low ignition voltage, the does not increase at all or only slightly during the life of the lamp

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß sowohl das Entladungsgefäß als auch der Raum zwischen dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben zusätzlich Neon enthalten.According to the invention, this object is achieved in that both the discharge vessel and the Space between the discharge vessel and the outer bulb also contain neon.

Durch die Zugabe von Neon war zu erwarten gewesen, daß die Zündspannung zwar anfänglich niedriger ist, aber während der Lebensdauer der Lampe erheblich ansteigen würde. Überraschenderweise hat «ich jedoch herausgestellt, daß die Lampen gemäß der Erfindung praktisch keine Erhöhung der Zündspannung während ihrer Lebensdauer aufweisen.With the addition of neon it was to be expected that the ignition voltage would be initially lower but would increase significantly over the life of the lamp. Surprisingly it has “I found, however, that the lamps according to the invention practically do not increase the ignition voltage exhibit during their lifetime.

Vorzugsweise besteht das Neon-Argongemisch im Entladungsgefäß aus 0,1 bis 5,0 Volumprozent ArgonThe neon-argon mixture in the discharge vessel preferably consists of 0.1 to 5.0 percent by volume argon

und 99,9 bis 95,0 Volumprozent Neon; der Druck dieses Gemisches beträgt bei 20⁰C 10 bis 100 Torr. Bei diesen Werten werden die höchsten Wirkungsgrade erzielt. Im Außenkolben befindet sich vorzugsweise soviel Stickstoff, daß der Druck bei 20°C zwischen 100 und 400 Torr liegt Der Neondruck im Außenkolben beträgt bei 20⁰C vorzugsweise 50 bis 300 Torr. Bei diesen D/ücken wird das Verschwinden von Neon aus dem Entladungsgefäß mit Sicherheit verhindert und erfolgt kein Überschlag zwischen den Stromzu- _!0 leitungsdrähten.and 99.9 to 95.0 volume percent neon; the pressure of this mixture is 10 to 100 torr ^{at 20 ° C.} The highest levels of efficiency are achieved with these values. In the outer bulb is preferably as much nitrogen in that the pressure at 20 ° C between 100 and 400 torr, the neon pressure in the outer bulb at 20 ⁰ C, preferably 50 to 300 Torr. These D / ücken disappearance is prevented by Neon from the discharge vessel with safety and will be no flashover between the current _{supply! 0} lead wires.

Als selektives Wasserstoffgetter kommt insbesondere Zirkonmetall oder eine Legierung dieses Metalls in Frage.In particular, zirconium metal or an alloy of this metal can be used as a selective hydrogen getter Question.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und einer Reihe von Messungen näher erläutert.The invention will now be based on an embodiment shown in the drawing and a series of measurements explained in more detail.

Die Zeichnung stellt eine Lampe dar, die für eine Belastung von 400 W bestimmt ist. Die Lampe hat ein Quarzglas-Entladungsgefäß 1, das an beiden Enden mit den Quetschungen 2 und 3 versehen ist, in denen sich Einschmelzungen 4 und 5 befinden. Diese Einschmelzungen sind im Entladungsgefäß 1 mit Elektroden 6 und 7 verbunden. Die Stromzufuhr zu den Elektroden 6 und 7 erfolgt über die Einschmelzungen 4 und 5 und Drähte 12 und 13. Die Drähte 12 und 13 bilden einen Bügel, in den das Entladungsgefäß 1 mittels der Quetschungen 2 und 3 aufgehängt ist Das Gebilde aus Entladungsgefäß und Bügel befindet sich in einem Außenkolben 8 aus Hartglas, der an einem Ende eine Quetschung 9 aufweist durch die hindurch Stromzuleitungsdrähte 10 und 11 vakuumdicht geführt sind. Der Bügel 12, 13 ist mit federnden Streifen 14 und 15 versehen, m\t denen der Bügel im Außenkolben 8 abgestützt wird. Am Draht 13 ist ein Getter 16 befestigt, das Zirkonmetall enthält. Das Entladungsgefäß 1 hat einen Innendurchmesser von 15,5 mm und einen Inhalt von 7,5 cm'. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 41 mm. Das Entladungsgefäß 1 enthält ein Gemisch aus Neon und 1 Vol.-% Argon unter einem Druck von 40 Torr. Neben Quecksilber befinden sich im Entladungsgefäß ferner die Elemente Natrium, Thallium und Indium in Form von Jodiden. Der Außenkolbcn ist mit Stickstoff bis zu einem Druck von 200 Torr und Neon bis zu einem Druck von 80 Torr gefüllt.The drawing shows a lamp that is designed for a load of 400 W. The lamp has a Quartz glass discharge vessel 1 with the pinches 2 and 3 is provided, in which melts 4 and 5 are located. These meltdowns are connected to electrodes 6 and 7 in the discharge vessel 1. The power supply to the electrodes 6 and 7 takes place via the seals 4 and 5 and wires 12 and 13. The wires 12 and 13 form one Bracket in which the discharge vessel 1 is suspended by means of the pinches 2 and 3 The structure of the discharge vessel and bracket is located in an outer bulb 8 made of hard glass, which at one end has a Pinch 9 has through which power supply wires 10 and 11 are guided in a vacuum-tight manner. The bracket 12, 13 is provided with resilient strips 14 and 15, with which the bracket is supported in the outer bulb 8 will. A getter 16, which contains zirconium metal, is attached to the wire 13. The discharge vessel 1 has an inner diameter of 15.5 mm and a content of 7.5 cm '. The distance between the electrodes is 41 mm. The discharge vessel 1 contains a mixture of neon and 1 vol .-% argon under one Pressure of 40 torr. In addition to mercury, the discharge vessel also contains the elements sodium, Thallium and indium in the form of iodides. The outer bulb is pressurized with nitrogen from 200 torr and neon to a pressure of 80 torr.

Die Zündspannung einer Anzahl von Lampen mit einem Aufbau und einer Füllung, wie vorstehend beschrieben, wurde in verschiedenen Ze'tpunkten während der Betriebsdauer gemessen. Die Messungen sind in nachfolgender Tabelle in Spalte A zusammengefaßt. Zum Vergleich wurden dieselben Messungen an zwei Serien von Lampen B und C durchgeführt, die nicht Ausführungsbeispiele der Erfindung sind. Die Lampen B entsprechen den Lampen A mit dem Unterschied, daß das Zirkon-Getter im Außenkolben fehlt. Die Lampen C weisen ein Entladungsgefäß auf, das mit Argon bis zu einem Druck von 20 Torr gefüllt ist, und einen evakuierten AuSenkolben. Im Außenkolben der Lampe C ist ferner ein Bariurngetter vorgesehen. Aufbau und Füllung der Lampen C sind übrigens gleich denjenigen der Lampen A.The ignition voltage of a number of lamps with a structure and a filling as described above, was measured at different time points during the operating period. The measurements are summarized in column A of the following table. For comparison, the same measurements were made on two Series of lamps B and C carried out, which are not embodiments of the invention. The lamps B correspond to lamps A with the difference that the zirconium getter is missing in the outer bulb. The lamps C have a discharge vessel which is filled with argon up to a pressure of 20 Torr, and an evacuated outer piston. A barium getter is also provided in the outer bulb of the lamp C. Incidentally, the structure and filling of lamps C are identical to those of lamps A.

Aus der Tabelle geht deutlich hervor, daß das Ersetzen von Argon im Entladungsgefäß durch ein Gemisch aus Neon und Argon nur einen geringen Einfluß auf die Anfangs-Zündspannung hat (vgl. die Spalten A und B mit C). Die Erhöhung der Zündspannung während der Lebensdauer wird jedoch durch diese Maßnahme größtenteils verhindert. Aus den Messungen an den Lampen B (ohne Wasserstoffgetter) geht hervor, daß diese Lampen, obwohl die Zündspannung während der Lebensdauer niedrig genug bleibt sofort nach dem Zünden wieder erlöschen.The table clearly shows that the replacement of argon in the discharge vessel by a mixture from neon and argon has only a slight influence on the initial ignition voltage (see columns A. and B with C). The increase in the ignition voltage during the service life is, however, reduced by this measure largely prevented. The measurements on lamps B (without hydrogen getter) show that that these lamps, although the ignition voltage remains low enough during the service life, immediately after go out again after ignition.

Tabel

Brennstunden Burning hours

Zündspannung in Volt
A BIgnition voltage in volts
AWAY

0 240-260 240-260 260-30G0 240-260 240-260 260-30G

100 240-260 240-260 260-350100 240-260 240-260 260-350

1000 260-280 280-300*) 350-4001000 260-280 280-300 *) 350-400

2000 260-280 - 400-5502000 260-280-400-550

*) Lampen erlöschen sofort nach dem Zünden.*) Lamps go out immediately after ignition.

Zum Verringern der Zündspannung kann bei den Lampen an einem der Stromzuführungsdrähte im Außenkolben ein Bimetallstreifen befestigt werden, der als äußere Zündelektrode dient und der im kalten Zustand an demjenigen Ende des Entladungsgefäßes anliegt, wo sich die Elektrode befindet, die mit dem erwähnten Stromzuleitungsdraht nicht verbunden ist. Beim Erwärmen des Entladungsgefäßes bewegt sich der Metallstreifen derart, daß der Kontakt mit der Wand des Entladungsgefäßes unterbrochen wird. Dies ist deshalb erforderlich, weil sich herausgestellt hat, daß die im Entladungsgefäß vorhandenen zugeordneten Elemente auf elektrolytischem Wege durch die Quarzglaswand hindurch verschwinden konnten, wenn im warmen Zustand ein Metallstreifen an der Wand ruhen blieb. Dieser Metallstreifen hat nämlich gegenüber der nächstliegenden Elektrode eine Spannung, die gleich der Brennspannung der Lampe ist. Es ist erwiesenermaßen möglich, derartige Lampen für eine Belastung von 400 W und mit der oben beschriebenen Zündelektrode versehen ohne Verwendung eines Zündapparates bei Netzspannung von 220 V zu zünden.To reduce the ignition voltage, one of the power supply wires in the lamps can be used A bimetallic strip can be attached to the outer bulb, which serves as the outer ignition electrode and which is used in the cold State is applied to that end of the discharge vessel where the electrode is located, which is connected to the mentioned power lead wire is not connected. When the discharge vessel is heated, the moves Metal strips in such a way that the contact with the wall of the discharge vessel is interrupted. This is This is necessary because it has been found that the associated associated with the discharge vessel Elements could disappear electrolytically through the quartz glass wall if im a metal strip remained on the wall in a warm state. This metal strip has namely opposite the closest electrode has a voltage that is equal to the operating voltage of the lamp. It has been proven possible such lamps for a load of 400 W and with the one described above Provide ignition electrode to ignite at mains voltage of 220 V without using an ignition device.

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Claims

Patent claims:

1. Wall-stabilized high pressure mercury vapor discharge lamp with an ignition voltage lower than 500 volts, which is a quartz glass discharge vessel and has an outer bulb surrounding this passage, wherein in the discharge vessel In addition to mercury, argon and iodide of at least one of the elements sodium, lithium, Cadmium, thallium, indium, tin, dysprosium, gallium, lead and scandium are located and in space between the discharge vessel and the outer bulb nitrogen and a selective hydrogen getter are present, characterized in that both the discharge vessel and also the space between the discharge vessel and the outer bulb Neon included.

2. Wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the rare gas mixture in the discharge vessel of 0.1 to 5.0 volume percent argon and from 99.9 to 95.0 volume percent neon at a pressure of 10 to 100 Torr at 2O ⁰ C consists

3. Wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure of the neon introduced into the space between the discharge vessel and the outer bulb at 20 ⁰ C is 50 to 300 Torr and the pressure of the nitrogen is 100 to 400 Torr.