Hochdruckentladungslampe

Abstract

 Die Erfindung betrifft Hochdruckentladungslampen mit einer halogenhaltigen, der Licht- oder Strahlungserzeugung dienenden Füllung. Zur Vermeidung der bei diesen Lampentypen auftretenden und unter Beteiligung von Sauerstoff ablaufenden Elektrodenkorrosion, die durch eine chemische Reaktion des Elektrodenmaterials mit dem Halogen der Füllung bedingt ist, wird in das Entladungsgefäß ein Getter eingebracht, der den freien Restsauerstoff bindet. Als Gettersubstanzen eignen sich die Elemente Phosphor, Bor, Aluminium, Scandium und die Seltenen-Erdmetalle sowie deren Halogenide, vorzugsweise Jodide, und die Wolfram-Bor-Verbindungen WB und W₂B sowie die Zinn-Phosphor-Verbindungen SnP, SnP₃, Sn₄P₃.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Insbesondere handelt es sich um Halogenmetalldampfhochdruckentladungslampen mit einer ionisierbaren, der Lichterzeugung dienenden Füllung, deren Halogenidkomponente Halogenide der Metalle Natrium und Zinn enthält, und um Halogenmetalldampfhochdruckentladungslampen für medizinische oder technische Anwendungen, die vornehmlich im ultravioletten Spektralbereich emittieren und deren ionisierbare, der Strahlungserzeugung dienende Füllung ein oder mehrere Halogenide der Metalle Quecksilber, Eisen oder / und Nickel aufweist.

[0003] Bei diesen Lampen mit halogenhaltiger Füllung läuft neben dem bekannten Halogenkreislauf, der die Entladungsgefäßwand vor einer Schwärzung bewahrt, ein weiterer, schädlicher Kreisprozeß ab, an dem das Elektrodenmaterial beteiligt ist und der zu einem schwerwiegenden Qualitätsproblem, nämlich der Elektrodenkorrosion, führt. Die Elektrodenkorrosion verkürzt die Lebensdauer der Halogen enthaltenden Lampen erheblich. Sie tritt auf wenn im Betriebszustand freies Halogen an den Elektroden bei einer Elektrodentemperatur existiert, bei der das Halogen der ganz oder teilweise dissoziierten Metallhalogenidfüllungskomponente mit dem Elektrodenmaterial reagieren kann. Restsauerstoff, der zum Beispiel in Form von Wasser als Verunreinigung der Füllgase und des Entladungsgefäßmaterials oder in Gestalt von OH-Gruppen im Quarzglas in das Entladungsgefäß gelangt, ist entscheidend für diesem schädlichen Kreislauf verantwortlich. Höhere Sauerstoffkonzentrationen beschleunigen die Elektrodenkorrosion in erheblichem Maße.

[0004] Unter solchen Bedingungen wird das Elektrodenmaterial, das ist in der Regel Wolfram oder thoriertes Wolfram, als Halogenid von der kältesten Stelle der Elektroden abgetragen. Das dampfförmige Wolframhalogenid bzw. Wolframoxihalogenid wird in der Entladung wieder dissoziiert, wobei sich das freiwerdende Wolfram an den heißen Stellen der Elektrode, an der Elektrodenspitze, abscheidet. Dieser Prozeß kann bis zum Abbrechen der Elektroden an der durch Korrosion verdünnten Stelle und damit zum Ausfall der Lampe führen. Dieses bei der Elektrodenkorrosion ablaufende Reaktionsschema kann anhand der schematischen Darstellung in der Figur 2 erläutert werden.

[0005] Der Restsauerstoff (O₂) bildet zunächst Wolframdioxid (WO₂), das mit dem Halogen (X₂) zu Wolframoxihalogenid (WO₂X₂) reagiert. Die Wolframoxihalogenidverbindung dissoziiert in der Entladung, wobei sich das Wolfrann an den heißen Stellen der Elektroden ablagert, während der Sauerstoff (O₂) und das Halogen (X₂) an den kühleren Elektrodenteilen, an denen die Wolframabtragung erfolgt, für weitere Kreisläufe mit dem Elektrodenmaterial (W) zur Verfügung stehen.

[0006] Im besonderen Maße sind Halogenmetalldampf-Hochdruckentladunslampen von der Elektrodenkorrosion betroffen, deren Metallhalogenidfüllungszusatz überwiegend Natrium- und Zinnhalogenid enthält, sowie UV-Strahler, deren Metallhalogenidfüllungszusatz vornehmlich Quecksilberhalogenide, Eisen- oder / und Nickelhalogenide aufweist.

[0007] Bisher wurde das Problem der Elektrodenkorrosion dadurch gelöst, daß der ionisierbaren Füllung der Halogenmetalldampflampen ein Metallüberschuß zugegeben wurde, der freies Halogen bindet und so die Teilnahme des Elektrodenmaterials am Halogenkreislauf stark einschränkte. So lassen sich beispielsweise bei einem atomaren Metall / Halogen-Verhältnis von größer oder gleich 1,5 Lampenlebensdauem von mehr als 6000 Betriebsstunden erreichen, wie z.B. im Aufsatz "Elektrodenentwicklung für kleine Halogen-Metalldampflampen" des Autors D.C. Fromm, veröffentlicht in den Technisch-wissenschaftlichen Abhandlungen der OSRAM-Gesellschaft Band 12, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1986 auf den Seiten 65-72, offenbart ist.

[0008] In der europäischen Patentschrift EP 0 092 221 ist eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Halogenmetalldampflampe beschrieben. Die ionisierbare Füllung dieser Lampe besitzt zur Verhinderung der Elektrodenkorrosion einen metallischen Zinnüberschuß. Zusätzlich werden die Elektroden an den kühleren Stellen im Einschmelzungsbereich, die besonders durch die Elektrodenkorrosion betroffen sind, durch eine den Elektrodenschaft umgebende Wendel geschützt.

[0009] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Lampe, bei der die Elektrodenkorrosion, bedingt durch den Halogenangriff auf die Elektroden, auf möglichst kostengünstige Weise unterdrückt wird.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0011] Der erfindungsgemäße Getter bindet den durch Verunreinigungen der Füllsubstanzen in das Entladungsgefäß eingebrachten Restsauerstoff. Dadurch steht der Sauerstoff für den in Figur 2 dargestellten schädlichen Kreisprozeß nicht mehr zur Verfügung, d.h., die beschleunigte, katalytische Wirkung des Sauerstoffs auf die chemische Reaktion der Halogene mit dem Elektrodenmaterial entfällt. Auf diese Weise werden der Halogenangriff auf die Elektroden und damit die Elektrodenkorrosion unterdrückt.

[0012] Ein Metallüberschuß in der ionisierbaren Füllung zur Bindung des freien Halogens, wie im oben zitierten Aufsatz "Elektrodenentwicklung für kleine Halogen-Metalldampflampen" offenbart oder eine Schutzwendel für den Elektrodenschaft, wie in der EP 0 092 221 B1 beschrieben, werden bei den erfindungsgemäßen Halogenmetalldampflampen nicht benötigt, so daß sich hier erhebliche Kosteneinsparungen ergeben.

[0013] Als Gettersubstanzen werden vorteilhafterweise die chemischen Elemente Bor, Phosphor, Aluminium, Scandium oder die Seltenen-Erdmetalle sowie deren Halogenide, vorzugsweise Jodide Bromide oder Cloride, und die Wolfram-Bor-Verbindungen WB und W₂B sowie die Zinn-Phosphor-Verbindungen SnP, SnP₃, Sn₄P₃ verwendet. Diese Gettersubstanzen binden den Restsauerstoff im Entladungsgefäß und führen bei der geringen, unten angegebenen Dosierung, nicht zu einer Beeinflußung des Farbortes der Lampe oder zu einer Schädigung der Quarzglaswandung des Entladungsgefässes. Die Dosierung der Gettersubstanzen in den erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen ist derart gewählt, daß der Gewichtsanteil des in den obengenannten Getterverbindungen enthaltenen aktiven Getterelementes (z. B. Bor, Phosphor und Aluminium), bezogen auf das Gesamtgewicht der der Licht- oder Strahlungserzeugung dienenden Metallhalogenidfüllungszusätze in der Entladungslampe, ca. 0,05 bis 1 Gewichtsprozent und vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent beträgt.

[0014] Im einzelnen beträgt die Dosierung der Gettersubstanzen im Entladungsgefäß für die Elemente Bor, Phosphor und Aluminium etwa 0,05 bis ca. 1 Gewichtsprozent und für ihre Halogenide ca. 0,1 bis 6 Gewichtsprozent.

[0015] Bei den Wolfram-Bor-Verbindungen WB, W₂B und den Zinn-Phosphor-Verbindungen ist die Dosierung derart gewählt, daß der Bor- bzw. Phosphor-Anteil ca. 0,05 bis 1 Gewichtsprozent beträgt.

[0016] Für Scandium und die Seltenen-Erdmetalle beträgt die Dosierung ca. 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent sowie für deren Halogenide ca. 0,1 bis 6 Gewichtsprozent.

[0017] Sämtliche Angaben in Gewichtsprozent beziehen sich auf die der Licht-oder Strahlungserzeugung dienenden Metallhalogenidfüllungszusätze der Entladungslampe.

[0018] Bei geringeren Gettermengen kann der üblicherweise freie Restsauerstoff nicht mehr vollständig gebunden werden, während eine höhere Gettermenge, als hier angegeben, zu einer Schwärzung der Entladungsgefäßwand oder zu einer Beeinflussung des Emissionsspektrums der Lampe führen kann. Bei einem zu hohen Getteranteil wird auch der Halogenkreislauf, der die Entladungsgefäßwand sauber hält, beeinträchtigt.

[0019] Andererseits ist die eingebrachte Gettermenge so gering, daß die Gettersubstanzen keinen Einfluß auf das Emissionsspektrum und den Farbort der erfindungsgemäßen Halogenmetalldampflampe ausüben. Dieser Gesichtspunkt ist insbesondere dann zu beachten, wenn Halogenide der Seltenen-Erdmetalle, die als Licht oder Strahlung emittierende Füllungskomponenten wohlbekannt sind, als Gettersubstanzen zum Binden des freien Sauerstoffs verwendet werden.

[0020] Die Zugabe des Getters kann vorteilhafterweise gemeinsam mit den der Licht-bzw. Strahlungsemission dienenden Metallhalogenidfüllungszusätzen in Form einer Festkörperdosierung erfolgen.

[0021] Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

Eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen zweiseitig gequetschten Halogenmetalldampflampe

Figur 2

Eine Darstellung des bei der Elektrodenkorrosion unter Beteiligung von Sauerstoff ablaufenden Reaktionsschemas

Figur 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen zweiseitig gequetschten Halogenmetalldampflampe. Die Lampe 1 besitzt ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das von einem gläsernen Außenkolben 3 umgeben ist. Innerhalb des Entladungsgefäßes 2 befinden sich zwei Wolframelektroden 4, 5, zwischen denen sich im Betriebszustand eine Gasentladung ausbildet. Die Elektroden 4, 5 sind gasdicht in den Quetschenden des Entladungsgefäßes 2 eingeschmolzen und über jeweils eine Molybdänfolie 6, 7 mit je einer Stromzuführung 8, 9 elektrisch leitend verbunden. Die Stromzuführungen 8, 9 stellen ihrerseits über jeweils eine Molybdänfolieneinschmelzung 10, 11 des Außenkolbens 3 eine elektrisch leitende Verbindung zu den elektrischen Anschlüssen 12, 13 der Lampe 1 her. Innerhalb des Außenkolbens 3 befindet sich ein Getter 14, der an einem Quetschende des Entladungsgefäßes 2 befestigt ist. Die Entladungsgefäßenden weisen beide eine Wärme reflektierende Beschichtung 15, 16 auf.

[0022] Alle Ausführungsbeispiele, die im folgenden näher erläutert werden, besitzen den oben geschilderten und in Figur 1 schematisch dargestellten Aufbau.

[0023] Bei den ersten fünf Ausführungsbeispielen der Erfindung handelt es sich jeweils um eine 70W-Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die eine warmweiße Lichtfarbe erzeugt. Die ionisierbare, lichtemittiernde Füllung dieser Lampe besteht aus 125 mbar Argon-Krypton Edelgasgemisch, 14,2 mg Quecksilber und 1,4 mg Metallhalogenidfüllungszusätzen. Die Metallhalogenidfüllung enthält 33,51 Gewichtsprozent Natriumjodid (NaI), 34,96 Gewichtsprozent Zinnbromid (SnBr₂), 23,3 Gewichtsprozent Zinnjodid (SnI₂), 7,8 Gewichtsprozent Thalliumjodid (TlI) und 0,43 Gewichtsprozent Indiumjodid (InI). Bei allen folgenden Ausführungsbeispielen ist die Gettersubstanz gemeinsam mit den Metallhalogenidfüllungszusätzen in Form einer Festkörperdosierung in das Entladungsgefäß eingebracht. Die Ausführungsbeispiele eins bis fünf unterscheiden sich nur durch die Art oder die Menge des eingebrachten Getters.

[0024] Das erste Ausführungsbeispiel besitzt ca. 0,4 Gewichtsprozent Phosphorjodid (PI₃) als Sauerstoff bindende Gettersubstanz, während dem zweiten Ausführungsbeispiel ungefähr 2,0 Gewichtsprozent Phosphorjodid (PI₃) zugesetzt sind. Die Gettermenge bezieht sich auf die Menge der Metallhalogenidfüllungszusätze, die zur Lichtemission dienen.

[0025] Beim dritten Ausführungsbeispiel werden ca. 1,8 Gewichtsprozent Borjodid (BI₃) und beim vierten Ausführungsbeispiel ca. 5,0 Gewichtsprozent Borjodid (BI₃) als Sauerstoffgetter in das Entladungsgefäß eingefüllt.

[0026] Das fünfte Ausführungsbeispiel enthält ca. 0,4 Gewichtsprozent Aluminiumjodid (AlI₃) als Gettersubstanz.

[0027] Bei den Ausführungsbeispielen sechs bis acht handelt es sich jeweils um eine zweiseitig gequetschte 150W-Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die Licht wannweißer Farbe emittiert. Der Aufbau einer derartigen Lampe ist schematisch in der Figur 1 dargestellt.

[0028] Die Füllung dieser Lampen besteht neben dem obligatorischen Quecksilber und dem Zündgas (Argon-Krypton Edelgasgemisch) aus 2,8 mg Metallhalogenid, das vorzugsweise als Festkörperdosierung in das Entladungsgefäß eingefüllt ist. Die Metallhalogenidfüllung enthält 41,93 Gewichtsprozent Zinnjodid (SnI₂), 25,32 Gewichtsprozent Natriumjodid (NaI), 17,41 Gewichtsprozent Natriumbromid (NaBr), 12,66 Gewichtsprozent Thalliumjodid (TlI), 1,34 Gewichtsprozent Indiumjodid (InI) und 1,34 Gewichtsprozent (LiBr). Die Ausführungsbeispiele sechs bis neun unterscheiden sich lediglich durch die beigemischten Gettersubstanzen.

[0029] Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel werden als Sauerstoff bindende Gettersubstanz, ca. 0,4 Gewichtsprozent Phosphorjodid (PI₃) verwendet.

[0030] Der Metallhalogenidfüllung des siebten Ausführungsbeispiels sind ca. 1,8 Gewichtsprozent Borjodid (BI₃) als Getter beigemischt.

[0031] Das achte Ausführungsbeispiel enthält ungefähr 0,4 Gewichtsprozent Aluminiumjodid (AlI₃).

[0032] Beim neunten Ausführungsbeispiel wird als Getter die Zinn-Phosphor-Verbindung SnP verwendet. Die Dosierung beträgt hier 2,16 Gewichtsprozent SnP bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallhalogenidfüllungskomponenten. Das entspricht einem Phosphoranteil von ungefähr 0,5 Gewichtsprozent.

[0033] Bei allen Ausführungsbeispielen konnten weder eine Schwärzung der Entladungsgefäßinnenwand aufgrund eines Getterüberschusses noch Frühausfalle, verursacht durch Elektrodenkorrosion, beobachtet werden.

[0034] Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. So können anstelle der Jodide von Aluminium, Bor und Phosphor auch deren Bromide oder Cloride verwendet werden. Als Gettersubstanzen eignen sich auch Scandiumhalogenid oder Halogenide, insbesondere Jodide, Bromide und Cloride, der Seltenen-Erdmetalle. Ferner ist es möglich, anstelle der obengenannten Getterverbindungen auch die Substanzen Aluminium, Phosphor, Bor, Scandium und die Seltenen-Erdmetalle in elementarer Form zu verwenden. Die als Getter dienenden Seltenen-Erdmetalle bzw. Seltenen-Erdmetall-Halogenide sowie Scandium bzw. Scandiumhalogenid werden in so geringen Dosierungen verwendet, daß keine nennenswerte Einflußnahme der Gettersubstanzen auf das Emissionsspektrum, insbesondere die Farbtemperatur, der Lampe erfolgt. Erfolgreiche Versuche wurden außerdem mit den Wolfram-Bor-Verbindungen WB und W₂B als Sauerstoffgetter durchgeführt.

[0035] Die oben genannten Gettersubstanzen können vorteilhaft auch in Halogenmetalldampfstrahlern verwendet werden, die vornehmlich im UV-Bereich emittieren. Die ionisierbare Füllung dieser UV-Strahler enthält neben Quecksilber und einem Edelgasgemisch Metallhalogenidzusätze, die überwiegend aus Halogeniden (Jodide und Bromide) der Metalle Quecksilber, Eisen oder Nickel bestehen.

[0036] Versuche haben ferner gezeigt, daß es sogar möglich ist, mit Hilfe der oben genannten Gettersubstanzen den durch Sauerstoffverunreinigungen verursachten Halogenangriff auf die Wolframwendel bei Halogenglühlampen deutlich einzuschränken.

Ansprüche

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, in dem eine halogenhaltige, der Licht- oder Strahlungserzeugung dienende ionisierbare Füllung eingeschlossen ist, und mit in das Entladungsefäßvolumen hineinragenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß einen Sauerstoff bindenden Getter enthält.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenhaltige, der Licht- oder Strahlungserzeugung dienende ionisierbare Füllung Halogenide der Metalle Natrium und Zinn sowie eventuell Halogenide weiterer Metalle enthält.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenhaltige, der Licht- oder Strahlungserzeugung dienende ionisierbare Füllung ein oder mehrere Halogenide der Metalle Quecksilber, Eisen oder / und Nickel sowie eventuell Halogenide weiterer Metalle enthalten.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Getter in Form einer oder mehrerer chemischer Elemente aus der Gruppe Phosphor, Bor, und Aluminium in das Entladungsgefäß eingebracht ist.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Getter in Form von Halogeniden eines oder mehrerer der Elemente aus der Gruppe Phosphor, Bor, und Aluminium in das Entladungsgefäß eingebracht ist.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Getter in Form von Wolfram-Bor-Verbindungen (WB, W₂B) in das Entladungsgefäß eingebracht ist.

7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Getter in Form von Zinn-Phosphor-Verbindungen (SnP, SnP₃, Sn₄P₃) in das Entladungsgefäß eingebracht ist.

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Getter in Form von Scandium oder eines Seltenen-Erdmetalles eingebracht ist.

9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Getter in Form von Scandiumhalogenid oder Halogeniden Seltener-Erdmetalle in das Entladungsgefäß eingebracht ist.

10. Hochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 5, 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenide der Gettersubstanzen Jodide, Bromide oder / und Cloride sind.

11. Hochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 2 oder 3 sowie 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der in das Entladungsgefäß eingebrachten Gettersubstanzen bezogen auf die zur Licht- oder Strählungsemission dienenden Metallhalogenidfüllungskomponenten 0,1 bis 6 Gewichtsprozent beträgt.

12. Hochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der in das Entladungsgefäß eingebrachten Gettersubstanzen bezogen auf die zur Licht- oder Strählungsemission dienenden Metallhalogenidfüllungskomponenten 0,05 bis 1 Gewichtsprozent beträgt.

13. Hochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 2 oder 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der in das Entladungsgefäß eingebrachten Gettersubstanzen bezogen auf die zur Licht- oder Strahlungsemission dienenden Metallhalogenidfüllungskomponenten 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent beträgt.

14. Hochdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 2 oder 3 sowie 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des in der Getterverbindung enthaltenen Bors bzw. Phosphors, bezogen auf die zur Licht- oder Strahlungsemission dienenden Metallhalogenidfüllungskomponenten, 0,05 bis 1 Gewichtsprozent beträgt.

Zeichnung