CN101449358A - 高压放电灯 - Google Patents

Abstract

灯使用密封***，该密封***具有短的长度LA的陶瓷支承元件(17)连同W－Nb穿通件(18，19，20)以及特殊地匹配的玻璃焊剂(21)，该玻璃焊剂基于Al₂O₃－稀土－氧化物***。在此，钨部件在1mm的长度LW上被容纳到支承件中，并且由W件的长度LW和直径DUW形成的纵横比LW/DUW至少为10。

Description

高压放电灯

技术领域

本发明基于根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。这种灯特别是用于通用照明的带有陶瓷放电容器的高压放电灯。

背景技术

US-A 6 012 303公开了一种基于Al₂O₃-Y₂O₃的玻璃焊剂用于连接陶瓷部件。

US-A 6 774 547公开了一种陶瓷放电容器的穿通部，其中使用了细丝线构成的多个绳。在此，丝线连续地由Mo或W制成。

发明内容

本发明的任务是，提供一种高压放电灯，其实现尽可能长的寿命。另一任务是提出一种方法，该方法能够制造无间隙的、耐高压的、长时间稳定且化学稳定的高压灯封闭部(Verschluesse)，这些封闭部基本上在如下的几何区域中完全填满毛细管：这些几何区域在工作条件下达到典型为T≥850℃的温度T。由此，实现了如在目前明显带有间隙(≥20μm)的构造中类似的寿命，其中所述构造在不透气的封闭区域中典型地达到小于850℃的温度。

通过这种方式，得到了各种优点，它们导致灯特性、寿命、稳定性和灯功率的变化范围的明显改进。

该任务通过权利要求1的特征来解决。

特别有利的扩展方案在从属权利要求中给出。

具体而言，本发明涉及带有陶瓷放电容器的高压放电灯，该放电容器具有中央部分和两个端部区域，这些端部区域分别通过密封件封闭，其中电极固定在密封件中，这些电极延伸到放电容器包围的放电体积中，其中特别是包含金属卤化物或者卤素的含卤素的填充物设置于放电体积中。在密封件的区域中包含以下部件：

-电穿通部，该电穿通部保持电极，并且该电穿通部前面部分由钨构成，而后面部分由铌或者类似材料构成，并且该电穿通部被引入含Al₂O₃的陶瓷(优选PCA)构成的支承件中；

-前面的W部件是具有直径DUW为最大350μm、优选最大250μm的丝线；

-密封件总长度在2mm至8mm之间；

-前面的W部件至少在1mm的长度LW上容纳在密封件中；

-由W部件的长度和W部件的直径形成的纵横比LW/DUM为至少10，优选为15至20；

-针对密封件所使用的玻璃焊剂与Nb陶瓷系匹配并且由至少两种氧化物的混合物构成，即Al₂O₃部分为30mol-％至90mol-％，优选为至少60mol-％。以下称为SE部分的其余部分是稀土钇Y、钕Nd、铥Tm、镝Dy的至少一种氧化物。术语玻璃焊剂包括细结晶的以及无定形的凝结结构，即通常被称为易熔陶瓷的材料。

此外，焊剂可以包含选自MgO、Ho₂O₃和Ce₂O₃的至少一种另外的氧化物的添加物，优选在10mol-％以下，以便实现熔融温度的更好匹配以及焊剂对填充物的组成部分的更好的稳定性。该部分可以算作SE部分并且不减少Al₂O₃的部分。SiO₂的部分应当尽可能小，优选为零。

类似铌的材料表示如下材料：其具有与铌类似的热膨胀系数，即例如钽或者钽和铌的合金或者钼和钒构成的合适地调整的合金。特别地，热膨胀系数应当与Nb的热膨胀系数偏差小于10％。

优选的是，密封件包括短的陶瓷毛细管，其中穿通部包含在毛细管中。在此优选的是，端部的毛细管和毛细管中的穿通部在这些部分之间的间隙中以相同的玻璃焊剂密封，这简化了制造。然而这是令人吃惊的，因为在金属和陶瓷之间产生滑动连接，即可延展的压力连接。目前，为了该目的，金属焊剂是更优选的。与此相对，两个陶瓷部件通过特别地咬合的界面彼此连接。令人吃惊的是，上面提出的玻璃焊剂可以满意地实现两种连接类型。端部区域可以是独立的栓或者整体地位于放电体积上的端部件。

实验表明，当玻璃焊剂的整个径向熔融长度REL小于70μm、尤其是当优选REL≤50μm时，密封实现了特别长的寿命。这意味着陶瓷和金属之间的间隙情况下的简单的间隙宽度以及在两个陶瓷件之间的间隙情况下的简单的间隙宽度。

有利的是，玻璃焊剂是所涉及的氧化物的共晶混合物，因为这样实现了混合物的特别低的熔点。

为了在所希望的细的丝线情况下也可以承受高的电流负荷，有利的是，穿通部由多个绳构成。

在一个特别优选的实施形式中，端部件朝着电极逐渐变细。由此自动保证了包含于其中的毛细管止动，否则该止动例如必须通过在端部件上的凸起来实现。锥形端部件的最窄的直径于是必须大致对应于毛细管的外直径或者略小。

替代地，在另一实施例中，支承件可以在外部具有例如止动突出部或者类似的成形部，以保证定位。相反，端部区域可以具有用于支承件的止挡。

本发明详细地涉及陶瓷灯结构，其中毛细管间隙体积在封闭区域中被最小化。这允许具有明显更小的颜色散射(Farbstreuung)、更小的结构长度以及特别是以更小的填充物质剂量的陶瓷高压灯的构造，这导致在更小的环境负荷情况下提高了光产出。此外，可以实现具有改进的调光特性的陶瓷高压放电灯。

在带有陶瓷放电容器的陶瓷高压灯中，目前使用延长的端部形状(所谓的毛细管封闭部)，这些封闭部通过具有SiO₂-Al₂O₃-SE₂O₃(SE是稀土，如Dy、Ho、Tm、La等)构成的合成物的玻璃焊剂来封闭。这些毛细管的典型长度为10mm至25mm。

目前，穿通部***主要由Nb、Mo和W部件的组合构成，以及必要时由导电的金属陶瓷构成的其他部分构成，其中该金属陶瓷同样由Mo、W和Al₂O₃构成。而现在，在热膨胀系数与周围的陶瓷材料匹配的Nb的足够的嵌入长度情况下，在工作中的大约800℃-950℃的温度情况下，实现了长时间稳定的、耐高压的、以及对于液态金属卤化物混合物化学稳定的端部封闭部。在密封部中Nb部件的熔融长度为LA的5％至50％。而本发明的关键在于，在所选择的尺寸情况下，不仅Nb有助于密封，而且钨的后面的远离放电的部分也起重要作用。因此，纵横比是本发明的一个决定性的参数。

现有技术表明，由于在穿通部的不同区域中填充物的不同的湿润度和毛细作用，出现分解效应和在某些情况下确定的金属卤化物的可能的贫化效应(特别是在填充物中使用Ce、Pr和Nd时)，这导致强烈的颜色波动以及由此导致例如在照明装置中的灯组的劣化的颜色稳定性(Farbkonstanz)。特别是在包含无汞填充物的放电容器中，常常出现穿通部区域中的气相转移现象(Gasphasentransport-Phaenomenen)以及材料重排效应(Materialumlagerungseffekten)，使得***的寿命相对于含汞的填充物明显缩短。在上面提及的现有技术的陶瓷金属卤化物灯的调光时，毛细管用作填充物的低挥发性的金属卤化物部分的冷阱(Kuehlfallen)，由此明显降低了其蒸汽压力。在此，在调光工作中，颜色再现和颜色稳定性受到影响。因此，应当尽可能避免毛细管。

本发明基于的措施是，使用仅仅还有2mm～8mm的明显缩短的穿通部长度LA的陶瓷放电容器，其中有意识地考虑从内向外的强烈的温度梯度。

为了在端部区域填充穿通部开口，使用多个部件构成的、主要包括Nb部件和W部件的结构，以及使用纵向成形的整体材料，例如小管，或者可能使用PCA构成的以槽来结构化的棒状材料，该棒状材料可以通过简单的陶瓷制造方法如挤压、粉浆浇铸或者注塑方法来提供，并且可以通过焊接接合方法来接合。与现有技术不同，其可以省去其他材料，如钼构成的中间件。

被接合的穿通部***保持在穿通部开口中，并且在以特殊的玻璃焊剂封闭时作为嵌入材料而嵌入，其中该嵌入材料基本上没有SiO₂掺合物，并且基本上在热膨胀系数上与PCA陶瓷以及Nb匹配。在此，焊剂的典型融化温度为1700℃。重要的是，该融化温度比包围的陶瓷的融化温度至少低150℃。通常，该包围的陶瓷由PCA(即Al₂O₃)构成，其融化温度为大约2050℃。

该嵌入材料可以由在温度范围为1500℃至1900℃中可熔化的混合物构成，该混合物由氧化物Y₂O₃、Nd₂O₃、Tm₂O₃、Dy₂O₃中的至少一种和Al₂O₃的(可能预先烧结的)粉状材料混合物构成，其中可能添加MgO，并具有典型为30～90mol-％、优选为60～85mol-％的Al₂O₃含量。该嵌入材料可以在热工艺处理中完全填满剩余的间隙。

也可以将Ho₂O₃、Ce₂O₃的部分混合，使得例如得到Al₂O₃与其他SE₂O₃(SE＝稀土)的混合物或者特别是具有比较低的熔点(典型为低于1850℃)三元混合物。

本发明基于的知识是，结构部分如穿通部和支承元件以及穿通部***中的嵌入材料如玻璃焊剂的绝对膨胀必须在一定限度中关于直径和长度方面进行调节，以便提供长时间稳定的、密封的和耐腐蚀的穿通部。通过这种方式，在灯工作期间当反复地经历加热和冷却循环时由于热膨胀系数不同的材料的绝对膨胀而在嵌入材料中产生应力的情况下，在W部件和玻璃焊剂之间的密封部的前面部分中仅仅产生良好可控的次重要(unterkritisch)的间隙形成，而在密封部的较弱地热负荷的部分中仍然也已经在W部件和玻璃焊剂之间实现了不透气的密封。于是重要的是，不仅Nb部件，而且W部件的大部分(轴向来看)都对密封长度作出贡献。

一个重要的方面是选择玻璃焊剂中的填充部分以及熔融开口的绝对尺寸，以及设置其余的间隙的宽度REL，其中其余的间隙在热处理步骤期间以特殊的高温嵌入材料填充。原理上，内部的和外部的间隙可以用不同的焊剂填充，优选以相同的焊剂填充。

于是，已证明所嵌入的Nb丝线和W丝线的丝线厚度DUN和DUW应当在≤0.35mm的范围中，优选在≤0.25mm的范围中。例如在金属元件和陶瓷元件之间的、用嵌入材料填满的间隙宽度REL应当为：REL≤70μm，优选为REL≤50μm。支承元件应当至少50mol-％由Al₂O₃构成，优选超过65％。合适的是，PCA作为陶瓷材料，可能如本身已知的那样掺杂。

在W部件的嵌入的区域中，在较大的丝线直径DUW的情况下，W丝线长度LW应当为至少1mm，特别是大约2mm。重要的是纵横比LW/DUW为至少10。

为了提高电流承载能力(I_{load_max}[A/mm²])可以使用丝线束以将电流路径分为多个承载电流的绳n_str。

密封部的结构因此从外向内根据以下来结构化：

嵌入物的纵向膨胀可以为2mm-8mm，并且基本上适合支承元件的嵌入的长度LA。

从外部将Nb杆/杆束在支承元件的5％至最大50％的长度LA上引入到穿通部开口中。在束的情况下，中间空间以Al₂O₃作为致密烧结的或者预先烧结的材料填充(优选作为毛细管结构形式的成型体(Formkoerper))，在Nb单丝线的情况下，例如作为PCA管。大约相同直径的W丝线或者丝线束对接焊接到馈电装置上。为此可以使用不同的接合方法。

W电极优选通过激光焊接来焊接到W丝线或者丝线束上，使得整个***通过端部区域的开放的穿通部开口，并且电极杆完全伸入燃烧空间中。如果电极杆直径大于为了嵌入而确定的丝线厚度，则杆必须完全定位在要通过嵌入材料填充的体积之外。于是，电极杆必须通过具有符合规定的厚度的丝线与通过嵌入材料填充的区域机械相连。

在将穿通部***定位之后，该***通过玻璃焊剂、特别是Al₂O₃/Y₂O₃混合物的熔化而被嵌入，使得间隙近似完全被填满，并且由此将毛细管中的死空间(Totraeume)相对于毛细管的内部和外部空间完全封闭。由此，产生和维持了在嵌入的部分和包围的陶瓷之间的紧密的热接触，其中该陶瓷与燃烧端直接接触。在灯工作中，嵌入材料对于与液态的金属卤化物熔融物的反应是极其惰性的，并且允许超过数千次开关循环的使用寿命以及高达25000小时的总寿命。该原理不仅适用于金属卤化物，而且也适用于使用纯卤素作为侵蚀性填充剂的填充物。然而该原理也可以应用在其他侵蚀性填充剂中，例如钠高压灯的钠中。

附图说明

以下将借助多个实施例进一步阐述本发明。其中：

图1示出了高压放电灯；

图2示出了图1中的放电灯的细节；

图3至图8示出了放电容器的其他实施例。

具体实施方式

图1中示意性地示出了功率为150W的金属卤化物灯。该灯包括限定灯轴的、石英玻璃构成的圆柱形外灯泡1，该外灯泡在两侧被挤压(2)和形成灯头(3)。轴向设置的由Al₂O₃陶瓷构成的放电容器4在中间鼓起，并且具有两个圆柱形端部6。该放电容器借助两个馈电装置7保持在外灯泡1中，其中这些馈电装置通过薄片8与灯头部件3相连。馈电装置7与穿通部9焊接，这些穿通部分别配合到放电容器的端部6上的支承件11中。

两个穿通部9在支承件11外突出并且保持放电侧的电极14，该电极由钨构成的电极杆15和推至放电侧端部上的线圈16构成。穿通部9分别与电极杆15以及与外部的馈电装置7对接焊接。

放电容器的填充物除了惰性点燃气体如氩之外包括汞和金属卤化物的添加物。可能的是也使用无汞的金属卤化物填充物，其中针对点燃气体氙选择高压。

图2示出了端部区域6的细节。密封***包括整体地设置在放电容器上的端部件13，最大为8mm的长度LA的短毛细管17位于该端部件的中心孔中。穿通部18居中地位于短毛细管内，该穿通部的朝向放电的前面部分19由W构成，而该穿通部的背离放电的后面部分20由铌构成。优选的是，两个部分具有相同的大约为200μm的直径。这些部分彼此对接焊接。穿通部在毛细管中以及毛细管在端部件中以玻璃焊剂21密封，玻璃焊剂填满间隙的整个长度。

图3示出了具有包含于其中的毛细管23的独立端部件22。在此，说明了W部件的长度LW以及毛细管23的总长度LA。毛细管的长度是决定性的，因为穿通部和毛细管之间的可靠的密封是决定性的量。此外，图3示出了在玻璃焊剂21的情况下，熔融物的径向长度REL如何与具有间隙宽度为REL1至REL4的四个间隙(即端部件和毛细管之间的密封物的两个部分长度REL1和REL2，以及毛细管和穿通部之间的密封物的两个部分长度REL3和REL4)关联。在此，当然在理想情况下为REL1＝REL2＝REL3＝REL4。所有间隙应当最大为70μm宽，可能时为最大50μm。

图4示出了另一实施例，其中穿通部由两个丝线、导体25构成，这些丝线在外部与共同的基座26相连。支承元件27在此成形为使得其为实心的，并且具有外部的凹进处28，这些凹进部可以容纳穿通部的各导体25。然而在此在导体的连接轴线中观察，由四个部分长度构成的玻璃焊剂段REL1至REL4也是决定性的。

图5示出了一个实施例，其中端部件30逐渐变细，直到自动地形成对于位于其中的毛细管31的止挡。径向长度在此在熔融物长度的外端部29上测量，即在熔融物达到其最大值之处进行测量。

在下面的表1中示出了在不同功率等级情况下对于尺寸的多个实施例。

图6、7和8分别示出了带有止挡的实施例。在图6中，在端部件30上在其朝向放电的端部上设置有在径向方向上向内凸出的环绕的边缘35，支承件31靠置在该边缘上。在图7中，支承件31本身在其背离放电的端部具有多个径向向外凸出的、分布于周边上的栓(Zapfen)32，这些栓用作端部件30的外端部上的止挡。在图8中，支承件31在朝向放电的端部具有向外的增厚部34，该增厚部用作相对于逐渐变细的端部件30的侧面止挡。

不仅具有或没有汞的金属卤化物的混合物适于作为填充物，而且例如还有用于光学照相目的的高压放电灯，其包含汞和卤素，通常为溴。这些特别适合于视频投影。汞在此也可以通过非常高的压力(超过50bar)下的纯氙来替代。在另一实施形式中，除了其他卤化物还使用Zn，例如在US6853140中所描述的那样，在那里作为ZnJ2。

代替与轴线平行的槽，如图9所示，在支承件36中也可以使用一个或者多个螺旋形盘旋的缺口37，穿通部(未示出)被作为丝线或者作为多个导体之一在该缺口中引导。由此，延长了穿通部的密封段。当然，其他延长槽的路径长度的结构也是合适的。

表1 针对不同功率等级的实施例

 

***功率	LW	LN	LA	T％	Nb％	DUN/DUW	LW/DUW	n_str	SD	ID-填充物	OD-填充物	REL1+2	REL3+4	S-cross_l	Dequi-单个
																	mm	mm	mm			mm			mm	mm	mm	mm	mm	mm2	mm
																<＝35-75	2	2	4	50	50	0,2	10	1	0,68	0,3	0,6	0,050	0,040	0,0314	0,2
<25	1,5	0,75	2,3	67	33	0,15	10	1	0,5	0,2	0,4	0,025	0,050	0,0177	0,2
																75-100	2,5	3,5	6	42	58	0,22	11,4	2	0,68	0,3	0,6	0,040	0,040	0,0760	0,3
100-150	2,5	3,5	6	42	58	0,22	11,4	3	0,68	0,3	0,6	0,040	0,040	0,1140	0,4
																250	3	3,5	6,5	46	54	0,3	10	6	0,95	0,38	0,87	0,040	0,040	0,4241	0,7

Claims (9)

1.一种带有陶瓷放电容器的高压放电灯，该放电容器具有中央部分和两个管状的端部区域，这些端部区域分别通过密封件封闭，其中电极固定在密封件中，这些电极延伸到放电容器包围的放电体积中，其中包含卤素、特别是包含金属卤化物的填充物设置于放电体积中，其特征在于，在密封件中分别包含以下部件：

-穿通部，该穿通部保持电极，并且该穿通部的前面部分由钨构成，而后面部分由类似铌的材料构成，并且该穿通部被引入陶瓷的支承件中；

-前面的钨部件是具有直径DUW为最大350μm、优选最大250μm的丝线；

-在嵌入长度上，支承件总长度LA在2mm至8mm之间；

-前面的钨部件至少在1mm的长度LW上容纳在支承件中；

-由钨部件的长度和钨部件的直径形成的纵横比LW/DUW至少为10；

-为了密封，分别将玻璃焊剂引入端部区域和支承件之间的间隙以及支承件和穿通部之间的间隙中，其中各玻璃焊剂由至少两种氧化物的混合物构成，即Al₂O₃为30mol-％至90mol-％，其余部分是稀土钇Y、钕Nd、铥Tm、镝Dy的至少一种氧化物。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，焊剂包含选自MgO、Ho₂O₃和Ce₂O₃的至少一种另外的氧化物的添加物。

3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，支承件是毛细管，其中穿通部包含在毛细管中，或者支承件是带有槽的棒，这些槽特别是与轴平行地走向或者螺旋形地盘绕。

4.根据权利要求3所述的高压放电灯，其特征在于，使用单一种类的玻璃焊剂。

5.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，玻璃焊剂的径向熔融长度REL小于70μm，优选的是REL≤50μm。

6.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，玻璃焊剂是涉及的氧化物的共晶混合物。

7.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，穿通部包括多个导体。

8.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，端部件朝向电极的方向逐渐变细，其中端部件的内直径收窄，使得端部件形成支承元件的止挡。

9.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，支承元件或者端部件具有止挡成形部，用于将支承元件定位在端部件中。

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