DE102007046899B3

DE102007046899B3 - Stromdurchführung durch Keramikbrenner in Halogen-Metalldampflampen

Info

Publication number: DE102007046899B3
Application number: DE102007046899A
Authority: DE
Inventors: Bernd Spaniol
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-09-29
Also published as: US20090134797A1; HU0800586D0; HUP0800586A2; CN101399157A; JP2009087941A; BE1019088A3

Abstract

Bei einer Halogen-Metalldampflampe mit einem Keramikgehäuse (2) und einer in dem Keramikgehäuse angeordneten Stromdurchführung (3) ist erfindungsgemäß der eingeglaste Teil der Stromdurchführung (3) eine mit Phosphor, insbesondere mit 50 ppm bis 5 Gew.-Promille Phosphor dotierte Niob-Legierung. Der eingeglaste Teil der Stromdurchführung (3) weist vorzugsweise innerhalb des Keramikgefäßes (2) eine Abschirmung (4) vor Haliden auf, die mit einer Wolframelektrode verbunden ist. Der eingeglaste Teil einer Stromdurchführung (3) in Form eines Stiftes mit einer Länge von 5 bis 30 mm und einem Durchmesser von 0,2 bis 2 mm ist eine mit Phosphor dotierte Niob-Legierung. Zum Einglasen von Stromdurchführungen in einen Keramikbrenner wird eine Stromdurchführung aus einer mit Phosphor temperaturstabilisierten Niob-Legierung eingeglast. Zur Herstellung von Halogen-Metalldampflampen mit einem Keramikgehäuse (2) und einer in dem Keramikgehäuse (2) angeordneten Stromdurchführung (3) wird die Stromdurchführung (3) Hitzebehandlungen bei Temperaturen von mindestens 1.000°C ausgesetzt und dabei nicht so erweicht, dass sie sich verbiegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromdurchführung durch Keramikbrenner in Halogen-Metalldampflampen.
Während der Fertigung des Elektrodensystems und dessen Einglasung in das Keramikgehäuses sind Wärmebehandlungsprozesse nötig, die die auf Niob basierenden Stromdurchführungsstifte erweichen. Die hierfür verwendete Niob-Zirkonium-1-Legierung erweicht während der Fertigung. Dies führt zu Ausschuss bei der Fertigung, weil sich die Stifte gegebenenfalls verbiegen, oder zu einem erhöhten Aufwand bei der Fertigung, um den Ausschuss zu minimieren.
EP 1 571 228 B1 beschreibt einen hochtemperaturbeständigen Niobdraht, der mit Phosphor angereichert ist. Die Dotierung des Niobs erfolgt während des Elektronenstrahl-Schmelzens oder Lichtbogen-Schmelzens oder der Sinterblock-Herstellung aus Niobpulver jeweils durch Zugabe von Phosphor oder phosphorhaltigen Vorlegierungen. Die phosphorhaltige Legierung kann bei Raumtemperatur zu Draht mit Durchmessern von 0,15 bis 0,4 mm verarbeitet werden. Das Material zeigt bis 1600°C noch keine massive Grobkornbildung und versprödet nicht. Dies ist besonders vorteilhaft für die Verwendung von Tantal-Kondensatoren.
DE 10 2005 038 551 B3 beschreibt ein Gestell oder einen hochtemperaturbeständigen Draht für einseitig gesockelte Lampen auf Basis von Niob, das mit Phosphor angereichert ist. Der Draht weist eine Dehngrenze Rp 0,2 von mindestens 200 MPa oder eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 300 MPa auf.
US 4,694,219 beschreibt eine Bogenentladungslampe, bei der ein Rohr aus PCA, Saphir oder Spinell an seinem Ende gegen ein Cermet aus Wolfram und Aluminiumoxid mit einer Mischung auf Basis von SiO₂, MgO und Al₂O₃ mit weiteren Zusätzen wie beispielsweise 2 bis 5 Prozent Phosphorpentoxid abgedichtet wird. US 2005/0200281 A1 offenbart eine Entladungslampe mit einem keramischen Entladungsgefäß und zwei Stromdurchführungen. Es werden verschiedene Alternativen für die Stromdurchführungen auf Basis von Niob oder Molybdänfolie oder Molybdän-Aluminiumoxid-Cermet beschrieben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromdurchführung durch Keramikbrenner bereitzustellen, die leichter verarbeitbar ist als NbZr1-Stifte; insbesondere eine Stromdurchführung, die sich unter den Wärmebehandlungsprozessen nicht soweit erweicht, dass sich die Stifte verbiegen.
Zur Lösung der Aufgabe werden Stromdurchführungen zum Einglasen in den Keramikbrenner, insbesondere Stromdurchführungsstifte aus einer durch Phosphordotierung temperaturstabilisierten Niob-Legierung, bereitgestellt.
Bewährt haben sich Phosphordotierungen im Bereich von 100 μg/g (ppm) bis 2000 μg/g (ppm), insbesondere von 300 μg/g bis 700 μg/g. Vorzugsweise wird die Stromdurchführung vor Haliden geschützt. Hierzu hat es sich bewährt, die Stromdurchführung auf der Innenseite des Brennergehäuses mit einem Molybdän-Gewickel oder einem Cermet als Abschirmung vor den Haliden zu schützen.
Zur Herstellung der Metalldampflampen sind Schweißungen und Glühbehandlungen üblich, beispielsweise aus Gründen der Reinigung oder zum Spannungsabbau. Die erfindungsgemäßen Stromdurchführungen aus mit Phosphor dotiertem Niob verbiegen sich bei den Hitzebehandlungen nicht mehr.
Vorzugsweise wird die Stromdurchführung als Stift in das Brennergehäuse eingebaut. Bewährt haben sich Stifte mit einer Länge von 5 bis 30 mm, insbesondere von 10 bis 20 mm, und einem Durchmesser von 0,2 bis 2 mm, insbesondere 0,5 bis 1,0 mm. Zur Herstellung der Stifte werden Drähte aus einer phosphordotierten Legierung gezogen und in Stifte geschnitten, insbesondere abgelenkt. Bewährte Legierungen sind in EP 1 571 228 B1 und DE 10 2005 038 551 B3 beschrieben. Die erfindungsgemäßen Stifte eignen sich besonders für Gehäuse aus Aluminiumoxid.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels mit Bezug auf die anliegenden Zeichnung verdeutlicht.
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Brennergehäuse;
2 ist ein Diagramm, in dem die mechanischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Drahtes visualisiert sind;
3 zeigt entsprechende mechanische Eigenschaften eines aus dem Stand der Technik bekannten NbZr1-Drahtes.
1 zeigt ein Brennergehäuse 2 aus PCA (Polycrystalline Alumina). Innerhalb des Brennergehäuses 2 sind Wolframelektroden 1 angeordnet, die jeweils an ein Molybdän-Gewickel 4 oder MoAl₂O₃-Cermet 4 geschweißt sind. Das Molybdän-Gewickel 4 oder MoAl₂O₃-Cermet 4 liegt formschlüssig an der Innenwand in einem rohrförmigen Teil des Brennergehäuses 2 an und schützt die Stromdurchführung 3 vor den Haliden im Brennergehäuse 2. Die Stromdurchführung 3 ist mit einem Glaslot 5 in das Brennergehäuse 2 gelötet und außerhalb des Brenners mit einer Stromzuführung oder einem Gestell verbunden.
2 zeigt den Wärmeeinfluss auf die mechanischen Eigenschaften eines mit Phosphor dotierten 0,4 mm dicken Niobdrahtes. Die Erweichung dieses mit Phosphor dotierten Niobdrahtes, insbesondere die Erniedrigung der Streckgrenze (Rp 0,2) im Temperaturbereich von 1.100°C bis 1.400°C, wie sie bei Fügeoperationen und Glühbehandlungen bei der Herstellung von Elektrodensystemen für Metallhalogenidlampen üblich ist, fällt um ungefähr 50 MPa geringer aus als bei mit 1% legiertem Niobdraht (3). Die ermittelten Werte sind durchmesserabhängig, dickere Drähte erweichen im vorgenommenen Zeitraum von 20 Minuten etwas weniger. Die Vergleichbarkeit ist durch die Wahl der gleichen Durchmesser für den mit Phosphor dotierten Draht und der Standardlegierung NbZr1 erfolgt. Die Streckgrenze ist das technisch relevante Maß, ab wann verbleibende Verformung der Bauteile eintritt.
Erfindungsgemäß konnte eine um 25% höhere Stabilität des mit Phosphor, dotierten Drahtes gegenüber der Niob-Standardlegierung NbZr1 erzielt werden. Diese verbesserten mechanischen Eigenschaften unter Wärmeeinfluss ermöglichen ein besseres Handling und minimieren die Gefahr des mechanischen Verbiegens der Stifte während der Produktion der Elektrodensysteme.

Claims

Halogen-Metalldampflampe mit einem Keramikgehäuse (2) und einer in dem Keramikgehäuse angeordneten Stromdurchführung (3), dadurch gekennzeichnet, dass der eingeglaste Teil der Stromdurchführung (3) eine mit Phosphor dotierte Niob-Legierung ist.
Halogen-Metalldampflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niob-Phosphor-Legierung 50 ppm bis 5 Gew.-‰ Phosphor aufweist.
Halogen-Metalldampflampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Niob-Legierung 0,1 bis 2 Gew.-% Zirkonium aufweist.
Halogen-Metalldampflampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeglaste Teil der Stromdurchführung (3) innerhalb des Keramikgefäßes (2) eine Abschirmung (4) vor Haliden aufweist, die mit einer Wolframelektrode verbunden ist.
Halogen-Metalldampflampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (4) ein Molybdän-Gewickel oder -Cermet ist.
Verwendung einer Stromdurchführung (3) durch ein Keramikgehäuse (2) einer Halogen-Metalldampflampe, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeglaste Teil der Stromdurchführung (3) eine mit Phosphor temperaturstabilisierte Niob-Legierung ist.
Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass die Legierung 50 ppm bis 5 Gew.-‰ Phosphor, 0,1 bis 2 Gew.-% Zirkonium und als Rest Niob mit einer Reinheit von 99,8% aufweist.
Eingeglaster Teil einer Stromdurchführung (3) in Form eines Stiftes mit einer Länge von 5 bis 30 mm und einem Durchmesser von 0,2 bis 2 mm, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeglaste Teil der Stromdurchführung (3) eine mit Phosphor dotierte Niob-Legierung ist.
Verfahren zum Einglasen von Stromdurchführungen in einen Keramikbrenner, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromdurchführung aus einer mit Phosphor temperaturstabilisierten Niob-Legierung eingeglast wird.
Verfahren zur Herstellung von Halogen-Metalldampflampen mit einem Keramikgehäuse (2) und einer in dem Keramikgehäuse (2) angeordneten Stromdurchführung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführung (3) Hitzebehandlungen bei Temperaturen von mindestens 1.000°C ausgesetzt wird und dabei nicht so erweicht, dass sie sich verbiegt.