DE2641867A1 - Elektrische entladungslampe - Google Patents
Elektrische entladungslampeInfo
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Description
Dlpl.-Τητ. HORST ATJER
N.V.PHILIPS'GLOEILAMPEN FABRIEKEN, EINDHOVEN/NIEDERLANDE
"Elektrische Entladungslampe"
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungslampe mit einem keramischen Lampenkolben, in dessen Wand
zylindrische Stromdurchführungsglieder aus Niob oder Tantal aufgenommen sind, die einerseits mit den Elektroden verbunden
sind und andererseits aus dem Lampenkolben herausragen, wobei Mittel zum Schutz der Stromdurchführungsglieder vor Angriff
durch den Lampenkolben umgebendes Gas vorgesehen sind.
Bei Entladungslampen, die eine hohe Betriebstemperatur aufweisen - z.B. 10000C oder höher - besteht der Lampenkolben
aus einem keramischen Material, worunter hier sowohl polykristallines Material, wie durchscheinendes gasdichtes Aluminiumoxid,
Spinell (MgAl2O^) und Yttriumoxid, als auch einkristallines
Material, wie Saphir, zu verstehen ist.
Die Stromdurchführungsglieder, die für die Stromversorgung der Elektroden in die Wand des keramischen Lampenkolbens aufgenommen
werden, bestehen häufig aus Niob oder Tantal, weil diese Metalle in bezug auf ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten keramischem
Material am nächsten kommen. Diese Metalle sind aber bei höheren Temperaturen nicht gegen Stickstoff und Sauerstoff
beständig: mit Stickstoff werden Metallnitride gebildet, die spröde und für Stickstoff gut durchlässig sind, sodaß
Stickstoff in den Lampenkolben hineindiffundiert, wodurch
die Zündspannung der Lampe erhöht wird. Mit Sauerstoff werden Metalloxide gebildet, wodurch die mechanische Festigkeit
der Lampenkonstruktion verringert wird, was Gasleckage zur
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Folge hat, wodurch das Ende der Lebensdauer eingeleitet wird.
Lampen mit Niob- oder Tantalstromdurchführungsgliedern sollen dann auch in einem evakuierten oder mit Edelgas gefüllten
Außenkolben betrieben werden. Es liegt jedoch ein Bedarf an Lampen vor, die in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre
oder an Luft betrieben werden können.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2.410.123 ist eine
Lampe eingangs erwähnter Art bekannt, bei der - gasdicht mit der Wand des Lampenkolbens verbunden - ein keramisches Gehäuse
um den aus dem Lampenkolben herausragenden Teil eines zylindrischen Stromdurchführungsgliedes aus Niob oder Tantal
angebracht ist. Die Stromzufuhr zur Lampe wird dabei mittels einer Platinfolie hergestellt, die mit dem Stromdurchführungsglied
verbunden und zwischen der Wand des Lampenkolbens und dem keramischen Gehäuse gasdicht herausgeführt ist.
Diese Konstruktion ermöglicht zwar den Betrieb der Lampen an der Luft, ist aber kompliziert, teuer und verletzbar.
Die Erfindung bezweckt, einfachere Mittel zu schaffen, mit deren Hilfe Niob- und Tantalstromdurchführungsglieder vor Angriff
durch das den Entladungskolben umgebende Gas geschützt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Entladungslampe eingangs
genannter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Teile der Stromdurchführungsglieder, die beim Betrieb eine
Temperatur von mehr als 5000C aufweisen, gegen das den Lampenkolben
umgebende Gas mittels keramischer Formstücke abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial gasdicht
mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.
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Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Lampe in Stickstoff
oder einem stickstoffhaltigen Gasgemisch betrieben werden kann, ohne daß der Stickstoff das Metall der Stromdurchführungsglieder
angreift·
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lampe nach der Erfindung
ist diese auch für Betrieb an der Luft geeignet. Eine derartige Lampe weist den Vorteil auf, daß der Lampenkolben nicht
von einem Außenkolben umgeben zu sein braucht, so daß die Leuchten, in denen die Lampe angebracht wird, kleiner sein
können. Die Lampe nach dieser bevorzugten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichet, daß auch die Teile der Stromdurchführungsglieder,
die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 3500C aufweisen, gegen das den Lampenkolben umgebende Gas mittels
keramischer Formstücke abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial mit den Stromdurchführungsgliedern
gasdicht verbunden sind.
Bei Lampen mit Stromdurchführungsgliedern, die an ihrem aus dem Lampenkolben herausragenden Ende verschlossen sind- massiven Zylindern
und Hohlzylindern, die am Ende z.B. durch Zusammendrücken, Schweißen oder Löten abgedichtet sind - können die
schützenden keramischen Formstücke aus zylindrischen Hülsen bestehen, die um die Durchführungsglieder angebracht und mit diesen
und mit der Wand des Lampenkolbens an der Stelle des betreffenden Durchführungsgliedes mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial
verbunden sind·
Der Innendurchmesser der Hülsen wird vorzugsweise derart gewählt, daß ein Kapillarraum zwischen Hülse und Stromdurchführungsglied
entsteht, der mit dem Schmelzverbindungsmaterial ausgefüllt werden kann·
Die Wanddicke der Hülsen ist nicht besonders kritisch. In der
Regel wird diese nicht kleiner als 0,4 mm gewählt. Nur durch
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wirtschaftliche Erwägungen wird die größte Wanddicke bestimmt, obgleich diese in der Regel nicht derart groß gewählt
wird, daß die Hülsen einen größeren Außendurchmesser als der Lampenkolben aufweiseno Vorzugsweise werden Hülsen
mit einer Wanddicke von mindestens 1 mm verwendet.
Wenn bei einer Lampe mit einem zylindrischen Lampenkolben ein Stromdurchführungsglied in einen Wandteil aufgenommen ist,
mit dem der Lampenkolben an den Enden abgedichtet ist, was bei den meisten Lampen der Fall ist, kann die keramische Hülse
mit diesem Wandteil ein Ganzes bilden.
Für Jeden Lampentyp kann durch Versuch leicht bestimmt werden, welche Länge die keramischen Hülsen aufweisen sollen, damit
nackte äußere Teile der Stromdurchführungsglieder eine Temperatur von höchstens 500 bis 3500C aufweisen.
Wegen der Tatsache, daß die Ausdehnungskoeffizienten von keramischem
Material einerseits und von Niob und Tantal andererseits einander nicht völlig gleich sind, werden vorzugsweise
hohle zylindrische Stromdurchführungsglieder verwendet, namentlich
wenn Stromdurchführungsglieder größeren Durchmessers (z.B. von mehr als 1 mm) Anwendung finden.
Bei hohlen zylindrischen Stromdurchführungsgliedern, die an dem aus dem Lampenkolben herausragenden Ende offen sind, wird
nach der Erfindung außer einer keramischen Hülse um das Stromdurchführungsglied ein zylindrisches keramisches Formstück in
diesem Glied angebracht und mit diesem mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial gasdicht verbunden.
Der Durchmesser dieses Formstücks wird vorzugsweise derart gewählt, daß ein Kapillarraum zwischen Formstück und Stromdurchführungsglied
erhalten wird, der mit Schmelzverbindungsmaterial ausgefüllt werden kann.
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Die Länge des zylindrischen Formstücks ist nicht besonders kritisch. In der Regel wird das Formstück mindestens derart
lang gewählt, daß es, nachdem es in das Durchführungsglied eingeführt worden ist, darin nicht kippen kann, und daß ein
gasdichter Verschluß gewährleistet ist. In der Regel ist eine Länge von 3 mm ausreichend, obwohl ohne Bedenken längere Formstücke
verwendet werden können.
Hochschmelzende Verbindungsmaterialien sind u.a. in den USA-Patentschriften
3.281.309, 3.441.421 und 3.588.577 und in der deutschen Offenlegungsschrift 1.471.379 beschrieben.
Im Vergleich zu der aus der deutschen Offenlegungsschrift 2.410.123 bekannten Lampenkonstruktion ist die Konstruktion
nach der Erfindung erheblich einfacher, preiswerter und weist eine größere mechanische Festigkeit auf. Bei Lampen nach der
Erfindung kann auf einfache Weise eine Stromzuführung mit dem nackten Ende eines Stromdurchführungsgliedes verbunden werden.
Lampen, die nicht in einem Außenkolben betrieben werden, können über die nackten Teile der Stromdurchführungsglieder
unmittelbar mit den Anschlußpunkten von Leuchten in Kontakt gebracht werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Ansicht einer Hochdrucknatriumlampe,
Fig. 2 eine Hochdrucknatriumlampe, die an der Luft betrieben werden kann, und
Figuren 3 bis 5 Längsschnitte durch Endteile von Lampenkolben,,
In Fig. 1 bezeichnet 1 den keramischen Lampenkolben einer
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220 V/250 W-Hochdrucknatriumlampe, die in einem mit Stickstoff
gefüllten Außenkolben 2 montiert ist, der mit einem Lampensockel 3 versehen ist. Ein Poldraht 4 führt über den
nackten Teil 8 eines Stromdurchführungsgliedes einer der Elektroden und außerdem über einen Widerstand 5 einer Hilfselektrode
Strom zu. Mit 6 und 7 sind keramische Hülsen bezeichnet, die die Teile der Stromdurchführungsglieder, die beim Betrieb
eine Temperatur von mehr als 5000C annehmen, abschirmen.
In Fig. 2 ist der keramische Lampenkolben 10 einer 220 V/250 W-Hochdrucknatriumlampe
an den Enden mittels keramischer Formstücke 11 und 12 verschlossen, durch die hohle Stromdurchführungsglieder 13 und 14 aus Niob geführt sind, deren Teile, die
beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 35O0C aufweisen,
mittels keramischer Hülsen 15 und 16 geschützt sind (keramische
Zylinder in den Stromdurchführungsgliedern sind in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Lampe kann an der Luft betrieben
werden. Die blanken Teile von 13 und 14 dienen zum Anschluß an Stromzuführungen und zur Montage der Lampe in einer
Leuchte.
In Fig. 3 ist ein zylindrisches Rohr 20 aus durchscheinendem gasdichten Aluminiumoxid durch eine Schrumpf/Sinterbearbeitung
mit einer Ringscheibe 21 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid verbundene Ein zylindrisches Niobrohr 22, auf dem
mit Titan eine Wolframelektrode 23 festgelötet ist, ist in der mittleren Öffnung der Scheibe 21 angeordnet«, Eine zweite
Ringscheibe 24 aus durchscheinendem gasdichten Aluminiumoxid ist über die Sinterverbindung des Rohres 20 und der Scheibe
gelegt. Diese Scheibe 24 dient dazu, Gasleckage über eine gegebenenfalls unvollkommene Sinterverbindungsnaht zwischen
der Wand 20 und der Scheibe 21 zu verhindern« Das Rohr 22 ist teilweise von einer zylindrischen Hülse 25 aus durchscheinendem
gasdichtem Aluminiumoxid umgeben, während in dem Rohr 22 ein Zylinder 26 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminium-
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oxid angebracht ist. Mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial
27 sind die verschiedenen Teile gasdicht miteinander verbunden.
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung, bei der ein Rohr 30 aus durchscheinendem
gasdichtem Aluminiumoxid mit einer Scheibe 31 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid durch Sintern
verbunden ist, wobei ein zylindrisches Tantalrohr 32, das mit einer Wolframelektrode 33 versehen ist, von einem keramischen
Formstück 34 umgeben ist, das die Funktion sowohl des
Ringes 24 als auch der Hülse 25 der Fig. 3 erfüllt. In dem
Rohr 32 befindet sich ein Zylinder 35 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid. Die verschiedenen Teile sind wiederum
mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial 36 miteinander verbunden.
Fig. 5 zeigt einen zylindrischen Lampenkolben 40 aus durchscheinendem
gasdichten Aluminiumoxid, der mittels eines keramischen Formstücks 41 verschlossen ist, das mit der Hülse 44
ein Ganzes bildet. In der mittleren Öffnung des Formstücks 41 befindet sich ein Niobrohr 42, das am äußersten Ende zugequetscht
ist und die Elektrode 43 trägt. Ein 60 /um dicker Wolframdraht 46 ist als Hilfselektrode durch eine Bohrung im
Formstück 41 in den Lampenkolben 40 eingeführt. Alle Teile sind mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial 45 befestigt.
Ein zylindrisches Rohr 20 (Fig. 3) aus durchscheinendem gasdichtem
Aluminiumoxid mit einem Außendurchmesser von 8,6 mm und einem Innendurchmesser von 6,8 mm ist an beiden Enden
mittels 3 mm dicker Scheiben 21 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid teilweise verschlossen, die mit einer Bohrung
von 4,1 mm versehen sind. Der Verschluß wurde dadurch erhalten, daß die zusammengefügten Teile bei 1850°C in einer Wasserstoff-
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" 8 *
atmosphäre erhitzt wurden.
Ein Niobrohr 22 mit einem Außendurchmesser von 4,0 mm und einer
Wanddicke von 250 /um, das mit einer Wolframelektrode 23 versehen war, wurde dann durch die Bohrung in der Scheibe 21 geführt.
Danach wurden die Scheibe 24 mit einer Dicke von 1 mm und die Hülse 25 mit einer Wanddicke von 2 mm, einem Innendurchmesser
von 4,1 mm und einer Länge von 10 mm, beide aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid, um das Rohr 22 angebracht.
Ein Zylinder 26 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 3»4 mm und einer Länge von
3 mm wurde in das Niobrohr eingeführt. An den Stellen der abzudichtenden Spalte wurde folgendes Schmelzverbindungsmaterial angebracht:
44 Gew.96 Al2O,, 38 Gew.% CaO, 9 Gew.% BaO, 6 Gevr.% MgO,
2 Gew.56 B2O, und 1 Gew.% SiO2, wonach im Vakuum auf 145O°C erhitzt
wurde.
Der einseitig verschlossene Lampenkolben wurde mit Xenon gespült, mit 20 mg Natriumamalgam (Natriumgehalt 18 Gevr.%) gefüllt
und dann in einer Atmosphäre von 40 Torr Xenon am anderen Ende auf identische Weise verschlossen, während das zuerst verschlossene
Ende gekühlt wurde.
Die Lampe, deren Wolframelektroden einen gegenseitigen Abstand von 64 mm aufwiesen und mit einem Barium-Calcium-Wolframat-Emitter
versehen waren, nahm bei 220 V eine Leistung von 250 W auf.
Die Lampe wurde ohne Außenkolben betrieben.
Eine 220 V/400 W-Hochdrucknatriumlampe mit einem Innendurchmesser
von 7»4 mm, einem Außendurchmesser von 9,0 mm, einer 1 mm dicken Scheibe 24, einer 2 mm dicken Scheibe 21, einer
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Hülse 25 mit einer Länge von 3 mm und einer Wanddicke von 1 mm und einem Elektrodenabstand von 83 mm wurde auf gleiche Weise
wie die Lampe nach Beispiel I zusammengebaut. Die Lampe wurde in einem mit Stickstoff gefüllten Außenkolben betrieben.
PATENTANSPRÜCHE!
7098U/0258-
Claims (3)
1. Elektrische Entladungslampe mit einem keramischen
Lampenkolben, in dessen Wand zylindrische Stromdurchführungsglieder aus Niob oder Tantal aufgenommen sind, die einerseits
mit den Elektroden verbunden sind und andererseits aus dem Lampenkolben herausragen, wobei Mittel zum Schutz der Stromdurchführungsglieder
vor Angriff durch das den Lampenkolben umgebende Gas vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teile der Stromdurchführungsglieder (22, 32, 42), die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 5000C aufweisen, gegen
den Lampenkolben (20, 30, 40) umgebendes Gas mittels keramischer Formstücke (25, 26; 34, 35; 44) abgeschirmt sind, die mit Hilfe
von Schmelzverbindungsmaterial (27, 36, 45) gasdicht mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.
2· Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Teile der Stromdurchführungsglieder
(22, 32, 42), die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 35O°C aufweisen, mittels keramischer Formstücke (25, 26;
34, 35» 44) abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial (27, 36, 45) gasdicht mit den Stromdurchführungsgliedern
verbunden sind.
3. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1,oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung bei hohlen Stromdurchführungsgliedern
(22, 32) aus um diese Glieder angebrachten keramischen Hülsen (25, 34) und in diesen Gliedern angebrachten
keramischen zylindrischen Formstücken (26, 35) besteht, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial (27, 36) gasdicht
mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.
4, Elektrische Entladungslampe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lampen mit einem
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zylindrischen Lampenkolben (40) die keramischen Hülsen (44) mit den Endabdichtungen (41) des Lampenkolbens ein Ganzes
bilden.
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