DE3133642C2

DE3133642C2 -

Info

Publication number: DE3133642C2
Application number: DE3133642A
Authority: DE
Inventors: Martinus H. A. Van De Weijer; Cornelis Adrianus Joannes Jacobs; John Eindhoven Nl Fitzgerald
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1990-02-01
Also published as: FR2490006B1; NL185482C; GB2083281B; JPS5778763A; HU184878B; US4475061A; BE890205A; DE3133642A1; JPH031777B2; NL185482B; FR2490006A1; CA1161098A; GB2083281A; NL8005026A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einem zwei Elektroden aufweisenden keramischen Entladungs gefäß, deren ionisierbare Füllung im Betriebszustand der Lampe eine im Überschuß vorhandene Komponente enthält, wobei wenigstens eine Elektrode an einer stiftförmigen Stromzuführung befestigt ist, die mit enger Passung von einem keramischen Endteil des Entladungsgefäßes umgeben und mit diesem durch eine Schmelzglasverbindung gasdicht verbunden ist, wobei der Endteil wenigstens teilweise einen Außendurchmesser kleiner als der größte Außendurch messer des Entladungsgefäßes besitzt.

Eine derartige Lampe ist aus der DE-OS 27 47 258 bekannt. Ein Vorteil der bekannten Lampe besteht darin, daß durch den Aufbau des Endteils die im Lampenbetrieb im Endteil aufgenommene Leistung verhältnismäßig gering ist, was für die Temperaturbeherrschung des Entladungsgefäßes vorteil haft ist. Bei dieser bekannten Lampe erstreckt sich die Schmelzglasverbindung über die ganze Länge, über die das Stromzuführungsorgan mit enger Passung vom Endteil umgeben ist. Es hat sich gezeigt, daß bei einem derartigen Aufbau die Schmelzglasverbindung durch Komponenten der Füllung des Entladungsgefäßes angegriffen werden kann. Ein derartiger Angriff hat zur Folge, daß diese Komponenten der Füllung wenigstens teilweise der Entladung entzogen werden, wodurch die Lampeneigenschaften nachteilig beeinflußt werden und die Lebensdauer der Lampe begrenzt wird.

Aus der DE-OS 24 05 335 sind Hochdruckentladungslampen mit einem keramischen Kolben, keramischen Endteilen und in diesen mittels Schmelzglasverbindung eingesetzten Elektrodendurchführungen bekannt. Die Endteile haben einen Außendurchmesser, der mindestens gleich dem Außendurch messer des Entladungsgefäßes ist, liegen stirnseitig am kreiszylindrischen Entladungsgefäß an und sind mit diesem durch Schmelzglas verbunden. Die Schmelzglasverbindung in den Endteilen erstreckt sich über wenigstens die ganze Länge der engen Passung soweit in Richtung auf die Elektrode, daß in einigen Fällen die Temperatur an der der Entladung zugewandten Oberfläche der Schmelzglasverbindung niedriger als die dampfdruckbestimmende Füllungstemperatur sein dürfte. Dies gilt aber nicht für die Schmelzglas verbindung zwischen Endteilen und Entladungsgefäß.

Aus der DE-OS 15 71 502 ist eine Hochdruckentladungslampe bekannt, die mit einem Abschlußorgan ausgerüstet ist, das mit enger Passung vom Entladungsgefäß umgeben und an einem Ende des Entladungsgefäßes mittels einer gasdichten Verbindung mit dem Entladungsgefäß verbunden ist. Bei dieser bekannten Lampe ist das Abschlußorgan jedoch als Metallbuchse mit einem Außendurchmesser ausgeführt, der nahezu gleich dem Innendurchmesser des Entladungsgefäßes ist. Es hat sich gezeigt, daß dieser Aufbau durch verhältnismäßig große Oberflächen des Abschlußorgans und des Entladungsgefäßendes zu verhältnismäßig hohen Leistungsverlusten führt. Bei einer Lampe erschweren die verhältnismäßig hohen Leistungsverluste durch diese Oberflächen das Erreichen einer hohen Temperatur des im Überschuß vorhandenen Teils der Füllung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck entladungslampe zu schaffen, bei der ein Angriff der Schmelzglasverbindung durch Komponenten der Füllung des Entladungsgefäßes möglichst vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Lampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schmelzglas verbindung sich so weit in die enge Passung in Richtung auf die Elektrode erstreckt, daß im Betriebszustand der Lampe die Temperatur der der Entladung zugewandten Ober fläche der Schmelzglasverbindung zumindest um 50 K niedriger als die Temperatur jenes Teiles der Füllung ist, der den Dampfdruck der im Überschuß vorhandenen Komponente bestimmt.

In einer solchen Lampe besitzt die der Entladung zuge wandte Oberfläche der Schmelzglasverbindung im Betriebs zustand der Lampe eine Temperatur, die erheblich niedriger als die höchste Temperatur des nicht verdampften Teils der im Überschuß vorhandenen Komponente ist. Es wurde gefunden, daß im allgemeinen ein Temperaturunterschied von 50 K eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der Lampe ergibt. Der große Einfluß eines derartigen Temperaturunterschieds läßt sich daraus erklären, daß die Reaktivität zwischen der Füllung des Entladungsgefäßes und der Schmelzglasverbindung im allgemeinen mit ansteigender Temperatur exponentiell größer wird.

Unter einem keramischen Entladungsgefäß sei ein solches verstanden, das aus monokristallinem Werkstoff, beispiels weise Saphir, oder polykristallinem Werkstoff, beispiels weise dichtgesintertem Aluminiumoxid, besteht.

Als stiftförmige Stromzuführung ist ein dünner Stab mit einem Durchmesser zwischen 200 µm und 1,5 mm gemeint. Dabei ist der kleinste Wert von der praktischen Bearbeit barkeit des Stabes und der größte Wert durch in der Praxis auftretende Wärmespannungen zwischen Stift und Endteil des Entladungsgefäßes bestimmt.

Die höchste Temperatur des nicht verdampften Teils der im Überschuß vorhandenen Komponente der Füllung des Entladungsgefäßes bestimmt den Dampfdruck dieser Komponente. Diese höchste Temperatur wird auch als dampf druckbestimmende Temperatur bezeichnet. Selbstverständlich führt eine höhere dampfdruckbestimmende Temperatur zu einem höheren Dampfdruck. Insbesondere erfordern Lampen mit guten Eigenschaften hinsichtlich Farbtemperatur und Farbpunkt der ausgesandten Strahlung häufig einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck und daher eine hohe dampfdruckbestimmende Temperatur. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lampe besteht nunmehr darin, daß derartige hohe dampfdruckbestimmende Temperaturen ohne die Gefahr des Angriffs des Schmelzglases verwirklichbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Lampe ist die enge Passung von der Elektrode ab betrachtet über zumindest 3 mm frei von der Schmelzglas verbindung. Eine derartige Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die Schmelzglasverbindung sich in einem derartigen verhältnismäßig großen Abstand von der Entladung befindet, daß die Temperatur der der Entladung zugewandten Oberfläche der Schmelzglasverbindung zumindest um 100 K niedriger als die dampfdruckbestimmende Temperatur ist, wodurch auf reproduzierbare Weise eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der Lampe erreichbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Lampe mit einem im wesentlichen kreiszylindrischen Entladungsgefäß, die eine im Betrieb aufgenommene Leistung von höchstens 100 W hat, beträgt die Länge, über die die Stromzuführung mit enger Passung vom Endteil umgeben ist, zumindest das Zweifache des Innendurchmessers des Entladungsgefäßes. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise, sogar bei Lampen mit verhältnismäßig geringen Abmessungen des Entladungsgefäßes, sowohl ein ausreichend niedriger Wert der Temperatur der der Entladung zuge wandten Oberfläche der Schmelzglasverbindung als auch ein guter gasdichter Abschluß mittels der Schmelzglas verbindung erreichbar ist.

Das Entladungsgefäß einer erfindungsgemäßen Lampe kann beispielsweise aus einem Rohr bestehen, das sich an einem Ende zu einem Endteil mit einem Durchmesser verjüngt, der kleiner ist als der des Rohrs, wobei der Endteil mit enger Passung das Stromzuführungsorgan umgibt. Mit Vorteil besteht der Endteil des Entladungsgefäßes aus einem gasdicht eingesinterten, herausragenden Pfropfen. Ein derartiger Aufbau läßt sich verhältnismaßig einfach herstellen.

Die Füllung des Entladungsgefäßes kann beispielsweise als Komponenten Natrium, Quecksilber und ein Edelgas, oder Quecksilber, ein oder mehrere Halogenide und ein Edelgas enthalten.

Der Erfindung ist insbesondere geeignet für Anwendung bei Lampen mit einer Leistung von höchstens 100 W.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Lampen werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Hochdruckentladungslampe,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Entladungsgefäß der Lampe nach Fig. 1,

Fig. 3 eine erste Abwandlung eines Entladungsgefäßaufbaus,

Fig. 4 eine zweite Abwandlung eines Entladungsgefäß aufbaus.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe hat einen Außenkolben 1 mit einem Lampensockel 2. Im Außenkolben 1 befindet sich ein keramisches Entladungsgefäß 3 mit zwei Elektroden 4 und 5. Die Elektrode 4 ist über eine stiftförmige Stromzuführung 40 mit einem Ende eines starren Zuleiters 6 verbunden, dessen anderes Ende mit einem ersten Anschluß kontakt des Lampensockels 2 verbunden ist. Die Elektrode 5 ist über ein stiftförmiges Stromzuführungsorgan 50 und ein Metallband 7 mit einem starren Zuleiter 8 verbunden. Der Zuleiter 8 ist an einen zweiten Anschlußkontakt des Lampensockels 2 angeschlossen.

Das Entladungsgefäß 3 ist in Fig. 2 getrennt im Schnitt dargestellt. Das Entladungsgefäß besteht aus einem rohr förmigen Teil 30 mit kreiszylindrischer Form. Der Teil 30 ist an beiden Enden mit gasdicht eingesinterten heraus ragenden pfropfenartigen Endteilen 31 ausgerüstet. Die Sinterverbindungen sind mit 32 bezeichnet. Jeder Endteil 31 umgibt mit enger Passung eine der stiftförmigen Stromzuführungen 40, 50. An der Stromzuführung 40 ist die Elektrode 4 und an der Stromzuführung 50 die Elektrode 5 befestigt. Jede der stiftförmigen Stromzuführungen 40 und 50 ist mit einem Endteil 31 mittels einer gasdichten Schmelzglasverbindung 10 verbunden, die sich teilweise in der engen Passung in Richtung auf die Elektrode erstreckt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung hat der gas dicht eingesinterte herausragende Endteil 33 über den frei herausragenden Teil seiner Länge einen geringeren Durch messer als über den mittels einer Sinterverbindung 34 am Teil 30 befestigten Längenabschnitt.

Eine zweite Abwandlung ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei besteht das Entladungsgefäß 3 aus einem einzigen Rohr 35, das an einem Ende sich zu einem Endteil verjüngt, der eine Stromzuführung 40 mit enger Passung umgibt. Der Endteil und die Stromzuführung sind mittels einer Schmelzglas verbindung 10 gasdicht verbunden.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel einer Lampe mit einem Aufbau gemäß Fig. 1 und 2 besteht der kreiszylindrische Teil 30 und bestehen die Endteile 31 aus dichtgesintertem Aluminiumoxid. Hierbei besitzt der kreiszylindrische Teil einen Innendurchmesser von 2,5 mm und einen Außendurch messer von 3,5 mm. Die beiden Endteile umgeben die stift förmigen Stromzuführungen 40 und 50, die einen Durchmesser von 0,7 mm haben, je mit enger Passung über eine Lange von etwa 11 mm, d.h. etwas das Vierfache des Innendurchmessers des Entladungsgefäßes. Die stiftförmigen Strom zuführungen 40, 50 bestehen aus Niob. Die Verwendung von Molybdän als Werkstoff für die Stromzuführungen ist ebenfalls möglich. Die Endteile 31 haben einen Außendurch messer von etwa 2,5 mm, und einen Innendurchmesser von etwa 0,8 mm. Die Elektroden 4 und 5 bestehen aus je einem Wolframstift mit einer Länge von 3 mm und einem Durch messer von 0,2 mm. Der Elektrodenabstand beträgt 11 mm.

Die Schmelzglasverbindung 10 zwischen Endteil und stift förmiger Stromzuführung besteht aus einem erdalkalioxid haltigen Schmelzglas, das sich in der engen Passung in Richtung auf die Elektrode über eine Länge von etwa 3 mm erstreckt. Von der Elektrode aus gerechnet ist die enge Passung über einen Abstand von 8 mm frei von der Schmelz glasverbindung.

Die Füllung des Entladungsgefäßes enthält Amalgam, das aus 27 Gew.% Na und 73 Gew.% Hg besteht. Neben Natrium und Quecksilber enthält das Entladungsgefäß Xenon, das bei 300 K einen Druck von etwa 50 kPa hat. Die Lampe wird aus einer Speisequelle von 220 V, 50 Hz, versorgt, wobei in Serie mit der Lampe ein induktives Vorschaltgerät von 1,4 H geschaltet ist. Die von der Lampe aufgenommene Leistung beträgt hierbei etwa 30 Watt und der spezifische Lichtstrom 44 Lumen/W bei einer Farbtemperatur von 2450 K. Die von den Endteilen dieser Lampe aufgenommene Leistung beträgt etwa 8 W. Die dampfdruckbestimmende Temperatur beträgt etwa 1210 K, während die Temperatur an der der Entladung zugewandten Oberfläche der Schmelzglas verbindung etwa 1000 K ist. Nach 3000 Brennstunden wurde anhand elektrischer und lichttechnischer Eigenschaften der Lampe gefunden, daß die Entladungsgefäßfüllung nahezu konstant geblieben ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Lampe nach Fig. 3 unterscheiden sich die Abmessungen wie folgt von der oben beschriebenen Lampe: Der Elektrodenabstand ist auf 15 mm vergrößert, während die Endteile über den frei herausragenden Teil ihrer Länge einen Außendurchmesser von etwa 1,5 mm besitzen. Von der Elektrode gerechnet ist die enge Passung über einen Abstand von etwa 7 mm frei von der Schmelzglasverbindung. Die Füllung des Entladungsgefäßes entspricht der Füllung des Entladungsgefäßes der soeben beschriebenen Lampe. Die von der Lampe aufgenommene Leistung beträgt in diesem Fall 25 Watt und die spezifische Lichtausbeute ist 51 Lumen/W, wobei die Farbtemperatur etwa 2300 K beträgt. Die von den Endteilen aufgenommene Leistung kann hierbei auf etwa 6,6 W angesetzt werden. Die dampfdruckbestimmende Tempera tur beträgt in diesem Fall etwa 1190 K und die der Ent ladung zugewandte Oberfläche der Schmelzglasverbindung hat unter diesen Umständen eine Temperatur von etwa 1000 K.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Lampe, bei der der Aufbau des Lampenkolbens der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung entspricht, sind die Abmessungen der Lampe dem zweiten Ausführungsbeispiel identisch. Die Füllung des Entladungsgefäßes weicht jedoch in diesem Fall insofern ab, als bei 300 K der Xenondruck etwa 130 kPa beträgt. Diese Lampe besitzt einen spezifischen Lichtstrom von 54 Lumen/W bei einer Farb temperatur von etwa 2120 K und Farbpunktkoordinaten x = 0,517; y = 0,418. Nach 4000 Brennstunden haben diese Größen folgende Werte:

- spezifischer Lichtstrom: 54 Lumen/W
- Farbtemperatur: 2880 K
- Farbpunktkoordinaten: x = 0,523; y = 0,421.

Dies bedeutet, daß die Füllung des Entladungsgefäßes in den 4000 Brennstunden nahezu konstant geblieben ist.

Bei einer nicht erfindungsgemäßen Lampe, bei der die Abmessungen des Entladungsgefäßes denen der Lampe nach dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen, wobei allerdings die Endteile einen Außendurchmesser gleich dem Außendurch messer des rohrförmigen Teils des Entladungsgefäßes besitzen, ist zum Erreichen einer dampfdruckbestimmenden Temperatur von 1190 K im Lampenbetrieb eine derartig hohe Leistung erforderlich, daß die Wand des Entladungsgefäßes an der Stelle der Entladung auf eine Temperatur über den für dichtgesintertes Aluminiumoxid zulässigen Wert von 1500 K steigt. Die hierbei in den Endteilen aufgenommen Leistung beträgt etwa 9,2 W.

Claims

1. Hochdruckentladungslampe (1) mit einem zwei Elektroden (4, 5) aufweisenden keramischen Entladungs gefäß (3), deren ionisierbare Füllung im Betriebszustand der Lampe eine im Überschuß vorhandene Komponente enthält, wobei wenigstens eine Elektrode (4) an einer stiftförmigen Stromzuführung (40) befestigt ist, die mit enger Passung von einem keramischen Endteil (31) des Entladungs gefäßes (3) umgeben und mit diesem durch eine Schmelzglas verbindung (10) gasdicht verbunden ist, wobei der Endteil (31) wenigstens teilweise einen Außendurchmesser kleiner als der größte Außendurchmesser des Entladungs gefäßes (3) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzglasverbindung (10) sich so weit in die enge Passung in Richtung auf die Elektrode (4) erstreckt, daß im Betriebszustand der Lampe die Temperatur der der Entladung zugewandten Oberfläche der Schmelzglasverbindung (10) zumindest um 50 K niedriger als die Temperatur jenes Teiles der Füllung ist, der den Dampfdruck der im Überschuß vorhandenen Komponente bestimmt.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Elektrode (4) ab gerechnet die enge Passung über zumindest 3 mm frei von der Schmelzglasverbindung (10) ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2 mit einem im wesent lichen kreiszylindrischen Entladungsgefäß (3) und einer im Betrieb der Lampe aufgenommenen Leistung von höchstens 100 Watt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge, über die die Stromzuführung (40) mit enger Passung vom Endteil (31) umgeben ist, zumindest das Zweifache des Innendurchmessers des Entladungsgefäßes (3) ist.

4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil (31) ein gasdicht eingesinterter, herausragender Pfropfen ist.