EP0356840B1 - High pressure discharge lamp - Google Patents

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Publication number
EP0356840B1
EP0356840B1 EP89115287A EP89115287A EP0356840B1 EP 0356840 B1 EP0356840 B1 EP 0356840B1 EP 89115287 A EP89115287 A EP 89115287A EP 89115287 A EP89115287 A EP 89115287A EP 0356840 B1 EP0356840 B1 EP 0356840B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plug
lamp according
pockets
electrode
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP89115287A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0356840A3 (en
EP0356840A2 (en
Inventor
Johannes Dr. Pfaue
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0356840A2 publication Critical patent/EP0356840A2/en
Publication of EP0356840A3 publication Critical patent/EP0356840A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0356840B1 publication Critical patent/EP0356840B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors

Definitions

  • High-pressure sodium discharge lamps are operated almost without exception as saturated discharge lamps: during operation, only a part of the metal filling, normally mercury and sodium, is evaporated, while the rest is condensed as liquid amalgam at one or more points, the so-called "cold spots".
  • the unsaturated discharge lamp high-pressure mercury lamp
  • the operating voltage determines the lamp power during normal choke operation, and thus brings about a positive feedback to the coldspot temperature.
  • the tube is closed by a sintered or soldered with glass solder cylindrical ceramic stopper with a smooth inner end face.
  • the conductive connection to the electrode is made centrally in the stopper using a niobium tube or niobium wire bushing (DE-A-28 14 411).
  • a niobium tube or niobium wire bushing DE-A-28 14 411.
  • the amount of amalgam intended to buffer the Na loss during the service life is generally larger and makes this construction susceptible to mechanical shocks.
  • the simplest way to influence the coldspot temperature is to change the distance between the core pin tip and the plug.
  • the possibilities of increasing the temperature by shortening this distance are subject to geometric limits if the rear end of the electrode coil abuts the end of the niobium current lead-through element.
  • Higher coldspot temperatures with unchanged ceramic tube construction can then only be achieved by external Heat accumulation measures, in particular heat accumulation sleeves, as are described, for example, in US Pat. No. 3,723,784. Since the assembly of such heat accumulation sleeves is complex, there is considerable interest in a plug construction in which the cold spot temperature is increased compared to the conventional plug construction.
  • the object of the present invention is to provide an improved configuration of the stopper area in high-pressure sodium discharge lamps, in which the amalgam depot is designed as an “internal amalgam”.
  • the vibration-insensitive accommodation of a sufficiently large amount of amalgam should be taken into account in the simplest possible manner and at a location that is protected from the sheet set and at which the interruption of the line of sight between the electrode and the analgam depot becomes fully effective.
  • Another object of the invention is to increase the cold spot temperature compared to the temperature that can be achieved in the discharge vessel designs according to the prior art for "internal amalgam", with additional external heat accumulation measures being avoided with regard to the above-mentioned applications.
  • a pocket plug offers advantages over a ring groove plug according to US-A-3 892 993.
  • the tasks described above can be safely performed.
  • the depth of the pockets should advantageously be chosen to be sufficiently large to accommodate the 20 to 30 mg of amalgam required as a buffer supply.
  • the plug height With a suitable choice of the plug height, it is also possible to set the desired increase in the cold spot temperature. But it turns out that there are limits to this approach. Above a critical filling level of the pockets, a new cold spot is created behind the electrodes and the amalgam begins to condense in the plug bore near the niobium bushing. This would violate an essential requirement, namely the safe electrical isolation between the electrode and the amalgam. In fact, such lamps again show the undesirable ignition behavior with an arc at the amalgam. As a countermeasure, the pocket plugs, which are designed for increased cold spot temperature, are therefore designed with a conically widened bore. The conical widening results in improved heat radiation from the discharge at the lead-through end of the plug bore.
  • the size of this temperature increase determines the overall possible increase in the coldspot temperature. In order to achieve the greatest possible effect, the largest possible opening angle should be selected. This results from the minimum wall thickness between the pocket and the maximum cone opening (d3 - d2): 2 - D.
  • FIG. 2 The construction of the melting of the discharge vessel 4 is shown in detail in FIG. 2.
  • a tubular body 6 made of alumina ceramic is a plug 7 also made of aluminum oxide ceramic sintered gas-tight.
  • the plug 7 has an axially extending bore into which a current supply 8 made of niobium is melted in a gas-tight manner by means of a commercially available glass solder (not shown).
  • the electrode consisting of electrode pin 10 and the electrode coil 11, is fastened in the power supply 8 by means of titanium soldering 9.
  • the other end of the discharge vessel 4, not shown here, is constructed essentially in the same way.
  • the plug 7 consists of a cylindrical part 12 and a conical part 13 of approximately the same length.
  • the length L of the plug 7 is designed such that its conical part 13 facing the discharge space extends beyond the part of the electrode coil 11 facing away from the discharge, whereby the conically widening bore faces the electrode pin 10 and the electrode coil 11.
  • the opening angle ⁇ of the conical part 13 is as large as possible.
  • the stopper 7 is provided according to the invention with three annular segment-shaped pockets 14 which are evenly distributed on its circumference.
  • the pockets 14 are delimited by webs 15, the pockets 14 and the webs 15 each having the same size, ie the segment angle ⁇ of a pocket 14 and a web 15 is 120 ° taken together.
  • the tubular body 6 has a length of approximately 86 mm, an outer diameter of approximately 7.4 mm and an inner diameter of approximately 6 mm.
  • the stopper 7 with its total length L of approximately 9 mm is provided with an axially extending bore with a diameter d 1 of approximately 3.1 mm.
  • the conical part 13 has a largest inner diameter d2 of about 5 mm, which corresponds to an opening angle ⁇ of 24 °.
  • the outer diameter d3 of the plug 7 is equal to the inner diameter of the tubular body 6.
  • the depth T of the pockets is approximately 5.5 mm, the transition from the inner flank of the pocket 14 to the outer diameter d3 of the closure part 7 expediently at an angle ⁇ of 45 ° is executed.
  • the thickness D of the pockets 14 is dependent on the outer diameter d3 of the plug 7 and the largest diameter d2 of the conical part 12. In the present embodiment of a 150 W lamp, the thickness D of the pocket 14 is approximately 0.4 mm.
  • FIGS. 5a to 5d show different parameters of a 150 W sodium high-pressure discharge lamp during its burning time.
  • the electrical power P L (FIG. 5a) of the lamp 1 moves during its 9000 burning hours in a very narrow range of only about 5 W deviation from the nominal power.
  • the operating voltage U L (FIG. 5b) shows only a slight increase of approx. 5 V during this time, starting from approx. 100 V with a lamp burned in for approx. 100 hours.
  • At the luminous flux ⁇ (Fig. 5c) there is virtually no change during the entire burning time of 9000 h measurable; it is constantly around 15,000 lm.
  • the luminous efficacy ⁇ (FIG. 5d) of approx. 100 lm / W can also be classified as extremely low with approx. 4% drop over the entire burning time of the lamp.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Description

Die im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebene Konstruktion einer Gefäßeinschmelzung ist insbesondere für Natriumhochdruckentladungslampen vorgesehen und ist aus der US-A-3 892 993 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt auch einen Stopfen mit einer Ringnut oder Vertiefungen in der Stopfenstirnfläche parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes - Fig 10.The construction of a vessel melting described in the preamble of the main claim is intended in particular for high pressure sodium discharge lamps and is known from US Pat. No. 3,892,993. This publication also describes a stopper with an annular groove or depressions in the end face of the stopper parallel to the longitudinal axis of the discharge vessel - FIG. 10.

Natriumhochdruckentladungslampen werden fast ausnahmslos als gesättigte Entladungslampen betrieben: während des Betriebs ist nur ein Teil der Metallfüllung, im Normalfall Quecksilber und Natrium, verdampft, während der Rest als flüssiges Amalgam an einer oder mehreren Stellen, den sogenannten "cold spots", kondensiert ist. Hierdurch bedingt ist im Vergleich zur ungesättigten Entladungslampe (Quecksilberhochdrucklampe) eine wesentlich stärkere Abhängigkeit der Brennspannung von den Betriebsbedingungen wie z.B. der Umgebungstemperatur oder der Versorgungsspannung gegeben, da wegen des flüssigen Amalgams, dem Bodenkörper, Änderungen der coldspot-Temperatur durch Kondensation bzw. Verdampfen unmittelbar auf die Metalldampfdichte und damit auf die Brennspannung rückwirken. Die Brennspannung bestimmt ihrerseits beim üblichen Drosselbetrieb die Lampenleistung, und bewirkt damit eine positive Rückkopplung auf die coldspot-Temperatur. Beim Betrieb der Lampe an einem "constant-wattage"-Vorschaltgerät würde diese positive Rückkopplung entfallen und lediglich die Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur verbleiben.High-pressure sodium discharge lamps are operated almost without exception as saturated discharge lamps: during operation, only a part of the metal filling, normally mercury and sodium, is evaporated, while the rest is condensed as liquid amalgam at one or more points, the so-called "cold spots". As a result, compared to the unsaturated discharge lamp (high-pressure mercury lamp), there is a much greater dependence of the operating voltage on the operating conditions, such as the ambient temperature or the supply voltage, because changes in the cold spot temperature due to condensation or evaporation occur immediately due to the liquid amalgam, the soil the metal vapor density and thus affect the internal voltage. The operating voltage in turn determines the lamp power during normal choke operation, and thus brings about a positive feedback to the coldspot temperature. When operating the lamp on a "constant wattage" ballast, this positive feedback would be eliminated and only the dependence on the ambient temperature would remain.

Wegen der starken Abhängigkeit der Brennspannung von den Betriebsbedingungen bei den gesättigten Natriumhochdrucklampen wären ungesättigte Lampen zu bevorzugen. Vereinzelt sind auch schon Natriumhochdrucklampen auf dem Markt aufgetaucht, bei denen die Natriumaufzehrung soweit reduziert wurde, daß sie eine ausreichende Lebensdauer ohne Bodenkörper erreichen. Bei den heute üblichen Materialien und Herstelltechniken für Entladungsgefäße ist die Natriumaufzehrung aber noch zu groß, als daß auf die Pufferung durch den Bodenkörper verzichtet werden könnte. Da das Quecksilber praktisch nicht aus der Lampe verschwindet, verursacht die Natriumaufzehrung eine ständige Verschiebung des Na/Hg-Verhältnisses zum Quecksilber hin. Diese Verschiebung ist besonders groß, wenn der gesamte Amalgamvorrat verdampft ist, und verringert sich bei Vorhandensein von Bodenkörper, aus dem Natrium in die Gasphase nachgeliefert werden kann. Auf diese Weise läßt sich bei einer gegebenen Natriumverlustrate der von der Veränderung des Molverhältnisses herrührende Teil des Brennspannungsanstiegs beliebig verringern, wenn der Natriumvorrat im Bodenkörper entsprechend erhöht wird.Because of the strong dependence of the operating voltage on the operating conditions for saturated high-pressure sodium lamps, unsaturated lamps would be preferred. There have also been isolated high-pressure sodium lamps on the market, in which sodium consumption has been reduced to such an extent that they achieve a sufficient lifespan without a body. With the materials and manufacturing techniques for discharge vessels that are common today, the sodium consumption is still too great to be able to do without the buffering by the bottom body. Since the mercury practically does not disappear from the lamp, the sodium consumption causes a constant shift of the Na / Hg ratio towards the mercury. This shift is particularly great when the entire amalgam supply has evaporated and is reduced in the presence of soil bodies from which sodium can be supplied in the gas phase. In this way, for a given sodium loss rate, the part of the increase in burning voltage resulting from the change in the molar ratio can be reduced as desired if the sodium supply in the soil body is increased accordingly.

Bezüglich der Unterbringung dieses Kondensats im Entladungsrohr gibt es zwei unterschiedliche Lösungen: Die eine Lösung stellt einen coldspot außerhalb des Keramikrohrs, typisch im Pumprohr, bereit (z.B. US-A-3 723 784). Dieses erhält dadurch den Charakter eines "Appendix," bei dem durch sorgfältige Formgebung eine möglichst reproduzierbare coldspot-Temperatur angestrebt wird. Bei dieser Konstruktion kondensiert das Amalgam an einer Stelle außerhalb einer das Keramikrohr einhüllenden Fläche. Deshalb kann man das Kondensat bei dieser Konstruktion als "Außenamalgam" bezeichnen. Die andere Lösung verzichtet auf den Aufwand für den Appendix und sieht für das Amalgam einen Platz innerhalb des Keramikrohrs im Bereich hinter den Elektroden vor. Es befindet sich hier innerhalb der das Keramikrohr einhüllenden Fläche; deshalb kann man das Kondensat bei dieser Lage als "Innenamalgam" bezeichnen.There are two different solutions for accommodating this condensate in the discharge tube: one solution provides a cold spot outside the ceramic tube, typically in the pump tube (eg US Pat. No. 3,723,784). This gives it the character of an "appendix," in which the coldspot temperature which is as reproducible as possible is sought through careful shaping. With this construction, this condenses Amalgam at a location outside of a surface enveloping the ceramic tube. Therefore, the condensate can be called "external amalgam" in this construction. The other solution dispenses with the effort for the appendix and provides for a place within the ceramic tube in the area behind the electrodes for the amalgam. It is located here within the surface enveloping the ceramic tube; therefore the condensate in this position can be called "internal amalgam".

Bei den üblichen Entladungsgefäß-Konstruktionen für "Innenamalgam" wird das Rohr durch einen eingesinterten oder mit Glaslot eingelöteten zylindrischen Keramikstopfen mit glatter innerer Stirnfläche abgeschlossen. Zentral im Stopfen wird mittels einer Niobrohr- oder Niobdrahtdurchführung die leitende Verbindung zur Elektrode hergestellt (DE-A-28 14 411). In dieser Konstruktion läßt sich in den am Rohrende vorhandenen Hohlkehlen nur eine relativ geringe Kondensatmenge durch Kapillarkräfte erschütterungssicher binden. Die zur Pufferung des Na-Verlustes während der Lebensdauer vorgesehene Amalgammenge ist in der Regel größer und verursacht die Anfälligkeit dieser Konstruktion gegenüber mechanischen Erschütterungen.In the usual discharge vessel designs for "inner amalgam", the tube is closed by a sintered or soldered with glass solder cylindrical ceramic stopper with a smooth inner end face. The conductive connection to the electrode is made centrally in the stopper using a niobium tube or niobium wire bushing (DE-A-28 14 411). In this construction, only a relatively small amount of condensate can be bound in a vibration-proof manner by capillary forces in the fillets present at the pipe end. The amount of amalgam intended to buffer the Na loss during the service life is generally larger and makes this construction susceptible to mechanical shocks.

Konstruktionen für "Innenamalgam" sind recht abhängig vom Ort des Bogenansatzes auf der Elektrode. Diese unerwünschte Abhängigkeit läßt sich reduzieren, wenn die Sichtverbindung zwischen Elektrode und Amalgam unterbrochen wird (EP-B-074 188). Außerdem hat sich in bezug auf die Änderung der coldspot-Temperatur während der Lebensdauer als besonders schädlich herausgestellt, wenn der Entladungsbogen beim Zünden am Kondensat ansetzen kann. Dies kann zum Verspritzen des Amalgams in Elektrodennähe, zu längerem ständig wiederholten Bogenansatz am Amalgam, insbesondere an dessen vorderen Rand, und zum teilweisen Halbwellenbetrieb beim Zünden führen. Abgesehen von der mechanischen Anfälligkeit des Hohlkehlenbereichs, die bei häufigem Bogenansatz am Amalgam während der Lebensdauer Sprünge im Übergangsgebiet vom Stopfen zum Keramikrohr verursachen kann, verursacht dieser Prozeß eine starke Schwärzung in Elektrodennähe. Diese bewirkt ihrerseits eine starke Anhebung der coldspot-Temperatur mit entsprechender Brennspannungserhöhung. Mit einer Konstruktion entsprechend EP-B-074 188 wird das Ziel der Potentialtrennung erreicht, während die Unterbrechung der Sichtverbindung zwischen der Elektrode und dem Amalgam nur zum Teil wirksam wird. Des weiteren erscheint diese Lampe hinsichtlich der Erschütterungsempfindlichkeit weniger geeignet, da die umlaufende Ringnut einen relativ großen Querschnitt aufweist.Constructions for "interior amalgam" are quite dependent on the location of the arc attachment on the electrode. This undesirable dependency can be reduced if the line of sight between the electrode and the amalgam is interrupted (EP-B-074 188). It also has to do with the change in coldspot temperature found to be particularly harmful during the service life if the discharge arc can attach to the condensate when ignited. This can lead to splashing of the amalgam in the vicinity of the electrodes, to a prolonged, constantly repeated formation of arcs on the amalgam, in particular at its front edge, and to partial half-wave operation during ignition. In addition to the mechanical susceptibility of the fillet area, which can cause cracks in the transition area from the plug to the ceramic tube during the lifetime if the amalgam is frequently bent, this process causes severe blackening in the vicinity of the electrodes. This in turn causes the coldspot temperature to rise sharply with a corresponding increase in the operating voltage. With a construction according to EP-B-074 188, the goal of potential isolation is achieved, while the interruption of the line of sight between the electrode and the amalgam is only partially effective. Furthermore, this lamp appears less suitable in terms of sensitivity to vibrations, since the circumferential annular groove has a relatively large cross section.

Neben den vorstehend diskutierten Eigenschaften einer Entladungsgefäßkonstruktion für "Innenamalgam" sind auch die Einflüsse auf die coldspot-Temperatur wichtig. Die Untersuchung dieses Einflusses ist aus nachstehenden Gründen in den Vordergrund gerückt:

  • Bei Lampen, die zur Verbesserung ihres Brenndauerverhaltens unterlastet betrieben werden, d.h. bei denen die Wandbelastung herabgesetzt werden soll, insbesondere durch Vergrößerung des Innendurchmessers kann es schwierig werden, ohne zusätzliche Wärmestaumaßnahmen auf die erforderliche Brennspannung zu kommen.
  • Bei den Natriumhochdrucklampen mit weniger als 50 W wird es bei den üblichen Rohrkonstruktionen mit abnehmender Leistung zunehmend schwierig, die erforderliche coldspot-Temperatur zu erreichen. Deshalb besteht auch hier ein Interesse an einer modifizierten Rohrkonstruktion, mit der sich eine höhere coldspot-Temperatur einstellen läßt.
  • Für farbverbesserte Lampen wird bei verkürzter Länge und vergrößertem Durchmesser ein wesentlich höherer Dampfdruck und damit eine deutlich höhere coldspot-Temperatur als beim entsprechenden Standardtyp benötigt. Es ist heute üblich, diese Temperaturerhöhung mit Hilfe von Wärmestaumanschetten zu bewirken.
  • Ähnliche Gesichtspunkte gelten für die sogenannten "plug-in"-Typen, also Natriumhochdrucklampen die gegen gleichartige Quecksilberhochdrucklampen ohne Veränderung der Beschaltung ausgetauscht werden können. Bei diesen "plug-in"-Typen ist heute die Anbringung von Wärmemanschetten üblich.
In addition to the properties of a discharge vessel design for "interior amalgam" discussed above, the influences on the cold spot temperature are also important. The investigation of this influence has come to the fore for the following reasons:
  • In the case of lamps which are operated underloaded in order to improve their burning life behavior, ie in which the wall load is to be reduced, in particular by enlarging the inside diameter, it can be difficult to reach the required burning voltage without additional heat accumulation measures.
  • With the high-pressure sodium lamps with less than 50 W, it becomes increasingly difficult to achieve the required cold spot temperature with the conventional tube designs with decreasing output. Therefore, there is also an interest in a modified pipe construction that can be used to set a higher cold spot temperature.
  • For color-improved lamps with a shorter length and larger diameter, a significantly higher vapor pressure and thus a significantly higher cold spot temperature than with the corresponding standard type is required. It is common today to effect this temperature increase with the help of heat accumulation sleeves.
  • Similar considerations apply to the so-called "plug-in" types, that is to say high-pressure sodium lamps which can be exchanged for similar high-pressure mercury lamps without changing the circuitry. With these "plug-in" types, the application of heat sleeves is common today.

Das einfachste Mittel zur Beeinflussung der coldspot-Temperatur besteht in einer Änderung des Abstands zwischen Kernstiftspitze und Stopfen. Den Möglichkeiten der Temperaturerhöhung durch Verkürzung dieses Abstands sind jedoch geometrische Grenzen gesetzt, wenn das hintere Ende der Elektrodenwendel an das Ende des Niobstromdurchführungselements anstößt. Höhere coldspot-Temperaturen bei unveränderter Keramikrohrkonstruktion lassen sich dann nur noch durch äußere Wärmestaumaßnahmen insbesondere Wärmestaumanschetten, wie sie zum Beispiel in der US-A-3 723 784 beschrieben sind, erreichen. Da die Montage derartiger Wärmestaumanschetten aufwendig ist, besteht ein erhebliches Interesse an einer Stopfenkonstruktion, bei welcher die coldspot-Temperatur gegenüber den herkömmlichen Stopfenkonstruktionen erhöht ist.The simplest way to influence the coldspot temperature is to change the distance between the core pin tip and the plug. However, the possibilities of increasing the temperature by shortening this distance are subject to geometric limits if the rear end of the electrode coil abuts the end of the niobium current lead-through element. Higher coldspot temperatures with unchanged ceramic tube construction can then only be achieved by external Heat accumulation measures, in particular heat accumulation sleeves, as are described, for example, in US Pat. No. 3,723,784. Since the assembly of such heat accumulation sleeves is complex, there is considerable interest in a plug construction in which the cold spot temperature is increased compared to the conventional plug construction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Ausgestaltung des Stopfenbereichs bei Natriumhochdruckentladungslampen zu schaffen, bei dem das Amalgamdepot als "Innenamalgam" angelegt ist. Insbesondere soll die erschütterungsunempfindliche Unterbringung einer hinreichend großen Amalgammenge auf möglichst einfache Weise und an einem Ort berücksichtigt werden, der vor dem Bogensatz sicher geschützt ist und an dem die Unterbrechung der Sichtverbindung zwischen Elektrode und Analgamdepot voll wirksam wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der coldspot-Temperatur gegenüber der Temperatur, die sich bei den Entladungsgefäßkonstruktionen nach dem Stand der Technik für "Innenamalgam" erreichen lässt wobei mit Hinblick auf die oben angezogenen Anwendungsfälle auf zusätzliche äußere Wärmestaumaßnahmen verzichtet werden soll.The object of the present invention is to provide an improved configuration of the stopper area in high-pressure sodium discharge lamps, in which the amalgam depot is designed as an “internal amalgam”. In particular, the vibration-insensitive accommodation of a sufficiently large amount of amalgam should be taken into account in the simplest possible manner and at a location that is protected from the sheet set and at which the interruption of the line of sight between the electrode and the analgam depot becomes fully effective. Another object of the invention is to increase the cold spot temperature compared to the temperature that can be achieved in the discharge vessel designs according to the prior art for "internal amalgam", with additional external heat accumulation measures being avoided with regard to the above-mentioned applications.

Diese Aufgaben werden mit einer Gestaltung des Stopfens nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Danach sind über den Umfang des Stopfens Taschen verteilt, die durch einzelne Stege voneinander getrennt sind. Diese Stege haben eine mehrfache Funktion:
Sie stützen gleichmäßig über den Umfang verteilt das Rohr gegen den Stopfen ab. Würde man sie fortlassen, entsprechend einem Stopfen mit umlaufender Ringnut, so würde der der Entladung zugewandte Teil der Ringnut sich verengen, da zur Erzielung einer vakuumdichten Sinterverbindung zwischen Rohr und Stopfen die Schwindung des Rohrs immer größer als die Schwindung des Stopfens gehalten wird. Bei Unterschreiten einer kritischen Nutdicke (ca. 0,3 mm) wird es wahrscheinlicher, daß das Amalgam am Eintrittsspalt der Nut kondensiert, statt wie gewünscht an dessen Ende. Eine Kondensation am Ende führt sukzessiv zur vollständigen Füllung der Taschen und damit zu optimaler Nutzung des zur Verfügung stehenden Speichervolumens. Weiterhin bewirken die Stege im Vergleich zu einem Stopfen mit Ringnut eine wesentlich bessere koaxiale Ausrichtung des Stopfens, da die volle Stopfenlänge zur Ausrichtung ausgenutzt wird, und nicht nur das vergleichsweise kurze Stopfenstück hinter der Nut. Damit wird die Gefahr einer einseitigen Unterschreitung der kritischen Nutdicke durch nichtkoaxiale Stopfenlage deutlich verringert.These tasks are solved by designing the stopper according to the characterizing part of the main claim. Then pockets are distributed over the circumference of the stopper, which are separated from one another by individual webs. These bars have a multiple function:
They support the pipe against the plug evenly distributed over the circumference. If they were omitted, corresponding to a plug with a circumferential ring groove, the part of the ring groove facing the discharge would narrow, since the shrinkage of the pipe is always kept greater than the shrinkage of the plug in order to achieve a vacuum-tight sintered connection between the pipe and the plug. If the thickness of the groove falls below a critical value (approx. 0.3 mm), it is more likely that the amalgam will condense at the entrance gap of the groove instead of at the end as desired. Condensation at the end gradually leads to the complete filling of the pockets and thus to optimal use of the available storage volume. Furthermore, compared to a stopper with an annular groove, the webs result in a significantly better coaxial alignment of the stopper, since the full stopper length is used for the alignment, and not only the comparatively short stopper piece behind the groove. This significantly reduces the risk of a one-sided shortfall in the critical groove thickness due to the non-coaxial plug position.

Ein Teil der dem Stopfen zugeführten Wärme stammt aus dem Keramikrohr. Der Wärmeübergang aus dem Rohr in den Stopfen wird durch die mit dem Rohr versinterten Stege verbessert. Damit wird die coldspot-Temperatur eines Taschenstopfens im Vergleich zu einem Stopfen mit Ringnut erhöht. Durch die Stege entstehen zusätzliche Hohlkehlen zur mechanischen Fixierung des Amalgams durch die Kapillarkräfte. Auch in dieser Hinsicht bietet ein Taschenstopfen Vorteile gegenüber einem Stopfen mit Ringnut gemäß US-A-3 892 993.Some of the heat supplied to the stopper comes from the ceramic tube. The heat transfer from the tube into the stopper is improved by the webs sintered with the tube. This increases the coldspot temperature of a pocket stopper compared to a stopper with an annular groove. The webs create additional fillets for the mechanical fixation of the amalgam by the capillary forces. In this regard too, a pocket plug offers advantages over a ring groove plug according to US-A-3 892 993.

Bei einer Gestaltung der Taschen nach den Ansprüchen 3 bis 5 lassen sich die zuvor beschriebenen Aufgaben sicher erfüllen. Um eine möglichst hohe Erschütterungsunempfindlichkeit der Lampe zu gewährleisten ist die Tiefe der Taschen vorteilhaft hinreichend groß zu wählen, um die als Puffervorrat erforderlichen 20 bis 30 mg Amalgam unterzubringen.With a design of the bags according to claims 3 to 5, the tasks described above can be safely performed. In order to ensure that the lamp is insensitive to vibrations as far as possible, the depth of the pockets should advantageously be chosen to be sufficiently large to accommodate the 20 to 30 mg of amalgam required as a buffer supply.

Bei geeigneter Wahl der Stopfenhöhe ist es auch möglich, die gewünschte Erhöhung der coldspot-Temperatur einzustellen. Es zeigt sich aber, daß diesem Vorgehen Grenzen gesetzt sind. Oberhalb einer kritischen Füllhöhe der Taschen entsteht ein neuer coldspot hinter den Elektroden und das Amalgam beginnt nahe der Niobdurchführung in der Stopfenbohrung zu kondensieren. Damit wäre eine wesentliche Forderung verletzt, nämlich die sichere galvanische Trennung zwischen der Elektrode und dem Amalgam. Tatsächlich zeigen derartige Lampen wieder das unerwünschte Zündverhalten mit Bogenansatz am Amalgam. Als Gegenmaßnahme werden deshalb erfindungsgemäß die Taschenstopfen, die für erhöhte coldspot-Temperatur ausgelegt sind, mit konisch aufgeweiteter Bohrung ausgeführt. Durch die konische Aufweitung wird eine verbesserte Wärmeeinstrahlung aus der Entladung am durchführungsseitigen Ende der Stopfenbohrung erreicht. Die Größe dieser Temperaturerhöhung bestimmt die insgesamt mögliche Anhebung der coldspot-Temperatur. Um einen möglichst großen Effekt zu erzielen, ist der größtmögliche Öffnungswinkel zu wählen. Dieser ergibt sich aus der Mindestwanddicke zwischen der Tasche und der maximalen Konusöffnung (d₃ - d₂) : 2 - D.With a suitable choice of the plug height, it is also possible to set the desired increase in the cold spot temperature. But it turns out that there are limits to this approach. Above a critical filling level of the pockets, a new cold spot is created behind the electrodes and the amalgam begins to condense in the plug bore near the niobium bushing. This would violate an essential requirement, namely the safe electrical isolation between the electrode and the amalgam. In fact, such lamps again show the undesirable ignition behavior with an arc at the amalgam. As a countermeasure, the pocket plugs, which are designed for increased cold spot temperature, are therefore designed with a conically widened bore. The conical widening results in improved heat radiation from the discharge at the lead-through end of the plug bore. The size of this temperature increase determines the overall possible increase in the coldspot temperature. In order to achieve the greatest possible effect, the largest possible opening angle should be selected. This results from the minimum wall thickness between the pocket and the maximum cone opening (d₃ - d₂): 2 - D.

Die weitere Ausgestaltung des Stopfens ergibt sich aus den Unteransprüchen.The further design of the plug results from the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von fünf Figuren und einem praktischen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen

Figur 1
eine Natriumhochdruckentladungslampe in schematischer Darstellung
Figur 2
einen Schnitt durch eine Einschmelzung eines Entladungsgefäßes
Figur 3
einen Schnitt durch einen Stopfen in der Seitenansicht
Figur 4
den Stopfen der Figur 3 in der Draufsicht
Figur 5
den Verlauf nachfolgend aufgeführter Parameter einer erfindungsgemäßen Lampe während der Brenndauer:
  • a) elektrische Leistungsaufnahme PL
  • b) Brennspannung UL
  • c) Lichtstrom φ
  • d) Lichtausbeute η
   In Figur 1 ist eine Natriumhochdruckentladungslampe 1 von 150 W dargestellt. Innerhalb des Außenkolbens 2, an dem ein Sockel 3 zum Anschluß einer Versorgungsspannung befestigt ist, ist das Entladungsgefäß 4 aus polykristalliner Aluminiumoxidkeramik gehaltert. Zur Verbesserung des das Entladungsgefäß 4 umgebenden Vakuums sind innerhalb des Außenkolbens 2 zwei Getterringe 5 montiert.The invention is explained below with reference to five figures and a practical embodiment. Show it
Figure 1
a high pressure sodium discharge lamp in a schematic representation
Figure 2
a section through a melt of a discharge vessel
Figure 3
a section through a plug in the side view
Figure 4
the plug of Figure 3 in plan view
Figure 5
the course of the following parameters of a lamp according to the invention during the burning period:
  • a) electrical power consumption P L
  • b) Burning voltage U L
  • c) Luminous flux φ
  • d) luminous efficacy η
In Figure 1, a sodium high pressure discharge lamp 1 of 150 W is shown. The discharge vessel 4 made of polycrystalline aluminum oxide ceramic is held within the outer bulb 2, to which a base 3 is attached for connecting a supply voltage. In order to improve the vacuum surrounding the discharge vessel 4, two getter rings 5 are mounted inside the outer bulb 2.

Die Konstruktion der Einschmelzung des Entladungsgefäßes 4 ist in der Figur 2 im Detail dargestellt. In das Ende eines rohrförmigen Körpers 6 aus Aluminiumoxidkeramik ist ein ebenfalls aus Aluminiumoxidkeramik bestehender Stopfen 7 gasdicht eingesintert. Der Stopfen 7 weist eine axial verlaufende Bohrung auf, in die eine Stromzuführung 8 aus Niob mittels eines handelsüblichen Glaslotes (nicht dargestellt) gasdicht eingeschmolzen ist. Mittels einer Titanlötung 9 ist die Elektrode, bestehend aus Elektrodenstift 10 und der Elektrodenwendel 11, in der Stromzuführung 8 befestigt. Das andere, hier nicht dargestellte Ende des Entladungsgefäßes 4 ist im wesentlichen auf die gleiche Weise aufgebaut.The construction of the melting of the discharge vessel 4 is shown in detail in FIG. 2. In the end of a tubular body 6 made of alumina ceramic is a plug 7 also made of aluminum oxide ceramic sintered gas-tight. The plug 7 has an axially extending bore into which a current supply 8 made of niobium is melted in a gas-tight manner by means of a commercially available glass solder (not shown). The electrode, consisting of electrode pin 10 and the electrode coil 11, is fastened in the power supply 8 by means of titanium soldering 9. The other end of the discharge vessel 4, not shown here, is constructed essentially in the same way.

Unter Hinzunahme der Figuren 3 und 4, in denen der Stopfen 7 allein dargestellt ist, wird nunmehr auf dessen speziellen Aufbau eingegangen. Der Stopfen 7 besteht aus einem zylindrischen Teil 12 und einem etwa gleich langen konischen Teil 13. Die Länge L des Stopfens 7 ist so ausgeführt, daß sich dessen dem Entladungsraum zugewandter konischer Teil 13 über den der Entladung abgewandten Teil der Elektrodenwendel 11 hinaus erstreckt, wobei die sich konisch erweiternde Bohrung dem Elektrodenstift 10 und der Elektrodenwendel 11 zugewandt ist. Zum Betrieb der Lampe ist es besonders vorteilhaft wenn der Öffnungswinkel β des konischen Teils 13 möglichst groß ist. An seiner äußeren, dem Elektrodenstift 10 und der Elektrodenwendel 11 abgewandten Mantelfläche ist der Stopfen 7 erfindungsgemäß mit drei kreisringsegmentförmigen Taschen 14 versehen, die an dessen Umfang gleichmäßig verteilt sind. Die Taschen 14 werden durch Stege 15 begrenzt, wobei die Taschen 14 und die Stege 15 jeweils gleich groß sind, d.h. der Segmentwinkel α einer Tasche 14 und eines Steges 15 beträgt zusammengenommen 120°.With the addition of Figures 3 and 4, in which the plug 7 is shown alone, its special structure will now be discussed. The plug 7 consists of a cylindrical part 12 and a conical part 13 of approximately the same length. The length L of the plug 7 is designed such that its conical part 13 facing the discharge space extends beyond the part of the electrode coil 11 facing away from the discharge, whereby the conically widening bore faces the electrode pin 10 and the electrode coil 11. To operate the lamp, it is particularly advantageous if the opening angle β of the conical part 13 is as large as possible. On its outer jacket surface facing away from the electrode pin 10 and the electrode coil 11, the stopper 7 is provided according to the invention with three annular segment-shaped pockets 14 which are evenly distributed on its circumference. The pockets 14 are delimited by webs 15, the pockets 14 and the webs 15 each having the same size, ie the segment angle α of a pocket 14 and a web 15 is 120 ° taken together.

Am Beispiel einer 150 W-Natriumhochdruckentladungslampe werden nachfolgend die Abmessungen einer erfindungsgemäßen Einschmelzung angegeben:Using the example of a 150 W high-pressure sodium discharge lamp, the dimensions of a meltdown according to the invention are given below:

Der rohrförmige Körper 6 weist eine Länge von ca. 86 mm, einen Außendurchmesser von ca. 7,4 mm und einen Innendurchmesser von ca. 6 mm auf. Der Stopfen 7 mit seiner Gesamtlänge L von ca. 9 mm ist mit einer axial verlaufenden Bohrung mit einem Durchmesser d₁ von ca. 3,1 mm versehen. Der konische Teil 13 besitzt einen größten Innendurchmesser d₂ von ca. 5 mm, das entspricht einem Öffnungswinkel β von 24°. Der Außendurchmesser d₃ des Stopfens 7 ist gleich dem Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers 6. Die Tiefe T der Taschen beträgt ca. 5,5 mm, wobei der Übergang von der Innenflanke der Tasche 14 zum Außendurchmesser d₃ des Verschlußteils 7 zweckmäßigerweise in einem Winkel γ von 45° ausgeführt ist. Die Dicke D der Taschen 14 ist abhängig vom Außendurchmesser d₃ des Stopfens 7 sowie vom größten Durchmesser d₂ des konischen Teils 12. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einer 150 W-Lampe beträgt die Dicke D der Tasche 14 ca. 0,4 mm.The tubular body 6 has a length of approximately 86 mm, an outer diameter of approximately 7.4 mm and an inner diameter of approximately 6 mm. The stopper 7 with its total length L of approximately 9 mm is provided with an axially extending bore with a diameter d 1 of approximately 3.1 mm. The conical part 13 has a largest inner diameter d₂ of about 5 mm, which corresponds to an opening angle β of 24 °. The outer diameter d₃ of the plug 7 is equal to the inner diameter of the tubular body 6. The depth T of the pockets is approximately 5.5 mm, the transition from the inner flank of the pocket 14 to the outer diameter d₃ of the closure part 7 expediently at an angle γ of 45 ° is executed. The thickness D of the pockets 14 is dependent on the outer diameter d₃ of the plug 7 and the largest diameter d₂ of the conical part 12. In the present embodiment of a 150 W lamp, the thickness D of the pocket 14 is approximately 0.4 mm.

Die Figuren 5a bis 5d zeigen unterschiedliche Parameter einer 150 W-Natriumhochdruckentladungslampe während ihrer Brenndauer. Die elektrische Leistung PL (Fig. 5a) der Lampe 1 bewegt sich während ihrer 9000 Brennstunden in einem sehr engen Bereich von nur ca. 5 W Abweichung von der Nennleistung. Die Brennspannung UL (Fig. 5b) weist während dieser Zeit nur einen geringen Anstieg von ca. 5 V aus, ausgehend von ca. 100 V bei einer mit ca. 100 Stunden eingebrannten Lampe. Beim Lichtstrom φ (Fig. 5c) ist während der gesamten Brenndauer von 9000 h gleichsam keine Veränderung meßbar; er beträgt konstant ca. 15.000 lm. Auch die Lichtausbeute η (Fig. 5d) von ca. 100 lm/W ist mit ca. 4 % Abfall verteilt über die gesamte Brenndauer der Lampe als äußerst gering einzustufen.FIGS. 5a to 5d show different parameters of a 150 W sodium high-pressure discharge lamp during its burning time. The electrical power P L (FIG. 5a) of the lamp 1 moves during its 9000 burning hours in a very narrow range of only about 5 W deviation from the nominal power. The operating voltage U L (FIG. 5b) shows only a slight increase of approx. 5 V during this time, starting from approx. 100 V with a lamp burned in for approx. 100 hours. At the luminous flux φ (Fig. 5c) there is virtually no change during the entire burning time of 9000 h measurable; it is constantly around 15,000 lm. The luminous efficacy η (FIG. 5d) of approx. 100 lm / W can also be classified as extremely low with approx. 4% drop over the entire burning time of the lamp.

Claims (8)

  1. High-pressure discharge lamp having a tubular discharge vessel (4) of ceramic, the respective ends of which are provided with a plug (7) of ceramic, through which plug a current supply lead (8) is guided in a gas-tight manner, which lead holds an electrode which comprises an electrode rod (10) and an electrode coil (11), the plug (7), which surrounds the electrode substantially concentrically, extending at least to that end of the electrode coil (11) which is remote from the discharge and exhibiting, at that envelope surface which is remote from the electrode rod (10), an annular groove (14) which is open to the discharge space over a part of its overall length (L), characterized in that the annular groove is interrupted by at least two ribs (15) which adjoin the wall of the discharge vessel, whereby this groove is subdivided into an equal number of pockets (14), which exhibit, in cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the discharge vessel (4), a circular-segment-like shape.
  2. Lamp according to Claim 1, characterized in that the ribs (15) exhibit a uniform spacing from one another along the envelope surface of the plug (7), whereby the pockets (14) are also of the same size as each other.
  3. Lamp according to Claims 1 and 2, characterized in that the depth (T) of the pockets (14) is within a range which is expressed by the relation 0.3 L ≦ T ≦ 0.8 L, where L is the overall length of the plug (7).
  4. Lamp according to Claims 1 to 3, characterized in that the thickness (D) of the pockets (14) is within a range which is expressed by the relation 0.3 mm ≦ D ≦ (d₃ - d₁) : 4, where d₁ is the internal diameter and d₃ the external diameter of the plug (7).
  5. Lamp according to Claims 1 to 4, characterized in that the unit which is composed of the total of a pocket (14) and a rib (15) includes an angle α of 90° to 120°, the width (B) of a rib (15) being within the range from 0.5 mm to 1.0 mm.
  6. Lamp according to Claims 1 to 5, characterized in that the plug (7) is provided with preferably three pockets (14).
  7. Lamp according to Claims 1 to 6, characterized in that the plug (7) is divided, along its longitudinal axis, into a cylindrical portion (12) and a conical portion (13), the cylindrical portion (12) being provided for the gas-tight connection with the current supply lead (8).
  8. Lamp according to Claims 1 to 7, characterized in that the increasing diameter of the conical portion (13) faces the electrode coil (11).
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