EP0887841A2 - Metal halide lamp with ceramic discharge vessel - Google Patents
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- EP0887841A2 EP0887841A2 EP98110787A EP98110787A EP0887841A2 EP 0887841 A2 EP0887841 A2 EP 0887841A2 EP 98110787 A EP98110787 A EP 98110787A EP 98110787 A EP98110787 A EP 98110787A EP 0887841 A2 EP0887841 A2 EP 0887841A2
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- H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
Definitions
- the jacket tube should have the smallest possible axial distance (typically between 0.1 and 0.5 mm) to the outer part (niobium stick).
- the distance between the jacket tube and the shaft of the electrode should be for the above reasons at least 0.5 mm, preferably more than 1 mm, be.
- the diameter of the inner part is essential in all versions (more than 50%) smaller than the diameter of the outer part.
- the diameter of the inner part is dimensioned such that the current density through the inner part is at most 80 A / mm 2 . This avoids excessive heating of the inner part and in particular of the tubular casing.
- the casing tube in particular the same material as for the capillary is used (aluminum oxide).
- the outside diameter the casing tube can therefore be chosen so that it just Inner diameter of the stopper capillary (adapted to a few microns), whereby the dead volume is minimized.
- the outer part is inserted deep into the capillary. It's just one Minimum depth of 2 mm necessary for a reliable seal. The For thermal reasons, the maximum insertion depth should be 50% of the length of the Do not exceed the capillary.
- the advantage of the inner part is that even when using relatively thick niobium pins (up to 2 mm) only a thin molybdenum or tungsten wire is melted down. As a result, stresses caused by the imperfect adaptation of the thermal expansion coefficient between molybdenum and Al 2 O 3 are greatly reduced, since the absolute expansion is low. In contrast to tungsten or molybdenum, it is known that niobium is well adapted to the thermal expansion of aluminum oxide.
- tungsten is advantageous over molybdenum, in particular if the electrode is relatively short (shorter than the inner part). Because because of the lower melting point of molybdenum (compared to tungsten) the greater the risk that the weld and the molybdenum pin behind the Weld is overheated due to the proximity to the hot electrode. This should have been as a result that the weld loosens or that the molybdenum pin becomes soft will and bends under the weight of the electrode so that the electrode touches the wall of the discharge vessel and locally overheats it. In addition, tungsten is more resistant to corrosion than molybdenum.
- Tungsten is much more suitable than molybdenum, since molybdenum with Bromine reacts.
- An integral piece of tungsten wire can advantageously be used be performing both the task of the inner part as well as that of the electrode shaft. This allows a Welded connection can be dispensed with.
- the casing of the Inside a concentric ceramic double tube This has manufacturing technology Advantages.
- the material of the interior and outer part of the casing tube may also be slightly different (for example aluminum oxide with different doping).
- the tungsten pin is in the same way on the electrode shaft 15 welded, the electrode shaft 15 from the same level as above.
- Tungsten pin 14 can also be bent into a spiral. Prefers one or two turns are sufficient.
- Niobium stick 13 has a diameter of 1.3 mm.
- the tungsten pin 14 has one Diameter of 0.35 mm.
- the inner capillary tube 20 has an outer diameter of 0.8 mm, the outer capillary tube 21 has an outer diameter of 1.2 mm.
- the total length of the tungsten pin is 14.5 mm, that of Electrode 3.5 mm with a diameter of 0.7 mm.
- the distance of the Capillary tubes 20, 21 from the niobium stick and from the electrode are each 0.5 mm.
- the capillary tube 12 of the plug has a length of approximately 18 mm.
- the niobium stick sits about 2.5 mm deep.
- FIG. Another exemplary embodiment is shown in FIG.
- the stop device here is a piece of wire 25 which is in the vicinity of the discharge side End of the tungsten pin across the lamp axis on the tungsten pin is attached. It has been shown that the jacket tube is not a direct one Should have contact with the electrode, because otherwise the heat load increases cause a reaction of the aluminum oxide with the components of the filling can. Therefore, a general minimum distance between the capillary tubes is recommended to the electrode of at least 0.5. The distance is preferably greater than 1 mm.
- the tungsten pin 31 is attached to a step 32 of the electrode shaft 33.
- the step 32 which is at least 0.5 mm high, also serves as Stop device for the middle section 30a of the casing tube 30.
- the dead volume in the area near the discharge in front of the long inner middle section 30a of the casing tube 30 is filled by the helical part 34 made of molybdenum.
- the outer part here is a niobium tube 13 'with a bore 29 in the front End of the tungsten pin 31 inserted as an inner part and welded there is.
Landscapes
- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
- Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit folgenden Anmeldungen: internes Aktenzeichen 97P5540, 97P5541, 97-1-001, 93-1-430.The present application is closely related to the following Registrations: internal file number 97P5540, 97P5541, 97-1-001, 93-1-430.
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe mit keramischem
Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich
dabei insbesondere um Lampen mit einem Entladungsgefäß, dessen Betriebstemperatur
relativ hoch ist, und in der Größenordnung von bis zu 1000 °C
liegt.The invention is based on a metal halide lamp with a ceramic
Discharge vessel according to the preamble of
Das entscheidende Problem bei derartigen Lampen ist die dauerhafte Abdichtung der Durchführung im keramischen Entladungsgefäß mittels eines keramischen Stopfens. Hierfür sind bereits viele Lösungsvorschläge angeboten worden. Häufig wird dabei ein Rohr oder Stift aus Metall (Wolfram oder Molybdän) als Durchführung in einem Stopfen aus Keramik eingelötet oder eingesintert.The crucial problem with such lamps is permanent sealing the implementation in the ceramic discharge vessel by means of a ceramic plug. There are already many proposed solutions for this been. A tube or pin made of metal (tungsten or Molybdenum) soldered into a ceramic plug or sintered in.
Aus der EP-A 587 238 ist eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß
bekannt, bei der eine zweiteilige Durchführung in einer langgestreckten
Stopfenkapillare mittels Glaslot am entladungsfernen Ende des
Stopfens abgedichtet ist. Der äußere Teil der Durchführung besteht aus permeablem
Material (Niobstift), der innere Teil aus halogenidresistentem Material
(beispielsweise Stift aus Wolfram oder Molybdän). Der innere Teil
kann gemäß Fig. 2 eine Umhüllung aus einem anderen halogenidresistentem
Metall aufweisen. Eine weitere Möglichkeit ist, den Stift mit einem Wendelteil
zu umwickeln (Fig. 8). Das in diesem Dokument vorgestellte Konzept
eignet sich jedoch nur für kleinere Leistungen bis maximal 150 W. Denn die
mangelhafte Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten führt
bei hohen Leistungen und dementsprechend hoher Temperaturwechselbelastung
oft zu Sprüngen in der Wandung des keramischen Kapillarrohrs. Diese
Sprünge nehmen mit steigendem Durchmesser des Molybdänstifts zu. Als
Beispiel ist in Fig. 1 eine Lampe mit einer Leistung von 70 W angegeben, deren
Durchführung ein Molybdänstift mit einem Durchmesser von 0,7 mm ist.EP-A 587 238 describes a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel
known, in which a two-part implementation in an elongated
Stopper capillary by means of glass solder at the end of the
Plug is sealed. The outer part of the bushing is permeable
Material (niobium stick), the inner part made of halide-resistant material
(for example, tungsten or molybdenum pencil). The
Aus der EP-A 639 853 ist eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß bekannt, bei der die Elektrode selbst innerhalb eines langen Stopfenteils (Fig. 4) von einer Hülse aus Aluminiumoxid ummantelt ist. Dadurch wird das Zündverhalten der Lampe verbessert. Der Durchmesser des Elektrodenschafts ist dort mit 1,2 mm angegeben.EP-A 639 853 describes a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel known in which the electrode itself within a long Plug part (Fig. 4) is covered by a sleeve made of aluminum oxide. Thereby the ignition behavior of the lamp is improved. The diameter of the Electrode shafts are specified there as 1.2 mm.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe mit
keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen,
deren Durchführung so konzipiert ist, daß sie nicht nur für
kleine, sondern insbesondere auch für größere Wattstufen (typisch 150 bis
400 W) geeignet ist.It is an object of the present invention to use a metal halide lamp
to provide a ceramic discharge vessel according to the preamble of
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen
Ansprüchen. This object is achieved by the characterizing features of
Mit zunehmender Wattstufe nimmt normalerweise auch der Durchmesser der Durchführung und somit auch der Innendurchmesser der Stopfenkapillare zu. Um Sprünge im Abdichtungsbereich trotzdem zuverlässig zu verhindern, wurde daher eine andere Lösung entwickelt.With increasing wattage, the diameter usually also increases the implementation and thus also the inside diameter of the capillary to. In order to reliably prevent cracks in the sealing area, another solution was therefore developed.
Im einzelnen handelt es sich um eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß aus Aluminiumoxid, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden besitzt, die mit keramischen Stopfen verschlossen sind, die jeweils ein langgezogenes Kapillarrohr (im folgenden Stopfenkapillare genannt) enthalten, und wobei durch diese Stopfenkapillare eine elektrisch leitende Durchführung, die bezogen auf die Entladung aus einem inneren stiftförmigen Teil und einem äußeren Teil besteht, vakuumdicht hindurchgeführt ist. Die Durchführung ist außen am Stopfen durch Glaslot abgedichtet. An der Durchführung ist innen eine Elektrode mit ihrem Schaft befestigt, die in das Innere des Entladungsgefäßes hineinragt.Specifically, it is a metal halide lamp with a ceramic Discharge vessel made of aluminum oxide, the discharge vessel has two ends that are closed with ceramic plugs, each an elongated capillary tube (hereinafter called capillary) included, and through this plug capillary an electrically conductive Carrying out related to the discharge from an inner pin-shaped Part and an outer part is passed, vacuum-tight is. The bushing is sealed on the outside of the stopper with glass solder. On the leadthrough an electrode is attached with its shaft, which in the interior of the discharge vessel protrudes.
Der innere Teil der Durchführung ist ein Stift aus einem halogenidresistentem Metall, dessen Durchmesser maximal 0,4 mm beträgt, und der von einer rohrförmigen Ummantelung aus keramischem oder metallischem Material (im folgenden Mantelrohr genannt) umgeben ist. Das Material dieses keramischen Mantelrohrs enthält Aluminium. Bevorzugt besteht es aus Aluminiumoxid (Al2O3). Aber auch Aluminiumnitrid (AlN) oder Aluminiumoxinitrid (AlON) kann verwendet werden, da diese Materialien besonders halogenidresistent sind. Als metallisches Material eignet sich insbesondere Wolfram. Das Mantelrohr kann auch insbesondere aus mehreren keramischen und/oder metallischen Teilen kombiniert werden.The inner part of the bushing is a pin made of a halide-resistant metal, the maximum diameter of which is 0.4 mm, and which is surrounded by a tubular jacket made of ceramic or metallic material (hereinafter referred to as the jacket tube). The material of this ceramic jacket tube contains aluminum. It preferably consists of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Aluminum nitride (AlN) or aluminum oxynitride (AlON) can also be used, as these materials are particularly resistant to halides. Tungsten is particularly suitable as the metallic material. The jacket tube can also be combined in particular from several ceramic and / or metallic parts.
Der äußere Teil der Durchführung ist über seine in der Stopfenkapillare befindlichen Länge mit Glaslot abgedichtet. Zusätzlich ist ein daran anschließender Bereich des inneren Teils der Durchführung über eine Länge, die zumindest noch einen Kleinen Teil der Länge (ca. 1 bis 2 mm) des Mantelrohrs einschließt, durch Glaslot abgedichtet. Dabei hat sich als wesentlich für eine lange Lebensdauer herausgestellt, daß das innere Teil ein derartig dünner Stift ist, daß er die thermische Wechselbelastung trotz fehlender Anpassung an das thermische Verhalten des aluminiumhaltigen Materials gut übersteht, ohne daß Sprünge und Risse in der Keramik sowie auch im Glaslot auftreten. Dadurch wird das korrosionsanfällige Niob des äußeren Teils zuverlässig geschützt.The outer part of the feedthrough is located in the stopper capillary Length sealed with glass solder. In addition there is a subsequent one Area of the inner part of the passage over a length that at least a small part of the length (approx. 1 to 2 mm) of the casing tube includes, sealed by glass solder. It has proven essential for a long lifespan revealed that the inner part is so thin Pin is that it has the thermal alternating load despite lack of adjustment the thermal behavior of the aluminum-containing material well survives without cracks and cracks in the ceramic as well as in the glass solder occur. This makes the niobium of the outer part susceptible to corrosion reliably protected.
Bevorzugt beträgt die Leistung der Lampe zwischen 150 und 400 W, aber auch kleinere Leistungen sind möglich.The lamp power is preferably between 150 and 400 W, however smaller services are also possible.
Am inneren Teil der Durchführung ist entladungsseitig eine Stoppvorrichtung für das Mantelrohr angebracht, die ein Verschieben nach unten während des Einschmelzvorgangs verhindern soll. Diese kann aus einer Biegung des inneren Teils, einem quer liegenden Drahtstück, einer Schweißperle o.ä. bestehen. Bei Kleinwattigen Lampen und gleichzeitiger Verwendung von ausreichend langen Elektrodenstiften (mehr als 3 mm lang) kann auch eine lange Stufe am Ende des Elektrodenschafts als Stoppvorrichtung verwendet werden. Wichtig ist zu vermeiden, daß das Mantelrohr durch die heiße Elektrode überhitzt wird.On the inner part of the bushing there is a stop device on the discharge side attached to the jacket tube, which is sliding down during prevent the melting process. This can result from a bend of the inner part, a transverse piece of wire, a welding bead or similar consist. With small watt lamps and simultaneous use of sufficiently long electrode pins (more than 3 mm long) can also be used long step at the end of the electrode shaft used as a stopping device will. It is important to avoid that the jacket tube through the hot electrode is overheated.
In jedem Fall sollte das Mantelrohr einen möglichst geringen axialen Abstand (typisch zwischen 0,1 und 0,5 mm) zum äußeren Teil (Niobstift) besitzen. Andererseits sollte der Abstand des Mantelrohrs zum Schaft der Elektrode aus obigen Gründen mindestens 0,5 mm, bevorzugt mehr als 1 mm, betragen.In any case, the jacket tube should have the smallest possible axial distance (typically between 0.1 and 0.5 mm) to the outer part (niobium stick). On the other hand, the distance between the jacket tube and the shaft of the electrode should be for the above reasons at least 0.5 mm, preferably more than 1 mm, be.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Mantelrohr aus mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Abschnitten. Die zwischen dem äußeren und inneren Abschnitt befindliche Kleine Lücke stoppt den Fluß des Glaslots. Das innere Ende des äußeren Abschnitts des Mantelrohrs definiert somit die Einschmelzlänge für das Glaslot außen am Mantelrohr. In der Praxis hat sich außerdem gezeigt, daß das Glaslot unbeabsichtigt auch bis zur Durchführung im Innern des Mantelrohrs hinein gesaugt wird. Die starken Kapillarkräfte im Mantelrohr können dann das Glaslot bis in die Nähe der Elektrode nach vorne saugen. Ein ganz besonderer Vorteil eines axial zweigeteilten Mantelrohrs ist, daß der äußere abschnitt des Mantelrohrs auch für dieses innen befindliche Glaslot als Barriere wirkt. Der innere, hochtemperaturbelastete Abschnitt des Mantelrohrs ist somit immer frei von Glaslot.In a particularly preferred embodiment, the jacket tube is made from at least two sections arranged axially one behind the other. The Small gap between the outer and inner section stops the flow of the glass solder. The inner end of the outer section of the The casing tube thus defines the melting length for the glass solder on the outside Casing pipe. In practice it has also been shown that the glass solder is unintentional also sucked in until it is carried out inside the casing tube becomes. The strong capillary forces in the casing tube can do that Suck the glass solder to the front near the electrode. A very special one The advantage of an axially split jacket tube is that the outer section of the jacket tube also acts as a barrier for this internal glass solder. The inner, high-temperature section of the casing tube is thus always free of glass solder.
Vorteilhaft besitzt das äußere Teil der Durchführung entladungsseitig ein Haltemittel für das innere Teil, insbesondere eine Stufe, einen querliegenden Schlitz oder ein Sackloch. In einer weiteren Ausführungsform ist der ganze äußere Teil der Durchführung als Rohr (insbesondere aus Niob) ausgebildet.The outer part of the bushing advantageously has a discharge side Holding means for the inner part, in particular a step, a transverse one Slot or a blind hole. In another embodiment, the whole is outer part of the implementation as a tube (in particular made of niobium).
In allen Ausführungen ist der Durchmesser des inneren Teils wesentlich (mehr als 50%) kleiner als der Durchmesser des äußeren Teils.The diameter of the inner part is essential in all versions (more than 50%) smaller than the diameter of the outer part.
Besonders lange Lebensdauern lassen sich erzielen, wenn der Durchmesser des inneren Teils so bemessen ist, daß die Stromdichte durch das innere Teil maximal 80 A/mm2 beträgt. Dadurch wird eine zu starke Erwärmung des inneren Teils und insbesondere des Mantelrohrs vermieden.Particularly long lifetimes can be achieved if the diameter of the inner part is dimensioned such that the current density through the inner part is at most 80 A / mm 2 . This avoids excessive heating of the inner part and in particular of the tubular casing.
Bei höherwattigen Lampen müssen größere Elektroden durch ein Kapillarrohr mit notwendigerweise größerem Innendurchmesser eingebracht werden. Zur Ausfüllung des Totvolumens ist es hier oft vorteilhaft, wenn das Mantelrohr ein- oder zweiteilig aus konzentrischen Rohren aufgebaut ist. Seine Länge liegt bevorzugt in der Größenordnung von mindestens 60 %, bevorzugt 80 bis 90 %, der Länge des inneren Teils der Durchführung, um dessen Enden frei für die elektrischen Anschlüsse zu haben. Das Totvolumen im vorderen Bereich des inneren Teils der Durchführung ist vorteilhaft durch eine eng anliegende Wendel aus Wolfram oder Molybdän ausgefüllt. In the case of high-watt lamps, larger electrodes must pass through a capillary tube with a necessarily larger inner diameter. To fill the dead volume, it is often advantageous here if that Jacket tube is made up of one or two parts from concentric tubes. Its length is preferably on the order of at least 60%, preferably 80 to 90%, the length of the inner part of the feedthrough the ends of which are free for the electrical connections. The dead volume in the front area of the inner part of the bushing is advantageous filled with a tight-fitting helix made of tungsten or molybdenum.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine zweiteilige Durchführung, bestehend aus einem in der thermischen Ausdehnung an die Aluminiumoxid-Keramik angepaßten äußeren Teil (insbesondere Stift oder Rohr aus Niob, aber auch die Verwendung von Tantal ist möglich), der mit Glaslot bedeckt und abgedichtet ist, und einem inneren Teil, der halogenidresistent ist und der nur teilweise an seinem äußeren Ende mit Glaslot bedeckt und eingeschmolzen ist. Der Innenteil ist ein sehr dünner Draht aus Molybdän oder insbesondere aus dem höherschmelzenden Wolfram. Das Wolfram kann einen Rheniumzusatz aufweisen, entweder als Legierung oder als Plattierung an der Oberfläche. Das Rhenium erhöht die Hochtemperaturbelastbarkeit und Korrosionsbeständigkeit des Wolfram.The present invention uses a two part implementation consisting of from a in thermal expansion to the alumina ceramic adapted outer part (in particular pin or tube made of niobium, but also the use of tantalum is possible), which is covered with glass solder and sealed, and an inner part that is halide resistant and which is only partially covered with glass solder at its outer end and melted down is. The inner part is a very thin wire made of molybdenum or especially from the higher melting tungsten. The tungsten can Rhenium addition, either as an alloy or as a plating on the surface. The rhenium increases the high temperature resistance and corrosion resistance of the tungsten.
Der Innenteil ist auf einer Seite mit dem äußeren Teil (Niobstift) und auf der anderen Seite mit der Elektrode verbunden. Über diesen Draht ist ein Mantelrohr gezogen, bestehend aus einem oder mehreren dünnen aluminiumhaltigen Kapillarrohren, dessen Außendurchmesser möglichst gleich dem des äußeren Teils ist. Auf diese Weise wird das erhebliche Totvolumen im Ringspalt der Stopfenkapillare, in dem Füllungsbestandteile kondensieren können, verringert. Zusätzlich hat sich gezeigt, daß ein möglichst kleiner Ringspalt eine Verbesserung der Einschmelzung durch Glaslot bewirkt. Des weiteren ist von Vorteil, daß der Außendurchmesser des Mantelrohrs nur einen kapillaren Spalt zur Stopfenkapillare beläßt. Der Spalt ist etwa 30 µm breit. Dies liegt an der gewählten Abmessung des inneren Teils (≤ 0,45 mm) und daran, daß für das Mantelrohr insbesondere das gleiche Material wie für die Stopfenkapillare verwendet wird (Aluminiumoxid). Der Außendurchmesser des Mantelrohrs kann daher so gewählt werden, daß er gerade dem Innendurchmesser der Stopfenkapillare (auf wenige um) angepaßt ist, wodurch das Totvolumen minimiert wird. The inner part is on one side with the outer part (niobium stick) and on the other side connected to the electrode. A jacket tube is over this wire drawn, consisting of one or more thin aluminum-containing Capillary tubes, the outer diameter of which is as close as possible to that of the outer part. In this way, the considerable dead volume in the Annular gap in the capillary in which the filling components condense can, reduced. In addition, it has been shown that the smallest possible Annular gap improves the melting through glass solder. Of Another advantage is that the outer diameter of the casing tube only leaves a capillary gap to the plug capillary. The gap is about 30 µm wide. This is due to the selected dimension of the inner part (≤ 0.45 mm) and the fact that for the casing tube in particular the same material as for the capillary is used (aluminum oxide). The outside diameter the casing tube can therefore be chosen so that it just Inner diameter of the stopper capillary (adapted to a few microns), whereby the dead volume is minimized.
Der Stopfen kann einteilig, aber auch mehrteilig ausgeführt sein. Beispielsweise kann in an sich bekannter Weise eine Stopfenkapillare von einem ringförmigen Stopfenteil umgeben sein.The plug can be made in one piece, but also in several parts. For example can, in a manner known per se, a stopper capillary from an annular Be part of the plug.
Schließlich spielt es im Gegensatz zum Stand der Technik keine Rolle, wie tief das äußere Teil in die Stopfenkapillare eingesetzt ist. Es ist lediglich eine Mindesttiefe von 2 mm für eine zuverlässige Abdichtung notwendig. Die maximale Einsetztiefe sollte aus thermischen Gründen 50 % der Länge der Stopfenkapillare nicht überschreiten.After all, unlike the prior art, it doesn't matter how the outer part is inserted deep into the capillary. It's just one Minimum depth of 2 mm necessary for a reliable seal. The For thermal reasons, the maximum insertion depth should be 50% of the length of the Do not exceed the capillary.
Der äußere Teil wird über seine in der Stopfenkapillare befindliche Länge vollständig in das Glaslot eingeschmolzen, der Wolfram-Draht (und das Mantelrohr) über eine Länge von etwa 1 bis 2 mm an seinem äußeren Ende. Wichtig ist, daß der Niobstift wegen des korrosiven Angriffs der Füllung auf Niob vollständig von Glaslot bedeckt ist.The outer part is over its length located in the stopper capillary completely melted into the glass solder, the tungsten wire (and that Casing tube) over a length of about 1 to 2 mm at its outer end. It is important that the niobium stick due to the corrosive attack of the filling Niobium is completely covered by glass solder.
Der Vorteil des inneren Teils ist, daß auch bei Verwendung von relativ dicken Niobstiften (bis 2 mm) nur ein dünner Molybdän- oder Wolfram-Draht mit eingeschmolzen wird. Dadurch werden Spannungen, hervorgerufen durch die unvollkommene Anpassung des thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen Molybdän und Al2O3, stark vermindert, da die absolute Ausdehnung gering ist. Bekanntlich ist Niob im Gegensatz zu Wolfram oder Molybdän an die thermische Ausdehnung von Aluminiumoxid gut angepaßt.The advantage of the inner part is that even when using relatively thick niobium pins (up to 2 mm) only a thin molybdenum or tungsten wire is melted down. As a result, stresses caused by the imperfect adaptation of the thermal expansion coefficient between molybdenum and Al 2 O 3 are greatly reduced, since the absolute expansion is low. In contrast to tungsten or molybdenum, it is known that niobium is well adapted to the thermal expansion of aluminum oxide.
Wolfram ist als Drahtmaterial vorteilhaft gegenüber Molybdän, insbesondere, wenn die Elektrode relativ kurz ist (kürzer als das Innenteil). Denn wegen des niedrigeren Schmelzpunkts von Molybdän (verglichen mit Wolfram) ist die Gefahr größer, daß die Schweißstelle und der Molybdänstift hinter der Schweißung durch die Nähe zur heißen Elektrode überhitzt wird. Dies hätte zur Folge, daß die Schweißung sich löst oder daß der Molybdänstift weich wird und sich verbiegt unter dem Gewicht der Elektrode, so daß die Elektrode die Wandung des Entladungsgefäßes berührt und diese lokal überhitzt. Außerdem ist Wolfram korrosionsbeständiger als Molybdän. Weiterhin hat sich überraschend gezeigt, daß bei bromhaltigen Füllungen (mit einem molaren Anteil des Broms am Halogen (Brom, Jod) von mindestens 10 %) Wolfram wesentlich besser geeignet ist als Molybdän, da Molybdän mit Brom reagiert. Vorteilhaft kann ein integrales Drahtstück aus Wolfram verwendet werden, das sowohl die Aufgabe des inneren Teils der Durchführung als auch die des Elektrodenschafts übernimmt. Dadurch kann auf eine Schweißverbindung verzichtet werden.As a wire material, tungsten is advantageous over molybdenum, in particular if the electrode is relatively short (shorter than the inner part). Because because of the lower melting point of molybdenum (compared to tungsten) the greater the risk that the weld and the molybdenum pin behind the Weld is overheated due to the proximity to the hot electrode. This should have been as a result that the weld loosens or that the molybdenum pin becomes soft will and bends under the weight of the electrode so that the electrode touches the wall of the discharge vessel and locally overheats it. In addition, tungsten is more resistant to corrosion than molybdenum. Farther has surprisingly been found that with bromine-containing fillings (with a molar proportion of bromine in halogen (bromine, iodine) of at least 10%) Tungsten is much more suitable than molybdenum, since molybdenum with Bromine reacts. An integral piece of tungsten wire can advantageously be used be performing both the task of the inner part as well as that of the electrode shaft. This allows a Welded connection can be dispensed with.
Es hat sich gezeigt, daß sich Molybdän- oder Wolframdrähte bis zu einem Durchmesser von etwa 0,4 mm gut in ein Keramikrohr aus Aluminiumoxid einschmelzen lassen. Bei größeren Durchmessern ist der Absolutwert der Ausdehnung so groß, daß Sprünge und Undichtigkeiten auftreten können.It has been shown that molybdenum or tungsten wires up to one Diameter of about 0.4 mm well in a ceramic tube made of aluminum oxide let melt down. For larger diameters, the absolute value is the Expansion so large that cracks and leaks can occur.
Andererseits erlaubt der Querschnitt eines 0.4 mm dicken Drahtes einen Anlaufstrom von bis zu etwa 10 A. Dies entspricht einer maximalen Stromdichte von 80 A/mm2. Erst oberhalb dieses Wertes tritt eine kritische ohmsche Erwärmung auf. Damit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Lampenleistung von bis zu 400 W.On the other hand, the cross section of a 0.4 mm thick wire allows a starting current of up to about 10 A. This corresponds to a maximum current density of 80 A / mm 2 . Critical ohmic heating only occurs above this value. The present invention thus enables a lamp power of up to 400 W.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Ummantelung des Innenteils ein konzentrisches Doppelrohr aus Keramik. Dies hat herstellungstechnische Vorteile. Des weiteren kann das Material des inneren und äußeren Teils des Mantelrohrs auch leicht unterschiedlich sein (beispielsweise Aluminiumoxid mit unterschiedlicher Dotierung).In a particularly preferred embodiment, the casing of the Inside a concentric ceramic double tube. This has manufacturing technology Advantages. Furthermore, the material of the interior and outer part of the casing tube may also be slightly different (for example aluminum oxide with different doping).
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
Figur 1- eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß
Figur 2- den Endbereich der
Lampe der Figur 1 im Detail Figur 3- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endbereichs
Figur 4- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endbereichs.
- Figure 1
- a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel
- Figure 2
- the end of the lamp of Figure 1 in detail
- Figure 3
- another embodiment of an end region
- Figure 4
- another embodiment of an end region.
In Figur 1 ist schematisch eine Metallhalogenidlampe mit einer Leistung von
150 W dargestellt. Sie besteht aus einem eine Lampenachse definierenden
zylindrischen Außenkolben 1 aus Quarzglas, der zweiseitig gequetscht (2)
und gesockelt (3) ist. Das axial angeordnete Entladungsgefäß 4 aus Al2O3-Keramik
ist zylindrisch oder bauchig geformt und besitzt zwei Enden 6. Es
ist mittels zweier Stromzuführungen 7, die mit den Sockelteilen 3 über Folien
8 verbunden sind, im Außenkolben 1 gehaltert. Die Stromzuführungen 7
sind mit Durchführungen 9, 10 verschweißt, die jeweils in einem Endstopfen
12 am Ende 6 des Entladungsgefäßes eingepaßt sind. Das Stopfenteil ist als
ein langgezogenes Kapillarrohr 12 (Stopfenkapillare) ausgeführt. Das Ende 6
des Entladungsgefäßes und die Stopfenkapillare 12 sind miteinander direkt
versintert.A metal halide lamp with an output of 150 W is shown schematically in FIG. It consists of a cylindrical
Die Durchführungen 9, 10 bestehen jeweils aus zwei Teilen. Der äußere Teil
13 ist als Niobstift ausgeführt und ragt bis etwa in ein Viertel der Länge des
Kapillarrohr 12 in dieses hinein. Der innere Teil 14 erstreckt sich innerhalb
des Kapillarrohrs 12 zum Entladungsvolumen hin. Er haltert entladungsseitig
Elektroden 16, bestehend aus einem Elektrodenschaft 15 aus Wolfram
und einer am entladungsseitigen Ende aufgeschobenen Wendel 17. Der innere
Teil 14 der Durchführung ist jeweils mit dem Elektrodenschaft 15 sowie
mit dem äußeren Teil 13 der Durchführung verschweißt.The
Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht neben einem inerten Zündgas, z.B. Argon, aus Quecksilber und Zusätzen an Metallhalogeniden. Möglich ist beispielsweise auch die Verwendung einer Metallhalogenid-Füllung ohne Quecksilber, wobei für das Zündgas Xenon ein hoher Druck gewählt wird.In addition to an inert ignition gas, the discharge vessel is filled, e.g. Argon, from mercury and additives to metal halides. Is possible for example, the use of a metal halide filling without Mercury, whereby a high pressure is selected for the ignition gas xenon.
In Fig. 2 ist ein Endbereich des Entladungsgefäßes im Detail gezeigt. Als
Durchführung 9 dient ein System, bestehend aus einem Niobstift als Außenteil
13 mit einem Durchmesser von 1,1 mm und einem dünnen Wolframstift
(Durchmesser 0.25 mm) als Innenteil 14, über den als Mantelrohr zwei gut
ineinander passende Al2O3-Kapillarröhrchen 20, 21 geschoben sind. Das äußere
Röhrchen 21 hat einen Außendurchmesser von 1,1 mm und einen Innendurchmesser
von 0,62 mm, das innere Röhrchen 20 hat einen Außendurchmesser
von 0,58 und einen Innendurchmesser von 0,3 mm. Die Gesamtlänge
des Kapillarrohrs 12 beträgt etwa 17 mm, die des Wolframstifts 14
etwa 15 mm, und die der Elektrode etwa 5 mm bei einem Durchmesser des
Schafts 15 von 0,5 mm.An end region of the discharge vessel is shown in detail in FIG. 2. A system consisting of a niobium pin as
Dem Niobstift ist entladungsseitig eine Stufe 22 angeschliffen. An der Stufe
22 wird der Wolframstift 14 mit einer Widerstandsschweißung 19 befestigt.
Die Stufe ist so hoch, daß sie dem Wolframstift 14 genügend Führung verleiht,
so daß er genau in der Mitte sitzt. Das ist wichtig, damit das gesamte
System mittig fluchtet und gut in das zweiteilige Mantelrohr (Kapillarrohre
20, 21) eingeführt werden kann.A
Auf der Entladungsseite ist der Wolframstift in gleicher Weise an den Elektrodenschaft
15 angeschweißt, wobei auch der Elektrodenschaft 15 aus den
gleichen Gründen wie oben eine Stufe besitzt.On the discharge side, the tungsten pin is in the same way on the
Der Niobstift 13 ist etwa 3 mm tief in die Stopfenkapillare 12 eingesetzt und
mittels Glaslot 18 abgedichtet. Die Mantelrohre 20, 21 enden nahe an dem
Niobstift (Abstand 0.1 - 0.5 mm), damit das Glaslot diesen Spalt leicht benetzen
kann, und so das Niob vollständig bedeckt wird und damit auch der Anfang
des Innenteils (1 bis 2 mm) noch vom Glaslot abgedeckt ist. The
Um zu verhindern, daß sich die Röhrchen beim senkrechten Einschmelzen
durch die Schwerkraft nach unten verschieben, müssen sie durch eine
Stoppvorrichtung in Position gehalten werden. Das ist in diesem Fall durch
eine kurvenförmige Ausbiegung 23 des Wolframstiftes gelöst. Das Ende des
Wolframstifts 14 kann aber auch zu einer Wendel gebogen sein. Bevorzugt
genügen ein bis zwei Windungen.To prevent the tubes from melting during vertical melting
to move down by gravity, they have to go through a
Stop device to be held in position. In this case, that's through
solved a curved bend 23 of the tungsten pin. The end of
Bei einem Ausführungsbeispiel einer 250 W-Lampe gemäß Figur 2 hat der
Niobstift 13 einen Durchmesser von 1,3 mm. Der Wolframstift 14 hat einen
Durchmesser von 0,35 mm. Das innere Kapillarrohr 20 hat einen Außendurchmesser
von 0,8 mm, das äußere Kapillarrohr 21 einen Außendurchmesser
von 1,2 mm. Die Gesamtlänge des Wolframstifts ist 14,5 mm, die der
Elektrode 3,5 mm bei einem Durchmesser von 0,7 mm. Der Abstand der
Kapillarrohre 20, 21 vom Niobstift und von der Elektrode ist jeweils 0,5 mm.
Das Kapillarrohr 12 des Stopfens hat eine Länge von etwa 18 mm. Der Niobstift
sitzt darin etwa 2,5 mm tief.In one embodiment of a 250 W lamp according to
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Hier besitzt der Niobstift
13 entladungsseitig ein Sackloch 24, in dem der Wolframstift 14 eingesetzt
und verschweißt ist. Diese Anordnung sichert eine exakte Zentrierung.
Die Stoppvorrichtung ist hier ein Drahtstück 25, der in der Nähe des entladungsseitigen
Endes des Wolframstifts quer zur Lampenachse am Wolframstift
befestigt ist. Es hat sich gezeigt, daß das Mantelrohr keinen direkten
Kontakt mit der Elektrode haben sollten, weil die Wärmebelastung sonst zu
einer Reaktion des Aluminiumoxid mit den Bestandteilen der Füllung führen
kann. Daher empfiehlt sich ganz allgemein ein Mindestabstand der Kapillarrohre
zur Elektrode von mindestens 0,5. Bevorzugt ist der Abstand größer
als 1 mm.Another exemplary embodiment is shown in FIG. Here is the
Die Stoppvorrichtung kann auch eine Anflachung oder Schweißperle o.ä. am Durchführungsstift aus Wolfram sein. The stop device can also be a flat or weld bead or the like. at the Bushing pin made of tungsten.
Eine weitere Möglichkeit einer exakten Zentrierung des inneren Durchführungsteils ergibt sich durch Verwendung eines Niobrohrs als äußeres Teil. Der Innendurchmesser des Niobrohrs ist so gewählt, daß das innere Teil (Wolframstift) gut in die Innenbohrung des Rohrs hineinpaßt.Another possibility for exact centering of the inner bushing part results from the use of a niobium tube as the outer part. The inner diameter of the niobium tube is chosen so that the inner part (Tungsten pin) fits well into the inner bore of the tube.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endbereichs eines Entladungsgefäßes
mit einer Leistung von 70 W gezeigt. Dabei ummantelt ein einfach
ausgeführtes Mantelrohr 30 (Außendurchmesser 0,6 mm) einen Wolframstift
31 mit einem Durchmesser von 0,2 mm. Das dreiteilige Mantelrohr
ist aus zwei axial hintereinander angeordneten äußeren Abschnitten 30a, 30b
und einem inneren Wendelteil 34 gebildet. Der kurze äußerste Abschnitt 30b
dient als Sperre für das Eindringen des Glaslots 18.4 shows a further exemplary embodiment of an end region of a discharge vessel
shown with a power of 70 W. It encased a simple
executed jacket tube 30 (outer diameter 0.6 mm) a
Der Wolframstift 31 ist an einer Stufe 32 des Elektrodenschafts 33 befestigt.
Dabei dient die Stufe 32, die mindestens 0,5 mm hoch ist, gleichzeitig als
Stoppvorrichtung für den Mittelabschnitt 30a des Mantelrohrs 30. Das Totvolumen
im entladungsnahen Bereich vor dem langen inneren Mittelabschnitt
30a des Mantelrohrs 30 ist durch das Wendelteil 34 aus Molybdän ausgefüllt.The
Eine derartige Technik ist jedoch nur bei kleinerer Leistung (unter 100 W) möglich, weil sonst der Wärmefluß zum Mantelrohr zu hoch würde. Außerdem ist die Verwendung von langen Elektrodenstiften (typischer Wert 5 mm Länge) ratsam.However, such a technique is only possible with lower power (below 100 W) possible, because otherwise the heat flow to the jacket pipe would be too high. Furthermore is the use of long electrode pins (typical value 5 mm Length) advisable.
Das äußere Teil ist hier ein Niobrohr 13' mit einer Bohrung 29, in deren vorderes
Ende der Wolframstift 31 als inneres Teil eingeführt und dort verschweißt
ist.The outer part here is a niobium tube 13 'with a
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ähnlich Figur 4 erstreckt sich der Wolframstift über die ganze Länge des Niobrohrs und ist mit diesem an einem Ende des Niobrohrs verschweißt. Das Mantelrohr ist entweder eine Hülse aus Aluminiumoxid oder eine Wendel aus rheniumdotiertem Wolfram.In a further exemplary embodiment, similar to FIG. 4, the Tungsten pencil over the entire length of the niobium tube and is at one with it Welded end of the niobium tube. The jacket tube is either one Aluminum oxide sleeve or a coil made of rhenium-doped tungsten.
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