EP1351278B1 - Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäss - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Lampen mit einer Leistung von mindestens 70 W, bevorzugt ab 100 W, bis hin zu Leistungen über 1000 W.
Stand der Technik
• 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. 8 eine Umhüllung aufweisen, indem der Stift mit einem Wendelteil umwickelt ist. 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. Eine ähnliche Lösung ist auch in WO 95/28732 beschrieben.
• Für höhere Lampenleistungen (bis etwa 400 W) wird bisher eine andere Lösung angewendet, die ebenfalls in EP-A 587 238 beschrieben ist, nämlich der Ersatz des inneren Mo-Stift-Teiles durch ein Cermet-Teil. Dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient lässt sich wunschgemäß einstellen zwischen dem anderer Metallteile und dem der Keramik. Nachteilig an Cermetlösungen ist nicht nur der hohe Preis, sondern auch die mangelhafte Festigkeit einer damit erzielbaren Schweißverbindung. Darüber hinaus kann es zu chemischen Reaktionen zwischen Bestandteilen des Cermets und der Füllung kommen, bedingt durch die hohen Betriebstemperaturen.
• Für noch höhere Lampenleistungen gibt es bisher überhaupt noch kein überzeugendes Konzept.
Darstellung der Erfindung
• 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, so dass erstmals ein einheitliches Grundkonzept zur Verfügung steht.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
• Mit zunehmender Wattstufe nimmt normalerweise auch der Durchmesser der Durchführung und somit notwendig auch der Innendurchmesser der Stopfenkapillare zu. Um Sprünge im Abdichtungsbereich trotzdem zuverlässig zu verhindern, wurde daher eine andere Lösung entwickelt.
• Im einzelnen handelt es sich um eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß, insbesondere aus Aluminiumoxid, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden besitzt, die mit keramischen Stopfen verschlossen sind (darunter ist ein separates Teil oder ein integral am Entladungsgefäß ausgebildetes Teil zu verstehen), die jeweils ein langgezogenes Kapillarrohr (im folgenden Stopfenkapillare genannt) enthalten, und wobei durch diese Stopfenkapillare eine elektrisch leitende zweiteilige Durchführung, die bezogen auf die Entladung aus einem inneren Teil und einem äußeren stiftförmigen 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.
• Der innere Teil der Durchführung umfasst einen Stift aus einem halogenidresistentem Metall (bevorzugt Molybdän oder Wolfram oder deren Legierungen), dessen Durchmesser maximal 0,5 mm beträgt, und der von einem mehrlagigen Gewendel, bevorzugt einer Doppellage, eines gleichen oder gleichwirkenden Materials umhüllt ist. Bevorzugt ist das Material Molybdän sowohl für den Kernstift als auch für das mehrlagige Gewendel. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass die absoluten Ausdehnungen der einzelnen Komponenten (Kernstift und Gewendel) durch ihre geringen absoluten Abmessungen unterhalb einer kritischen Größe liegen, so dass keine Risse im Einschmelzbereich nach der Einschmelzung und auch während des Lampenbetriebs auftreten. Durch das mehrlagige Gewendel bleibt das Elektrodensystem flexibel, so dass Spannungen, die durch die Ausdehnung im Betrieb oder während des Einschmelzvorgangs auftreten, abgebaut werden können.
• Das Entscheidende ist, dass alle diese Gewendel-Geometrien beim Abkühlen nach dem Einschmelzvorgang aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Durchführung, insbesondere des Gewendels, und der umgebenden Keramik, also der Kapillare und der dessen Druck weitergebenden Schmelzkeramik/Glaslot, unter Druckspannung kommen. Diese Spannungen müssen durch einmalige plastische Verformung abgebaut werden, indem sich das Gewendel in den Kernstift hineindrückt. Vorteilhaft ist hier eine möglichst kleine Auflagefläche.
• Der besondere Effekt eines als Doppellage oder Mehrfachlage ausgebildeten Gewendels ist nun, dass der spannungsabbauende Effekt ein zweites Mal und sehr effektiv ausgenützt werden kann, indem sich die äußere Lage jeweils in die innere Lage eindrückt. Denn ein Gewendel ist wesentlich leichter verformbar als ein massiver Kerndraht. Besonders effektiv ist dieser Mechanismus dann, wenn die äußere Lage relativ zur inneren Lage des Gewendels gegensinnig gewickelt ist, da dann systematisch Kreuzungspunkte mit hoher Druckauflage entstehen. Entsprechendes gilt für Mehrfachlagen.
• Ein ähnlich effektiver Spannungsabbau wird vermittelt, wenn statt mehrerer Lagen ein umsponnener Gewendeldraht verwendet wird. In diesem Fall entsteht sogar ein besonders hoher Druck im Bereich der Auflageflächen am Kerndraht und am Gewendelinnendraht, da der Durchmesser des Umspinnungsdrahts leicht kleiner als der des Gewendelinnendrahts gewählt werden kann. Bevorzugt liegt der Durchmesser w des Umspinnungsdrahts bei 30 bis 70 % des Durchmessers W des Gewendelinnendrahts.
• Im Lampenbetrieb sind die Spannungen aufgrund der niedrigen Betriebs Temperaturen an der Dichtstelle (verglichen mit der Einschmelztemperatur) kleiner als beim Einschmelzvorgang. Sie können daher durch elastische Verformung der Bauteile abgebaut werden. Plastische Verformung würde hier zur frühzeitigen Undichtigkeit führen.
• 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 einen kleinen Teil der Länge (ca. 1 bis 2 mm) durch Glaslot abgedichtet. Dabei hat sich als wesentlich für eine lange Lebensdauer herausgestellt, dass das innere Teil eine äußere Abmessung besitzt, die mindestens dem 0,8-fachen und maximal dem 0,98-fachen des Innendurchmessers der Kapillare entspricht.
• Weitere wesentliche Voraussetzungen sind, dass der maximale Durchmesser des Kernstifts kleiner gleich 0,5 mm ist und dass der Durchmesser der Lagen des Gewendeldrahts maximal dem Durchmesser des Kernstifts entspricht. Bevorzugt ist aber der Durchmesser jeder Lage kleiner als der des Kernstifts. Die Durchmesser der beiden Lagen müssen aber nicht gleich sein.
• Bevorzugt beträgt die Leistung der Lampe zwischen 100 und 1000 W, aber auch größere Leistungen (2000 W und mehr) sowie kleinere Leistungen (beispielsweise 70 W) sind möglich.
• Bezeichnet man mit D den Durchmesser des Kerndrahts und mit d den des Wendeldrahts sowie mit K den Innendurchmesser der Kapillare, so gilt zunächst einmal: $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{8}\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{S}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{98}\mathrm{K}\mathrm{.}$$

  
• Dabei ist S der gesamte Durchmesser des inneren Teils der Durchführung, also allgemein S = D + nd, wobei n die Anzahl der formalen Lagen ist. Im Falle einer Doppellage ist also S=D+4d. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass eine sichere Einschmelzung erreicht wird, wenn für den Durchmesser D des Kernstifts gilt: $$\mathrm{0}\mathrm{,}16\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{40}\mathrm{K}\mathrm{.}$$

  
• Außerdem soll für den Durchmesser d des Gewendeldrahts gelten: $$\mathrm{0}\mathrm{,}10\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}195\mathrm{K}\mathrm{.}$$

  
• Im Falle eines unterschiedlichen Durchmessers beider Wendellagen (d₁ und d₂) soll für obige Formeln gelten: d₁ + d₂ = 2 d. Anders ausgedrückt ist dann mit einem effektiven mittleren Durchmesser d zu rechnen. Allgemein lässt er sich bei mehreren Lagen durch d₁ +....+ d_n = n d ausdrücken, so dass d = (d₁ +....+ d_n)/n gilt.
• Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform, die ab 150 W eingesetzt werden kann, ist der Kerndraht mit einem umsponnenen Wendeldraht umwickelt. Grundsätzlich gilt hier, wenn D der Kerndrahtdurchmesser, W der Wendeldrahtdurchmesser und w der Umspinnungsdrahtdurchmesser ist $$\mathrm{S}\mathrm{=}\mathrm{D}\mathrm{+}\mathrm{2}\left(\mathrm{W}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{w}\right)$$

  

  mit der Randbedingung $$\mathrm{D}\mathrm{>}\left(\mathrm{W}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{w}\right)\mathrm{.}$$

  
• Diese Randbedingung ergibt sich aus wickeltechnischen Gründen, da der Kerndraht dicker als der umsponnene Wendeldraht sein muß.
• Die oben angegebenen Bereiche für D und d gelten auch hier.
• Für w gilt bevorzugt $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{04}\mathrm{K}\mathrm{<}\mathrm{w}<\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{1}\mathrm{K}\mathrm{.}$$

  
• Bei hohen Wattagen ab 600 W (insbesondere um 1000 W und mehr) kann es vorkommen, dass der maximale Durchmesser gemäß der ursprünglichen o.e. Formel über 0,5 mm liegen könnte, was aber im Sinne einer dauerhaften Abdichtung vermieden werden sollte. In derartigen Fällen wird vorteilhaft ein modifiziertes Gewendel verwendet, indem entweder eine dritte Lage über der Doppellage eingesetzt wird, oder indem mindestens eine Lage nicht aus einem Einfach-Gewendel (single-coiled, sc), sondern aus einem Doppel-Gewendel (coiled-coil, cc oder umsponnener Draht) besteht ähnlich wie oben bereits als Alternative für kleinere Wattagen beschrieben.
• Besonders bevorzugt gilt für Wattagen von 100 bis 1000 W, insbesondere bei Doppellagen: $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{25}\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}30\mathrm{K}\mathrm{.}$$

  
• Außerdem soll für den Durchmesser d des Gewendeldrahts gelten: $$\mathrm{0}\mathrm{,}12\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}15\mathrm{K}\mathrm{.}$$

  
• Der Durchmesser des Kernstifts soll bevorzugt höchstens 0,35 mm betragen.
• Eine gut aufeinander abgestimmte Beziehung zwischen Wendeldraht und Kernstift liegt im Bereich $$\left(\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{90}\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{D}\right)\mathrm{/}\mathrm{4}\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\left(\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{96}\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{D}\right)\mathrm{/}\mathrm{4.}$$

  
• Die vorliegende Erfindung verwendet eine zweiteilige Durchführung, bestehend aus einem in der thermischen Ausdehnung an die (Aluminiumoxid)-Keramik angepassten äußeren, für H₂ und O₂ permeablen 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 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. Während sich Molybdän besonders für Quecksilber-haltige Füllungen eignet, wird W vorteilhaft für Quecksilber-freie Füllungen verwendet. Insbesondere ist W auch für relativ kleinwattige Lampen ab 70 W geeignet.
• Das Innenteil ist auf einer Seite mit dem äußeren Teil (Niobstift oder -rohr) und auf der anderen Seite mit der Elektrode verbunden.
• Der Stopfen kann einteilig, aber auch mehrteilig ausgeführt sein. Beispielsweise kann in an sich bekannter Weise eine Stopfenkapillare von einem ringförmigen Stopfenteil umgeben sein.
• 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 bevorzugt aus thermischen Gründen 50 % der Länge der Stopfenkapillare nicht überschreiten.
• Das äußere Teil wird über seine in der Stopfenkapillare befindliche Länge vollständig in das Glaslot eingeschmolzen, der innere Teil 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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 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 und 5

je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endbereichs.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
• 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 A1203-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 beispielsweise miteinander direkt versintert.
• Die Durchführungen 9, 10 bestehen jeweils aus zwei Teilen. Der äußere Teil 13 ist jeweils 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 15, bestehend aus einem Elektrodenschaft 16 aus Wolfram und einer am entladungsseitigen Ende des Schaftes aufgeschobenen Wendel 17. Der innere Teil 14 der Durchführung, und zwar spezifisch der Kernstift, ist jeweils mit dem Elektrodenschaft 15 sowie mit dem äußeren Teil 13 der Durchführung verschweißt.
• 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 als Zündgas bevorzugt Xenon und insbesondere ein hoher Druck, deutlich über 1,3 bar, gewählt werden kann.
• In Fig. 2 ist ein Endbereich des Entladungsgefäßes im Detail gezeigt. Als Durchführung 9, 10 dient ein System, bestehend aus einem Niobstift (oder auch Rohr) als Außenteil 13 mit einem Durchmesser A und einem dünnen Molybdänstift 18 (Durchmesser D, siehe hierzu jeweils untenstehende Tabelle 1) als Bestandteil des Innenteils 14, über den zwei Lagen eines Molybdängewendels 20 jeweils mit einem Drahtdurchmesser d geschoben sind. Die Gesamtlänge des Kapillarrohrs 12 beträgt etwa 17 mm, die des Niobstifts 13 ist L, und die des inneren Teils 14 ist E, bei einem Innendurchmesser der Stopfenkapillare von K.
• Der Niobstift 13 ist entladungsseitig mit dem Kernstift 18 aus Molybdän stumpf verschweißt. Auf der Entladungsseite ist der Kernstift 18 in gleicher Weise an den Elektrodenschaft 16 angeschweißt.
• Der Niobstift 13 ist etwa 3 mm tief in die Stopfenkapillare 12 eingesetzt und mittels Glaslot 19 abgedichtet. Dabei ist wichtig, dass das Glaslot diesen Niobstift vollständig bedeckt und auch der Anfang des Innenteils (1 bis 2 mm) noch vom Glaslot abgedeckt ist. Tabelle 1

  Leistung	Merkmal	150 W	250 W	400 W
  Durchmesser Nb-Stift (mm)	A	0,88	1,00	1,30
  Durchmesser Mo-Kernstift (mm)	D	0,25	0,30	0,30
  Durchmesser Mo-Wendel (mm)	d	0,15	0,18	0,25
  Länge Nb-Stift (mm)	L	8	10	12
  Länge Inneres Teil (mm)	E	10	13	17
  Min. Innendurchmesser Kapillarrohr (mm)	K	0,90	1,05	1,35

• Bei einem Ausführungsbeispiel einer 150 W-Lampe gemäß Figur 2 werden die Dimensionen der beiliegenden Tab. 1 verwendet. In gleicher Weise sind auch für Wattagen von 250 W und 400 W die bevorzugten Dimensionen angegeben.
• Tab. 2 zeigt für verschiedene Leistungsstufen die typischen Innendurchmesser des Kapillarrohrs sowie die minimal und maximal zulässigen Durchmesser des Kernstifts 18 (D) und des Gewendels 20 (d). Dabei ist jeweils gleicher Durchmesser beider Lagen angenommen, was häufig die einfachste und beste Lösung ist. Es kann aber auch der Durchmesser beider Lagen verschieden sein, insbesondere kann der Durchmesser der äußeren Lage deutlich kleiner (30 % und mehr)als der der inneren Lage gewählt werden. Tabelle 2

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D-min	D-max	d-min	d-max
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
  70	0,80	0,128	0,32	0,116	0,164
  100	0,85	0,136	0,34	0,123	0,174
  150	0,95	0,152	0,38	0,138	0,195
  200	1	0,16	0,4	0,145	0,205
  250	1,1	0,176	0,44	0,159	0,226
  300	1,2	0,192	0,48	0,174	0,246
  350	1,3	0,208	0,5	0,193	0,267
  400	1,4	0,224	0,5	0,218	0,287
  600	1,5	0,24	0,5	0,242	0,308
  1000	2,2	0,352	0,5	0,414	0,451
  2000	3,1	*)	*)	*)	*)

  *) Bedingungen für 2-Lagen-Gewendel nicht erfüllbar; daher 3-Lagen Gewendel oder alternative Konstruktion verwenden

  Tab. 3

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D-bevorzugt min	D-bevorzugt max	d-bevorzugt min	d-bevorzugt max
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
  70	0,80	0,16	0,24	0,12	0,156
  100	0,85	0,17	0,255	0,128	0,166
  150	0,95	0,19	0,285	0,143	0,185
  200	1	0,2	0,3	0,15	0,195
  250	1,1	0,22	0,33	0,165	0,214
  300	1,2	0,24	0,35	0,183	0,234
  350	1,3	0,26	0,35	0,205	0,253
  400	1,4	0,28	0,35	0,228	0,273
  600	1,5	0,3	0,35	0,25	0,292
  1000	2,2	*)	*)	*)	*)
  2000	3,1	*)	*)	*)	*)

  *) Bedingungen für 2-Lagen-Gewendel nicht erfüllbar; daher 3-Lagen Gewendel oder alternative Konstruktion verwenden

  Tab. 4

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D optimiert	d optimiert
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]
  70	0,80	0,20	0,14
  100	0,85	0,212	0,149
  150	0,95	0,237	0,166
  200	1	0,25	0,175
  250	1,1	0,275	0,192
  300	1,2	0,295	0,211
  350	1,3	0,305	0,232
  400	1,4	0,315	0,254
  600	1,5	0,325	0,275
  1000	2,2	*)	*)
  2000	3,1	*)	*)

  *) keine optimale Lösung bei doppellagigem Gewendel

• Des weiteren ist in der Tabelle 3 für verschiedene Leistungsstufen ein bevorzugter Bereich für die in Tab. 2 diskutierten Werte angegeben. Schließlich ist in Tab. 4 jeweils ein optimaler Wert für D und d für konkrete Wattagen angegeben.
• Bei hochwattigen Leistungsstufen ist die vorgegebene Bedingung teilweise nicht mehr ohne weiteres erfüllbar, in diesen Fällen können auch alternative Techniken zum Einsatz kommen.
• Die einfachste Alternative ist die Verwendung einer weiteren Lage des Gewendels 21 wie in Figur 3 dargestellt. Bei dieser Ausführung eines Dreifachgewendels 21 für eine 1000 W Lampe hat der Kerndraht einen Durchmesser von 0,35 mm und der Gewendeldraht einen Durchmesser von 0,29 mm.
• Weitere Beispiele dieser Technik sind in Tab. 5 gezeigt, wobei die Leistungsstufe, der Innendurchmesser des Kapillarrohrs und die Durchmesser des Kernstifts und des Gewendeldrahts angegeben sind. Natürlich kann auch hier der Durchmesser einzelner Lagen unterschiedlich sein. Tab. 5 Beispiele für Dreilagengewendel

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D	D
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]
  600	1,5	0,3	0,19
  1000	2,2	0,35	0,29
  2000	3,1	0,45	0,42

• Schließlich kann eine ähnliche Wirkung auch dadurch erzielt werden, dass statt einer Mehrfachlage eines Gewendels ein doppelt gewendeltes Gewendel (cc) in einfacher oder doppelter Lage verwendet wird. Die einfache Lage eines doppelt gewendelten Gewendels entspricht dabei in etwa einer dreifachen Lage eines Einfachgewendels. Dabei hat der Kerndraht des Gewendels, der formal als mittlere Lage fungiert, üblicherweise einen größeren Durchmesser als der darauf aufgesponnene Draht, der die innerste und äußere Lage bildet.
• In Figur 4 ist das Prinzip dargestellt. Der Kerndraht 25 aus Molybdän hat einen Durchmesser von 0,35 mm bei einer 1000 W Lampe. Das darauf aufgebrachte cc-Gewendel (eine Lage) besitzt einen Innenstift 26 (Kerndraht des Gewendels) mit einem Durchmesser von 0,35 mm (formal mittlere Lage) und einen darauf aufgesponnenen Draht mit einem Durchmesser von 0,25 mm, der also formal die innere und äußere Lage 27 und 28 bildet. In Tab. 6 sind mehrere Beispiele für derartige hochwattige Lampen angegeben. Tab. 6: Beispiele für einfache cc-Gewendel: D=innerer Kerndraht; W=Kerndraht-Gewendel; w = Wendeldraht

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D	W	w
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
  600	1,5	0,3	0,2	0,18
  1000	2,2	0,35	0,32	0,27
  2000	3,1	0,45	0,43	0,41

• Die doppelte Lage eines doppelt gewendelten Gewendels entspricht in etwa einer formalen sechsfachen Lage eines einfachen Gewendels. Dabei ist jeweils der Durchmesser der Lagen unterschiedlich.
• Gemäß Figur 5 ist auf den Kerndraht 30 eine Doppellage einer cc-Wendel aufgebracht, wobei jede Lage eine Doppelwendel (cc) mit Kerndraht ist. Die Abmessungen beider Lagen können unterschiedlich sein. Die erste Lage hat einen ersten Kernstift 31 (formal bildet er also die zweite Lage), um den eine Wendel gewickelt ist, die formal somit die erste und dritte Lage 32, 33 bilden. In gleicher Weise hat die zweite Lage einen zweiten Kernstift 34 (formale fünfte Lage), um den eine Wendel gewickelt ist, die formal somit die vierte und sechste Lage 35, 36 bildet.
• In Tab. 7 ist für verschiedene Wattagen die Dimensionierung des Kernstifts und des Doppelgewendels angegeben. Letzteres wird für beide Lagen verwendet. Tab. 7 Beispiele für zwei Lagen eines cc-Gewendels; D=innerer Kerndraht; W=Kerndraht-Gewendel; w = Wendeldraht

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D	W	w
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
  600	1,5	0,2	0,15	0,08
  1000	2,2	0,25	0,2	0,13
  2000	3,1	0,28	0,28	0,19

• In Tab. 8 ist für 150 - 400 W die Dimensionierung des Kernstifts und des Umspinnungsgewendels (eine Lage eines cc-Gewendels) angegeben. Letzteres liegt in diesen Ausführungsbeispielen nur einlagig auf dem Kernstift. Ein konkretes Beispiel ist eine 150 W-Lampe mit einer Durchführung, die ein Mo-Teil aufweist, bei dem der Kerndraht einen Durchmesser von 0,3 mm besitzt, während der Gewendeldraht einen inneren Wickeldraht von 0,13 mm Durchmesser aufweist, der mit einem dünnen Draht von 0,07 mm Durchmesser umsponnen ist. Formal ergibt sich damit ein dreilagiges Gewendel mit beliebig vielen Kreuzungspunkten. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass auch der Kerndraht nur Kontaktpunkte mit dem Gewendel hat, während bei sc-Versionen die innerste Lage eine kontinuierliche Auflagefläche am Kerndraht aufweist. Dieses Beispiel entspricht der Darstellung von Fig. 4. Tab. 8 Beispiele für eine Lage eines cc-Gewendels; D=innerer Kerndraht; W=Kerndraht-Gewendel; w = Wendeldraht

  Leistungsstufe	typ. Kapillar-Innendurchmesser	D	W	w
  [W]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
  150	0,95	0,3	0,13	0,07
  250	1,0	0,4	0,16	0,07
  400	1,3	0,5	0,2	0,1

• Im Normalfall sind alle Lagen dicht gewickelt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass ein geringer Abstand (bis zu 20 % des Drahtdurchmessers) der einzelnen Windungen eingehalten wird. Ein zu großer Steigungsfaktor hat den Nachteil, dass die Zwischenräume als zusätzliches unerwünschtes Totvolumen für die Füllung wirken.

Claims (14)

1. Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß (4), wobei das Entladungsgefäß zwei Enden (6) besitzt, die mit keramischen Stopfen verschlossen sind, die jeweils ein langgezogenes Kapillarrohr (12), im folgenden Stopfenkapillare genannt, enthalten mit einem Innendurchmesser K, und wobei durch diese Stopfenkapillare (12) eine elektrisch leitende Durchführung (9,10), die bezogen auf die Entladung aus einem inneren (14) Teil und einem äußeren Teil (13) besteht, hindurchgeführt und außen mit Glaslot (18) so abgedichtet ist, dass der äußere Teil der Durchführung über seine in der Stopfenkapillare befindlichen Länge mit Glaslot abgedichtet ist, während ein daran anschließender Bereich des inneren Teils der Durchführung über einen kleinen Teil der Länge von 1 bis 2 mm durch Glaslot abgedichtet ist, wobei an der Durchführung eine Elektrode (16) mit einem Schaft (15) befestigt ist, die in das Innere des Entladungsgefäßes hineinragt, wobei der Außendurchmesser S des inneren Teils auf den Innendurchmesser K abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (14) ein zusammengesetztes Bauteil ist, das einen Kernstift (18) umfasst mit einem Durchmesser D, auf den ein Gewendel zumindest als eine doppelte Lage aufgebracht ist, mit einem effektiven Durchmesser d des Gewendeldrahtes, wobei folgende Beziehungen erfüllt sind: $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{8}\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{S}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{98}\mathrm{K}$$

   

   $$\mathrm{d}\mathrm{\le }\mathrm{D}$$

   

   $${\mathrm{D}}_{\max }\mathrm{\le }0,5\mathrm{mm}$$

   

   $$\mathrm{0}\mathrm{,}16\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}40\mathrm{K}$$

   

   $$\mathrm{0}\mathrm{,}10\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}195\mathrm{K}\mathrm{.}$$

   
2. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lagen des Gewendels durch einen einfachen Draht gebildet sind.
3. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lagen gegensinnig zueinander gewickelt sind.
4. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: $$\mathrm{0}\mathrm{,}12\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}195\mathrm{K}\mathrm{.}$$

   
5. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: $$\mathrm{0}\mathrm{,}25\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}30\mathrm{K},$$

   

   $$\mathrm{0}\mathrm{,}12\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}15\mathrm{K}\mathrm{.}$$

   
6. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass D ≤ 0,35 mm.
7. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: $$\left(\mathrm{0}\mathrm{,}90\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{D}\right)/4\mathrm{\le }\mathrm{d}\mathrm{\le }\left(\mathrm{0}\mathrm{,}96\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{D}\right)\mathrm{.}$$

   
8. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtdurchmesser der ersten und zweiten Lage gleich ist.
9. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewendel eine dreifache Lage umfasst.
10. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewendel zumindest eine Lage umfasst, die selbst doppelt gewickelt ist, wobei ein Innendraht mit Durchmesser W von einem Umspinnungsdraht mit Durchmesser w umsponnen ist, so dass damit formal eine dreifache Lage der Dicke W + 2w erzielt wird.
11. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewendel zwei Lagen umfasst, die doppelt gewickelt sind, so dass damit formal eine sechsfache Lage erzielt wird.
12. Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Al₂O₃ besteht.
13. Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile des inneren Teils(14) überwiegend aus einem der Metalle Molybdän und Wolfram bestehen.
14. Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Teil (13) ein Stift oder Rohr aus Niob ist.

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