CH621889A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Endverschluss an einem elektrischen Entladungsgefäss mit rohrförmigem Kolben aus Keramik oder Saphir.

Endverschlüsse für Alkalimetalldampflampen mit rohrförmigem Entladungskolben aus Keramik und insbesondere aus Saphir stellen bekanntlich ein schwieriges technisches Problem dar, weil die Betriebstemperaturen derartiger Lampen an der Verschlussstelle äusserst hoch sind und das Verschlusselement gleichzeitig auch als elektrische Stromzuführung dienen soll. Es können deshalb für diesen Zweck nur Metalle als Werkstoff gewählt werden, welche Alkalimetalldämpfen gegenüber chemisch widerstandsfähig sind und einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, der jenem von Keramik bzw. Saphir nahezu gleich ist.

Wird für den Kolben polykristallines Aluminiumoxid als Werkstoff verwendet, so kann dazu ein Endverschluss aus Niobium verwendet werden, obwohl der Wärmed,ehnungskoeffi-zient von Niobium etwas kleiner ist als derjenige des Keramikrohres. Diese Differenz wird auf bekannte Weise kompensiert, indem der Endverschluss aus dünnem Blech hergestellt und seine Oberfläche mittels Anschrupfen von Fremdstoffen vergrössert wird; dadurch werden bessere Elastizität des Werkstoffes sowie erhöhte Haftung des verwendeten Lötmaterials erzielt Ein derartiger Endverschluss ist unter anderem in der US-PS 3 243 635 beschrieben.

Eine bessere Verbindung kann erzielt werden, indem die Keramikrohrenden durch zylindrische Keramikkörper mit metallbeschichteter Oberfläche abgeschlossen werden, da für diese Keramikkörper und das Keramikrohr der gleiche Werkstoff gewählt werden kann. Ausmass und Charakter der Wärmedehnung des Schliesskörpers und des Rohres sind bei dieser Lösung identisch (vgl. US-PS 3 693 007).

Aber auch bei Verbindungen von Bestandteilen mit glei40

chen Wärmedehnungskoeffizienten können Spannungen entstehen, falls die Bestandteile in ihrer Grösse unterschiedlich sind oder nicht gleichzeitig abgekühlt bzw. erwärmt werden, wie es beim Ein- und Ausschalten der Lampen auftreten kann.

Besonders schwierig ist das Endverschliessen von Entla-dungsgefässen, falls anstelle des polykristallinen Aluminiumoxids ein Saphirrohr als Kolben verwendet wird. Der Wärmedehnungskoeffizient des Saphirs liegt weiter entfernt von jenem des Niobiums und ist grösser als der von Keramik.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Endverschlusses für ein Gasentladungsgefäss, welcher Wärmestössen gegenüber in erhöhtem Masse widerstandsfähig ist und der zur Verbindung mit dem Kolben nicht mehr Verfahrensschritte erfordert, als dies bei den bekannten Endverschlüssen der Fall ist.

Erfindungsgemäss werden diese Anforderungen von einem Endverschluss mit den in Patentanspruch 1 definierten Merkmalen erfüllt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Gasentladungsgefäss mit zwei Endverschlüssen im Längsschnitt;

Fig. 2 bis 6 andere Ausführungsvarianten des erfindungsge-mässen Endverschlusses, wobei jeweils nur der eine von zwei identischen Endverschlüssen dargestellt ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Gasentladungsgefäss weist einen rohrförmigen Kolben 1 aus Keramik oder Saphir auf, ferner einen Keramikring 2, der an der Stirnfläche des Kolbens 1 angeordnet ist, sowie eine in den Keramikring 2 mit Kapillarspalt 3 eingepasste und mit einer ebenfalls an der Stirnfläche des Kolbens 1 aufliegenden, metallbeschichteten Fläche 4 versehene Keramikscheibe 5. An der letzteren ist mittels einer Metallscheibe 6 eine Wolframelektrode 7 mit aufgeschweisster Wolframwendel 8 befestigt. Zwischen dem Keramikring 2 und der Stirnfläche des Kolbens 1 bzw. der Keramikscheibe 5 ist je ein Kapillarspalt 10 vorhanden, der durch die Unebenheiten der aneinanderliegenden Oberflächen der genannten Teile gegeben ist.

Der Einschmelzvorgang selbst wird bei der Herstellung der obenbeschriebenen Anordnung so durchgeführt, dass über dem Kapillarspalt 3 ein Lotring 11 angeordnet und dann zum Schmelzen gebracht wird.

Das untere Rohrende ist in Fig. 1 in seinem Zustand nach durchgeführtem Einschmelzvorgang dargestellt. Es ist dort anzunehmen, dass das Lotmaterial 1 la überall in die Kapillarspalte 3,9 und 10 eingedrungen ist.

Der Herstellungsprozess des Entladungsgefässes ist durch folgende Schritte charakterisiert:

Zunächst wird das eine Kolbenende auf die obenbeschriebene Weise zugeschmolzen. Nachher wird das Gefäss mit diesem abgeschlossenen Ende nach unten gekehrt, und das Entladungsmaterial, zum Beispiel metallisches Natrium, wird von oben in den Kolben eingegeben. Hierauf werden die Bestandteile des Endverschlusses auf die obere Stirnfläche des Kolbens gelegt und der Kolben wird unter einer zweckmässigerweise aus Glas bestehenden Glocke durch die Kapillarspalte 3,9,10 ausgepumpt, das heisst evakuiert. In einer Edelgasatmosphäre mit einem Druck von 30 bis 40 Torr wird dann der Lotring 11 geschmolzen. Durch das im Kolben 1 zurückbleibende Edelgas wird die Zündbereitschaft des Entladungsgefässes erhöht.

Nach erfolgter Zündung wird durch die im Laufe der Edelgasentladung entwickelte Wärme das metallische Natrium verdampft, wobei diese Dämpfe allmählich mit in die Entladung einbezogen werden.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung des erfindungsgemäs-sen Endverschlusses. Im Inneren des Keramikringes 12 ist ein treppenförmiger Absatz ausgebildet, welcher an der Stirn

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fläche des Keramikrohres aufliegt, wobei der Teil des Keramikringes 12 mit dem grösseren Durchmesser den Aussenmantel des Rohrkolbens mit Kapillarspalt bildender Passung umgibt. Auf ähnliche Weise ist ein Schliesselement 13 mit Absatz ausgeschaltet, das ebenfalls gegen die Stirnfläche des Rohrkolbens 5 abgestützt ist, wobei sein Aussenmantel in die Bohrung des Keramikringes 12, die Mantelfläche des abgesetzten Teiles hingegen in den Rohrkolben eingepasst sind, und zwar jeweils unter Bildung eines Kapillarspaltes. Sämtliche Kapillarspalten bilden dabei ein zusammenhängendes Kapillarsystem. Diese 10 Ausführung mit Schliesselement 13 hat den Vorteil, dass der Lotring 11 besser gegen Herunterfallen gesichert ist. Durch die abgestufte Ausbildung des Keramikringes 12 wird zudem das Aufsetzen der Bestandteile erleichtert, und schliesslich wird die Widerstandsfähigkeit des Rohrendabschlusses gegen Wärme- 15 stösse weiter erhöht.

Fig. 3 zeigt die Ausführung gemäss Fig. 2 im Zustand nach dem Schmelzen des Lotringes 11. Das Lotmaterial 1 la hat sich in den stark vergrössert dargestellten Kapillarspalten überall gleichmässig verteilt. 20

Fig. 4 stellt eine dritte Ausführung des Endverschlusses gemäss der Erfindung dar, bei welcher kein in den Kolben 1 hineinragender zylindrischer Teil des verwendeten Schliessele-mentes vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Durchmesser des Schliesselementes 14 genau passend ausgebildet zu 25 werden braucht, was bei Keramikkörpern eine nicht zu unterschätzende Vereinfachung bedeutet.

Die Ausführung nach Fig. 5 weist ein Schliesselement 15 aus Metall auf, zweckmässigerweise aus Niobium oder Tantal.

Erfindungsgemässe Ausführungsformen sind somit nicht nur auf Schliesselemente beschränkt, die aus metallbeschichteter Keramik hergestellt sind (Fig. 1 bis 4). Im Rahmen der Erfindung können auch beide Schliesselemente eines Endverschlusses aus Metall hergestellt sein.

Schliesslich zeigt Fig. 6 eine Ausführung des erfindungsge-mässen Endverschlusses, bei der am Ende des Entladungskolbens 1 ein länglicher Keramikhohlkörper 16, dessen Oberfläche teilweise eine Metallschicht 17 aufweist, befestigt ist. An der Passstelle zwischen Kolben 1 und Keramikhohlkörper 16 werden mittels eines Keramikringes 19 zusammenhängende Kapillarspalte 20,21,22 gebildet. Das äussere Ende des Keramikhohlkörpers 16 ist mittels eines Endverschlusses gemäss Fig. 2 vakuumdicht verschlossen.

Der Endverschluss in der Ausführungsvariante nach Fig. 6 ermöglicht eine doppelte Stromzuführung am Rohrende.

Durch eine Metallschicht 4 wird der Strom zu der Hauptelektrode 7 geführt, während die am Keramikhohlkörper 16 vorhandene und durch die Einschmelzzone hindurch in das Kolbeninnere hineinragende Metallschicht 17 die Rolle einer Zündelektrode spielt. Die Pass- und Befestigungsstelle des Keramikhohlkörpers 16 mit dem Entladungskolben 1 stellt also noch keinen Verschluss des Entladungsraumes dar, sondern ist Teil eines in einem weiteren Sinne verstandenen Systems zum End-verschliessen von Entladungsgefässen der eingangs geschilderten Gattung. Das Entladungsrohrende wird bei dieser Ausführung eigentlich durch zwei hintereinander montierte, erfindungsgemässe Endverschlüsse abgeschlossen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

621889 PATENTANSPRÜCHE

1. Endverschluss an einem elektrischen Entladungsgefäss mit rohrförmigem Kolben aus Keramik oder Saphir, gekennzeichnet durch zwei koaxial angeordnete Schliesselemente mit ineinander passenden Oberflächenbereichen, die gegenseitig 5 unter Bildung eines ersten Spaltes (3) und bezüglich des Kolbenrohrendes unter Bildung von weiteren, mit dem ersten Spalt (3) kommunizierenden Kapillarspalten (9,10) angeordnet sind, wobei das aus diesen Spalten gebildete Kapillarsystem mittels eines Abdichtematerials (IIa) ausgefüllt und dadurch das Kol- i o benende verschlossen ist.

2. Endverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einem der Schliesselemente eine mit der inneren bzw. äusseren Mantelfläche des Kolbenendbereiches einen Kapillarspalt bildende Zylinderfläche ausgebildet i 5 ist.

3. Endverschluss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Schliesselemente ein Keramikvollkörper mit wenigstens zum Teil metallbeschichteter Oberfläche ist. 20

4. Endverschluss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schliesselemente (15) aus Metall, vorzugsweise aus Niobium oder Tantal besteht.

5. Endverschlus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Schliesselemente als Verlängerung (16) 25 des Kolbenrohres und mit offenem Ende ausgestaltet ist,

welche aus Keramik hergestellt und mindestens teilweise mit einer Metallschicht (1) überzogen ist.

6. Endverschluss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende der Verlängerung (16) seinerseits mit 30 einem Endverschluss verschlossen ist.