CN100426449C - 带有陶瓷放电容器的金属卤化灯 - Google Patents

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Abstract

带有陶瓷放电容器(4)的金属卤化灯，其中，放电容器具有两个末端(6)，它们用陶瓷填料封闭，陶瓷填料各自含有带内径为K的细长毛细管(12)，以下称为填料毛细管；其中，导电绝缘套管(9，10)穿过该填料毛细管(12)，它们与放电相关，由内部件(14)和外部件(13)组成，并在外面用玻璃焊剂(18)这样封闭，使绝缘套管的外部件在其处于填料毛细管中的长度上用玻璃焊剂封闭；其中，在绝缘套管上固定带电极体(15)的电极(14)，电极体伸入放电容器的内部；其中，内部件的外径S根据内径K确定；其中，内部件(14)为一组合件，包括直径D的芯销(18)，其上安装至少双层的螺旋线，带有螺旋线的有效直径d，其中，满足下列关系式：0.8K≤S≤0.98K；d≤D；D最大≤0.5mm；0.16K≤D≤0.40K；0.10K≤d≤0.195K。

Description

带有陶瓷放电容器的金属卤化灯
技术领域
本发明涉及带有陶瓷放电容器的金属卤化灯，特别涉及具有功率至少为70W的、优选功率从100W至1000W以上的金属卤化灯。
背景技术
欧洲专利申请EP-A587238公开了一种带有陶瓷放电容器的金属卤化灯，其中，纵向延伸的填料毛细管中的两部分绝缘套管借助玻璃焊剂在填料的不是放电端的一端上密封。绝缘套管的外部件由有渗透性的材料(铌销)组成，内部件由对卤化物稳定的材料(例如钨或钼销)组成。依据图8，内部件可以具有利用螺旋件将销缠绕的包裹物。然而，该文献中提出的方案只适用最大150W的较小功率。因为缺少热膨胀系数的配合，当功率较高和与此相应的温度交变负荷较高时，常常导致陶瓷毛细管壁中跃迁。这些跃迁随着钼销直径的增大而增加。WO 95/28732中也介绍了一种类似的解决方案。
为提高灯功率(最高400W左右)，迄今为止使用了同样在EP-A587238中介绍的另一种解决方案，即用金属陶瓷部件代替内部的钼销部件。其热膨胀系数可以根据要求调整其他金属件和陶瓷件之间的热膨胀系数。用金属陶瓷的解决方案的缺点是，不仅价格高，而且由此取得的焊接连接强度不够。此外，金属陶瓷和填充物的成分之间由于很高的工作温度会产生化学反应。
对于更高的灯功率来说，迄今为止还根本没有出现令人满意的方案。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种带有陶瓷放电容器的金属卤化灯，其绝缘套管这样设计，使它不仅适用较小功率的灯，而且特别也适用于有更大功率的灯(典型的是150至400W)，从而第一次有一个统一的可供使用的基本方案。
该目的通过本发明的特征得以实现。
一般来说，随着功率的增长，绝缘套管的直径增大，因此，填料毛细管的内径也要加大。尽管如此，为了有效阻止密封区内跃迁，因此开发出另一种解决方案。
具体来说，涉及带有特别是由氧化铝构成的陶瓷放电容器的金属卤化灯，其中，放电容器具有两个末端，用陶瓷填料封闭(对此应理解为单独件或者在放电容器上整体构成的部件)，陶瓷填料各自含有拖长的毛细管(以下称为填料毛细管)；其中，导电绝缘套管穿过该填料毛细管真空密封，它们与放电相关由内部件和外部销形的部件组成。绝缘套管在填料外面用玻璃焊剂封闭。在绝缘套管上，内部固定带其电极体的电极，电极体伸入放电容器的内部。
绝缘套管的内部件包括由对卤化物稳定的金属(优选钼或钨或其合金)构成的销，其直径最大为0.5mm，销由相同或者相同效果材料的多层，优选双层螺旋线包住。无论是为芯销还是为多层螺旋线，优选材料钼。该材料的主要优点是，各元件(芯销和螺旋线)的绝对膨胀有处于临界值以下的很小的绝对尺寸，以至于在封闭后和即使在灯工作期间，封闭区内也不会出现断裂。由于多层螺旋线，电极系保持柔韧，以至于可以通过降低工作时或者封闭过程期间的膨胀应力。
重要的是，在封闭过程后冷却时，由于绝缘套管，特别是螺旋线和环绕的陶瓷，也就是毛细管和传送其压力的熔融陶瓷/玻璃焊剂有不同的膨胀系数，所有这些螺旋线的几何形状都处于压缩应力下。这些应力必须通过螺旋线压入芯销而形成的一次塑性变型才能降低。其优点是有尽可能小的接触面。
作为双层或者多层构成的螺旋线的特别作用是，通过外层压入内层，降低应力的作用可以第二次和非常有效地得到充分利用。因为螺旋线比实心的芯线更容易变形。如果螺旋线的外层相对于内层相反缠绕，由于产生具有很高压力接触的对称交叉点，所以这种作用原理特别有效。与此相应，也适用于多层。
如果使用缠绕的螺旋线替代多层，也可以同样有效地降低应力。在这种情况下，因为可以选择缠绕线的直径略小于螺旋线内线的直径，芯线和螺旋线内线上的接触面区域内甚至产生特别高的压力。缠绕线优选的直径w为螺旋线内线直径W的30至70％。
在灯工作时，由于密封位置上工作温度较低(与封闭温度相比)，应力比封闭过程时的应力要小。这些应力因此可以通过部件的弹性变形得到降低。塑性变形在这里会导致过早泄漏。
绝缘套管的外部件在其处于填料毛细管内的长度上用玻璃焊剂密封。此外，连接在其上的绝缘套管内部件的区域在小部分长度(约1至2mm)上由玻璃焊剂密封。在此方面，对延长使用寿命重要的因素是，内部件具有的外部尺寸相当于毛细管内径的至少0.8倍，最大0.98倍。
其他重要前提是，芯销的最大直径小于恒等的0.5mm，螺旋线层的直径最大相当于芯销的直径。每层的优选直径小于芯销的直径。但是两层的直径不必相同。
灯的优选功率在100和1000W之间，但也可以是更大的功率(2000W和更高)以及更小的功率(例如70W)。
如果用D表示芯线的直径，用d表示螺旋线的直径以及用K表示毛细管的内径，那么首先适用：
0.8K≤S≤0.98K。
在此方面，S为绝缘套管内部件的总直径，因此，一般S＝D+nd，其中n为形式上的层数。在双层情况下，因此S＝D+4d。依据本发明证明，如果对芯销的直径适用：
0.16K≤D≤0.40K
就会达到可靠的封闭。
此外，对螺旋线的直径d适用：
0.10K≤d≤0.195K。
在两个螺旋层(d1和d2)有不同直径的情况下，对上述公式适用：d1+d2＝2d。其他表达是计算有效平均直径d。一般在多层情况下它可以通过d1+...+dn＝n d表达，从而适用d＝(d1+...+dn)/n。
在另一可选择的方式可在从150W开始使用的实施方式中，芯线采用缠绕的螺旋线缠绕。原则上这里适用芯线直径D，螺旋线直径W和缠绕线直径w
S＝D+2(W+2w)
带边界条件
D＞(W+2w)。
由于芯线必须厚于缠绕的螺旋线，因此该边界条件取决于缠绕技术，。
上面给出的D和d区域在这里也适用。
适用w优选
0.04K＜w＜0.1K。
在从600W(特别是1000W和更高)起的大功率情况下，会出现依据上述公式的最大直径可能高于0.5mm，但是，考虑到持久密封应该避免出现这种情况。在这些情况下，最好是使用改型的螺旋线，方法是或者在双层上置入第三层，或者不是由单-螺旋线(single-coiled，sc)，而是由双-螺旋线(coiled-coil，cc或者缠绕线)组成一层，已选择类似于上面所述的构成。
在双层结构特别适用100至1000W的功率：
0.25K≤D≤0.30K。
此外，螺旋线的直径d适用：
0.12K≤d≤0.15K。
芯销的直径优选最高为0.35mm。
螺旋线和芯销之间相互确定的关系式如下：
(0.90K-D)/4≤d≤(0.96K-D)/4。
本发明使用两部分的绝缘套管，由外部件和内部件组成，前者在热膨胀下与(氧化铝)-陶瓷配合，使H2和O2能渗透(特别是铌销或管，但也可以使用钽)，用玻璃焊剂覆盖和密封，后者卤化物稳定，仅在其外端上部分用玻璃焊剂覆盖和封闭。内部件为钼或者高熔点的钨构成的非常细的线。钨可以具有铼添加物，在表面或者熔合或者电镀。铼可以提高钨的高温容许负荷和耐腐蚀性。与此相反，钼特别适用于含水银填充物，钨适用于无水银填充物。钨也特别适用于70W起的较小功率的灯。
内部件一侧与外部件(铌销钉或者铌管)连接，另一侧与电极连接。
填料可以是单体，也可以是多体结构。例如，本身可以公知的方式，填料毛细管由环形填料件包围。
最后，与现有技术相反，外部件置入填料毛细管内多深没有影响。为可靠密封，仅需要2mm的最小深度。由于受热原因，最大置入深度优选不超过填料毛细管长度的50％。
外部件在其处于填料毛细管的长度上完全封闭在玻璃焊剂内，内部件在约1至2mm的长度上处于其外端上。重要的是，铌销由于填充物的腐蚀作用，铌完全由玻璃焊剂覆盖。
附图说明
下面借助多个实施例对本发明作详细说明。其中：
图1是带陶瓷放电容器的金属卤化灯示意图；
图2详细示出图1中的灯端区；
图3示出图1中的灯端区的另一个实施例；
图4和5示出图1中的灯端区的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出功率为150W的金属卤化灯。它由确定灯轴线的圆柱形石英玻璃外罩1组成，外罩两侧挤压(2)并插入管座(3)。轴向设置的Al2O3陶瓷放电容器4的形状为圆柱或者凸点，并具有两个末端6。放电容器借助两条箔8与管座3连接的引线7支撑在外罩1中。引线7与绝缘套管9，10焊接，后者各自与放电容器末端6的端填料12配合。填料件为细长的毛细管12(填料毛细管)。放电容器的末端6和填料毛细管12相互直接烧结。
绝缘套管9，10分别由两个部件组成。外部件13分别为铌销，伸入毛细管12大约四分之一的长度之中。内部件14在毛细管12的内部延伸到放电体积。内部件14在放电侧固定电极15，电极由钨电极体16和在电极体放电侧末端上凸点的螺旋17组成。绝缘套管的内部件14，确切地说是专用芯销，分别与电极体15以及绝缘套管的外部件13焊接。
放电容器的填充物除了惰性点火气体，例如，氩外，还由水银和金属卤化物等添加物组成。也可以使用例如无水银的金属卤化物-填充物，其中，作为点火气体优选氙，特别是可以选择明显高于1.3bar的高压。
图2详细示出图1中的放电容器端区。作为绝缘套管9，10使用的系统，由作为带有直径为A的外部件13的铌销(或者也可以是管)和作为内部件14组成部分的细钼销18(直径B，对此参见下面的表1)组成，内部件上有两层各自的线径为C的钼螺旋20。毛细管12的总长度约为17mm，铌销13的线径为D，内部件14的线径为E，填料毛细管的内径为F。
铌销13在放电侧与钼芯销18对接焊接。在放电侧上，芯销18以相同方式焊接在电极体16上。
铌销13置入填料毛细管12中约3mm深，并借助玻璃焊剂19密封。在此方面重要的是，玻璃焊剂完全覆盖该铌销，内部件的端点(1至2mm)也由玻璃焊剂覆盖。
表1
  功率   标志   150W   250W   400W
  铌销直径(mm)   A   0.88   1.00   1.30
  钼芯销的直径(mm)   B   0.25   0.30   0.30
  钼螺旋的直径(mm)   C   0.15   0.18   0.25
  铌销长度(mm)   D   8   10   12
  内部件长度(mm)   E   10   13   17
  毛细管的最小内径(mm)   F   0.90   1.05   1.35
在依据图2的150W-灯的实施例中，使用附表1的尺寸。在同样方式中，也为250W和400W的功率给出了优选尺寸。
表2为各功率级列出了毛细管的典型内径以及芯销18(D)和螺旋20(d)的最小和最大允许直径。在此方面，采用两层各自相同的直径，常常是最简单和最佳的解决办法。但是，两层的直径也可以不同，特别是可以选择外层的直径明显小于(30％和以上)内层的直径。
表2
  功率   毛细管的典型内径   D-最小   D-最大   d-最小   d-最大
  [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   *)   *)   *)   *)
*)不能满足2层螺旋的条件，因此使用3层螺旋或者可选择的结构。
表3
  功率   毛细管的典型内径   D-优选最小 D-优选最大   d-优选最小   d-优选最大
  [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   *) *)   *)   *)
*)不能满足2层螺旋的条件，因此使用3层螺旋或者可选择的结构。
表4
  功率   毛细管典型内径   D-优化   d-优化
  [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   *)   *)
*)双层螺旋情况下没有优化方案
此外，在不同功率的表3中，为表2中讨论的数值给出了优选的范围。最后在表4中分别为具体功率值给出了D和d的优化值。
在高功率情况下，预先规定的条件部分再也不能毫无问题地得到满足，在这些情况下，也可以采用可选择的技术。
最简单的选择，是如图3所示使用另一层螺旋线21。在为1000W灯使用的这种三层螺旋线21中，芯线直径为0.35mm，螺旋线直径为0.29mm。
这种技术的其他实施例在表5中列出，其中，给出了功率、毛细管的内径和芯销和螺旋线的直径。当然，各层的直径在这里也可以是不同的。
表5三层螺旋线实施例
  功率   毛细管的典型内径   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
总之，由此也可以取得类似的效果，即取代多层螺旋，采用单层或者双层中的双螺旋的螺旋线(cc)。双螺旋的螺旋线的单层在此方面相当于单层螺旋线的大致三层。在此方面，形式上起到中间层作用的螺旋线的芯线，通常具有大于缠绕在其上的构成最内层和外层线的直径。
图4示出原理。1000W灯的钼芯线25直径为0.35mm。安装在其上的cc-螺旋线(一层)具有直径(形式上的中间层)0.35mm的内销26(螺旋线的芯线)和直径0.25mm的缠绕在其上的线，它因此形式上构成内层和外层27和28。表6中给出了这种高瓦数灯的多个实施例。
表6单层cc-螺旋线实施例：D＝内芯线；W＝芯线-螺旋线；w＝螺旋线
  功率   毛细管的典型内径   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
双螺旋的螺旋线的双层大致相当于单层螺旋线的形式上的六层。在此方面，各层的直径不同。
依据图5，在芯线30上装有一双层cc-螺旋，其中，每层为带芯线的双螺旋(cc)。两层的尺寸可以不同。第一层具有第一个芯销31(形式上它因此构成第二层)，环绕它缠绕有螺旋，它们因此构成第一和第三层32和33。以相同方式，第二层具有第二个芯销34(形式上的第五层)，环绕它缠绕有螺旋，它们因此构成第四和第六层35和36。
在表7中，为不同的瓦特数给出了芯销和双螺旋线的尺寸。后者用于两层。表7双层cc-螺旋线实施例：D＝内芯线；W＝芯线-螺旋线；w＝螺旋线
  功率   毛细管的典型内径   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   0.26   0.28   0.19
在表8中，为150-400W给出了芯销和缠绕螺旋线(一层cc-螺旋线)的尺寸。后者在该实施例中在芯销上仅为一层。具体实施例为带绝缘套管的150W的灯，绝缘套管具有钼部件，其中芯线具有0.3mm的直径，而螺旋线具有0.13mm直径的内缠绕线，它用直径0.07mm的细线缠绕。因此，形式上产生带有任意数量交叉点的三层螺旋线。这种实施方式的优点特别是，芯线只与螺旋线有接触点，而在sc-样式情况下，内层具有芯线上连续的接触面。该实施例与图4的图示相应。
表8单层cc-螺旋线实施例：D＝内芯线；W＝芯线-螺旋线；w＝螺旋线
  功率   毛细管的典型内径   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
在正常情况下，所有层均紧密缠绕。然而，不排除各匝保持微小间距(最高间距为线直径的20％)。螺距系数过大的缺点是，这些间隙对填充物具有附加的不希望出现的死容积。

Claims (14)

1.金属卤化灯，带有陶瓷放电容器(4)，该放电容器具有两个末端(6)，所述两个末端用陶瓷填料封闭，陶瓷填料各自含有带内径K的细长的填料毛细管(12)，导电绝缘套管(9，10)穿过该填料毛细管(12)，与放电相关地，所述导电绝缘套管由内部件(14)和外部件(13)组成，并在外面用玻璃焊剂(1 9)封闭，使所述导电绝缘套管的外部件在该外部件处于该填料毛细管中的长度上用所述玻璃焊剂封闭，而连接在该外部件上的该内部件的区域在1至2mm的小部分长度上由所述玻璃焊剂封闭，在所述导电绝缘套管上固定带电极体(16)的电极(15)，该电极体伸入该放电容器的内部，所述内部件的外径S根据内径K确定，其特征在于，所述内部件(14)为一组合件，包括直径为D的芯销(18)，在该芯销上安装至少两层的螺旋线，所述螺旋线具有有效直径d，其中满足下列关系式：0.8K≤S≤0.98K；d≤D；D最大≤0.5mm0.16K≤D≤0.40K；0.10K≤d≤0.195K。
2.按权利要求1所述的金属卤化灯，其特征在于，所述螺旋线包含两层，所述两层都由单线构成。
3.按权利要求2所述的金属卤化灯，其特征在于，所述两层反向相互缠绕。
4.按权利要求2所述的金属卤化灯，其特征在于，适用：0.12K≤d≤0.195K。
5.按权利要求2所述的金属卤化灯，其特征在于，适用0.25K≤D≤0.30K，0.12K≤d≤0.15K。
6.按权利要求2所述的金属卤化灯，其特征在于，D≤0.35mm。
7.按权利要求2所述的金属卤化灯，其特征在于，适用：
(0.90K-D)/4≤d≤(0.96K-D)/4。
8.按权利要求2所述的金属卤化灯，其特征在于，所述两层的线直径相等。
9.按权利要求1所述的金属卤化灯，其特征在于，所述螺旋线包含三层。
10.按权利要求1所述的金属卤化灯，其特征在于，所述螺旋线包含至少本身双缠绕的一层，其中，带有直径W的内线由带有直径w的缠绕线缠绕，从而取得三层的W+2w的厚度。
11.按权利要求10所述的金属卤化灯，其特征在于，所述螺旋线包含双缠绕两层，从而取得六层。
12.按权利要求1所述的金属卤化灯，其特征在于，所述陶瓷放电容器由Al2O3制成。
13.按权利要求1所述的金属卤化灯，其特征在于，所述内部件(14)的成分主要由金属钼和钨组成。
14.按权利要求1所述的金属卤化灯，其特征在于，所述外部件(13)为铌销或者铌管。
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