DE102004015467B4

DE102004015467B4 - Elektrodensystem mit einer Stromdurchführung durch ein Keramikbauteil

Info

Publication number: DE102004015467B4
Application number: DE102004015467A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dr. Weiland; Harald Manhardt; David F. Dr. Lupton
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2024-03-27
Also published as: EP1580797A3; DE102004015467A1; US20050212431A1; CA2502139C; CN100347807C; JP2005285763A; US7602115B2; CN1674209A; CA2502139A1; EP1580797A2

Abstract

Elektrodensystem für eine Entladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß (5), umfassend eine Elektrode (1), eine in das Entladungsgefäß (5) gelötete Stromdurchführung (2) und eine Stromzuleitung (3) oder einen Stromzuleitungsstift (3), dadurch gekennzeichnet, dass diese Stromdurchführung (2) Platingruppenmetalle aufweist und mit Lot (4) direkt an die Keramik des Entladungsgefäßes (5) gelötet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodensystem für eine Entladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß, umfassend eine Elektrode, eine Stromzuleitung und einer durch das keramische Entladungsgefäß geführten Stromdurchführung, die Platingruppenmetall oder Rhenium aufweist, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems, bei dem eine Stromdurchführung auf Platingruppenmetall- oder Rhenium-Basis bündig mit einem metallischen Lot in das Keramikbauteil eingelötet wird, ein dafür bevorzugtes keramisches Entladungsgefäß sowie die Verwendung des Elektrodensystems oder des bevorzugten Entladungsgefäßes in Metallhalogenidlampen.
DE 199 08 688 A1 betrifft eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß mit einer elektrisch leitenden Durchführung, bei der ein Cermet als elektrisch leitende Phase unter anderem Rhenium enthalten kann und ein Stopfen auf Basis von Al₂O₃ zum Abdichten vorgesehen ist.
EP 1 339 092 A2 betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einem keramischen Entladungsgefäß und mit einem äußeren Stopfen aus Platin in der Stromdurchführung innerhalb eines Metallrohrs.
WO 03/096377 A1 beschreibt eine Entladungslampe mit einem keramischen Entladungsgefäß, bei der die Stromdurchführung mit einem Lot abgedichtet wird, das ein Metall aus der Gruppe Platin, Palladium, Rhodium oder Iridium aufweist.
Aus DE 102 26 762 A1 ist ein Elektrodensystem für eine Metallhalogenidlampe bekannt, umfassend ein keramisches Entladungsgefäß, eine elektrisch leitende Durchführung und eine Elektrode. Die Konstruktion ist für hohe Einsatztemperaturen konzipiert. Allerdings ist die Lichtleistung der Lampe durch deren Dimension begrenzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einerseits die Lichtleistung von Lampen zu erhöhen und andererseits eine kleinere Dimensionierung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stromdurchführung durch das keramische Entladungsgefäß Rhenium oder Platingruppenmetall-Metalle aufweist, insbesondere aus Rhenium oder einem Platingruppenmetall oder einer Rhenium- oder Platingruppenmetall-Legierung besteht. Der Fall einer Stromdurchführung auf Rhenium-Basis betrifft ein keramisches Entladungsgefäß, das keine wesentliche Wandverbreiterung aufweist, beziehungsweise die Verwendung eines keramischen Entladungsgefäßes in Metallhalogenidlampen, die keinen an der Gehäusewand angeordneten Schaft aufweisen. Sie betrifft ferner ein Verfahren, bei dem ein Lot auf Basis eines Platingruppenmetalls bündig an die Stromdurchführung und das keramische Entladungsgefäß gelötet wird.
Damit wird eine erfindungsgemäße Verwendung für Metallhalogenidlampen mit erhöhter Lichtausbeute ermöglicht. Kleinere Lampen mit verbesserter Lichtausbeute sind mit dem Elektrodensystem herstellbar. Das erfindungsgemäße Elektrodensystem hält im Bereich der Strom durchführung Temperaturen bis zu 2000°C stand. Somit ist auch eine verbesserte Farbwiedergabe erreichbar.
Weiterhin wird es erfindungsgemäß ermöglicht, die Entladungsgefäße ohne Schaft für die Stromdurchführung auszustatten. Dies ermöglicht wiederum ein weiteres Verkleinern der Lampendimension.
In synergistischer Weise ermöglicht die erfinderische Technik die Herstellung von Lampen mit erhöhter Strahlungsleistung, verbesserter Farbwiedergabe und einer beachtlichen Verkleinerung der Abmessungen.
In vorzugsweiser Ausführung wird die Stromdurchführung mit einem Platingruppenmetall-Lot in das keramische Entladungsgefäß eingelötet.
Weitere bevorzugte Ausführungen sind
die Ausführung der Elektrode in Wolfram,
die Stromzuleitung als ein Nichtedelmetallstift,
Rhenium oder Platingruppenmetall als wesentlicher Anteil, als Hauptbestandteil oder als übergeordneter Anteil der Stromdurchführung,
die Stromdurchführung aus Rhenium oder einer Rheniumlegierung oder aus einem Platingruppenmetall oder einer Platingruppenmetall-Legierung, insbesondere Iridium oder Iridiumlegierung,
ein keramisches Entladungsgefäß aus Aluminiumoxid und
ein bündiges Verlöten der Stromdurchführung im Entladungsgefäß.
Wird das Design der Stromdurchführung in Form einer oder mehrerer zusammengefügter Kugeln ausgebildet, wird eine wirtschaftliche Fertigung des Elektrodensystems ermöglicht, insbesondere wenn die Stromdurchführung aus Platingruppenmetall oder Rhenium bzw. deren Legierungen besteht. Die Ausführung der Stromdurchführung in kugeliger Form erweist sich außerdem für die Herstellung von großen Stückzahlen als vorteilhaft.
In einer bevorzugten Ausführung hiervon besteht die Stromdurchführung aus zwei zusammengefügten Kugeln aus Platingruppenmetall oder Rhenium bzw. deren Legierungen, bei der der Zwischenraum zwischen den Kugeln und dem Entladungsgefäß mit einem Lot auf Platingruppenmetall-Basis gefüllt wird.
Die Kombination aus der erfindungsgemäß bis zu 2000°C beständigen Stromdurchführung und die direkte Verlötung der Stromdurchführung mit dem Keramikbrenner ermöglicht ein kompaktes neues Design des Keramikbrenners mit optimierter Lichtausbeute und reduziertem Metallhalogenidgehalt.
Für die Stromdurchführung ist keine über die Gefäßwandbreite hinausragende Verlängerung mehr nötig. Der erfindungsgemäße Verzicht auf diesen Schaft ermöglicht eine direkte Verkleinerung der Lampendimension bei Lampen mit vergleichbarer Leistung und Temperatur. Für die Herstellung kleiner Lampen spielt daher nicht nur die Leistungssteigerung über die Temperaturerhöhung eine Rolle. In bevorzugter Ausführung ist das Entladungsgefäß um die Schäfte verkürzt, die üblicherweise zur Aufnahme der Stromdurchführung angeordnet sind.
Ein Stromzuleitungsstift kann optional zwischen der Stromzuleitung und der Stromdurchführung angeordnet sein und diese elektrisch miteinander verbinden.
Das keramische Entladungsgefäß kann als Brenner bezeichnet werden und Al₂O₃, Saphir, Yttriumaluminiumgranat, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxinitrid oder Siliziumaluminiumoxinitrid aufweisen, insbesondere aus Al₂O₃ bestehen.
Die Stromdurchführung durchdringt das keramische Entladungsgefäß gasdicht und verbindet die Elektrode mit der Stromzuleitung oder dem Stromzuleitungsstift. Erfindungsgemäß enthält die Stromdurchführung Rhenium oder Platingruppenmetall. Bevorzugt werden Legierungen dieser Metalle und insbesondere Stromdurchführungen aus Iridium oder Iridium-Legierung.
Vorzugsweise wird das Lot bündig an die Stromdurchführung und das Entladungsgefäß gelötet. Sehr geeignet hierfür ist ein Lot aus Platingruppenmetall oder dessen Legierung.
Im folgenden werden besondere Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrodensystems für den Einsatz in Metallhalogenidlampen mit keramischem (Al₂O₃) Entladungsgefäß.
2 zeigt einen Querschnitt des keramischen Entladungsgefäßes mit integriertem Elektrodensystem.
3 zeigt einen Vergleichsquerschnitt eines Entladungsgefäßes.
Ausführungsbeispiele:
Dieses Elektrodensystem (siehe 1 und 2) umfasst eine Elektrode 1, wie sie typischerweise in Entladungslampen verwendet wird, eine Stromzuleitung 3, die als ein Nichtedelmetallstift ausgebildet sein kann und eine Stromdurchführung 2. Die Stromdurchführung 2 enthält als wesentliche Komponente Rhenium oder Platingruppenmetall und besteht aus zwei zusammengefügten Kugeln.
Die zusammengefügten Kugeln 2 füllen mit einem Lot 4 die Öffnung für die Stromdurchführung im Entladungsgefäß 5 aus. Dabei ragt die Stromdurchführung 2 minimal in das Entladungsgefäß 5, so dass das Elektrodenmaterial der Elektode 1 nicht in Berührung mit dem Entladungsgefäß 5 kommt. Der Innenraum des Entladungsgefäßes 5 wird mit dem Lot dicht verschlossen.
Die Anzahl der Kugeln ist beliebig. In der Ausführung mit einer Kugel kann das Lot 4 sowohl auf der Elektrodenseite wie auch auf der Stromzuleitungsseite oder beidseitig aufgebracht werden.
Die Stromzuleitung 3 dient der elektrischen Verbindung zwischen Lampensockel und der Stromdurchführung 2 durch das keramische Entladungsgefäß 5. Vorzugsweise wird zur Kontaktierung zwischen Stromzuleitung 3 und Stromdurchführung 2 ein Stromzuleitungsstift angebracht. Bei Metallhalogenidlampen mit herkömmlicher Stromdurchführung 2 besteht dieser Stift i.d.R. aus einer Nb-Legierung. Bei Metallhalogenidlampen mit der dieser Erfindung zugrunde liegenden Stromdurchführung 2 sind neben Nb-Legierungen auch andere Werkstoffe auf Basis von Nichtedelmetallen einschließlich der Refraktärmetalle möglich.
Das Entladungsgefäß 5 weist keinen keramischen Schaft im Bereich der Stromdurchführung auf. Geringfügige Verstärkungen in diesem Bereich können aber von Vorteil sein (2).
Durch die Verwendung eines Lots auf PGM-Basis sowie einer Stromdurchführung auf PGM- bzw. Re-Basis können während des Betriebs der Lampe im Bereich der Stromdurchführung höhere Temperaturen bis ca. 1900 °C auftreten, ohne dass es zu einer Beschädigung bzw. einer Beeinträchtigung der Funktionalität der Lampe kommt. Dies wiederum ermöglicht die Konstruktion von Lampen mit erheblich kompakterem Design (2) als bei den herkömmlichen Metallhalogenidlampen (3).
Aus 3 wird ersichtlich, dass bei dem herkömmlichen Lampendesign an beiden Enden des keramischen Entladungsgefäßes ein Schaft aus Al₂O₃ erforderlich ist, in den die Elektrodensysteme i. d. R. mit Hilfe eines glasartigen Lots eingelötet werden. Diese "Verlängerungen" sind bei den herkömmlichen Stromdurchführungen notwendig.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrodensystems mit einer Stromdurchführung auf PGM- bzw. Re-Basis können diese keramischen "Verlängerungen" entfallen bzw. erheblich verkürzt werden (vgl. 2). Darüber hinaus ermöglicht das dieser Erfindung zugrunde liegende neue Elektrodensystem, die Lampen bei höheren Temperaturen zu betreiben, was zu einer besseren Farbwiedergabe und zu einer höheren Lichtausbeute führt.

Claims

Elektrodensystem für eine Entladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß (5), umfassend eine Elektrode (1), eine in das Entladungsgefäß (5) gelötete Stromdurchführung (2) und eine Stromzuleitung (3) oder einen Stromzuleitungsstift (3), dadurch gekennzeichnet, dass diese Stromdurchführung (2) Platingruppenmetalle aufweist und mit Lot (4) direkt an die Keramik des Entladungsgefäßes (5) gelötet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems für eine Entladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß (5), umfassend eine Elektrode (1), eine Stromdurchführung (2) durch das keramische Entladungsgefäß (5) und eine Stromzuleitung (3) oder einen Stromzuleitungsstift (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Lot (4) auf Basis eines Platingruppenmetalls bündig an die Stromdurchführung (2) auf Platingruppenmetall- oder Rhenium-Basis und das keramische Entladungsgefäß gelötet wird.
Keramisches Entladungsgefäß (5), das an einer Stromdurchführung (2) durch eine Entladungsgefäßwand keine wesentliche Wandverbreiterung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführung (2) ein Material auf Platingruppenmetall- oder Rhenium-Basis aufweist, wobei die Stromzuführung (2) mit einem Lot (4) direkt an die Keramik des Entladungsgefäßes (5) gelötet ist.
Verwendung eines keramischen Entladungsgefäßes (5) in Metallhalogenidlampen, das im Bereich der Stromdurchführung (2) keinen an der Gehäusewand angeordneten Schaft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stromdurchführung (2) auf Platingruppenmetall- oder Rhenium-Basis aufweist.
Verwendung eines Elektrodensystems mit einer Platingruppenmetall aufweisenden Stromdurchführung in Metallhalogenidlampen.