DE102006056455A1

DE102006056455A1 - Keramische Metallhalogenidlampe mit hoher Quecksilberkonzentration

Info

Publication number: DE102006056455A1
Application number: DE102006056455A
Authority: DE
Inventors: Antony John Tambini; Matthew Cleveland Heights Bugenske
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US20070120493A1; GB2432713A; JP2007149692A; US7474057B2; GB0623778D0

Abstract

Eine Quecksilberdampflampe mit niedriger elektrischer Leistung weist ein Entladungsgefäß (10) auf, das einen röhrenförmigen Körper (12), eine erste und eine zweite Elektrode (24, 26) und zwei Endwände (16, 18) enthält, die gegenüberliegende Enden des röhrenförmigen Körpers verschließen. Das Entladungsgefäß enthält ein ionisierbares Füllmaterial, das eine Quecksilberkonzentration von 0,10 bis 0,20 mg/mm·3· aufweist. Das Entladungsgefäß arbeitet bei erhöhten Drücken von 80 bis 170 Atmosphären bei einer Leistung von 20 Watt, wobei sich eine verbesserte Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms und eine verringerte Farbverschiebung über die Lebensdauer hinweg ergeben.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf keramische Metallhalogenidlampen und Entladungsröhren. Konkreter bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine keramische Metallhalogenid-Entladungslampe mit hohem Druck und hoher Quecksilberkonzentration, die nicht an einer Verringerung der Intensität der Lichtabgabe oder starken Farbverschiebungen leidet, wenn die Lampe altert.

Hintergrund der Erfindung

Entladungslampen erzeugen Licht durch das Ionisieren eines Füllmaterials, wie z.B. einer Mischung aus einem Metallhalogenid und Quecksilber in einem Inertgas, wie z.B. Argon, wobei zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogen übertritt. Die Elektroden und das Füllmaterial sind innerhalb eines durchscheinenden oder durchsichtigen Entladungsgefäßes oder Entladungsröhre abgedichtet angebracht, das bzw. die den Druck des mit Energie angeregten Füllmaterials aufrecht erhält und ein Hindurchtreten des ausgesandten Lichts zulässt. Das auch als eine „Dosierung" bekannte Füllmaterial sendet als Reaktion auf eine Erregung durch den elektrischen Lichtbogen eine gewünschte spektrale Energievertei lung aus. Halogenide liefern z.B. spektrale Energieverteilungen, die eine breite Auswahl an Lichteigenschaften einschließlich Farbtemperaturen, Farbwiedergabe und Leuchteffizienz bieten.

Entladungsröhrenkammern, die aus geschmolzenem Siliziumdioxid bzw. Quarz aufgebaut sind, werden einfach gebildet. Die Lebensdauer solcher Lampen ist jedoch durch den Verlust des Metallanteils der Metallhalogenidfüllung (typischerweise Natrium) während des Lampenbetriebs häufig begrenzt. Natriumionen diffundieren durch die Entladungsröhre aus geschmolzenem Siliziumdioxid oder reagieren mit dieser, wodurch es zu einem entsprechenden Aufbau von freiem Halogen in der Entladungsröhre kommt. Quarzentladungsröhren sind für Natriumionen relativ porös. Während des Lampenbetriebs tritt Natrium aus dem heißen Plasma durch die Entladungsröhrenwand in den kühleren Bereich zwischen der Entladungsröhre und dem äußeren Mantel oder der Umhüllung. Das verlorene Natrium ist folglich für die Entladung nicht verfügbar und kann nicht länger zu ihrer charakteristischen Emission beitragen. Die Lichtabgabe verringert sich dementsprechend, und die Farbe verschiebt sich von weiß zu blau hin. Der Lichtbogen wird eingeengt und kann sich insbesondere bei einer horizontal betriebenen Lampe gegen die Entladungsröhrenwand biegen und diese aufweichen. Ein Natriumverlust verursacht auch ein Ansteigen der Betriebsspannung der Lampe, wobei diese kann bis zu dem Punkt ansteigen kann, an dem der Lichtbogen nicht länger aufrechterhalten werden kann, wodurch die Lebensdauer der Lampe beendet wird.

Keramische Entladungslampenkammern wurden für einen Betrieb bei höheren Temperaturen als Quarz, d.h. über 950°C, für eine verbesserte Farbtemperatur, Farbwiedergabe und Lichtausbeute entwickelt, während die Reaktion mit dem Füllmaterial erheblich verringert wird. Die US-Patente Nr. 5 424 609, 5 698 984 und 5 751 111 liefern Beispiele für solche Entladungsröhren. Während Quarzentladungsröhren infolge der Reaktion der Halogenidfüllung mit dem Quarz auf Betriebstemperaturen von etwa 950°C bis 1000°C beschränkt sind, sind keramische Aluminiumoxidentladungsröhren in der Lage, Betriebstemperaturen von 1000°C bis 1250°C oder höher zu widerstehen. Die höheren Betriebstemperaturen liefern eine bessere Farbwiedergabe und höhere Lampenwirkungsgrade. Keramische Entladungsröhren sind für Natriumionen weniger porös als Quarzröhren und halten demnach das Metall innerhalb der Lampe. Zum Herstellen der Entladungsröhren sind verschiedene Techniken verfügbar, die Gießen, Schmieden, Zerspanen und verschiedene Pulververarbeitungsverfahren, wie z.B. das Pulverspritzgießen (Powder Injection Molding, PIM) enthalten. Bei der Pulververarbeitung wird ein keramisches Pulver, wie z.B. Aluminiumoxid bzw. Tonerde, von einem Trägerfluid, wie z.B. einer Lösung auf Wasserbasis, einer Mischung organischer Flüssigkeiten oder geschmolzenen Polymeren getragen. Die Mischung kann durch Steuern des Typs und der Menge des Trägers und der Umgebungsbedingungen (z.B. der Temperatur) zum Emulieren einer Flüssigkeit, eines Plastik oder eines starren Feststoffes hergestellt werden.

Die Verwendung von Keramik in Metallhalogenidlampen mit hoher elektrischer Leistung hat die nutzbare Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit solcher Lampen verbessert. Dennoch leiden keramische Metallhalogenidlampen immer noch an einer fortschreitend schwächer werdenden Lichtabgabe (Lumen Maintenance bzw. Alterungsbeständigkeit des Licht stroms über der Lebensdauer) und einer Farbverschiebung, wenn die Lampe altert, und die Leistung ist herabgesetzt. Dies macht es sehr schwierig, eine praktische Metallhalogenidenlampe mit niedriger elektrischer Leistung herzustellen, die eine ausreichende Leistungsfähigkeit aufweist.

Weiterhin bieten typische keramische Metallhalogenidlampen mit niedriger elektrischer Leistung nur eine geringe Performance. Zum Beispiel leiden die meisten 20 Watt-Lampen an einer derart schwachen Lichtabgabe, dass ihre Verwendung in den meisten kommerziellen und privaten Anwendungen stark begrenzt ist.

Folglich besteht Bedarf an einer keramischen Metallhalogenidlampe niedriger elektrischer Leistung, die eine akzeptable Leistungsfähigkeit und Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms bietet und über ihre Lebensdauer hinweg eine minimale Farbverschiebung zeigt.

Zusammenfassung der Erfindung

In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Metallhalogenidlampe geschaffen. Die Metallhalogenidlampe enthält ein Entladungsgefäß, eine äußere Lampenumhüllung, die das Entladungsgefäß einschließt, ein Paar von Elektroden, die an den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes abgedichtet angebracht sind, und eine ionisierbare Füllung, die in dem Entladungsgefäß enthalten ist. Die ionisierbare Füllung enthält Quecksilber in einer Konzentration von 0,11 bis 0,20 mg/mm³.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Entladungsgefäß geschaffen. Das Entladungsgefäß enthält einen röhrenförmigen Körper aus einem durchscheinenden Keramikmaterial, eine erste und eine zweite Endwand, die die gegenüberliegenden Enden des röhrenförmigen Körpers zur Bildung eines Entladungsraumes verschließen, eine erste und eine zweite vorstehende Röhre, die jeweils an der ersten bzw. zweiten Endwand befestigt sind und sich von dem röhrenförmigen Körper weg erstrecken, eine in dem röhrenförmigen Körper zum Erzeugen einer Entladung enthaltene ionisierbare Füllung, wobei die ionisierbare Füllung Quecksilber in einer Konzentration von etwa 0,11 bis 0,20 mg/mm³ enthält, und eine erste und eine zweite Elektrode, die in der Kammer gehaltert sind, wobei sich die erste Elektrode durch die erste Vorsprungsröhre hindurch erstreckt und in dieser abgedichtet angebracht ist und sich die zweite Hauptelektrode durch die zweite Vorsprungsröhre hindurch erstreckt und in dieser abgedichtet angebracht ist.

Ein Vorteil wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine keramische Metalldampflampe geschaffen wird, die verglichen mit konventionellen keramischen Metallhalogenidlampen eine größere Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms aufrechterhält.

Ein weiterer Vorteil wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer keramischen Metallhalogenidlampe mit einer niedriger elektrischer Leistung und einer hohen Effizienz, die für eine Verwendung in Handels-, Büro- und Gebäudebeleuchtungsanwendungen geeignet ist.

Noch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Entladungsgefäßes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 2A und 2B zeigen Beispiele von Lampenkapseln, die das Entladungsgefäß aus 1 verwenden.
3 zeigt einen Graphen der typischen Quecksilberkonzentration in einem Entladungsgefäß als eine Funktion der Lampenleistung bei einer konventionellen Quecksilberhalogenidlampe im Vergleich zu der Quecksilberkonzentration in einer Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Graphen, der die Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms bzw. die Lumen Maintenance über die Lebensdauer hinweg von einer konventionellen Quecksilberhalogenidlampe im Vergleich mit einer Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht.
5 zeigt eine Querschnitts- und Explosionsansicht eines Entladungsgefäßes gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Entladungsgefäßes aus 5 in zusammengesetzter Form.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Bezug auf 1: Es ist ein keramisches Metallhalogenidentladungsgefäß oder eine keramische Metallhalogenidentladungsröhre 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Entladungsröhre 10 weist einen röhrenförmigen Körper 12 aus einem lichtdurchlässigen hitzebeständigen Material auf, der einen Entladungsraum 14 umschließt, der ein ionisierbares Füllmaterial enthält. Eine erste und eine zweite Endwand 16, 18, die aus dem gleichen Material wie der röhrenförmige Körper hergestellt sind, schließen die gegenüberliegenden Enden des Körpers 12. Zwei Elektroden 20, 22, deren Spitzen 24, 26 um einen Abstand 30 voneinander getrennt sind, sind in dem Entladungsraum 14 angeordnet. Die Elektroden 20, 22 stehen durch die jeweilige Endwand 16, 18 und eine an der Endwand befestigte hervorstehende Röhre 24, 26 hindurch hervor. Die Elektroden sind in den Vorsprungsröhren unter Verwendung einer halogenidresistenten Schmelzkeramik oder Glashülse 28 abgedichtet angeordnet, um einen gasdichten Entladungsraum 14 zu schaffen.
Der Entladungsraum 14 enthält eine Füllung eines ionisierbaren Gasgemisches, wie z.B. eine Metallhalogenid- und Inertgasmischung. Geeignete Metallhalogenidfüllungen enthalten wenigstens ein Metallhalogenid, wie z.B. Natriumjodid, Thalliumjodid oder Dysprosiumjodid, zusätzlich zu Quecksilber und einem Edelgas, wie z.B. Argon oder Xenon. Andere geeignete, in der Fachwelt bekannte Füllungen zum Einleiten und Aufrechterhalten einer Lichtbogenentladung werden ebenfalls in Betracht gezogen. Unter Bezug auf die 2A und 2B: Das Entladungsgefäß 10 ist in einer äußeren Umhüllung 40 aus Glas oder einem anderen geeigneten durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Material eingeschlossen, die an einem Ende durch einen Lampensockel 42 verschlossen ist.
Die zwei Elektroden 20, 22, die aus Wolfram aufgebaut sein können, erstrecken sich in den Entladungsraum 14 hinein, und ihre Spitzen 24, 26 sind durch eine Lichtbogenlücke 30 getrennt. Weiter unter Bezug auf die 2A und 2B: Die Entladungsröhre 10 kann auf viele Arten, typischerweise in einer „Mini"-Lampenkapsel, wie sie z.B. in 2B gezeigt ist, mit einer Kapselgesamtlänge von etwa 57 mm oder einer ähnlichen Lampenkapsel mit einem „konventionellen" Aufbau mit einer typischen Länge von etwa 85 mm angebracht sein. In beiden Ausführungen sind die Elektroden 20, 22 mit Leitern 44, 46 verbunden, die vorzugsweise aus Molybdän- und Niobabschnitten aufgebaut sind. Die Verbinder verbinden die Elektroden elektrisch durch ein erstes und ein zweites, einen elektrischen Kontakt herstellendes Element 48, 50 des Sockels 42 mit einer (nicht gezeigten) Energieversorgung. Die vorliegenden Entladungsröhren und -lampen können mit kommerziell erhältlichen elektronischen Vorschaltgeräten betrieben werden, die typischerweise mit einem Rechtecksignal von 150 bis 170 Hz arbeiten.
Es wird erkannt, dass andere bekannte Elektrodenmaterialien alternativ verwendet werden können. Die Elektroden 20, 22 sind durch eine Lücke 30 von etwa 2–3 mm beabstandet. Zwischen den Enden der Elektroden 24, 26 entsteht eine Entladung, wenn über den Elektroden eine Spannung angelegt wird. Die äußere Umhüllung 40 der Lampe kann entweder ein Vakuum enthalten oder mit einem Gas gefüllt sein.
Die Ausführung der vorliegenden Entladungsröhre weist eine viel höhere Quecksilberkonzentration auf, als sie in konventionellen Metallhalogenidlampen zu finden ist. Wie in 3 zu sehen ist, steigt die Quecksilberkonzentration in keramischen Metallhalogenidlampen allgemein an, wenn die elektrische Lampenleistung abnimmt, typischerweise von etwa 0,01 mg/mm³ für eine 150 Watt-Lampe bis etwa 0,05 mg/mm³ für eine 20 Watt-Lampe. Andererseits weist die Entladungsröhre gemäß der vorliegenden Erfindung eine Quecksilberkonzentration von etwa 0,10 bis etwa 0,20 mg/mm³, vorzugsweise von etwa 0,11 bis 0,14 mg/mm³ und besonders bevorzugt von etwa 0, 12 mg/mm³ auf.
Ein weiteres Kennzeichen der vorliegenden Gestaltung besteht darin, dass die Entladungsröhre bei einem viel höheren Innendruck als konventionelle Entladungsröhren arbeitet. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet die Entladungsröhre bei einem Druck von etwa 80 bis etwa 170 Atmosphären (unter der Annahme einer durchschnittlichen Entladungsröhrentemperatur von 2000 K) und vorzugsweise etwa 100 Atmosphären. Dies liegt weit über dem Betriebsdruck typischer Metallhalogenidlampen, der in einem Bereich von etwa 9 Atmosphären bei einer 150 Watt-Lampe bis etwa 23 Atmosphären bei einer 35 Watt-Lampe liegt.
Ein weiteres Kennzeichen einer Entladungsröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Lampenspannung gegenüber einem typischen Wert von 90 Volt auf etwa 120 Volt erhöht ist. Um die höhere Quecksilberkonzentration an diese Spannung anzupassen, kann die Lichtbogenlücke kürzer ausgeführt sein, als sie es in typischen Entladungsröhren gewöhnlich ist. Dies verbessert die Fähigkeit der Lampe zur Lichtgewinnung und lässt die Verwendung kleinerer, effizienterer Reflektoren in den Befestigungen zu.
Unter Bezug auf 4: Die Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms einer 20 Watt-Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit 120 Volt betrieben wird, wurde mit derjenigen einer konventionellen, mit 90 Volt betriebenen 20 Watt-Lampe verglichen, wobei beide durch ein kontinuierliches Brennen gealtert waren. Es ist zu erkennen, dass die Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms bei der Entladungsröhre gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich größer war und nach 2000 Stunden noch bei etwa 90% lag, während sie bei einer konventionellen Lampe unter 80% lag.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine typische Entladungsröhre die folgenden Abessungen und kennzeichnenden Merkmale auf.

Innenkolbenlänge: 4,8–5,3 mm
Innenkolbendurchmesser: 3,8–4,2 mm
Lichtbogenlücke: 2,8–3,0 mm
Quecksilbergewicht: 4,2–8,2 mg
Quecksilberkonzentration: 0,10–0,20 mg/mm³
Betriebsdruck: 80–170 Atmosphären

Die Entladungsröhren mit höherer Quecksilberkonzentration und höherem Druck gemäß der vorliegenden Erfindung bieten erhebliche Gewinne an Leistungsfähigkeit gegenüber gegenwärtigen keramischen Metallhalogenidlampen. Sie bieten gegenüber vergleichbaren Ausführungen der gleichen elektrischen Lampenleistung mit einer niedrigeren Quecksilberkonzentration eine verbesserte Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms und eine verringerte Farbverschiebung über die Lebensdauer hinweg. Die vorliegenden Lampen finden Anwendung als Niedrigenergiealternativen zu Niederspannungshalogenanzeigelampen in Handels-, Büro-, Bühnen-/Studio- und Gebäudebeleuchtungsanwendungen.
Die keramische Entladungsröhre kann aus einer einzigen Komponente oder aus mehreren Komponenten gebildet sein. In einer ersten Ausführungsform ist die Entladungsröhre 14, 114 aus getrennten Komponenten zusammengesetzt. Bei der Entladungsröhre aus 1 sind fünf Hauptkomponenten, die zwei Endwände 16, 18, der röhrenförmige Körper 12 und die zwei vorstehenden Röhren 24, 26 vorhanden. Wie in 5 gezeigt können die Endwände und die vorstehenden Röhren alternativ als Einzelkomponenten aus kombinierter Endwand/Vorsprungsröhre 70, 72 ausgebildet sein.
Unter weiterem Bezug auf 5: Um das Risiko eines Bruches während und nach der Bildung der Entladungsröhre zu verringern, können die Endwände 16, 18 oder die kombinierten Endwand/Vorsprungsröhren 70, 72 mit Verstärkungsabschnitten 50, 52 versehen sein. Die Verstärkungsabschnitte können die Form eines ringförmig verbreiterten Abschnitts annehmen, der sich von einem im Wesentlichen ringförmigen oberen Bereich 54, 56 der jeweiligen Endwand in einer Richtung entgegen den Vorsprungsröhren erstreckt. Die Verstärkungsabschnitte 50, 52 sind in den jeweiligen Enden des röhrenförmigen Körpers aufgenommen, um einen ringförmigen verdickten Bereich 58, 60 zu schaffen, wenn die beiden Elemente miteinander verbunden sind (6).
Die Entladungsröhrenkomponenten werden z.B. durch Warmpressen, Spritzgießen oder Strangpressen einer Mischung aus einem Keramikpulver und einem Bindemittelsystem zu einem festen Körper hergestellt. Bei dem Warmpressen wird eine Mischung aus etwa 95–98% eines Keramikpulvers und etwa 2–5% eines Bindemittelsystems zu einem festen Körper gepresst. Beim Spritzgießen werden größere Mengen von Bindemittel, typischerweise 40–55 Volumenprozent Bindemittel und 60–45 Volumenprozent Keramikmaterial, verwendet.
Das Keramikpulver kann ein beliebiges, konventionell bei der Herstellung von keramischen Metallhalogenidentladungsröhren verwendetes Material sein. Sie werden vorzugsweise aus einer polykristallinen Aluminiumoxidkeramik gebildet, wobei auch andere polykristalline Keramikmaterialien in Betracht gezogen werden, die geeignet sind, hohen Wandtemperaturen von bis zu 1700°–1900°C zu widerstehen und die gegen Angriffe durch die Füllmaterialien resistent sind. Das Keramikpulver kann Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenigstens 99,98 und einer spezifischen Oberfläche von etwa 2–10 m²/g aufweisen. Das Aluminiumoxidpulver kann z.B. mit Magnesiumoxid in einer Menge, die gleich 0,03 bis 0,2% und vorzugsweise 0,05% des Aluminiumoxidgewichts ist, dotiert sein, um das Kornwachstum zu hemmen. Andere Keramikmaterialien, die verwendet werden können, enthalten nicht reaktive, hitzebeständige Oxide und Oxinitride, wie z.B. Yttriumoxid, Lutetiumoxid und Hafniumoxid sowie ihre festen Lösungen und Verbindungen mit Aluminiumoxid, wie z.B. Yttrium-Aluminium-Granat und Aluminiumoxinitrid. Bindemittel, die für das Warmpressen verwendet wer den können, enthalten einzeln oder in Kombination organische Polymere, wie z.B. Polyole, Polyvinylalkohole, Vinylazetate, Akrylate, Kunststoffe auf Zellulosebasis und Polyester. Zum Spritzgießen kann das Bindemittel eine Wachsmischung oder eine Polymermischung aufweisen.
Für Bindemittel, die bei Raumtemperatur fest sind, wird vorzugsweise ein thermoplastisches Formverfahren verwendet. Um ein thermoplastisches Formen auszuführen, wird auf die Keramikzusammensetzung eine ausreichende Hitze und ein ausreichender Druck angewandt, um sie in Abhängigkeit von dem speziellen angewandten thermoplastischen Formverfahren in dem gewünschten Maße zum Fließen zu zwingen. Das Keramikpulver/Bindemittel-Gemisch wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Bindemittel weich oder geschmolzen ist. Bei den meisten kommerziellen thermoplastischen Formtechniken wird das keramische Gemisch erhitzt, um das Bindemittel bei von etwa 60°C bis etwa 200°C schmelzen zu lassen, in Abhängigkeit von der speziellen thermoplastischen Formtechnik unter einem Druck in einem Bereich von etwa 0,35 kg/cm² bis etwa 2100 kg/cm² geformt, und danach wird es dem Gemisch ermöglicht, abzukühlen und sich zu verfestigen. Im Fall des Spritzgießens wird das geschmolzene Keramikgemisch z.B. in eine Form gezwängt, um das geformte Erzeugnis herzustellen. Speziell bei dem Spritzgießen wird das geschmolzene Keramikgemisch vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 65°C bis etwa 90°C und unter einem Druck in einem Bereich von etwa 70 kg/cm² bis etwa 2100 kg/cm² in eine Form gezwängt, wo es ihm ermöglicht wird, zu erhärten, und es danach aus der Form entfernt wird. Die Form kann gekühlt werden, um die Verfestigung zu fördern. Eine Anzahl von thermoplastischen Formtechniken kann angewandt werden, um den vorliegenden geformten Körper herzustellen. Reprä sentative von solchen Techniken sind das Druckspritzgießen, das gasunterstützte Spritzgießen, das Strangpressen, das Blasformen, das Pressformen, das Spritzpressformen, das Ziehen und das Walzen.
Andere Bindemittel, wie z.B. wässrige Bindemittel, brauchen nicht erhitzt zu werden, um einen für das Formen geeignete Slurry bzw. einen Schlamm zu bilden. In einer Einstück-Formtechnik kann z.B. eine aus Gipsmörtel gebildete Form in zwei Hälften erstellt werden. Die Formhälften werden so gebildet, dass die röhrenförmigen Körperabschnitte und Vorsprungsröhren ausgerichtet sind, wenn die Formhälften zusammengesetzt sind. Eine aus einer Mischung aus einem Keramikpulver (z.B. wie oben beschrieben Aluminiumoxid/Magnesiumoxid) und einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, gebildete Slurry wird in die Form eingeleitet. Die Form wird gedreht, um die Slurry über die inneren Oberflächen des Formhohlraums zu verteilen. Weil Gips saugfähig ist, wird das Wasser der Slurry schnell entzogen, wobei eine Schicht aus Keramikpulver auf den Innenwänden zurückgelassen wird. Nach dem Trocknen können die Formhälften entfernt werden, wobei die Entladungsröhre zurückbleibt, die für das weiteres Trocknen, Sintern, Brennen und weitere Verarbeitung bereit ist.
Im Anschluss an das Warmpressen, Spritzgießen, Einstückformen oder eine andere Formtechnik wird das Bindemittel aus dem Grünteil entfernt. Bei den warmgepressten Elementen wird das Bindemittel z.B. durch Lösungsmittelauslaugen mit Hexan und/oder durch thermische Pyrolyse zur Bildung eines geschrühten Elementes entfernt. Die thermische Pyrolyse kann z.B. durch Erhitzen des Grünteils in Luft von Raumtemperatur bis zu einer Maximaltemperatur von etwa 900°–1100°C über vier bis acht Stunden, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 200°–400°C, und danach Halten der Maximaltemperatur für 1–5 Stunden und danach Abkühlen des Teils durchgeführt werden. Nach der thermischen Pyrolyse beträgt die Porosität des geschrühten Elementes etwa 40–50%. Die Pyrolyse oxidiert allgemein die flüchtigen Komponenten und brennt diese aus.
Bei durch Spritzgießen gefertigten Elementen wird das Bindemittel typischerweise durch eine Wärmebehandlung aus dem geformten Element entfernt. Die Wärmebehandlung kann durch Erhitzen des geformten Elementes in Luft oder einer kontrollierten Umgebung, z.B. in Vakuum, Stickstoff oder Edelgas, auf eine Maximaltemperatur durchgeführt werden. Die Temperatur kann z.B. langsam um 2°–3°C pro Stunde von Raumtemperatur auf eine Temperatur von etwa 160°C erhöht werden. Als nächstes wird die Temperatur um etwa 100°C pro Stunde auf eine Maximaltemperatur von etwa 900°–1100°C erhöht. Schließlich wird die Temperatur für etwa 1–5 Stunden bei etwa 900°–1100°C gehalten. Anschließend wird das Element gekühlt. Nach dem Wärmebehandlungsschritt beträgt die Porosität etwa 40–50%.
Das geschrühte Element wird danach bearbeitet, wo es erforderlich ist. Zum Beispiel können eine oder mehrere kleine Bohrungen entlang der Achse eines festen Zylinders gebohrt werden, um die Bohrung(en) des Schenkelabschnitts zu schaffen. Der äußere Abschnitt des festen Zylinders kann durch Bearbeitung, z.B. mit einer Drehmaschine, entfernt werden, um die Außenoberfläche des Schenkelabschnitts 70, 72, 76, eine gekrümmte Ausrundung 100 und einen Flansch 94 zu bilden. Die bearbeiteten Elemente werden typischerweise vor dem Sintern zusammengesetzt, um es zu ermöglichen, dass der Sinterungsschritt die Teile miteinander verbindet. Die Dichten der geschrühten Elemente, die zur Bildung des Rohrelementes und der Endstopfen verwendet werden, sind vorzugsweise so ausgewählt, dass sie ein unterschiedliches Ausmaß an Schwindung während des Sinterungsschritts bewirken. Die verschiedenen Dichten können durch Verwendung von Keramikpulvern mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen erreicht werden. Feinere Pulver führen zu geringeren Dichten als grobkörnigere. Das Rohrelement ist vorzugsweise von einer geringeren Dichte als der Endstopfen, so dass es stärker schwindet.
Bei Entladungsröhren, die wie oben beschrieben mit einer Einstück-Formtechnik gebildet worden sind, liegen nicht die gleichen, oben erörterten Dichteverhältnisse vor, weil das Grünteil anstelle von separaten Komponenten, die in dem Sinterungsschritt verbunden werden, eine Einzelkomponente ist. Wenn die Größe und die Formgebung der Form sorgfältig ausgewählt werden, kann weiterhin ein Bearbeiten des geschrühten Elementes unnötig sein, weil die Form zum Festlegen der Außenoberfläche einschließlich Rundungen und innerer Bohrungen verwendet werden kann. Es wird jedoch erkannt, dass dieses Verfahren ein Rohrelement von im Wesentlichen gleichmäßiger Wanddicke liefert. Die in 6 gezeigten verdickten Abschnitte 50, 52, werden mit diesem Verfahren nicht leicht gebildet. Wegen der einstückigen Konstruktion ist der Übergang von dem Rohrelement zu der Endwand jedoch naturgemäß stärker als bei einer äquivalenten Entladungsröhre, die aus separaten Komponenten aufgebaut ist, und neigt naturgemäß dazu, ein gekrümmtes Profil aufzuweisen, das Spannungen verringert.
Der Sinterungsschritt kann durch Erhitzen der geschrühten Elemente oder der Entladungsröhre in Wasserstoff mit einem Taupunkt von etwa 10°–15°C oder in einer Inertatmosphäre ausgeführt werden. Argongas schafft eine geeignete Inertatmosphäre, während auch andere Inertgase in Betracht gezogen werden. Die Temperatur wird typischerweise von Raumtemperatur über eine Dauer von zwei Stunden hinweg auf etwa 1300°C erhöht. Als nächstes wird die Temperatur für etwa zwei Stunden auf etwa 1300°C gehalten. Die Temperatur wird danach um etwa 100°C pro Stunde auf eine Maximaltemperatur von etwa 1850°–1900°C erhöht und für etwa drei bis fünf Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Schließlich wird die Temperatur über etwa zwei Stunden hinweg auf Raumtemperatur abgesenkt. Die Einbeziehung von Magnesiumoxid in das Keramikpulver verhindert typischerweise, dass die Korngröße auf über 75 μm anwächst. Das sich ergebene Keramikmaterial weist ein dicht gesintertes, polykristallines Aluminiumoxid auf.
Während des Sinterungsschritts können auch Drücke über dem atmosphärischen Druck angewandt werden. Die geschrühte Keramik wird während der Sinterung von einem opaken Material in ein lichtdurchlässiges polykristallines Aluminiumoxid umgewandelt. Der Sinterungsschritt verstärkt auch die Verbindungen zwischen den Komponenten der Entladungsröhre. Andere Sinterungsverfahren werden ebenfalls in Betracht gezogen.
Das sinterfähige Keramikpulver weist vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,01–1000 μm und besonders bevorzugt von unter etwa 50 μm auf. Bei Entladungsröhrenanwendungen liegt die Durchschnittsgröße des Keramikpulvers vorzugsweise in einem Bereich bis zu etwa 10 μm und hängt in hohem Maße von der speziellen angewandten Verdichtungstechnik ab, d.h. beim Reaktionssintern bzw. Reaction Bonding können größere Partikelgrößen verwendet werden, während kleinere Partikelgrößen beim Sintern eines Presslings aus diesen verwendet würden. Das Keramikpulver weist jedoch vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße auf, die im Submikrometerbereich liegt, und besonders bevorzugt weist es eine durchschnittliche Partikelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 μm bis zu etwa 1 μm auf.
Eine Quecksilberdampflampe mit niedriger elektrischer Leistung weist ein Entladungsgefäß 10 auf, das einen röhrenförmigen Körper 12, eine erste und eine zweite Elektrode 24, 26 und zwei Endwände 16, 18 enthält, die gegenüberliegende Enden des röhrenförmigen Körpers verschließen. Das Entladungsgefäß enthält ein ionisierbares Füllmaterial, das eine Quecksilberkonzentration von 0,10 bis 0,20 mg/mm³ aufweist. Das Entladungsgefäß arbeitet bei erhöhten Drücken von 80 bis 170 Atmosphären bei einer Leistung von 20 Watt, wobei sich eine verbesserte Alterungsbeständigkeit des Lichtstroms und eine verringerte Farbverschiebung über die Lebensdauer hinweg ergeben.
Die Erfindung ist unter Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben worden. Offensichtlich werden anderen beim Lesen und Verstehen der vorangegangenen detaillierten Beschreibung Abwandlungen und Änderungen einfallen. Es ist beabsichtigt, dass die Erfindung so ausgelegt wird, dass sie alle solche Abwandlungen und Änderungen einschließt, sofern sie in den Bereich der beigefügten Ansprüche oder der Äquivalente derselben fallen.

Claims

Metallhalogenidlampe, die aufweist: ein Entladungsgefäß (10); eine äußere Lampenumhüllung (40), die das Entladungsgefäß einschließt; ein Paar von Elektroden (20, 22), die in gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes abgedichtet angeordnet sind; und eine ionisierbare Füllung, die in dem Entladungsgefäß enthalten ist; wobei die ionisierbare Füllung Quecksilber in einer Konzentration von 0,11 bis 0,20 mg/mm³ enthält.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, bei der die Quecksilberkonzentration etwa 0,12 mg/mm³ beträgt.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, bei der das Entladungsgefäß (10) bei einem Innendruck von etwa 80 bis etwa 170 Atmosphären bei einer Entladungsröhrentemperatur von 2000 K arbeitet.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, bei der das Entladungsgefäß (10) bei 120 Volt arbeitet.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, die eine Leistung von 20 Watt aufweist.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, bei der eine Lichtbogenlücke zwischen den Elektroden (20, 22) 2,0 bis 3,0 mm beträgt.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, bei der das Entladungsgefäß (10) Aluminiumoxid aufweist.
Entladungsgefäß (10), das aufweist: einen röhrenförmigen Körper (12) aus einem lichtdurchlässigen Keramikmaterial; eine erste und eine zweite Endwand (16, 18), die Enden des röhrenförmigen Körpers schließen, um einen Entladungsraum (14) zu definieren; eine erste und eine zweite Vorsprungsröhre (24, 26), die jeweils an der ersten bzw. zweiten Endwand befestigt ist und sich von dem röhrenförmigen Körper weg erstreckt; eine ionisierbare Füllung, die in dem röhrenförmigen Körper enthalten ist, um eine Entladung zu erzeugen, wobei die ionisierbare Füllung Quecksilber in einer Konzentration von etwa 0,11 mg/mm³ bis 0, 20 mg/mm³ enthält; eine erste und eine zweite Elektrode (20, 22), die in der Kammer gehaltert sind; wobei sich die erste Elektrode durch die erste Vorsprungsröhre hindurch erstreckt und in dieser abgedichtet angeordnet ist, wobei sich die zweite Haupt elektrode durch die zweite Vorsprungsröhre hindurch erstreckt und in dieser abgedichtet angeordnet ist.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, bei dem jede der Endwände (16, 18) mit einem ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist, der während der Bildung des Entladungsgefäßes mit dem röhrenförmigen Körper (12) verbunden wird, um an jedem Ende des Entladungsraums einen ringförmigen verbreiterten Abschnitt zu schaffen.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, bei dem die erste und zweite Elektrode (20, 22) einen Abstand von 2,0 bis 3,0 mm zwischen sich aufweisen.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, bei dem das Entladungsgefäß (10) einen Innendruck von 80 bis 170 Atmosphären bei einer Temperatur von 2000 K aufweist.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, bei dem das Gefäß (10) bei etwa 20 Watt arbeitet und ein Potential von etwa 120 Volt aufweist, das zwischen den Elektroden (20, 22) anliegt.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, das eine Länge von 4,8 bis 5,3 mm aufweist.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, bei dem die Füllung Quecksilber in einer Gesamtmenge von etwa 4,2 bis 8,2 mg aufweist.
Entladungsgefäß nach Anspruch 8, bei dem der Körper (12) aus einem polykristallinen Aluminiumoxid gebildet ist.