DE112012000355T5

DE112012000355T5 - Keramisches Entladungsgefäß und entsprechende Lampe und Verfahren zur Herstellung eines solchen Gefäßes

Info

Publication number: DE112012000355T5
Application number: DE112012000355T
Authority: DE
Inventors: Chad Coughlin; Thomas Wichmann
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-10-17
Also published as: CN103329238B; CN103329238A; WO2012113659A1; US9218950B2; US20140232261A1

Abstract

Keramisches Entladungsgefäß (2) für Entladungslampen mit einem zentralen Hauptteil, der sich zwischen den Spitzen zweier Elektroden (15) erstreckt und der im Wesentlichen rohrförmig ist, und mit zwei Enden (12) zum Fixieren und Abdichten eines Elektrodensystems, wobei das Gefäß eine Längsachse aufweist und wobei der Hauptteil aus zwei Hälften (10) besteht, die in der Mitte des Hauptteils verbunden sind, wobei die zwei Hälften kegelstumpfförmig (20) mit einem Entformungswinkel p von 0,5° ≤ p ≤ 7,0° geformt sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein keramisches Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Das Gefäß ist zur Verwendung in Hochdruck-Entladungslampen gedacht, besonders solchen mit Metallhalogenidfüllung.
Die Erfindung betrifft weiter eine entsprechende Lampe und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gefäßes.
Stand der Technik
EP 1 709 667 offenbart eine Metallhalogenidlampe, die aus durchscheinender Keramik besteht. Sie ist von einem Außenrohr umgeben. Das Gefäß hat eine jeweilige Länge L eines Abstands zwischen den Elektroden und einen jeweiligen Innendurchmesser D. Das Verhältnis L/D, das so genannte Aspektverhältnis, liegt im Bereich von 4,0 ≤ L/D ≤ 10,0. Mit anderen Worten weist das Gefäß ein hohes Aspektverhältnis L/D auf. Ein Hauptteil des Gefäßes erstreckt sich zwischen zwei Elektroden.
Ein typisches Verhältnis R/r für solche Lampen liegt im Bereich 3,4 ≤ R/r ≤ 7,0. Der Parameter R ist ein Durchschnittsinnendurchmesser des Abschnitts des Außenrohrs, der positionsmäßig dem Abstand zwischen den Elektroden entspricht, des so genannten Hauptteils. Der Parameter r ist ein Außendurchmesser des Hauptteils innerhalb eines Bereichs, der in einer radialen Richtung des Außenrohrs und des Entladungsgefäßes dem Abstand zwischen den Elektroden positionsmäßig entspricht, an einer Querschnittsfläche, wo ein Außenumfang des Bogenrohres einem Innenumfang des Außenrohrs am nächsten kommt.
WO 2010/018048 offenbart eine Mikrowellenlampe mit einem Gefäß, dessen Durchmesser zu den Enden hin reduziert ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung zu erleichtern und somit die Herstellungskosten für ein keramisches Entladungsgefäß mit einem hohen Aspektverhältnis, besonders von mindestens 4,0, zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Entladungsgefäße mit hohem Aspektverhältnis sind schwer herzustellen. Bis jetzt wurden sie als zylindrische Rohre hergestellt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Entformungswinkel in dem Hauptteil des Gefäßes im Hinblick auf Herstellbarkeit von keramischen Rohlingen nützlich ist. Das Gefäß wird oft aus typischen Keramiken wie Aluminiumdioxid, vorzugsweise PCA, oder AlON oder Saphir oder Dy2O3 hergestellt.
Für den Hauptteil des Gefäßes wird eine zweiteilige Ausführung verwendet, die schon als Grundgedanke bekannt ist, siehe zum Beispiel US 2004/056599 . Eine solche zweiteilige Ausführung wurde bisher für bauchige Formen verwendet. Eine weitere zweiteilige Lösung ist in EP 1 006 552 und EP 991 108 offenbart, wo ein als Kegelstumpf geformtes Gefäß zusammen mit einem separaten Pfropfen verwendet wird. Einzelheiten zur Herstellung solcher Gefäße können dort gefunden werden. Eine ähnliche Ausführung ist in EP 1 089 321 offenbart, die eine Ausführung mit zwei Hälften, die zylindrisch oder bauchig sind, verwendet. Die Verbindung geschieht über eine Überlappverbindung, wobei eine kegelstumpfförmige oder absatzähnliche Form des Verbindungsbereichs ausgenutzt wird.
Das erfindungsgemäße Gefäß hat einen rohrförmigen Hauptteil, der aus zwei Hälften besteht, die in der Mitte des Gefäßes verbunden sind. Die Enden der rohrförmigen Hauptteile sind abgerundet und mit Kapillaren oder dergleichen verbunden. In den zwei Kapillaren sind zwei Elektroden versiegelt.
Der rohrförmige Hauptteil ist nicht genau zylindrisch, sondern die beiden Hälften sind eher geneigt wie Kegelstümpfe, die an der Basis verbunden sind. Der Neigungswinkel wird Entformungswinkel p genannt.
Der Entformungswinkel p wird in dem Bereich 0,5° ≤ p ≤ 7,0° gewählt. Im Fall p < 0,5° besteht hinsichtlich der Herstellbarkeit des keramischen Rohlings kein Vorteil. Im Fall p > 7,0° besteht ein erhöhtes Risiko, dass die Füllung in der Mitte des Gefäßes um den Ring der Verbindung der zwei Hälften kondensiert.
Der spezielle Vorteil des zwischen 0,5° und 7,0° liegenden Entformungswinkels ist reduziertes Schrumpfen des Gefäßes nach dem Formungsprozess, der zum Beispiel durch Spritzgießen stattfinden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Reduktion der Formwerkzeugabnutzung während der Teilentfernung aus der Form. Noch ein weiterer Vorteil ist die Reduzierung von Ziehspuren und Kratzern an den Seitenwänden der zwei Hälften. Ein noch weiterer Vorteil liegt darin, dass die Hälften leicht aus der Form entfernt werden können, da die Ausstoßkräfte reduziert sind.
Die wesentlichen Merkmale dieser Erfindung sind wie folgt zusammengefasst:
Keramisches Entladungsgefäß für Entladungslampen, mit einem zentralen Hauptteil, der im Wesentlichen rohrförmig ist, und mit zwei Enden zum Festmachen und Abdichten eines Elektrodensystems, wobei der Hauptteil aus zwei Hälften besteht, die in der Mitte des Hauptteils verbunden sind, wobei die zwei Hälften kegelstumpfförmig mit einem Entformungswinkel p von 0,5° ≤ p ≤ 7,0° sind.
Vorzugsweise liegt der Winkel zwischen 2° und 4°. Die zwei Winkel müssen nicht identisch sein. Sie können sich etwas voneinander unterscheiden, um bis zu 10% in Bezug auf den niedrigeren Wert.
Das keramische Material des Gefäßes besteht vorzugsweise aus Aluminiumdioxid, vorzugsweise mit Zirkoniumdioxid und Yttriumdioxid oder mit anderen bekannten Dotiersubstanzen dotiert.
Das Aspektverhältnis des Gefäßes, das als die Bogenlänge zwischen den Elektrodenspitzen verstanden wird, und dem maximalen Innendurchmesser des Gefäßes ist vorzugsweise zwischen 4 und 7 gewählt.
Die Hälften müssen nicht völlig identisch sein, aber ähnlich, zum Beispiel können sie ein männliches und weibliches Teil in Bezug auf eine Überlappungsverbindung sein, oder die Entformungswinkel der zwei Teile können sich unterscheiden, vorzugsweise um bis zu 10% oder sogar mehr.
Eine mögliche Art der Herstellung verwendet die folgenden Schritte:

– Formen von zwei Hälften aus keramischem Material in einem Rohlingzustand mit einer Kegelstumpfform;
– Verbinden der zwei Hälften an der Basislinie des Kegelstumpfes;
– Einsetzen der Elektrodensysteme in die Enden des Gefäßes;
– Anbringen eines Außenrohrs an das Gefäß.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung mittels Ausführungsformen beschrieben. Die Figuren zeigen:
1 eine Metallhalogenidlampe mit einem keramischen Bogenrohr;
2 eine Ansicht des Entladungsgefäßes;
3 eine detaillierte Ansicht des Entladungsgefäßes;
4 eine weitere Ausführungsform eines Entladungsgefäßes.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Ausführungsform einer Metallhalogenidlampe 1 mit einem hohen Aspektverhältnis. Ein im Wesentlichen zylindrisches keramisches Entladungsgefäß 2 ist entlang einer Längsachse A innerhalb eines Außenkolbens 3 orientiert. Ein Träger 4 innerhalb des Außenkolbens fixiert das Gefäß 2.
Das Gefäß hat ein hohes Aspektverhältnis von ungefähr 5,0 bis 7,0. Ein derartiges Gefäß ist für Straßenbeleuchtungsleuchten gedacht.
2 offenbart, dass das Gefäß 2 aus zwei Hälften 10 gebildet ist, die im Wesentlichen kegelstumpfförmig sind, wobei ihre Basislinie einander zugewandt sind. Sie sind in der Mitte des Gefäßes mittels eines Bauchs 11 verbunden. Eine mögliche Art der Verbindung ist es, die Hälften 10 in ihrem Rohlingszustand zu verbinden. Dieses Verfahren enthält die Anwendung von Wärme auf die zu verbindenden Basislinien, um ein lokalisiertes Schmelzen des Bindematerials in den keramischen Rohlingshälften zu verursachen. Die Flächen werden dann zusammengebracht und durch abwechselnde Anwendung von Kompression und Dehnung verbunden. Schließlich wird ein einteiliger keramischer Bogenrohrkörper gebildet, siehe US-B 6 620 272 für weitere Einzelheiten.
Das distale Ende jeder Hälfte 10 wird abgerundet und führt zu einer Kapillaren 12.
Eine alternative Art der Verbindung ist eine Überlappungsverbindung, wie in EP 1 089 321 beschrieben. Hier kann jede Hälfte durch eine herkömmliche Keramikausbildungsmethode erzeugt werden.
3 zeigt ein Detail des Gefäßes 2. Die zwei Hälften 10 sind kegelstumpfförmig, mit einem Entformungswinkel p1 und p2 von 2° bis 4°. Für die Innenfläche und Außenfläche des Gefäßes wird der gleiche Entformungswinkel (p3 = p1) verwendet. Die Wanddicke des Entladungsgefäßes ist konstant, mit der möglichen Ausnahme des Bereichs der Verbindung, der bauchig sein kann.
4 zeigt eine Ausführungsform eines Gefäßes 2 mittels einer Überlappungsverbindung. Der Bereich 22 der Verbindung hat einen männlichen und einen weiblichen Abschnitt 16, 17 an den zwei Hälften, wobei die Abschnitte zusammenpassen. Das Entladungsgefäß 2 hat zwei Teile 10 und nur die Innenwandfläche 20 der Hälften ist kegelstumpfförmig. Die Außenwandfläche 23 ist zylindrisch. Ein Elektrodensystem 15 ist innerhalb der Kapillaren 12 mittels Lotglas, zum Beispiel, oder direktes Sintern abgedichtet.
Der Entformungswinkel p1 und p2 kann sich für die zwei Hälften 10 unterscheiden, wie als Beispiel in dieser Ausführungsform von 4 gezeigt ist. Die Entformungswinkel sind in der Regel als p1 = 2,1° und p2 = 2,2° gewählt.
Als allgemeine Regel kann der Innen- und Außenentformungswinkel eines Halbteils schwanken, so dass der Unterschied der Wanddicke vorzugsweise bis höchstens 25% sein könnte. Dies entspricht grob einem Unterschied von höchstens bis zu 0,5°. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, größere Unterschiede des Entformungswinkels für Innen- und Außenentformungswinkel in einem Halbteil oder für die zwei Hälften anzuwenden, besonders einen Wert von bis zu 50%.
Betreffend die Situation der zwei Hälften können die Entformungswinkel der zu verbindenden zwei Halbteile den gleichen Zustand aufweisen, wodurch die Ausrichtung der zwei Teile vorzugsweise um höchstens bis zu 25% Wanddicke schwanken würde. Wieder sind höhere Werte, besonders bis zu 50%, nicht ausgeschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1709667 [0003]
WO 2010/018048 [0005]
US 2004/056599 [0011]
EP 1006552 [0011]
EP 991108 [0011]
EP 1089321 [0011, 0031]
US 6620272 B [0029]

Claims

Keramisches Entladungsgefäß für Entladungslampen, mit einem zentralen Hauptteil, der sich zwischen den Spitzen zweier Elektroden erstreckt und der im Wesentlichen rohrförmig ist, und mit zwei Enden zum Fixieren und Abdichten eines Elektrodensystems, wobei das Gefäß eine Längsachse aufweist und wobei der Hauptteil aus zwei Hälften besteht, die in der Mitte des Hauptteils verbunden sind, wobei die zwei Hälften kegelstumpfförmig mit einem Entformungswinkel p von 0,5° ≤ p ≤ 7,0° geformt sind.
Keramisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, wobei der Winkel p zwischen 2° und 4° liegt.
Keramisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, wobei sich die Entformungswinkel der zwei Hälften um höchstens 10% in Bezug auf den niedrigeren Wert unterscheiden.
Keramisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, wobei das Gefäß ein hohes Aspektverhältnis von mindestens 4,0 aufweist.
Keramisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, wobei das Gefäß im Wesentlichen aus Aluminiumdioxid besteht.
Keramisches Entladungsgefäß nach Anspruch 5, wobei das Material ferner mindestens Dotierstoffe der Art Zirkoniumdioxid und Yttriumdioxid enthält.
Hochdruck-Entladungslampe mit einem Gefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 7, wobei ein Außenkolben das Entladungsgefäß umgibt.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 7, wobei das Gefäß zwei Elektroden und eine Metallhalogenidfüllung enthält.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 7, wobei die Lampe in eine Leuchte eingesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Entladungsgefäßes nach Anspruch 1 mit den folgenden Schritten: – Formen von zwei Hälften aus keramischem Material in einem Rohlingszustand mit einer Kegelstumpfform; – Verbinden der zwei Hälften an der Basislinie des Kegelstumpfes; – Einsetzen der Elektrodensysteme in die Enden des Gefäßes; – Anbringen eines Außenrohrs an das Gefäß.