DE1189648B

DE1189648B - Method for producing a gas discharge lamp, in particular a discharge flash lamp, and device for this

Info

Publication number: DE1189648B
Application number: DEB68339A
Authority: DE
Inventors: Karl Ziegler
Original assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Current assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Priority date: 1962-08-07
Filing date: 1962-08-07
Publication date: 1965-03-25

Description

Verfahren zur Herstellung einer Gasentladungslampe, insbesondere einer Entladungsblitzlampe, und Vorrichtung hierfür Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gasentladungslampe, insbesondere einer Entladungsblitzlampe, mit zwei kalten Elektroden für den Entladungsvorgang, von denen mindestens eine als Kathode arbeitende Elektrode mit einer die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzenden, im Vakuum aufgedampften Oberflächenschicht versehen ist.Method for producing a gas discharge lamp, in particular one Discharge flash lamp and device therefor. The invention relates to a method for the production of a gas discharge lamp, in particular a discharge flash lamp, with two cold electrodes for the discharge process, at least one of which Electrode working as a cathode with an electrode that reduces the work function of the electrons, is provided in the vacuum vapor-deposited surface layer.

Es ist bekannt, bei Gasentladungslampen, die mit Gleichstrom betrieben werden und kalte Elektroden haben, die Oberfläche der Kathode mit einer Schicht aus aktivierendem Material zu versehen, die die Austrittsarbeit der Elektronen herabsetzen und die Zündeigenschaften der Lampe verbessern soll. Für diese Aktivierungsschichten können verschiedenartige Materialien, insbesondere aber auch Verbindungen oder Legierungen von Alkali- oder Erdalkalimetallen verwendet werden.It is known for gas discharge lamps that are operated with direct current be and have cold electrodes, the surface of the cathode with a layer made of activating material that reduce the work function of the electrons and to improve the ignition properties of the lamp. For these activation layers can be different materials, but especially compounds or alloys of alkali or alkaline earth metals.

Die kalten Kathoden von Entladungsblitzlampen bestehen meistens aus einer Drahtwendel, die auf einen dünnen Stab geschoben wird und mit diesem eben abschließt. Als Wendelmaterial wird wegen seines niedrigen Dampfdruckes und seines hohen Schmelzpunktes vorzugsweise Wolfram oder auch Molybdän verwendet. Der die Wendel tragende dünne Stab besteht vorwiegend aus Wolfram und muß sich mit dem für den Lampenkolben verwendeten Hartglas vakuumdicht verschmelzen lassen. Sein Durchmesser liegt je nach Art und Leistung der Lampe zwischen 0,8 und 1,2 mm.The cold cathodes of discharge flash lamps usually consist of a wire helix that is pushed onto a thin rod and level with it concludes. Because of its low vapor pressure and its high melting point preferably tungsten or molybdenum is used. The who The thin rod carrying the helix consists mainly of tungsten and must be compatible with the for Let the hard glass used for the lamp bulb fuse together in a vacuum-tight manner. Its diameter is between 0.8 and 1.2 mm, depending on the type and power of the lamp.

Da Entladungsblitzlampen mit möglichst niedriger Zündspannung zuverlässig gezündet werden sollen, geht das Bestreben u. a. dahin, den Elektronenaustritt aus der Kathode mit einem möglichst geringen Energiebedarf zu ermöglichen. Bei reinen Wolfram-bzw. Molybdänoberflächen, wie sie im Hochvakuum bei sorgfältiger Entgasung erzielt werden können, liegt die Elektronenaustrittsarbeit bei 4,5bzw.4,3 eV.Since discharge flash lamps with the lowest possible ignition voltage are reliable are to be ignited, the endeavor goes among other things. there, the electron exit to enable the cathode with the lowest possible energy requirement. With pure Tungsten or Molybdenum surfaces as they are in a high vacuum with careful degassing can be achieved, the electron work function is 4.5 or 4.3 eV.

Sobald aber die Oberfläche der Kathode mit artfremden Stoffen in Berührung kommt, kann leicht eine sogenannte Zwischenschicht entstehen, die die Austrittsarbeit sowohl nach der einen als auch nach der anderen Richtung hin beeinflussen kann. Bereits eine monomolekulare Zwischenschicht kann ausreichen, um die für die reine Oberfläche ermittelten Werte stark zu verändern. Während bei einer reinen Wolframoberfläche beispielsweise die Zündspannung einer Entladungsblitzlampe noch gerade einen vertretbaren Wert hat, wird sie bei einer extrem dünnen Oxydzwischenschicht auf unerträgliche Werte erhöht.But as soon as the surface of the cathode comes into contact with foreign substances comes, a so-called intermediate layer can easily arise, which is the work function can influence both in one and in the other direction. Already a monomolecular intermediate layer can be sufficient for the pure Surface values to change significantly. While with a pure tungsten surface For example, the ignition voltage of a discharge flash lamp is just about an acceptable one If there is an extremely thin intermediate oxide layer, it becomes unbearable Values increased.

Aus diesem Grunde werden auch die kalten Kathoden von Entladungsblitzlampen durchweg mit Alkali- oder Erdalkalimetallen oder mit Verbindungen dieser Metalle präpariert. Als elektropositive Elemente mit großem Atomvolumen weisen sie die niedrigsten Austrittsarbeiten auf.For this reason, the cold cathodes of discharge flash lamps are also used consistently with alkali or alkaline earth metals or with compounds of these metals prepared. As electropositive elements with a large atomic volume, they have the lowest Work jobs on.

Bei den bekannten Gasentladungslampen und Entladungsblitzlampen werden die erläuterten aktivierenden Schichten im allgemeinen durch Aufsprühen, Aufsintern oder Aufstreichen auf die Kathode gebracht. Diese Präparierung der Kathoden erfolgt durchweg vor dem Einbau in den Lampenkolben.In the known gas discharge lamps and discharge flash lamps the described activating layers generally by spraying on, sintering on or spread on the cathode. This preparation of the cathodes takes place consistently before installation in the lamp bulb.

Für die Herstellung von Kathodenwendeln für Entladungsblitzlampen sind beispielsweise Verfahren bekannt, bei denen auf eine lange, für mehrere, z. B. 10 Kathoden ausreichende Wendel zunächst eine Nickelsuspension aufgesprüht und im Wasserstoffofen aufgesintert wird. Danach wird das eigentliche, in Pastenform gebrachte Aktivierungsmaterial aufgesprüht und ebenfalls einem Sintervorgang unterworfen. Die so präparierte Wendel wird anschließend in für die einzelnen Kathoden passende Längen geschnitten und auf den dünnen, als Träger dienenden Wolframstab geschoben.For the manufacture of cathode coils for discharge flash lamps For example, methods are known in which on a long, for several, z. B. 10 cathodes sufficient coil first sprayed a nickel suspension and is sintered in a hydrogen furnace. After that, the actual, in paste form applied activation material is sprayed on and also subjected to a sintering process. The filament prepared in this way is then made into a suitable shape for the individual cathodes Cut lengths and pushed onto the thin tungsten rod that serves as a carrier.

Nach einem anderen bekannten Vorschlag wird ein Gemisch von Kalziumchlorid und Aluminiumpulver auf das Grundmetall der Kathode gebracht. Ferner ist es bekannt, ein Alkalimetall-Amalgan zur Aktivierung auf die Kathode aufzubringen. Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen die Aktivierungsschicht ohne eine Nickelzwischenschicht auf den Wendeldraht aufgebracht wird. Auch gibt es Verfahren, bei denen ein Teil der auf den Wendeldraht aufgebrachten Aktivierungsschicht nach dem Sintern wieder von der Wendel abgebürstet wird, damit unerwünschte Verschmutzungen des Lampenkolbens während der Entladung vermieden werden. Schließlich ist es auch bekannt, für den Wendeldraht einen Manteldraht zu benutzen, dessen Kern unmittelbar aus dem aktivierenden Material, z. B. einer Alkali- oder Erdalkalinmetallegierung besteht, wobei der zum Beispiel aus Eisen bestehende Mantel des aufgewickelten Drahtes auf der dem tragenden Wolframstab zugewendeten Seite so weit weggeschliffen ist, daß der aktive Kern an dem Stab anliegt.According to another known proposal, a mixture of calcium chloride is used and aluminum powder placed on the base metal of the cathode. It is also known to apply an alkali metal amalgan to the cathode for activation. There are still Process known in which the activation layer without a nickel intermediate layer is applied to the helical wire. There are also procedures in which a part the activation layer applied to the helical wire again after sintering is brushed off the filament, so that undesired contamination of the lamp bulb should be avoided during discharge. After all, it is too known to use a sheathed wire for the helical wire, the core of which is immediate from the activating material, e.g. B. an alkali or alkaline earth metal alloy consists, for example, of iron sheath of the wound wire on the side facing the supporting tungsten rod is ground away so far that that the active core rests against the rod.

Auch ist schon der Vorschlag gemacht worden, ein Alkalimetall in Dampfform unmittelbar auf der Kathode niederzuschlagen. Die Erfindung geht von diesem bekannten Vorschlag aus und zeigt einen Weg, wie nach diesem Grundsatz auf einfache und zuverlässige Weise besonders wirkungsvoll aktivierte Kathoden für Gasentladungslampen gewonnen werden können.The proposal has also been made to use an alkali metal in vapor form to be deposited directly on the cathode. The invention proceeds from this known Proposal and shows a way how to use this principle in a simple and reliable way In this way, activated cathodes for gas discharge lamps were obtained in a particularly effective manner can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Gasentladungslampe besteht darin, daß die Elektroden mit blanker Oberfläche in den Lampenkolben eingeschmolzen werden, darauf der Lampenkolben in üblicher Weise evakuiert und ausgeheizt wird, wobei im Verlaufe der Evakuierung zur Bildung der Oberflächenschicht durch Erhitzen von Cäsiumjodid Cäsiumdampf in dampfförmiger Gestalt in den Lampenkolben gebracht sowie mindestens auf der Oberfläche der Elektrode niedergeschlagen wird, während der gleichzeitig bei der Erhitzung von Cäsiumjodid entstehende Joddampf an Kalzium gebunden wird, und schließlich die Lampe zu Ende evakuiert und dann das Füllgas eingebracht wird.The method according to the invention for producing a gas discharge lamp consists in that the electrodes with a bare surface are melted into the lamp bulb then the lamp bulb is evacuated and baked out in the usual way, in the course of evacuation to form the surface layer by heating of cesium iodide brought cesium vapor in vapor form into the lamp bulb as well as being deposited on at least the surface of the electrode while the iodine vapor of calcium produced at the same time as the cesium iodide is heated is bound, and finally the lamp is evacuated to the end and then the filling gas is introduced.

Das Aufbringen der Cäsiumschicht geschieht also im Verlauf des Auspumpens des Lampenkolbens. Zum Auspumpen von Entladungsblitzlampen wird beispielsweise gern eine Pumpanlage verwendet, die mit einer zum gleichzeitigen Anschluß mehrerer Lampenkolben geeigneten und mit einer Hochvakuumpumpe verbundenen Pumpgabel versehen ist. Zum Ausheizen der Lampenkolben dient hierbei ein die Pumpgabel und die Lampenkolben umschließender Heizkasten. Durch eine recht einfache Abänderung bzw. Ergänzung einer solchen Anlage kann das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden.The application of the cesium layer takes place in the course of pumping out of the lamp bulb. For example, for pumping discharge flash lamps a pumping system used with one for the simultaneous connection of several lamp bulbs suitable pump fork connected to a high vacuum pump. To the The pump fork and the lamp bulb are used to bake out the lamp bulb enclosing heater box. By simply changing or adding a The method according to the invention can be carried out in such a system.

Um mit einer solchen Pumpanlage eine Cäsiumschicht auf die Kathode aufdampfen zu können, braucht die Pumpanlage lediglich durch einen mit der Pumpgabel verbundenen, aber außerhalb des Heizkastens angeordneten Behälter zur Aufnahme von Cäsiumjodid und gekörntem Kalzium sowie durch ein in der Pumpgabel zwischen der Verbindung mit dem Behälter und der Hochvakuumpumpe angeordnetes Absperrventil ergänzt zu werden.To apply a layer of cesium to the cathode with such a pumping system To be able to vaporize, the pumping system only needs one with the pump fork connected, but arranged outside of the heating box container for receiving Cesium iodide and granulated calcium as well as by one in the pump fork between the Connection with the container and the high vacuum pump arranged shut-off valve added to become.

Wie mit einer derartig ergänzten Pumpanlage das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, sei an Hand des nachstehenden Ausführungsbeispiels, das die Herstellung von Entladungsblitzlampen beschreibt, erläutert: Im allgemeinen werden hundert oder mehr Entladungsblitzlampen gleichzeitig an einer Pumpgabel gemeinsam evakuiert und dann mit Xenon gefüllt. Zu diesem Arbeitsgang gehört auch das Ausheizen der Lampen, um unerwünschte Restgase und Dämpfe schneller zu beseitigen. Die Ausheiztemperatur liegt dicht unter dem Transformationspunkt der für die Lampenkolben verwendeten Glassorte, beträgt also ungefähr 530° C. Die Kathodenwendeln werden entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in blankem, nicht präpariertem Zustand in den Lampenkolben eingeschmolzen und auf die Pumpgabel gebracht. An die Pumpgabel wird eine Ampulle angeschmolzen, die aus dem Ausheizkasten herausragt und so auch während des Ausheizens normalerweise auf Zimmertemperatur gehalten werden kann. Diese Ampulle dient als Behälter für Cäsiumjodid und gekörntem Kalzium. Beispielsweise bringt man in die Ampulle 0,5 g Cäsiumjodid und 2.5 g gekörntes Kalzium.As with such a supplemented pumping system, the method according to the invention can be carried out, be on the basis of the following embodiment, the describes the manufacture of discharge flash lamps, explains: In general a hundred or more discharge flashlights are simultaneously connected to a pump fork evacuated and then filled with xenon. This process also includes baking out of the lamps to remove unwanted residual gases and vapors more quickly. The bakeout temperature lies just below the transformation point of that used for the lamp bulbs Type of glass, so is around 530 ° C. The cathode coils are accordingly the method according to the invention in the bare, unprepared state in the lamp bulb melted down and put on the pump fork. An ampoule is attached to the pump fork melted, which protrudes from the bakeout box and so also during the bakeout can usually be kept at room temperature. This ampoule serves as a Containers for cesium iodide and granular calcium. For example, in the Ampoule 0.5 g cesium iodide and 2.5 g granulated calcium.

Nach dem Ausheizvorgang, wenn sich die Pumpgabel noch auf einer Temperatur von ungefähr 530° C befindet, wird die Hochvakuumpumpe durch ein Absperrventil von der Pumpgabel getrennt, so daß die Pumpgabel zusammen mit den angesetzten Lampenkolben ein abgeschlossenes evakuiertes System darstellt, das eine Temperatur von ungefähr 530° C aufweist. Nunmehr wird die das Cäsiumjodid und das gekörnte Kalzium enthaltende, aus dem Ausheizkasten herausragende Ampulle auf irgendeine beliebige Weise, beispielsweise durch eine Flamme oder durch eine Wirbelstromheizung, so hoch erhitzt, daß das Cäsiumjodid zerfällt und Cäsium frei wird. Das frei gewordene Cäsium wandert in dampfförmigem Zustand in die Pumpgabel und von dort in die Lampenkolben. Das ebenfalls bei dem Zerfall des Cäsiumjodids entstehende dampfförmige Jod wird an das in der Ampulle befindliche Kalzium gebunden und verläßt daher die Ampulle nicht.After the heating process, when the pump fork is still at the same temperature of approximately 530 ° C, the high vacuum pump is switched off by a shut-off valve the pump fork separated so that the pump fork together with the attached lamp bulb represents a closed evacuated system that has a temperature of approximately 530 ° C. Now the one containing the cesium iodide and the granular calcium, ampoule protruding from the bakeout box in any arbitrary manner, for example by a flame or by eddy current heating, heated so high that the cesium iodide disintegrates and cesium is released. The released cesium migrates in vapor form State into the pump fork and from there into the lamp bulb. That too with that When the cesium iodide decays, the vaporous iodine is transferred to the vial calcium is bound and therefore does not leave the ampoule.

Bei 530° C hat das Cäsium einen Dampfdruck von mehr als 100 Torr, so daß sich schon nach kurzer Zeit die Lampenkolben mit Cäsiumdampf füllen. Nunmehr läßt man die Pumpgabel mit den Lampenkolben abkühlen, so daß sich der Cäsiumdampf auf den Wänden und den Elektroden gleichmäßig niederschlägt. Wenn die Pumpgabel wieder etwa Zimmertemperatur erreicht hat, wird das Absperrventil geöffnet und auf Endvakuum gepumpt. Dann werden die Entladungsblitzlampen in üblicher Weise mit Xenon gefüllt und von der Pumpgabel abgezogen.At 530 ° C the cesium has a vapor pressure of more than 100 Torr, so that after a short time the lamp bulbs fill with cesium vapor. Now the pump fork with the lamp bulb is allowed to cool down, so that the cesium vapor deposits evenly on the walls and electrodes. When the pump fork has reached about room temperature again, the shut-off valve is opened and on Pumped final vacuum. Then the discharge flash lamps in the usual way with xenon filled and removed from the pump fork.

Es hat sich gezeigt, daß die auf diese Weise hergestellten Entladungsblitzlampen sicher und zuverlässig arbeiten sowie eine hohe Lebensdauer haben. Der anfänglich gleichmäßige Cäsiumbelag wandert bereits nach einigen Entladungen vorwiegend zur Kathode und zur Anode, da dort die beste Wärmeableitung stattfindet. Die Lichtdurchlässigkeit des Lampenkolbens wird durch den Cäsiumbelag nicht beeinfiußt, sondern bleibt völlig einwandfrei.It has been shown that the discharge flash lamps produced in this way work safely and reliably and have a long service life. The one at first Even after a few discharges, the cesium coating migrates mainly to Cathode and to the anode, as this is where the best heat dissipation takes place. The light transmission of the lamp bulb is not influenced by the cesium coating, but remains completely perfect.

Die Erfindung stellt für die Fertigung von Entladungsblitzlampen eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung dar. Cäsium hat eine etwa um den Faktor 3 niedrigere Elektronenaustrittsarbeit als Wolfram. Die zur Erzielung guter Zündeigenschaften dienende Cäsiumschicht wird auf denkbar einfache Art auf die Kathodenoberfläche gebracht.The invention provides a for the manufacture of discharge flash lamps substantial simplification and cheaper. Cesium has a factor of about 3 lower electron work function than tungsten. The one to achieve good ignition properties The cesium layer used is applied to the cathode surface in a very simple way brought.

Claims

Claims: 1. A method for producing a gas discharge lamp, in particular a discharge flash lamp with two cold electrodes for the discharge process, of which at least one, working as a cathode electrode with one the electron work function depressing, vacuum-deposited surface layer is, characterized in that the electrodes with a bare surface in the lamp bulb are melted down, then the lamp bulb is evacuated and baked out in the usual way is, in the course of the evacuation to the formation of the surface layer by Heating of cesium iodide cesium vapor in vapor form in the lamp bulb brought and deposited at least on the surface of the electrode, while the iodine vapor produced at the same time as the cesium iodide is heated is bound to calcium, and finally the lamp is evacuated to the end and then that Filling gas is introduced.

2. Apparatus for the process for producing discharge flash lamps according to claim 1, consisting of one for the simultaneous connection of several lamp bulbs suitable pump fork that connects to a high vacuum pump and a heating box enclosing the pump fork and the lamp bulb by one connected to the pump fork but arranged outside the heating box Container to hold cesium iodide and granular calcium as well as an in the Pump fork arranged between the connection with the container and the high vacuum pump Shut-off valve. Considered publications: German Patent Specifications No. 578123, 596 645; British Patent Nos. 539 626, 698 421.