DE1471379C - Alkalimetalldampf enthaltende elektrische Entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Alkalimetalldampf enthaltende elektrische Entladungslampe, insbesondere eine Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, die ein vorwiegend aus Aluminiumoxid bestehendes Entladungsgefäß hat, das an den Enden mit je einem Verschlußteil verlötet ist.

Gefäße aus derartigem Material sind für Alkalimetalldampf-Entladungslampen besonders geeignet, da das Material auch bei hohen Temperaturen beständig gegenüber der aggressiven Einwirkung dieser Metalldämpfe auf das Kolbenmaterial ist. Auch bei Lampen, deren Betriebstemperatur über 800° C liegt, ist die Verwendung von Entladungsgefäßen aus keramischem Material vorteilhaft, wenn nicht sogar notwendig.

Die Schwierigkeit bei Verwendung von Entladungsgefäßen aus keramischem Material besteht in dem vakuumdichten Verschließen des Lampengefäßes und in der ebenfalls vakuumdichten Einschmelzung der Elektrodenzuführung. Es sind mehrere Arten der Verbindung von Keramikteilen untereinander oder mit Metallteilen bekanntgeworden. Beispielsweise wird ein Hartlotdraht aus einer Legierung von Silber und Kupfer zwischen die eng aneinanderliegenden

ίο Flächen von einem Keramikteil, z. B. aus Aluminiumoxid, und einem Metall teil, z. B. aus Titan oder einer Legierung mit hohem Titangehalt, gelegt, wobei nach Erhitzen der Anordnung das Hartlot mit dem Titan eine neue, mit Aluminiumoxid reagierende Legierung bildet. Eine andere Möglichkeit der mechanischen Verbindung von Metall mit keramischem Material ist in einem mehrstufigen Verfahren verwirklicht worden, das aus dem Überziehen der Keramik mit einer halbleitenden Schicht, anschließendem Metallisieren und Verschweißen besteht; doch ist diese Verbindung nur bei Temperaturen bis 600° C brauchbar. In der italienischen Patentschrift 353 418, der französischen Patentschrift 844064 und der deutschen Auslegeschrift 1086 351 sowie der deutschen Patentschrift 762 234 und der deutschen Auslegeschrift 1093 055 werden ebenfalls Verschmelzungen beschrieben. Aus der Zeitschrift für technische Physik, Nr. 1, S. 494 bis 496 (1934), sind Metallhautdurchführungen bekannt. Doch können die in den Patent-Schriften beschriebenen Lampen entweder wegen Erweichen des Materials nicht so. hohen Belastungen ausgesetzt werden wie die Lampen gemäß der Erfindung oder die Ausdehnungskoeffizienten der zu verschmelzenden Materialien sind bei den hohen, zur Anwendung kommenden Temperaturen zu verschieden oder die Ausführung der Verschmelzungen ist sehr umständlich. Auch reicht die Dichtungslänge oder die mechanische Stabilität oft nicht aus. Meist handelt es sich auch nicht bei den zu verschmelzenden Teilen um Teile aus transparentem Sinterkorund. Es sind auch Verschmelzungen bekanntgeworden, bei denen Stützkörper aus schwer schmelzbarem Material verwendet werden (deutsche Patentschrift 967 320, Glas-Email-Keramo-Technik, 14, Heft 6 (1963), S. 209, und deutsche Patentanmeldung S 14862). Bekannt ist auch das Aufbringen von Kappen, unter anderem aus Nickel und Chrom, die durch eine Titanzwischenlage angeschweißt werden. Auch für Glaslote sind günstige Zusammensetzungen bekannt.

Die vorliegende Erfindung gibt nun eine konstruktiv einfache Lösung für einen sicheren und haltbaren Endverschluß eines Alkalimetalldampf enthaltenden Entladungsgefäßes an. Die Alkalimetalldampf enthaltende elektrische Entladungslampe, insbesondere Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, mit einem vorwiegend aus Aluminiumoxid bestehenden transparenten Entladungsgefäß und einem mit dem Entladungsgefäß verlöteten Verschlußteil ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil aus einer in das Gefäßende mit einem geringen Zwischenraum eingepaßten, den Gefäßquerschnitt bis auf Öffnungen für Stromzuführung und Haltedraht ausfüllenden Scheibe aus keramischem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten gleich oder ähnlich dem des Gefäßmaterials und einer sich zwischen Entladungsgefäß und Scheibe befindenden Schicht eines Lots mit ähnlichem Aus-

dehnungskoeffizienten aus einer Schmelze eines Gemisches aus verschiedenen Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt nahe unterhalb des Schmelzpunktes des keramischen Materials oder aus einem Metall oder einer Metallegierung, die mit dem keramischen Material reagiert und eine Verbindung eingeht, besteht und derart angeordnet ist, daß das Ende des Entladungsgefäßes über das Verschlußteil hinausragt. Bei Verwendung von Metalloten muß ein wesentlicher Bestandteil der Legierung aus Titan oder Zirkon bestehen.

Die Lampe gemäß der Erfindung hat eine vakuumdichte Einschmelzung, die den Vorteil hat, daß die Metallmasse klein gehalten ist. Eine große Metallmasse ist insofern ungünstig, da dann die Wärmeableitung von der Elektrode zu groß ist, was beispielsweise bei Natriumdampf-Hochdruckentladungslampen zur Folge hätte, daß der gesättigte Natriumdampf zu stark kondensieren und der Dampfdruck so niedrig würde, daß die Daten der Lampe nicht mehr zu erreichen wären. Die Einschmelzung ist einfach herzustellen. Sie ist mechanisch sehr stabil und infolge der gegenüber den bekannten Anordnungen großen Dichtungslänge auch vakuumdicht. Die durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten auftretenden Spannungen werden bei der Einschmelzung gemäß der Erfindung auf eine gegenüber den bekannten Einschmelzungen größere Fläche des Entladungsgefäßes verteilt, so daß die Gefahr des Springens und demzufolge Undichtwerdens der Ein-Schmelzung gegenüber anderen bekannten Ausführungen vermieden wird. Durch die Kombination von Formgebung und Lötung wird gemäß der Erfindung eine Lampe mit einer Einschmelzung hoher Temperaturwechselbeständigkeit erhalten.

Die Scheibe kann so gestaltet sein, daß sie nur eine zentrale Bohrung aufweist. In diese Bohrung ist dann mittels eines Lotes die Stromzuführung der Elektrode eingeschmolzen. Als Stromzuführung kann ein massiver Stab aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metallegierung mit einem dem keramischen Material ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Als Stromzuführungsmetall eignen sich gut Tantal oder Niob. Will man aber gleichzeitig die Lampe über ihren Endverschluß pumpen, so kann diese zentrale Stromzuführung in Form eines Pumpröhrchens ausgebildet sein, das nach dem Pumpvorgang an seinem außerhalb des Entladungsgefäßes liegenden Ende nach bekannten Verfahren verschlossen wird. Ist in der Lampe außerdem noch eine Zündelektrode vorgesehen, so kann auch die Zuführung und gleichzeitig Halterung für diese Elektrode durch eine zusätzliche Bohrung in der Scheibe geführt werden.

Die Festlegung der Scheibe kann so vorgenommen werden, daß sie auf einem innen im Entladungsgefäß befindlichen Vorsprung aufliegt. Eine andere Möglichkeit der Festlegung der Scheibe bei einer innen glatten Oberfläche des Gefäßes besteht darin, daß die Scheibe zunächst auf die Stromzuführung, an der sich ein Sprengring zur Halterung der Scheibe befindet, aufgeschoben wird. Danach wird an der Stromzuführung ein Querstift provisorisch angebracht, dessen Länge größer als der Durchmesser des Entladungsgefäßes ist und der nach Einführung der Scheibe in die Lampe mit seinen Enden auf der Stirnfläche des Entladungsrohres aufliegt und später, nach Verschmelzen von Entladungsrohr, Scheibe und Stromzuführung, wieder entfernt wird.

In den Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele der vakuumdichten Elektrodeneinschmelzung gemäß der Erfindung dargestellt. In F i g. 1 ist die Elektrodenstromzuführung als massiver Stab dargestellt, in F i g. 2 als Pumpröhrchen. Gleiche Teile der Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In F i g. 1 besteht der Kolben 1 der Lampe aus einem transparenten keramischen Material mit hohem Aluminiumoxidgehalt. Die Scheibe 2 ist aus demselben keramischen Material wie das Entladungsgefäß. Durch eine zentrale Bohrung in der Scheibe ist ein massiver Stab 3 aus Niob geführt. In eine zweite Bohrung ist ein dünnerer Stab 4 aus Tantal, der gleichzeitig als Zündelektrode dient, eingeschoben. Die vakuumdichte Verbindung zwischen der Scheibe und den Stromzuführungen sowie der Scheibe und dem Entladungsgefäß wird durch ein Glaslot 5, das aus einem Gemisch aus 30% Bariumoxid, 30% Aluminiumoxid und 40% Boroxid besteht und dessen Schmelzpunkt bei etwa 1400° C liegt, hergestellt. An der Stromzuführung 3 ist die Elektrode 6 aus Wolfram befestigt. In der F i g. 2 ist die zentrale Stromzuführung als Pumpröhrchen 7 ausgebildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Alkalimetalldampf enthaltende elektrische Entladungslampe, insbesondere Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, mit einem vorwiegend aus Aluminiumoxid bestehenden transparenten Entladungsgefäß und einem mit dem Entladungsgefäß verlöteten Verschlußteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil aus einer in das Gefäßende mit einem geringen Zwischenraum eingepaßten, den Gefäßquerschnitt bis auf Öffnungen für Stromzuführung und Haltedraht ausfüllenden Scheibe aus keramischem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten gleich oder ähnlich dem des Gefäßmaterials und einer sich zwischen Entladungsgefäß und Scheibe befindenden Schicht eines Lotes ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten aus einer Schmelze eines Gemisches aus verschiedenen Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt nahe unterhalb des Schmelzpunktes des keramischen Materials oder aus einem Metall oder einer Metallegierung, die mit dem keramischen Material reagiert und eine Verbindung eingeht, besteht und derart angeordnet ist, daß das Ende des Entladungsgefäßes über das Verschlußteil hinausragt.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine zentrale Bohrung aufweist, in die die Stromzuführung der Elektrode mit dem Lot vakuumdicht eingeschmolzen ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Stromzuführungen der Elektrode zwischen der Scheibe und dem Entladungsgefäß mit dem Lot vakuumdicht eingeschmolzen sind.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metallegierung mit einem dem keramischen Material ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung als ein Massivstab oder als ein Pumpröhrchen ausgebildet ist.