DE1764299C3 - Leitungseinführung für eine elektrische Entladungslampe - Google Patents

Description

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diese Formgebung ergibt sich aber auch gleichzeitig ein Abstand zwischen der kegelförmigen Innenfläche des Verschlußkörpers und der zylinderförmigen Innenfläche des keramischen Kolbens, wodurch sich die Möglichkeit einer verbesserten thermischen Isolierung des Dichtungsgebietes gegenüber der hohen Tempera-'ur im Kolbeninnenraum ergibt.

Die Unteransprüche richten sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der verbesserten Leitungseinführung, wobei bis auf den Anspruch 11 sich alle Ausführungsformen auf einen Verschlußkörper richten, der eine ziemlich exakte kegelförmige Innenfläche besit/.t. Die Ausführungsform des Anspruchs 11 unterscheidet sich insofern, als hier nur eine angenäherte Kegelform vorliegt, die gegenüber den übrigen Ausführungsformen den Vorzug der einfacheren Hersteilung und des verringerten Materialbedarfs aufweist, allerdings auf Kopien der Wärmeisolierung zwischen Innenfläche von Verschlußkörper und Dichtungsfläche zwirnen VerschluOkörper und Kolben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispitlen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch die Enden einer mit einem keramischen Kolben versehenen elektrischen Entladungslampe mit einer Leitungseinführung;

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform;

Fig. 3 eine der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ähnelnde weitere Ausführungsform;

Fig.4 bis 7 Teillängsschnitte durch 4 weitere Ausführungsformen;

Fig.8 einen Teillängsschnitt durch eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform.

In den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In F i g. 1 sind die Enden eines keramischen Kolbens 10 zu erkennen. Herkömmliche keramische Kolben bestehen allgemein aus einem Rohr aus polykristallinen Aluminiumoxid mit 8 oder 10 mm Außendurchmesser, das an beiden Enden mittels Verschlußkörpern hermetisch abgedichtet ist, die aus einer Kappe oder Scheibe aus hitzebeständigem Metall oder Oxyd gebildet ist. An der Innenfläche der Kappe ist eine Elektrode befestigt, die mit einer Zuführung in elektrischer Verbindung steht, die aus einem hitzebeständigen Metallstreifen oder Metallrohr besteht und durch das äußere Ende der Kappe hindurchgeführt oder daran befestigt ist Bei dem eingangs genannten herkömmlichen keramischen Entladungsrohr weist der innere Hohlraum der hermetisch abgedichteten Kammer von der Innenfläche des einen Verschlußkörpers bis zur Innenfläche des anderen Verschlußkörpers hin einen gleichförmigen Durchmesser auf. Dagegen nimmt beim Kolben nach der F i g. 1 der Innendurchmesser des Innenraumes in dem Gebiet, das zwischen der Elektrode und dem zugehörigen Verschlußkörper liegt, in erheblichem Maße ab.

Bei dem in Fig. I dargestellten Ausführungsbeispiel sind kegelförmige Körper aus hitzebeständigem Metall, vorzugsweise Tantal, in die beiden Enden des keramischen rohrförmigen Kolbens 12 eingesetzt und mit Hilfe eines geeigneten Dichtstoffes an den Verbindungsstellen IjB festgelegt. Es können verschiedene bekannic Dichtungsstoffe verwerdet werden; besonders geeignet sind jedoch eutektische Zusammensetzungen, die CaO und AIiO j sowie bestimmte Oxyde als Additive enthalten. Der Raum zwischen den kegelförmigen Verschlußkörpern aus hit/ebesiändigem Metall und der Wandung des rohrförmigen Kolbens 12 wird dann mit einem Gemisch aus AluminiumoxydpuK-er und Amyiacelat oder auch mit einem vorgeformten keramischen Einsatz 18 ausgefüllt. Daraufhin wird mit der Aluminiumoxydfüllung und dem polykristallinen Aluminiumoxidkolben längs einer Verbindungsstelle 22 eine Kappe oder Scheibe 20 dicht verbunden. Durch die an dem einen Ende befindliche Kappe oder Scheibe 20 ragt vorzugsweise eine als Absaug- bzw. Füllöffnung dienende Röhre 24, die durch Hartlötung festgelegt ist

ίο und eine Elektrode 26 trägt. Die axiale Lage der Elektrode 26 wird dabei so gewählt, daß sie mindestens teilweise innerhalb des von dem kegelförmigen Körper 14 begrenzten Hohlraumes liegt und somit von dem kegelförmigen Verschlußkörper umgeben wird.

Die Abdichtung des anderen Endes des Kolbens kann in gleicher Weise mi; Hilfe eines Rohres 24 erfolgen oder aber, wie es in der F i g. 1 rechts veranschaulicht ist. mittels einer Scheibe aus hitzebeständigem Metall, vorzugsweise Niob. An die Innenseite der /weiten Scheibe 20 ist eine Elektrode 26 angeschweißt, während an die Außenfläche der Scheibe 20 eine Zuführung 28 aus hitzebeständigem Material angeschweißt ist. vorzugsweise ein Tantalstreifen.

Wie aus der F i g. 1 weiter hervorgeht, erfolgt die Abdichtung mittels eines kegelförmigen Körpers 14, dessen größerer Durchmesser sich zum kleineren Durchmesser wie 2 : I verhält. Dadurch wird der hinter den beiden Elektroden liegende Bereich in erheblichem Maße verkleinert, so daß die Bereiche, die einen vergleichsweise niedrigeren Temperaturwert aufweisen, ebenfalls verkleinert werden. Die Oberfläche des vorzugsweise aus Tantal bestehenden kegelförmigen Verschlußkörpers 14 sorgt dafür, daß die Wärme zu dem Entladungsbogen hin reflektiert wird, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Temperatur des Entladungsbogens beiträgt und somit zu einem besseren Farbwert, insbesondere im Rotbereich. Außerdem ergibt sich eine verbesserte Lichtausbeute, die in der Größenordnung von 10 bis 20% liegt. Ein wesentlich weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Verbindungsstelle 22 gegenüber den hohen Temperaturen des Enlladungsbogens weitgehend isoliert ist. Diese Herabsetzung der auf die Abdichtung einwirkenden Temperatur trägt in erheblichem Maße zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Entladungslampe bei.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein vorgeformter keramischer Einsatz 30 als Verschlußkörper verwendet, der mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Dichtungsstoffe in dem mit 32 bezeichneten Grenzbereich dicht mit den Enden des Kolbens 12 verbunden ist. In einer zentrischen Bohrung des Verschlußkörpers 30 ist wiederum eine mit einer zugehörigen Elektrode 26 versehene Röhre 24 aus hitzebeständigem Material eingesetzt, die mit Hilfe derselben Dichtungsstoffe wie der Verschlußkörper 30 selbst beispielsweise im Bereich der Verbindungsstelle 34 abgedichtet ist. Über die vorstehend erwähnten Vorzüge hinaus weist diese Ausführungsform bei der Grenzschicht 32 einen erheblich vergrößerten Dich-

(H) tungsbereich auf, der die hermetische Abdichtung noch sicherer macht. Das andere Ende des Kolbens 12 kann in ähnlicher Weise durch eine Röhre aus hitzebesiändigem Metall abgedichtet sein oder auch alternativ eine einzelne Anordnung aus Zuführung und Elektrode

(s aufweisen, die eine wesentlich kleinere /entrische öffnung dicht durchsetzt.

Das in F i g. J dargestellte \iisführungsbeispiel ähnelt dem der Fig. 2 weitgehend, ledoch ist der keramische

Verschlußkörper 30 hier zusätzlich mit einem Fortsatz 36 versehen. Mittels der vorstehend erwähnten Dichtungsstoffe ist eine Abschlußkappe 37 aus Niob mit dem Fortsatz 36 verbunden, so daß an der Verbindungsstelle 38 eine Titanzirkonhartlötung vorgenommen werden kann, um die die Elektrode tragende Röhre 24 im Verhältnis zu dem Verschlußkörper 30 abzudichten. Dieser Aufbau gewährleistet sogar noch eine bessere Isolation des Dichtungsbereiches gegenüber dem heißen Entladungsbogen und ermöglicht dabei gleichzeitig eine Metall- zu Metallabdichtung der Röhre 24 (bzw. einer Zuführung 28).

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 sind die Vorteile der Ausführungsbeispiele gemäß der F i g. I und 2 insofern vereinigt, als hier eine metallische Endscheibe oder Endkappe nicht benötigt wird, trotzdem aber die reflektierenden Eigenschaften der aus hitzebeständigem Metall bestehenden Innenflächen des Verschlußkörpers erhalten bleiben. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 umfaßt der Verschlußkörper einen kegelförmigen Körper 14 aus hitzebeständigem Metall, vorzugsweise Tantal, der dicht in das Ende des rohrförmigen Kolbens 12 eingesetzt ist. Der Raum /wischen dem kegelförmigen Verschlußkörper 14 und dem Kolben 12 ist hier durch einen toroidförmigen keramischen Einsatz 40 ausgefüllt, der eine mit der Außenfläche des kegelförmigen Körpers 14 korrespondierende innere kegelförmige Fläche besitzt. Der Verschlußkörper 14 und der keramische Einsatz 40 sind mil der Innenwand des Kolbens 12 wiederum längs einer Grenzschicht 32 mit Hilfe eines der genannten Dichtungsstoffe dicht verbunden. Diese Abdichtung kann durch eine Titanhartlötung 42 vervollständigt sein, die das äußere Ende des metallischen Körpers 14 mit der in den Körper 14 ragenden Röhre 24 verbindet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 entspricht im wesentlichen dem der Fig. 4, jedoch ist hier der keramische Einsatz 40 durch Dichtungsmaterial wie vorzugsweise Quarzwolle 44 ersetzt, die für eine zusätzliche Wärmeisolierung zwischen dem Inneren eine hohe Temperatur aufweisenden Entladungsgebiet und der Grenzschicht 32 sorgt, an der die Quarzwolle 44 mit Hilfe der vorgenannten Dichtungsstoffe mit dem Kolben 12 verbunden ist.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 6 und 7 ist ein doppelwandiger Kappenkörper 46 nus hitzebeständigem Metall wie Tantal oder Niob mit einer inneren konischen Wandung 48 als Verschlußkörper eingesetzt, wobei die Innenfläche der Wandung 48 in der im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Weise wirksam wird. Der Kappenkörper 46 hat einen radialen Flansch 49, der sich von dem äußeren Wandabschnitt 47 des Körpers 46 aus radial nach auswärts erstreckt und mit dem keramischen Kolben 12 mittels einer aus den weiter oben beschriebenen Dichtungsstoffen gebildeten Verbindungsnaht 50 dicht verbunden sein kann, wie es in F i g. 6 gezeigt ist. Statt dessen kann der radiale Flansch auch gemäß Fig. 7 um die Endkante des Kolbens 12 herum gebogen sein. Der Körper 46 liegt bei seinem äußeren Wandabschnitt 47 ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 durchgehend an der Innenwand des Kolbens 12 an, se daß er längs der gesamten Grenzschicht 50, die sich zwischen dem äußeren Wandabschnitt 47 und dem umgebogenen (,< Flansch 49 erstreckt, dicht mit dem Kolben 12 verbunden sein kann. Die Tanialröhre 24 kann dann in eine zentrische Bohrung des doppelwandigen Körpers 46 eingesetzt und mittels einer Zirkon- oder Titanhartlötnahl 52 dicht verbunden sein. Wenn eines der Enden ohne Absaug- bzw. Füllrohr 24 abgedichtet werden soll, wird in dem kegelförmigen Körper 46 keine zentrische Bohrung vorgesehen, sondern statt dessen an die Innenfläche des kegelförmigen Körpers 46 eine Elektrode 26 angeschweißt, während zentrisch dazu an die Außenseite des Kappenkörpers 46 eine Zuführung 28 angeschweißt ist.

Bei den in den F i g. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das eigentliche Dichtungsgebiet wiederum verhältnismäßig weit von dem hohe Temperaturen aufweisenden Entladungsgebiet entfernt und die Innenwand 48 mit der inneren konischen Fläche kann sich bei Temperaturänderungen, wie sie beim Einschalten bzw. Ausschalten der Lampe auftreten, ausdehnen bzw. zusammenziehen, so daß auf das Dichtungsgebiet einwirkende Beanspruchungen weiter verringert werden.

F i g. 8 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie die F i g. b und 7, jedoch ist hier der Verschlußkörper 58 aus hitzebeständigem Metall wie Niob oder Tantal zwar im wesentlichen auch kegelförmig, jedoch in der Weise verformt, daß sich ein eher tassenförmiger Verschlußkörper ergibt. Der Verschlußkörper 58 ist in das Ende des Kolbers 12 eingesetzt und mittels einer Verbindungsnaht 60 aus dem bevorzugten Dichtungsstoff abgedichtet.

In den lassenförmigen Verschlußkörper 58 ist eine Röhre 24 aus hitzebestädigem Material eingesetzt, die eine Elektrode 26 trägt. Die Röhre 24 ist im Verhältnis zu der von ihr durchsetzten öffnung im Boden des Verschlußkörpers 58 mittels einer Hartlötnaht 62 aus Zirkon oder Titan abgedichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel verringert sich der Materialaufwand erheblich, die vorteilhaften Dehnungseigenschaften werden in begrenztem Maße aufrecht erhalten und der hinter den Entladungselektroden 26 liegende Hohlraum wird verkleinert.

Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1—8 kann in der mit den Fig. 6 und 7 veranschaulichten Weise nach dem Absaugen und anschließenden Füllen vor dem Abdichten der Röhre mittels der Falzstelle 54 ein Stopfen 56 in die Röhre 24 eingebracht werden, um den hinter der Elektrode liegenden Raum noch weiter zu verkleinern.

Durch die Ausbildung der Verschlußkörper wird bei den Entladungslampen der hinter den Elektroden befindliche Hohlraum somit erheblich verkleinert Außerdem werden die Dichtungsbereiche in starkem Maße gegenüber dem Gebiet isoliert, in dem der heiße Entladungsbogen auftritt, so daß die auf das Dichtungsgebiet einwirkenden Temperaturen verringert werden Darüber hinaus wird für eine Reflektion der Strahlung zurück zu dem Entladungsgebiet gesorgt, so daß die Temperatur des Entladungsbogens ansteigt und damii ein besserer Farbwert sowie ein verbesserter Wirkungs grad für die Lampe erhalten wird. Mit Hilfe de; Verschlußkörpers konnte die Lichtausbeute von etw£ 100 Lumen pro Watt auf bis zu 120 Lumen pro Wat: gesteigert werden, wobei gleichzeitig die Farbwiederga be insbesondere im Rotbereich erheblich verbesser wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Leitungseinführung für eine elektrische Entladungslampe mit einem langgestreckten, keramischen Kolben, der an seinen beiden Enden durch Verschlußkörper abgedichtet ist, mit an den Verschlußkörper befestigten oder durch diese hindurchgeführten Stromzuführungen, sowie mit innerhalb des Kolbens in der Nähe der Enden angebrachten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkörper (14. 18, 20; 30; 14, 40; 14, 44; 46, 47, 48, 49; 58) eine etwa kegelförmige, sich zur Mitte des Kolbens (12) hin öffnende Innenfläche aufweisen, die die den Verschlußkörpern zugeordneten Elektroden (26) jeweils wenigstens teilweise umgibt.

2. Leitungseinführung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper von einem keramischen Einsatz (18; 30; 40) gebildet ist, dessen Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Kolbens (12) ist und der eine innere, die kegelförmige Innenfläche bildende Ausnehmung aufweist.

3. Leitungseinführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ausnehmung durch einen dünnwandigen kegelförmigen Körper (14) aus hitzebeständigem Metall ausgekleidet ict.

4. Leitungseinführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper von einem kegelförmigen Körper (14) aus hitzebeständigem Metall gebildet ist, dessen größerer Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Kolbens (12) isi.

5. Leitungseinführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Körper (14) sich wenigstens teilweise innerhalb des Kolbens (12) erstreckt.

6. Leitungseinführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem kegelförmigen Körper (14) und dem Kolben (12) mit einem hitzebeständigen Stoff ausgefüllt ist.

7. Leitungsanspruch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Stoff Aluminiumoxid enthält.

8. Leitungseinführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem kegelförmigen Körper (14) und dem Kolben (12) mit hitzebeständigem Fasermaterial ausgefüllt ist.

9. Leitungsanspruch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzebeständiges Fasermaterial Quarzwolle (44) vorgesehen ist.

10. Leitungseinführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper von einem doppelwandigen Kappenkörper (46) gebildet ist, dessen äußerer, zylindrischer Wandungsabschnitt dicht an den Kolben (12) angeschlossen ist und dessen innerer Wandungsabschnitt (48) kegelförmig ausgebildet ist und dabei die kegelförmige Innenfläche bildet.

11. Leitungseinführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nur annähernd eine Kegclforni aufweisende Verschlußkörper (58) in der Weise von der genauen Kegelform abweicht, daß der Körper eine tassenförmige Form annimmt.

12. Leitungseinführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Metall Tantal oder Niob ist.

Die Erfindung betrifft eine Leitungseinführung für eine elektrische Entladungslampe mit einem langgestreckten, keramischen Kolben, der an seinen beiden Enden durch Verschlußkörper abgedichtet ist, mit an den Verschlußkörpern befestigten oder durch diese hindurchgeführten Stromzuführungen, sowie mit innerhalb des Kolbens in der Nähe der Enden angebrachten Elektroden.
Aus der AT-PS 2 17 569 ist eine derartige Leitungsführung bekannt.

Aus der CH-PS 1 91 958 ist eine Hochdruckentladungslampe mit einem Quarzglaskolben bekannt, bei der die Elektrodenzuführungen so eingeschmolzen sind, daß der Verschlußkörper bzw. das sogenannte Übergangsglas an dem dem Innenraum zugewendeten Ende in allmählich geringer werdender Dicke an der Innenwand des Kolbens anliegt.

Gegenüber der CH-PS 1 91 958, die noch mit einem Quarzkolben arbeitet, weist die Lampe nach der AT-PS 2 17 569 bereits einen keramischen Kolben auf, der für wesentlich höhere Entladungstemperaturen geeignet ist und daher auch eine bessere Lichtausbeute ermöglicht.

Gegenüber Quarzkolben, bei denen die Elektroden meist in das Kolbcnmaterial eingeschmolzen werden, siehe beispielsweise die GB-PS 10 39 649, ist es bei keramischen Materialien meist zweckmäßiger, an den Enden des Kolbens Verschlußkörper vorzusehen, an denen die Stromzuführungen befestigt sind oder durch die diese Stromzuführungen durchgeführt sind, siehe die eingangs genannte AT-PS 2 17 569.

Um eine bessere Lichtausbeute der Entladungslampe zu erhalten, ist es jedoch nicht nur wichtig, die Temperatur innerhalb des Entladungsrohres möglichst hoch zu machen und daher beispielsweise für den Kolben keramisches Material zu verwenden, es sollte auch darauf geachtet werden, daß sich die an den Enden des Entladungsrohres hinter den Elektroden bildenden kälteren Zonen auf möglichst hohe Temperaturen gehalten werden. Dadurch ergeben sich besonders hohe thermische Belastungen für die hermetischen Abdichtungen, die zwischen dem Entladungsrohr und dem Verschlußkörper vorgesehen werden müssen. Die Forderung nach möglichst hoher Temperatur auch hinter den Elektroden erhöhte daher bisher die Gefahr, daß die Abdichtung bereits zu Bruch geht, bevor die für das Entladungsrohr selbst zulässige Maximaltemperatur im wesentlichen erreicht worden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leitungseinführung für eine elektrische Entladungslampe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der nicht nur die Temperatur in dem hinter die Elektroden liegenden Gebiet einen beträchtlich höheren Wert hat als bei den bisher bekanntgewordenen keramischen Kolben der Fall war, sondern bei der auch die Temperatur herabgesetzt wird, die auf die zum Abschluß des keramischen Kolbens dienenden Abdichtungen einwirkt, wodurch die Bruchfestigkeit wesentlich verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verschlußkörper eine etwa kegelförmige, sich zur Mitte des Kolbens hin öffnende Innenfläche aufweisen, die die den Verschlußkörpern zugeordneten Elektroden jeweils wenigstens teilweise umgibt.

Durch die räumliche Formgebung des lnnenraums des Kolbens durch die in etwa kegelförmige Innenfläche der Verschlußkörper wird die Temperatur des Entladungsbogens erhöht und damit der Farbwert sowie der aH flor Fn'.i-uJunt'slürn'^e verbessert Durch