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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe mit keramischem
Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Lampen mit
einer Leistung von 100 bis 250 W, bevorzugt ab 150 W.
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Stand der
Technik
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Aus
der DE-A 102 56 389 ist eine Metallhalogenidlampe mit keramischem
Entladungsgefäß bekannt,
bei der eine Durchführung
aus einem Nb-Stift großen
Durchmessers besteht, während
die Elektrode von einem Stift kleinen Durchmessers gebildet wird.
Der Stift ist aus zwei Teilen gebildet, die ungefähr gleichen
Durchmesser besitzen, wobei ein entladungsseitiger Teil des Stifts
aus W gebildet wird während
der entladungsferne Teil aus Mo besteht. Dieser Teil ist vollständig in
einer Füllwendel
umgeben, die das Totvolumen vermindert. Die übliche Verbindungstechnik für die beiden
Elektrodenteile ist hier Schweißen
oder Löten.
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Aus
der EP-A 926 703 ist eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß bekannt,
bei der eine Durchführung
aus einem Nb-Stift großen
Durchmessers besteht, während
die Elektrode von einem Stift kleinen Durchmessers gebildet wird.
Der Stift ist aus zwei Teilen gebildet, die ungefähr gleichen
Durchmesser besitzen, wobei beide Teile aus W bestehen.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe
mit keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bereitzustellen, deren Elektrodensystem so konzipiert
ist, dass es möglichst
wenig zu Spannungen im Einschmelzbereich der Keramik kommt.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Im
einzelnen handelt es sich um eine Metallhalogenidlampe mit keramischem
Entladungsgefäß, wobei
das Entladungsgefäß zwei Enden
besitzt, die mit Stopfen verschlossen sind, und wobei durch diesen
Stopfen eine elektrisch leitende Durchführung hindurchgeführt ist,
wobei an der Durchführung
eine Elektrode mit einem Schaft befestigt ist, die in das Innere
des Entladungsgefäßes hineinragt.
Durchführung
und Elektrode werden im folgenden zusammen als Elektrodensystem
bezeichnet. Der Elektrodenschaft umfasst zwei Bauteile, die als
Stifte mit in etwa gleichem Durchmesser ausgeführt sind.
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Bezogen
auf die Entladung ist das innen liegende Bauteil ein Stift aus Wolfram
und das außen liegende
Bauteil ein Stift aus Molybdän
oder Cermet, wobei der Stift aus Mo oder Cermet vollständig und der
Stift aus W teilweise von einer Füllwendel aus Mo umgeben sind,
wobei die Länge
LM des Stiftes aus Mo 3 bis 8 mm beträgt und die Länge LW des
in der Füllwendel
eingebrachten Abschnitts des Stifts aus W so bemessen ist, dass
der Stift aus W in der Füllwendel
mechanisch gehaltert ist. Diese Konstruktion vermeidet die bei hohen
Wattagen ab 100 W, insbesondere ab 150 W, sonst häufig auftretenden
Risse in den kapillarähnlichen
Stopfen. Die Ursache dafür
waren Probleme mit den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Materialen Keramik und W, die während der Aufheiz- und Abkühlphasen zu
Spannungen im Einschmelzbereich der Keramik führten. Dagegen eignet sich
Molybdän
oder Cermet, bevorzugt eine Mischung aus Al2O3 und Metall wie W oder Mo wie an sich bekannt,
gut als Puffer zwischen den beiden Materialen. Allerdings zeigten
die bisherigen Versuche mit dreiteiligen Elektrodensystemen, dass
es entscheidend auf die Abmessungen zwischen den einzelnen Bauteilen
ankommt. Einerseits muss eine sichere Verbindung zwischen dem Mo/Cermet-Stift
und W-Stift hergestellt werden, andererseits müssen W-Stift und Mo/Cermet-Stift
jeweils gerade so lang gewählt
werden, dass der Einschmelzbereich sicher und ausreichend mit Mo-Material
in Verbindung steht, ohne dass darunter die sichere Verbindung zu
W-Bauteil leidet.
Wesentlich ist ein kurzer Mo-Stift oder Cermet-Stift, der maximal
8 mm lang ist.
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Der
Schaft kann mit der Durchführung über eine
Steckverbindung oder eine Schweißverbindung verbunden sein.
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Da
die Füllwendel
gleichzeitig als Halterung für
den W-Stift fungiert, ist eine ausreichende Einbaulänge des
W-Stifts in der Füllwendel
wichtig, jedoch ohne den hohen Temperaturen in der Entladung zu nahe
zu kommen. Eine zuverlässige
Halterung mit mäßiger Belastung
des Mo-Stifts wird erzielt, wenn das Verhältnis zwischen der Länge LM und
der Länge
LW zwischen 0,8 und 1,2 beträgt.
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Die
Erfindung entfaltet besondere Wirkung, wenn die Leistung der Lampe
im Bereich 100 bis 400W, insbesondere 150 bis 250 W liegt. Bei kleineren
Leistungen und bei größeren Leistungen
können einfachere
alternative Konzepte verwendet werden. Im Bereich bis 150 W werden
bevorzugt Mo-Stifte verwendet, im Bereich darüber eher Cermet-Stifte.
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Die
hohe Zuverlässigkeit
dieser Konstruktion ist dann optimiert, wenn der Bereich der Durchführung vollständig und
mindestens 80 % der Länge
LM von einer Schmelzkeramik ummantelt sind. Diese schützt zuverlässig gegen
die im Entladungsvolumen enthaltene aggressive Füllung.
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Wie
an sich bekannt, kann der Mo-Stift oder Cermet-Stift mechanisch
in einer Bohrung der Durchführung
befestigt sein. Cermet-Stifte an sich sind beispielsweise aus EP-A
887 839 vorbekannt.
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Die
Erfindung ist weiterhin auf ein Elektrodensystem für eine Metallhalogenidlampe
mit keramischem Entladungsgefäß, gerichtet,
wobei das Elektrodensystem eine Durchführung und einen Elektrodenschaft
aus zwei Bauteilen umfasst, die als Stifte gleichen Durchmessers
ausgeführt
sind, wobei das bezogen auf die Entladung innen liegende Bauteil
aus Wolfram und das bezogen auf die Entladung außen liegende Bauteil ein Stift
aus Molybdän
oder Cermet ist, wobei der Stift aus Mo/Cermet vollständig und
der Stift aus W teilweise von einer Füllwendel aus Mo umgeben sind,
wobei die Länge
LM des Stiftes aus Mo 3 bis 8 mm beträgt und die Länge LW des in
der Füllwendel
eingebrachten Abschnitts des Stifts aus W so bemessen ist, dass
der Stift aus W in der Füllwendel
mechanisch gehaltert ist..
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Bevorzugt
ist die mechanische Halterung des W-Stifts in der Füllwendel
noch durch Crimpen oder Klemmen unterstützt. Hierbei ist unter Crimpen ein
lokales Pressen und unter Klemmen ein umfassendes Quetschen der
Füllwendel
zu verstehen.
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Insbesondere
handelt es sich um eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß aus Aluminiumoxid,
wobei das Entladungsgefäß zwei Enden
besitzt, die mit keramischen Stopfen verschlossen sind. Durch sie
ist eine elektrisch leitende Durchführung, die bezogen auf die
Entladung aus einem inneren Teil und einem äußeren stiftförmigen Teil
bestehen kann, vakuumdicht hindurchgeführt. Die Durchführung ist
ein Stift, der zumindest außen am
Stopfen durch Glaslot bzw. Schmelzkeramik abgedichtet ist. An der
Durchführung
ist innen eine Elektrode mit ihrem Schaft befestigt, die in das
Innere des Entladungsgefäßes hineinragt.
Die Elektrode kann einen Kopf besitzen, der als Kugel, Stift, Formteil
oder Wendel ausgebildet ist.
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Der
Stopfen kann einteilig, aber auch mehrteilig ausgeführt sein.
Beispielsweise kann in an sich bekannter Weise eine Stopfenkapillare
von einem ringförmigen
Stopfenteil umgeben sein.
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Die
Durchführung
oder deren äußeres Teil wird
typisch über
die im Stopfen befindliche Länge vollständig in
das Glaslot eingeschmolzen. Wichtig ist, dass der Niobstift wegen
des korrosiven Angriffs der Füllung
auf Niob vollständig
von Glaslot bedeckt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Durchführung
ein Niobstift, der mit einer umlaufenden Bohrung versehen, denn
eine Bohrung ist leicht und sicher herzustellen und liefert eine
sehr gute Fixierung des zu fügenden
Mo-Stiftes.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Es
zeigen schematisch:
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1 eine Metallhalogenidlampe
mit keramischem Entladungsgefäß;
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2 den Endbereich der Lampe
der 1 im Detail;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Elektrodensystems.
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Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
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In 1 ist schematisch eine Metallhalogenidlampe
mit einer Leistung von 150 W dargestellt. Sie besteht aus einem
eine Lampenachse definierenden zylindrischen Außenkolben 1 aus Quarzglas,
der zweiseitig gequetscht (2) und gesockelt (3)
ist. Selbstverständlich
kann die Lampe auch einseitig verschlossen und beispielsweise mit
einem Schraubsockel versehen sein. Das axial angeordnete Entladungsgefäß 4 aus
Al2O3-Keramik ist
zylindrisch oder bauchig geformt und besitzt zwei Enden 6.
Es ist mittels zweier Stromzuführungen 7,
die mit den Sockelteilen 3 über Folien 8 verbunden
sind, im Außenkolben 1 gehaltert.
Die Stromzuführungen 7 sind
mit Durchführungen 9 verschweißt, die
jeweils in einem Endstopfen am Ende 6 des Entladungsgefäßes eingepasst
sind. Der Endstopfen ist als ein langgezogenes Kapillarrohr 12 (Stopfenkapillare)
ausgeführt. Das
Ende 6 des Entladungsgefäßes und die Stopfenkapillare 12 sind
beispielsweise miteinander direkt versintert. An der Durchführung sitzt
entladungsseitig eine Elektrode 15.
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Die
Durchführung 9 ist
jeweils als Niobstift ausgeführt
und ragt bis etwa ein Viertel der Länge des Kapillarrohrs 12 in
dieses hinein. Daran erstreckt sich innerhalb des Kapillarrohrs 12 zum
Entladungsvolumen hin ein verlängerter
Elektrodenschaft 16 aus Wolfram mit einer am entladungsseitigen
Ende des Schaftes aufgeschobenen Wendel 17.
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Die
Füllung
des Entladungsgefäßes besteht neben
einem inerten Zündgas,
z.B. Argon, aus Quecksilber und Zusätzen an Metallhalogeniden. Möglich ist
beispielsweise auch die Verwendung einer Metallhalogenid-Füllung ohne
Quecksilber, wobei als Zündgas
bevorzugt Xenon und insbesondere ein hoher Druck, deutlich über 1,3
bar, gewählt
werden kann.
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Der
Niobstift 9 ist etwa 3 mm tief in die Stopfenkapillare 12 eingesetzt
und mittels Glaslot 19 abgedichtet. Dabei ist wichtig,
dass das Glaslot diesen Niobstift vollständig bedeckt und auch der Anfang des
Schafts 16, beispielsweise mindestens 3 mm, noch vom Glaslot
abgedeckt ist.
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In 2 ist das Elektrodensystem
im Detail im Stopfen gezeigt. Als Durchführung 9 dient ein
Niobstift mit einem Durchmesser von 0,88 mm. An ihn ist ein Mo-Stift 20 mit
einem Durchmesser von etwa 0,50 mm angeschweißt. Er hat bei 150 W Leis tung eine
Länge von
5 mm. Er ist äußerer Teil
eines Elektrodenschafts 16, der weiterhin einen W-Stift 21 gleichen
Durchmessers und einer Gesamtlänge
von 10 mm umfasst. Der gesamte Mo-Stift 20 und eine Teillänge von
4,5 mm des W-Stifts 21 sind von einer Füllwendel 23 aus Mo
ummantelt. Sie besteht aus einem Mo-Draht mit einem Durchmesser
von 150 μm. Dieser
Draht haltert den W-Stift 21 mittels Preßsitz rein
mechanisch.
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Der
in der Stopfenkapillare liegende Teil des Schaftes 16 ist
von weitestgehend von der Füllwendel 23 aus
Molybdän
umgeben um das Totvolumen zu minimieren. Das Glaslot 19 erstreckt
sich von außen
bis etwa über
die Länge
LM des Mo-Stifts in die Stopfenkapillare 12 hinein.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Elektrodensystems gezeigt. Als Durchführung 10 dient ein
Niobstift mit einem Durchmesser von 0,88 mm. Er besitzt eine Bohrung 11 von
2 mm Tiefe und 0,42 mm Durchmesser. Diese Bohrung hat eine umlaufende
Wandung 22. In die Bohrung wird der Teil 20 des
Schafts 16 aus Molybdän
eingefügt
und dort mittels Crimpung befestigt, wie an sich bekannt. Auf diese
Weise kann auf eine Schweißung
vollständig verzichtet
werden, trotz der optimierten Wahl dreier verschiedener Materialien
im Elektrodensystem. Der W-Stift 21 haltert die Wendel 17.
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Je
nach Wattage kann jeweils der Durchmesser des Nb-Stiftes 10 und
des Schaftes 16 unterschiedlich gewählt sein. Dabei ist im allgemeinen
der Durchmesser der Durchführung 10 und
der Durchmesser des Elektrodenschafts 16 nahezu gleich.
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Bevorzugt
ist der Durchmesser des Schaftes 16 zwischen 3 und 10 %
kleiner als der des Niobstifts 10, um eine Stufe bereitzustellen,
an der das Glaslot 19, siehe 2,
gut haften bleiben kann.