DE2535986B2 - Elektrodenzuführung für eine elektrische, in freier Luft betreibbare Hochdruckentladungslampe ohne Außenkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenzuführung für eine elektrische, in freier Luft betreibbare Hochdruckentladungslampe ohne Außenkoiben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Quecksilber-, Natriumdampf- oder Metallhalogen-Hochdruckentladungslampen bekannt, die dadurch charakterisiert werden können, daß am kältesten Punkt der Entladungslampe, und zwar an den Stellen der elektrischen Zuleitungen, die Temperatur etwa 700 bis 800°C beträgt, um einen entsprechenden Dampfdruck in der Entladungslampe erreichen zu können. Derartige Entladungslampen können nicht in freier Luft betrieben werden, da die Zuleitungen aus Stoffen, wie z. B. Molybdän, Niob, Wolfram usw. gefertigt sind, welche bei der genannten Betriebstemperatur rasch oxydieren. Bei diesen Entladungslampentypen besteht der Schutz vor Oxydation darin, daß die Entladungslampe in einen Außenkolben gestellt wird, in dem ein Vakuum aufrechterhalten wird; alternativ wird der Außenkolben mit einem neutralen Gas aufgefüllt. Der Außenkolben stört die Funktion der Entladungslampe nicht, sondern bietet sogar einen gewissen Vorteil dadurch, daß die Entladungslampe gegen die Witterung geschützt ist. Derartige Lösungen sind in der US-PS 32 48 590, der US-PS 36 50 593 und in der HU-PS 1 57 478 beschrieben.

Die an die erwähnte Entladungslampe gestellten, immer größeren Forderungen bezüglich neuer Anwendungsgebiete und Ansprüche, z. B. die Erregung von Laserkristallen, bei der sich die Lichtreflexion des Außenko'bens und der Umstand, daß der Glas-Außenkolben das ultraviolette Spektrum der Entladung nicht durchläßt, derart nachteilig auswirkt, daß die mit den herkömmlichen Außenkolben versehenen Hochdruckentladungslampen zu diesem Zwecke ungeeignet sind, führten zu der Notwendigkeit, eine Hochdruckentladungslampe ohne Außenkolben herzustellen.

Dies wird durch den Umstand äußerst erschwert, daß die elektrischen Zuleitungen der Hochdruckentladungslampen ebenfalls gegen Oxydation geschützt werden müssea Eine beträchtliche Schwierigkeit ergibt sich des weiteren dadurch, daß in gewissen Fällen das Entladungsgefäß wegen der optischen Vorschriften zweckmäßig aus einem Einkristall hergestellt wird, und wegen der Verschiedenheit der Wärmeausdehnungszahlen mit einer Metallkappe, zweckmäßig aus Molybdän und/ oder Niob, nicht dauerhaft vakuumdicht abgeschlossen werden kann. Gleichzeitig sind die Metallkappen auch

ίο vor Oxydation zu schützen.

Weder das Problem des Oxydationsschutzes der elektrischen Zuleitungen in der freien Luft noch das vakuumdichte Verkleben des Einkristallkolbens mit der Metallkappe konnte bisher gelöst werden.

In einer Veröffentlichung der Westinghouse Research Laboratories, Pittsburgh, »Applied Optics«, 1973/8, Seite 1740, ist eine einschlägige Lösung beschrieben, die auch durch die DE-OS 24 10 123 bekannt ist, bei der die elektrischen Zuleitungen einer Entladungslampe mit Kaliumfüllung derart vor Oxydation geschützt werden, daß sie mit Hilfe eines keramischen Verlängerungsrohres gegenüber der Luft abgeschlossen sind, während der Strom durch ein auf das Verlängerungsrohr und auf die Oberfläche der Entladungslampe aufgetragenes Klebematerial über Platindrähte zu den elektrischen Zuleitungen der Entladungslampe zugeführt wird.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß, obwohl Platin eine gute Beständigkeit gegen die oxydierende Wirkung der Luft aufweist, sich Platin wegen der Wärmeausdehnungseigenschaften den hier verwendeten Stoffen (Klebstoffe, keramische oder kristalline Stoffe) nicht anpaßt, so daß die Lampe gegen Wärmestoßbehandlungen nicht beschädigt ist.

In dem ersten Abschnitt des genannten Artikels wird festgestellt, daß die Entladungslampe offensichtlich infolge eines entstandenen Loches betriebsunfähig geworden ist, und daß, da die in den Laboratorien hergestellten Entladungslampen nur einige Stunden lang betriebsfähig sind, Lebensdauerprüfungen mit diesen Entladungslampen nicht durchgeführt werden konnten.

Aus der DE-OS 24 05 335 ist schließlich eine Entladungslampe bekannt, bei welcher die Elektrodenzuleitung von einem Rohrabschnitt umschlossen ist.

Dieser stellt keine selbständige Kammer dar, da er immer mit dtm Entladungsraum verbunden ist. Dieser Rohrabschnitt ist für eine Kondensation der zur Entladung benötigten Metalle vorgesehen. Demzufolge ist entlang des Rohabschnittes nur jener Yemperaturabfall zulässig, welcher die Verdampfung der Metalle noch ermöglicht. Diese Temperatur ist jedoch so hoch, daß jedes Metall, einschließlich Niob, in Berührung mit Luft oxydiert.

Ferner ist es aus der DE-AS 20 14 106 bei einer nicht

5: in freier Luft betreibbaren Entladungslampe bekannt, eine Elektrodenzuführung als Keramikteil auszubilden, der mit einem Trägermetall überzogen ist, das dazu dient, eine Anlage von Kontakttedern zur Stromzuführung zum Keramikteil zu ermöglichen und ferner eine gute Haftung der emittierenden Oxydschicht am Trägermetall zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenzuführung für eine Hochdruck-Entladungslampe der eingangs genannten Art vor Oxydation zu schützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenzuführung aus einer an der Oberfläche mit einer Wolfram- oder Molybdänschicht

überzogenen Keramik besteht und vom Verlängerungsrohr umgeben ist und daß die Abschlußteile mit der Elektrodenzuführung elektrisch verbunden sind.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Verwendung eines Verlängerungsrchres, welches eine Elektrodenzuführung umgibt, ist aus der DE-OS 22 36 073 bei einer Entladungslampe an sich bekannt und dient dort zur Aufnahme einer becherförmigen Dichtung, an der die Elektrode befestigt ist Bei der bekannten Anordnung handelt es sich nichi um eine Hochdruckentladungslampe, sondern um eine Niederdruckentladungslampe, vorzugsweise eine Xenon-Lampe, die infolge der Verwendung von verschiedenen Zusatzmaterialien, z. B. Quecksilber-, Natrium-, Thallium-Jodid, kein Vorschaltgerät benötigt und bei der die Elektrodenzuführung nicht bei hoher Temperatur vor Oxydation geschützt werden muß. Der Betriebsdruck beträgt dort etwa 1 Bar.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung wird eine elektrische Hochdruckentladungslampe ohne Außenkolben erhalten, die auch in freier Luft betriebsfähig ist und einerseits in einer vakuumdicht abgeschlossenen Kammer die Zuleitung bei einer hohen Temperatur vor der Oxydation schützt, andererseits auch in großen Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden kann, wobei die Lebensdauer der Lampen etwa 10 000 Betriebsstunden erreicht. Z. B. ist die Entladung;» ampe bei Erfüllung besonderer optischer Forderungen zur Anwendung als Anregungslampe für Laserkristalle geeignet, wobei das nötige Lichtspektrum und reflexionsfreies Licht sichergestellt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht der Elektrodenzuführung.

Die bezüglich ihrer beiden Enden symmetrisch aufgebaute Entladungslampe besteht aus einem mit einem keramischen Kolben oder einen Einkristallkolben umgebenen Entladungsgefäß 1, einer keramischen Scheibe 2, einer Eiektrodenzuführung 3, die mit einer Elektrode 4 verbunden ist. Die Scheibe 2 ist mit Hilfe von Emaille 5 am Kolben 1 vakuumdicht angeklebt. Ein gleiches Lot ergibt einen vakuumdichten Verschluß zwischen der Scheibe 2 und der Elektrodenzuführung 3 bzw. 3a. Die Verbindung zwischen einem Abschlußteil 36und einem Verlängerungsrohr 8 wird durch ein Lot 9 hergestellt. In dem Verlängerungsrohr ist Vakuum oder ein neutrales Gas vorhanden, die optimale Rohrlär.ge beträgt mindestens 35 nm.

Die Elektrodenzuführung 3 ist aus einer Keramik, deren Oberfläche mit einer Wolfram- oder Molybdänschicht 7 überzogen ist Die Elektrodenzuführung 3 ist von einem Verlängerungsrohr 8 umgeben; die Wärmeausdehnungszahlen beider stimmen miteinander überein. Das Verlängserungsrohr wird mit demselben Emaille 6, wie die mit der Metallschicht überzogene Elektrodenzuführung an die Scheibe 2 geklebt Am anderen Ende des Verlängerungsrohres 8 stellt das Lot 9 den vakuumdichten Verschluß sicher.

Die in F i g. 1 dargestellte, ohne Außenkolben in freier Luft betreibbare Hochdruckentladungslampe wird derart hergestellt, daß zunächst die Scheibe 2 an den Kolben des Entladungsgefäßes 1 geklebt wird. Hierauf werden bei vertikaler Lage der Scheibe 2 die bereits mit einer Elektrode 4 versehene Elektrodenzuführung 3 und das Verlängerungsrohr 8 an die Scheibe 2 gesetzt. Dann wird das an der Klebestelle aufgetragene Emaille in einer Edelgasatmosphäre, zweckmäßig unter einem Druck von ²Z₆₈ - \0~²—A · 10~²Bar geschmolzen, wobei der Abschlußteil 3bmit Hilfe des Lots 9 das Ende des Verlängerungsrohrs 8 abschließt. Wird das im Verlängerungsrohr 8 befindliche Edelgas als Füllgas benutzt, so wird auch das andere Ende des Verlängerungsrohrs 8 gleichzeitig mit dem Verlöten mit der mit einem Umfangsflansch versehenen Scheibe 2 mit Hilfe des Lots 9 verlötet.

Während des Betriebs der Entladungslampe erhitzt sich die Scheibe 2, als die kälteste Stelle des Entladungsraumes auf etwa 800⁰C, während das andere Ende des Verlängerungsrohres 8, wenn dieses mindestens 35 mm lang ist, auf einer niedrigen Temperatur bleibt, bei der weder die Wolframschicht noch die Molybdänschicht eine Oxydation erleiden. So kann die gesamte Entladungslampe ohne Außenkolben an freier Luft betrieben werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Enden der Entladungslampe und des Verlängerungsrohres 8 auf bekannte Weise mit je einer metallischen Scheibe abgeschlossen, wobei die beiden Scheiben zweckmäßig mit einer elastischen metallischen Leitung verbunden sind.

Mit derart hergestellten Entladungslampen durchgeführte Messungen haben gezeigt, daß die vorgeschriebenen optischen Forderungen weitgehend erfüllt und der Schutz der Stromzuführung gegen Oxydation dauerhaft gewährleistet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrodenzuführung für eine elektrische, in freier Luft betreibbare Hochdruckenlladungslampe ohne Außenkolben mit keramischem Kolben oder Einkristallkolben und keramischen Verlängerungsroh-en mit Abschlußteil, wobei zwischen Kolben und Verlängerungsrohr eine keramische Scheibe mittels Emaille vakuumdicht befestigt ist und die Scheibe mit der Elektrodenzuführung mittels Emaille vakuumdicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenzuführung (3) aus einer an der Oberfläche mit einer Wolfram- oder Molybdänschicht (7) überzogenen Keramik besteht und vom Verlängerungsrohr (8) umgeben ist und daß die Abschlußteile (3b) mit der Elektrodenzuführung (3) elektrisch verbunden sind.

2. Elektrorienzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß das Verlängerungsrohr (8) auf ein Vakuum von 0,0267 Bar bis 0,04 Bar ausgepumpt und/oder mit einem Inertgas gefüllt ist.

3. Elektrodenzuführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußteile (3b) des Verlängerungsrohres (8) und die Elektrodenzuführung (3) ein einziges Stück bilden.