DE2548732A1

DE2548732A1 - Elektrische entladungslampe

Info

Publication number: DE2548732A1
Application number: DE19752548732
Authority: DE
Inventors: Cornelis Adrianus Joann Jacobs; Bart Van Der Leeuw
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1976-05-20
Also published as: GB1519509A; IT1048792B; NL174682C; CA1041591A; FR2291605A1; ATA857475A; FR2291605B1; JPS5172187A; DE2548732C2; HU177130B; AT360617B; JPS555224B2; NL174682B; BE835513A; NL7414846A; US4011480A

Description

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Dipl.-lng. HORST A¹JER ;,,... 8.10.1975

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Aide: pgjj 7806 ?

Anmeidung vorn; 16_o10o75 '

"Elektrlsclie Entladungslampe" .

Die Erfindung bezieht sich, auf eine

elektrische Entladungslampe mit einem rolirförmigen Entladungsgefäss aus keramischem Material, das mittels eines ringförmigen und eines zylindrischen keramischen Formstückes verschlossen ist, wobei zwischen diesen Formstücken ein rohrförmiges metallenes Sti^omdurchführungsglied angeordnet ist.

Bei Entladungslampen, die eine hohe

Betriebstemperatur, z.B. 1000 C oder höher, aufweisen, besteht das EntJadungsgefäss aus keramischem Material, unter dem hier sowohl polykr:! s tall ines Material, wie durchscheinendes gasdichtes Al_p0„, MgAl„0. (Spinel)

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und Y 0_, als auch einkristallines Material, wie Saphir, zu verstellen ist.

Dieses Material lässt sich - im Gegensatz zu Glas - nicht bei höheren Temperaturen verformen. Keramische Entladungsz'öhren werden denn auch häufig mittels keramischer Formstücke verschlossen, die mit Hilfe einer Schmelzkeramik vakuumdicht mit der Röhrenwand verbunden \tferden (Siehe die deutsche Offenlegungsschrift

Auch können keramische Formstücke dadurch

vakuumdicht mit der Röhrenwand verbunden werden, dass sie durch Schrumpfung um die Röhre oder in der Röhre befestigt werden (USA-Patentschrift 3-564.328).

In die Formstücke werden Stromdurchführungsglieder aufgenommen, die vorzugsweise aus einem Metall mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten bestehen, der gleich dem des keramischen Materials oder von diesem nur wenig verschieden ist. Als solches kommt Niob, aber auch Tantal in Betracht (siehe die vorgenannten Veröffentlichungen) .

Beide genannte Metalle sind, jedoch kostspielig und weisen noch den Nachteil auf, dass sie nicht . gegen Halogenide und Sauerstoff beständig sind, durch welche Eigenschaft die Lebensdauer von Lampen, bei denen diese Metalle mit den genannten Stoffen in Beinahrung kommen, ungünstig beeinflusst wird.

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Aus der britischen Patentschrift 1.132.13'+

ist eine elektrische Entladungslampe der eingangs genannten Art bekannt, in der das Stromdurchführüngsglied an der Oberfläche aus einem Metall mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten besteht, der grosser als der des keramischen Materials ist, welches Metall aus der durch Platin, Eisen, Nickel und Kobalt gebildeten Gruppe gewählt ist. Der Kern des Gliedes besteht aus einer Legierung mit einem dem des keramischen Materials entsprechenden Ausdehnungskoeffizienten. Nach dieser Patentschrift sind Stromdurchführungsglied und keramische Formstücke durch eine Behandlung unter Druck und bei hoher Temperatur in einer trockenen Wasserst offatmosphäre vakuumdicht miteinander verbunden.

Die Lampe nach dieser britischen Patentschrift weist den Nachteil auf, dass ihre Herstellung viel Zeit beansprucht und dass spezielle Werkzeuge erforderlich sind, um Druck aiif die keramischen Formstücke und das Stromdurchführungsglied während des Vorgangs zum Miteinanderverbinden dieser Teile auszuüben.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift

2.032.277 ist es bekannt, dass Metalle mit einem erheblich m edrigeren Ausdehimngskoeffizienten als das keramische Material, wie Wolfram, Molybdän, Rhenium und Legierungen derselben, für das Stromdurchführungsglied verwendet werden können. Diese Metalle sind gegen die in Entladungslampen vorhandenen aggressiven Stoffe beständig.

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-Z₁-

Zwischen dem Stromdurchführungsglied und dem

keramischen Formstück, in dem dieses Glied angebracht wird, werden nach dieser Offenlegungsschrift unter Druck eine Anzahl von Schichten mit von innen nach aussen von Schicht zu Schicht zunehmendem Ausdehnungskoeffizienten angebracht, um den Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten des Stromdurchführungsgliedes und des Formstückes auszugleichen.

Die Vorteile dieses Vorschlags, und zwar die Anwendung preiswerter und resistenter Materialien, werden durch die verwickelte Herstellung von Lampen mit einer derartigen Konstruktion wieder beseitigt.

Die Erfindung bezweckt, eine Entladungslampe

mit einer einfach aufgebauten Entladungsgefässdichtung und einem Stromdurchfülirungsglied aus einem resistenten Metall zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei

einer elektrischen Entladungslampe eingangs genannter Art dadurch gelöst, dass das' Stromdurchführungsglied aus einem Metall besteht, das aus der durch Wolfram, Molybdän, Rhenium und Legierungen derselben gebildeten Gruppe gewählt ist, und dass dieses Glied mittels einer Schmelzkeramik mit den beiden keramischen Formstücken vakuumdicht verbunden ist.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein vakuumdichter Verschluss eines Entladungsgefässes in der Lampe nach der Erfindung gewährleistet ist, auch wenn das Stromdurchfülirungsglied ein Rohr mit verhältnismässig

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grosser Wandstärke ist.. Im allgemeinen 'wird die Wandstärke des Rohres 20 bis 250 /um und in der Regel 2Ö bis 150/um" betragen. Im allgemeinen wird nicht der Bedarf vorliegen, ein Rohr mit einer dickeren Wand zu wählen, weil Rohre mit der angegebenen Wandstärke Bereits eine genügend höhe Leitfähigkeit aufweisen.

Die verwendeten Rohre können durch Strangpressen, Tiefziehen oder Rollen von Plattenmaterial, gebildet, werden, in welchem letzteren Falle nahezu geschlossene Rohre erhalten werde} die sich ebenfalls bewährt haben.

Es sei bemerkt, dass in der nicht vorveröffent — lichten niederländischen Patentanmeldung 7·311«290 eine elektrische Entladungslampe beschrieben wird, in der das Stromdurchführungsglled aus einer Anzahl von Streifen aus Molybdänfolie mit geringer Dicke (etwa 15 /um) besteht, die zwischen der Wand des zylindrischen Entladungsgefässes und dem Formstück, mit dem das Gefäss verschlossen ist, festgeklemmt sind.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Lampe ist der, dass - weil das Stromzuführungsglied in diesem Falle ein Rohr ist und die Rohrwand viel dicker als die genannten Folienstreifen sein kann - das Stromdurchführungsglied einen viel niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist und dadurch bei Stromdurchgang viel weniger warm werden wird. Ein

weiterer Vorteil besteht darin, dass das Stromdurchführungsglied nach der Erfindung eine grössere mechanische Festigkeit

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aufweist und sich besonders gut zur Anwendung als Träger für eine Elektrode eignet. Ein weiterer Vorteil eines Rohres besteht darin, dass keine Schroffen geometrischen Übergänge vorhanden sind, an denen sich Spannungen konzentrieren.

Das Stromdurchfülirungsglied kann sehr verschiedene Abmessungen aufweisen. Vorzugsweise wird der Ausseildurchmesser des Stromdurchführungsgliedes derart gewählt, dass der Innendurchmesser des Entladungsgefässes anderthalb- bis zehnmal und bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei- bis fünfmal grosser ist.

Das ringförmige und das zylindrische Formstück werden derart bemessen, dass die Schmelzkeraraik die Räume zwischen dem Stromdurcliführutigsglied und den Formstücken durch Kapillarwirkung ausfüllen kann.

Das in das Lampengefäss geführte Ende des

Stromdurchführungsgliedes kann durch ein Stützglied für die Elektrode verschlossen sein, z.B. durch eine Schweissverbindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen das StrGjndux'chfülix'uiigsglied und <ias Stützglied aus einem Stück.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das in das Lampengefass geführte Ende des Stroradurchfiihrungsgliedes oder das Stützglied örtlich durchbohrt, Dadurch kann bei der Herstellung der Lampe die Schmelzkeramik leichter die liapillarräume zwischen, dem Strom-

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durchführungsglied und dem zylindrisch en Formstück ausfüllen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das zylindrische Formstück, vorzugsweise in der Mitte, durchbohrt, so dass das Stromdurchführungsglied bei der Herstellung der Lampe als Pumpstengel wirken kann. In diesem Fall ist das Lampengefäss dadurch abgedichtet, dass das Stromdurchführungsglied ausserhalb des Lampengefässes zugedrückt und/oder zuge^schweisst wird, aber vorzugsweise dadurch, dass die Bohrung in dem Formstück mit Schmelzkeramik ausgefüllt wird.

Das ringförmige keramische Formstück kann

durch eine Schrumpfverbindung vakuumdicht an der ¥anddes zylindrisehen Entladungsgefässes befestigt sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass beide Teile mittels einer Schmelzkeramik miteinander verbunden sind.

In dem ri'ngf ormiTgen"Formstück kann eine Bohrung angebracht sein, durch die eine Hilfselektrode in das Lampengefäss geführt ist, wobei die Durchführung mittels einer Schmelzkeramik abgedichtet ist.

Als Schmelzkeramik können u.a. die bekannten gegen die Füllungen von Entladungslampen beständigen Materialien verwendet werden, wie sie aus den USA—Patentschriften 3.28I.309, 3.kk\ J42I, 3.588.577 und den vorgenannten Offenlegungsschriften bekannt sind.

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Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der'Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Entladungslampe nach der Erfindung, und

Figuren 2 bis 4 einen Längsschnitt durch ein Ende eines Entladungsgefasses.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Entladungsröhre

einer Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe von 400 ¥ bezeichnet. Mit 2 ist der Aussenkolben dieser Entladungslampe bezeichnet. 3 Bezeichnet den Lampensockel. Mit 4 ist ein Poldraht bezeichnet. An den Poldraht ist auch ein Widerstand 5 angeschlossen. Die andere Seite dieses Widerstandes ist an eine innere Hilfselektrode (siehe 20 in Fig. 3) in der Entladungsröhre 1 angeschlossen. In Fig. 2 bezeichnet 10 einen Teil der Entladungsröhre 1 nach Fig. 1. Diese Entladungsröhre ist aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid hergestellt. Die Füllung der Röhre besteht aus einem Amalgam, und zwar einer Kombination von Natrium und Quecksilber, und enthält ein Zündgas, z.B. Xenon. Mit 11 ist eine Hauptelektrode bezeichnet, die über ein Stützglied 12 an einem rohrförmigen Stromdurchführungsglied 13 aus Wolfram befestigt ist. Das Stromdurchführungsglied 13 ist mit Hilfe einer Schmelzkeramik 17 an -keramischen Formstücken T 4 und Λ$ befestigt, die ebenfalls aus durchscheinendem gesintertem Aluminiumoxid bestehen. Die Schmelzkeramik

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besteht hler aus einem Gemisch von 30 Gew.^a Al₂O , 30 Gew. % BaO und 40 Gew. # ^B ₂°3 ^mit einem Schmelzptinlct von etwa 14OO°C. 16 bezeichnet eine mittlere Bohrung in dem zylindrischen Formstück 15 und 18 eine Bohrung in dem Stützglied 12, das mit dem Stromdurcliführungsglied 13 ein Ganzes bildet. Die Bohrung 16 ist ebenfalls mittels einer Schmelzkeramik verschlossen.

Die Bezugsziffern in Fig. 3 bezeichnen die gleichen Teile wie in Fig. 2. 19 ist eine Bohrung im Stromdurchführungsglied 13, während 20 eine Hilfselektrode ist, die durch eine Bohrung 21 in das Lampengefäss eingeführt ist.

In Fig. k ist eine Elektrode 31 aus

Wolfram an einem Wolframstützglied 32 festgeschweist, das eine Durchbohrung 33 aufweist. Das Stützglied 32 ist an dem Stromdurchführungsglied 3^ aus Molybdän befestigt, das mittels einer Schmelzkeramik 35 mit den keramischen Formstücken 36 und 37 verbunden ist. Das ringförmige keramische Formstück 36 ist mittels einer Schroelzkeramik 38 mit der Wand 30 des rohrförmigen Entladungsgefässes verbunden.

In einem praktischen Atisführungsbeispi el

betrug die Länge des Entladungsgefässes (1O in Fig. 3) aus gesintertem Al„0„ 11 cm. und der Aussendurclimesser -1 cm, während die Wandstärke 0,1 cm betrug. Die kera-

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mischen Formstücke 14 und 15, die ebenfalls aus gesintertem A1„O„ besteinden, wiesen eine Dicke von 0,3 cm auf. Die ring-förmigen Formstücke 14 waren vor dem Zusammenbau auf eine höhere Temperatur als das Rohr 10 vorerhitzt worden. Die beiden Enden des Rohres 10 wurden mit einem ringförmigen Formstück 14 versehen, wonach durch Erhitzung bei 185O°C in einer Wasserstoffatmosphäre infolge des Schrumpfungsunterschiedes zwischen den Ringen und dem Rohr feste Verbindungen erhalten wurden. Ein Molybdänrohr 13 mit einem Aussendurchmesser von 0,4 cm und einer Wandstärke von 150 ,um wurde, nachdem es mit der Wolframelektrode 11 versehen worden war, in die grosse öffnung in einem der Formstücke 14 geführt, die etwa 200 /um grosser als der Durchmesser des Rohres 13 war. In das Rohx" 13 wurde ein auf 185O⁰C gesinterter Z3^1inder 15 aus Al_?0,, eingeführt, der¹ darin mit einem Spiel von etwa 25/Um passte. In eine zweite Bohrung 21 in dem Formstück 14 von 100-/um wurde eine Wolframhilfselektrode 20 mit einem Durchmesser von 60 /um geführt. Rings um die abzudichtenden öffnungen in den Formstücken wurde eine Schmelzkeramik angebracht : 44 Gew.^ Al₂O , 38 Gew.# CaO, 9 Gew.$ BaO, 6 Gew. ^ MgO, 2 Gew.$ B„0„ und 1 Gew.^₀ SiO . Dann wurde im Vakuum auf

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eine Temperatxir von etwa 1450⁰C erhitzt.

Das an einem Ende cibgedichtete Rohr wurde nun mit Argon gespült, mit Quecksilber, Natriumiodid,

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Th.alliumjod.id und Indium j odid gefüllt und dann am anderen Ende mit dem zweiten Stromdurchführungs— glied 13 und der darauf angebrachten Elektrode versehen. Während das fertige Ende des Entladungsgefässes gekühlt wurde, wurde das andere Ende in einer Atmosphäre von 20 Torr Argon mittels einer Schmelzkeramik abgedichtet.

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Claims

PATENTANSPIiUECHE :

( 1.y Elektrische Entladungslampe mit einem

rohrförmigen ICntladungsgefäss aus keramischem Material, das mittels eines .ringförmigen und eines zylindrischen

. keramischen Formstückes verschlosen ist, wobei zwischen diesen Formstücken ein rohrförmiges metallenes Stromdurchführungsglied angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromdurchführungsglied (13 bzw. 3h) aus einem Metall besteht, das aus der durch Wolfram, Molybdän, Rhenium und Legierungen derselben gebildeten Gruppe gewählt ist, und dass dieses Glied mittels einer Schmelzkeramik vakuumdicht mit den beiden keramischen Formstücken (i4, 15 bzw. 36, 37) verbunden ist.

2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das Stromdurchführungsglied (13 bzw. 3^) eine Wandstärke von 20 bis 250 /um aufweist. 3· Elekti-ische Entladungslampe nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Stromdurchführungsglied (13 bzw. 3^+) eine Wandstärke von 20 bis 150 /um aufweist. h. Elektrische Entladungslampe nach einem der

Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des zylindrischen Entladungsgefässes (lObzw. 30) anderthalb bis zehnmal grosser als der Aussendurchmesser des Stromdurchführungsgliedes (13 bzw. 3^0 ist.

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5. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des zylindrischen Entladungsgefässes (1O bzw. 30) zweibis fünfmal grössr als der Aussendurchmesser des Stromdurchführung sgliedes (13 bzw. 3^) ist.

6. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch k oder 5> dadurch gekennzeichnet, dass das rohrfb'rmige Stromdurchführungsglied (13 bzw. 3'0 an seinem im Lampengefäss (iO bzw. 30) befindlichen Ende durch ein Elektrodenstützglied (12 bzw. 32) verschlossen ist.

7. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in das Lampengefäss geführte Ende des Stromdurchführungsgliedes (13 bzw. 3^) oder das Stützglied (12 bzw. 32) örtlich durchbohrt ist.

8. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische keramische Formstück (15) in der Mitte durchbohrt ist.

9. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (16) in dem zylindrisehen keramischen Formstück (15) mittels einer Schmelzkei'amik abgedichtet ist.

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