DE2639478C2 - Hochdruckgasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckgasentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, dessen Wand im wesentlichen aus mindestens einer der Verbindungen Aluminiumoxid oder Yttriumoxid besteht und in dem mindestens eine Elektrode angeordnet ist, die mit einem vakuumdicht herausgeführten Stromzuführungsleiter verbunden ist.

Derartige Lampen sind bereits bekannt (DE-OS 13 253, DE-AS 15 89 171). Die Verwendung der erwähnten Verbindungen Aluminiumoxid und Yttriumoxid als Wandmaterial für Hochdruckentladungslampen bietet einige wesentliche Vorteile. Beide Materialien sind nämlich in monokristalliner und auch in dichtgesinterter Form vakuumdicht und in hohem Maße für sichtbare Strahlung durchlässig. Sie können sehr hohe Temperaturen aushalten, so daß Lampen hergestellt werden können, die im Betrieb thermisch viel höher belastet werden können als beispielsweise Lampen aus Quarz. Ein großer Vorteil der erwähnten Werkstoffe ist, daß sie auch bei den auftretenden hohen Betriebstemperaturen nicht von aggressiven Lampenfüllungen angegriffen werden.

Wenn AI2O3 in dichtgesinterter Form angewandt wird, enthält die Kolbenwand im allgemeinen Gew.-°/o oder mehr AI2O3. Bei Verwendung von Y₂O₃ in dichtgesinterter Form besteht die Kolbenwand aus mindestens 85Gew.-% Y₂O₃. Vorzugsweise wird das Y2O3 jedoch nahezu rein angewandt
- Eine Ausführungsform der erwähnten Lampenart ist die Hochdrucknatriumentladungslampe. Eine Schwierigkeit in derartigen Lampen bilden die Stromzuführungsleiter, die zur Stromversorgung der im Entladungsgefäß liegenden Elektroden dienen. Bisher hat man als Werkstoff für den Stromzuführungsleiter in Hochdrucknatriumentladungslampen im allgemeinen Niob angewandt Niob ist nämlich nätriumbe^tändig und hat einen Ausdehnungskoeffizienten (7,5 · 10-⁶K-'), der nahezu gleich dem des Aluminiumoxids ist und nicht weit von dem des Yttriumoxids (8,1 - 10-⁶K-') abweicht, so daß eine vakuumdichte Verbindung mit der Wand des Entladungsgefäßes möglich ist Ein mit der Verwendung von Niob als Stromzuführungsleiter verknüpfter großer Nachteil ist aber der hohe Preis dieses Metalls. Weiter ist Niob relativ selten, so daß nicht immer eine regelmäßige Zulieferung des Metalls gewährleistet ist

Als Alternative für Niob ist Molybdän vorgeschlagen worden. Der Ausdehnungskoeffizient von Molybdän (5,5 - 10-⁶K-') weicht jedoch bedeutend von dem von AI2O3 und Y2O3 ab, so daß in der Praxis bei der Herstellung von Lampen mit Molybdän-Stromzuführungsleitern ein großer Ausfall auftritt und Lampen mit unbefriedigender Lebensdauer erhalten werden.

Eine andere Ausftihrungsform der Lampen der betreffenden Art besitzt eine Gasfüllung, die mindestens ein Metallhalogenid enthält Mit derartigen Halogenidentladungslampen, die im allgemeinen neben Halogenid weiter Quecksilber und ein Edelgas enthalten, können hohe Lichtströme in Verbindung mit einer guten Farbwiedergabe erreicht werden. Bisher war man bei derartigen Lampen für den Stromzuführungsleiter auf Molybdän angewiesen, weil Niob nicht halogenidfest ist Die oben erwähnten Nachteile des Molybdäns treten bei diesen Lampen noch stärker auf. Die Verbindung zwischen Stromzuführungsleiter und Kolbenwand wird nämlich meist mit Hilfe eines Schnv-b-.glases erhalten. Die geeigneten halogenidfesten Schmelzgläser, die bei diesen Lampen angewandt werden müssen, besitzen im allgemeinen einen höheren Schmelzpunkt als die Schmelzgläser, die bei der Hochdrucknatriumlampe verwendet werden. Die Einschmelzung muß also bei den Halogenidentladungsiampen bei höherer Temperatur erfolgen, wodurch mehr mechanische Spannungen eingeführt werden können und ein größerer Ausfallprozentsatz auftreten kann.

Aus der US-PS 37 05 112 ist es bekannt, Boride von Titan und/oder Zirkon als Anschlußschienen für die Kathoden von Elektrolysezellen bei der Herstellung von Alpminium zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckgasentladungslampe mit einem Stromzuführungsleiter zu schaffen, der alkalimetall- und halogenidbeständig ist und einen Ausdehnungskoeffizienten passend zu denen von Aluminiumoxid und Yttriumoxid aufweist.

Eine Hochdruckgasentladungslampe eingangs erwähnter Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsieiter im wesentlichen aus mindestens einem Borid aus Titan und/oder Zirkon besteht.

Gefunden wurde, daß Titanborid und Zirkonborid und Mischungen dieser Boride, wie Titanzirkonborid, eine genügend große elektrische Leitfähigkeit besitzen, um als Werkstoff für Stromzuführungsleiter in Entla-

dungslampen dienen zu können; Weiter hat es sich gezeigt, daß diese Boride den weiteren Bedingungen hervorragend entsprechen, die an die Stromzuführungsleiter gestellt werden müssen. Sie besitzen einen hohen Schmelzpunkt (3250 K für TiB₂ und 3310 K für ZrB₂) und eine gute Stabilität bei hoher Temperatur. Bei einer Temperatur von beispielsweise 1500 K beträgt der Bordruck sowohl über TiB₂ ais auch über ZrB₂ nur 10-^|3bar. Bei einer derartigen Temperatur ist der Dampfdruck des Bonds sogar noch niedriger als der Bordruck. Ein großer Vorteil der erwähnten Boride ist, daß ihr Ausdehnungskoeffizient (8,1 · 10-⁶K-'für TiB₂ und 6,9 · 10-⁶K-'für ZrB₂) ausgezeichnet zu denen von Aluminiumoxid und von Yttriumoxid paßt. Schließlich erfüllen diese Boride ausgezeichnet die zu stellenden Anforderungen hinsichtlich chemischer Resistenz. Sie werden auch bei hoher Temperatur nahezu nicht von Aluminiumoxid, Yttriumoxid, den üblichen Schmelzgläsern und der Lampenfüllung angegriffen, die, beispielsweise ein Alkalimetall, wie Natrium und/oder Metallha-Iogenide, enthalten kann.

Außer der Eignung für Anwendung in halogenidhaltigen Lampen bieten die erfindungsgemäßen Strom^uführungsleiter in bezug auf die bekannten Hiobleiter den weiteren Vorteil, daß die für die Herstellung dieser Leiter erforderlichen Rohstoffe verhältnismäßig preisgünstig und nicht knapp sind.

Bevorzugt werden Lampen nach der Erfindung mit einem Stromzuführungsleiter aus Titanborid. Es zeigt sich nämlich, daß dieser Stoff den geeignetsten Ausdehnungskoeffizienten besitzt

In einer erfindungsgemäßen Lampe kann der Stromzuführungsleiter einen Teil der Wand des Entladungsgefäßes bilden. Der Leiter kann beispielsweise als scheibenförmiges Absperrorgan ausgebildet sein, das mit dem Ende eines zylindrischen Entladungsgefäßes verbunden ist. Bevorzugt werden jedoch erfindungsgemäße Lampen, in denen der Stromzuführungsleiter die Form eines Stiftes oder eines Stabes besitzt, der durch einen Teil der Wand des Entladungsgefäßes hindurchgeführt ist. Mit derartigen Stiften oder Stäben wird nämlich die zuverlässigste vakuumdichte Verbindung mit dem Entladungsgefäß erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe ist der Stromzuführungsleiter vakuumdicht mit der Wand des Entladungsgefäßes mittels eines Schmelzglases verbunden. Bei geeigneter Wahl des Schmelzglases können gegebenenfalls noch auftretende Unterschiede in der Ausdehnung zwischen Leiter und Entladungsgefäß von diesem Schmelzglas aufgefangen werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Lampe ist der Stromzuführungsleiter mittels einer Sinterbefestigung vakuumdicht mit der Wand des Entladungsgefäßes verbunden. In einer derartigen Lampe ist der Leiter direkt in einen Teil der Wand des Entladungsgefäßes eingesintert und man ist nickt auf die Verwendung von Schmelzgläsern angewiesen, die eine Beschränkung hinsichtlich der Lampenfüllung ergeben können.

Die. Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch und im Schnitt eine erfindungsgemäße Hochdrucknatriumdampfentladungslampe, und

F i g. 2 gleichfalls im Schnitt den Elektroden- und Stromzuführungsaufbau einer erfindungsgemäßen HochdruckmetallhalGgenidlampe.

In F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße Hochdrucknatriumdampfentladungslampe dargestellt. Die im Betrieb eine Leistung von 1000 W aufnehmende Lampe besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus dichtgesintertem Aluminiumoxid mit einem Aüßendurchmesser von etwa 13 mm und einem Innendurchmesser von etwa 11 mm. An den Enden des Entladungsgefäßes sind Stromzuführungsleiter 2 und 3 aus Titanborid mit Hilfe eines natriumfesten Schmelzglases 4 bzw. 5 eingeschmolzen. Die Zuführungsleiter 2 und 3 bestehen aus zylindrischen Stäben mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von etwa 8 mm. An dem im Entladungsgefäß liegenden Ende der Titanboridstäbchen 2 und 3 ist in einer Zentralbohrung ein Elektrodenstift 6 bzw. 7 aus Wolfram mit Hilfe von Titanlötmittel 8 bzw. 9 befestigt Die Stifte 6 und 7 sind mit Wolframdoppelspiralen 10 bzw. 11 versehen, die zwischen den Windungen einen Elektronen emittierenden Werkstoff enthalten. Der Abstand zwischen den Elektroden 10 und 11 beträgt etwa 15 cm. Das Entladungsgefäß 1 ist mit 50 mg eines Natrium und Quecksilber enthaltenden Amalgams versehen und enthält weiter Xenon bis zu einem Druck von etwa 4 · 10³Pa. Die Lampe nach Fi g. 1 wird im allgemein in einem Glasaußenkolben untergebracht (in der Zeichr-ung nicht dargestellt). Die Lichtausbeute dieser Lampen ist nahezu gleich der vergleichbarer bekannter Lampen mit Niobzuführungsleiter.

Fig.2 zeigt den Elektroden- und Stromzuführungsaufbau einer erfindungsgemäßen Hochdruckmetallhalogenidlampe. Mit 20 ist das aus dichtgesintertem Aluminiumoxid bestehende Entladungsgefäß (Außendurchmesser etwa 9 mm; Innendurchmesser stwa 7 mm) bezeichnet Ein Titanboridstab 21 (Durchmesser 2 mm) ist mit Hilfe eines halogenfesten Schmelzglases 22 am Ende des Entladungsgefäßes 20 eingeschmolzen. Der im Entladungsgefäß liegende Teil der Titanboridstromzuführung 21 weist ein halterförmiges Ende 23 auf, auf dem eine Wolframspirale 24 geschraubt ist. In der Spirale 24 befindet sich eine zweite Wolframspirale 25, die mit einem Elektronen emittierenden Stoff versehen ist. Der dargestellte Aufbau ist beispielsweise für eine Lampe geeignet, die im Betrieb eine Leistung von 400 Watt aufnimmt und eine Füllung enthält, die aus Quecksilber, Argon und den Jodiden von Natrium, Thallium und Indium besteh:.

Die erfindungsgemäßen Stromzuführungs'eiter aus Titanborid und/oder Zirkonborid können mit Hilfe an sich bekannter Verfahren erhalten werden, beispielsweise durch Heißpressen oder durch isostatisches Heißpressen (wobei Widerstands- oder Induktionserhitzung angewandt wird) pulverförmiger Ausgangsstoffe (siehe beispielsweise die Veröffentlichung von Nitzsche und Fickel in Tonindustrie-Zeitung 96 (1972), Nr. 1, Seiten 19 und 20). Die so erhaltenen Produkte können nach Bedarf weiter bearbeitet werden, beispielsweise mittels Funkenerosion, um die gewünschte Form zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hochdruckgasentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, dessen Wand im wesentlichen aus mindestens einer der Verbindungen Aluminiumoxid und Yttriumoxid besteht und in dem mindestens eine Elektrode angeordnet ist, die mit einem vakuumdicht herausgeführten Stromzuführungsleiter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsleiter im wesentlichen aus mindestens einem Borid von Titan und/oder Zirkon besteht.

2. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsleiter aus Titanborid besteht

3. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsleiter die Form eines Stiftes oder Stabes hat, der durch die. Wand des Entladungsgefäßes hindurch geführt ist

4. Hochilruck^aasentladun^crs!aniⁿe nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsleiter vakuumdicht mit der Wand des Entladungsgefäßes mittels eines Schmelzglases verbunden ist

5. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsleiter mittels einer Sinterbefestigung vakuumdicht mit der Wand des Entladungsgefäßes verbunden ist

6. Hochdruckgasentladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung Natrium enthält.

7. Hochdruckgasentladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 ois 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung mindestens ein Metallhalogenid enthält.