DE2641867A1

DE2641867A1 - Elektrische entladungslampe

Info

Publication number: DE2641867A1
Application number: DE19762641867
Authority: DE
Inventors: Cornelis Adrianus Joann Jacobs
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1977-04-07
Also published as: NL7511416A; GB1500355A; IT1072425B; FR2326035A1; BE846638A; CA1060524A; FR2326035B1; US4052635A; JPS5242673A; HU173375B

Description

Dlpl.-Τητ. HORST ATJER

L'a; c η Ki ο »'alt

N.V.PHILIPS'GLOEILAMPEN FABRIEKEN, EINDHOVEN/NIEDERLANDE

"Elektrische Entladungslampe"

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungslampe mit einem keramischen Lampenkolben, in dessen Wand zylindrische Stromdurchführungsglieder aus Niob oder Tantal aufgenommen sind, die einerseits mit den Elektroden verbunden sind und andererseits aus dem Lampenkolben herausragen, wobei Mittel zum Schutz der Stromdurchführungsglieder vor Angriff durch den Lampenkolben umgebendes Gas vorgesehen sind.

Bei Entladungslampen, die eine hohe Betriebstemperatur aufweisen - z.B. 1000⁰C oder höher - besteht der Lampenkolben aus einem keramischen Material, worunter hier sowohl polykristallines Material, wie durchscheinendes gasdichtes Aluminiumoxid, Spinell (MgAl₂O^) und Yttriumoxid, als auch einkristallines Material, wie Saphir, zu verstehen ist.

Die Stromdurchführungsglieder, die für die Stromversorgung der Elektroden in die Wand des keramischen Lampenkolbens aufgenommen werden, bestehen häufig aus Niob oder Tantal, weil diese Metalle in bezug auf ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten keramischem Material am nächsten kommen. Diese Metalle sind aber bei höheren Temperaturen nicht gegen Stickstoff und Sauerstoff beständig: mit Stickstoff werden Metallnitride gebildet, die spröde und für Stickstoff gut durchlässig sind, sodaß Stickstoff in den Lampenkolben hineindiffundiert, wodurch die Zündspannung der Lampe erhöht wird. Mit Sauerstoff werden Metalloxide gebildet, wodurch die mechanische Festigkeit der Lampenkonstruktion verringert wird, was Gasleckage zur

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Folge hat, wodurch das Ende der Lebensdauer eingeleitet wird.

Lampen mit Niob- oder Tantalstromdurchführungsgliedern sollen dann auch in einem evakuierten oder mit Edelgas gefüllten Außenkolben betrieben werden. Es liegt jedoch ein Bedarf an Lampen vor, die in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre oder an Luft betrieben werden können.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2.410.123 ist eine Lampe eingangs erwähnter Art bekannt, bei der - gasdicht mit der Wand des Lampenkolbens verbunden - ein keramisches Gehäuse um den aus dem Lampenkolben herausragenden Teil eines zylindrischen Stromdurchführungsgliedes aus Niob oder Tantal angebracht ist. Die Stromzufuhr zur Lampe wird dabei mittels einer Platinfolie hergestellt, die mit dem Stromdurchführungsglied verbunden und zwischen der Wand des Lampenkolbens und dem keramischen Gehäuse gasdicht herausgeführt ist.

Diese Konstruktion ermöglicht zwar den Betrieb der Lampen an der Luft, ist aber kompliziert, teuer und verletzbar.

Die Erfindung bezweckt, einfachere Mittel zu schaffen, mit deren Hilfe Niob- und Tantalstromdurchführungsglieder vor Angriff durch das den Entladungskolben umgebende Gas geschützt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Entladungslampe eingangs genannter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Teile der Stromdurchführungsglieder, die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 500⁰C aufweisen, gegen das den Lampenkolben umgebende Gas mittels keramischer Formstücke abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial gasdicht mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.

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Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Lampe in Stickstoff oder einem stickstoffhaltigen Gasgemisch betrieben werden kann, ohne daß der Stickstoff das Metall der Stromdurchführungsglieder angreift·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lampe nach der Erfindung ist diese auch für Betrieb an der Luft geeignet. Eine derartige Lampe weist den Vorteil auf, daß der Lampenkolben nicht von einem Außenkolben umgeben zu sein braucht, so daß die Leuchten, in denen die Lampe angebracht wird, kleiner sein können. Die Lampe nach dieser bevorzugten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichet, daß auch die Teile der Stromdurchführungsglieder, die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 350⁰C aufweisen, gegen das den Lampenkolben umgebende Gas mittels keramischer Formstücke abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial mit den Stromdurchführungsgliedern gasdicht verbunden sind.

Bei Lampen mit Stromdurchführungsgliedern, die an ihrem aus dem Lampenkolben herausragenden Ende verschlossen sind- massiven Zylindern und Hohlzylindern, die am Ende z.B. durch Zusammendrücken, Schweißen oder Löten abgedichtet sind - können die schützenden keramischen Formstücke aus zylindrischen Hülsen bestehen, die um die Durchführungsglieder angebracht und mit diesen und mit der Wand des Lampenkolbens an der Stelle des betreffenden Durchführungsgliedes mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial verbunden sind·

Der Innendurchmesser der Hülsen wird vorzugsweise derart gewählt, daß ein Kapillarraum zwischen Hülse und Stromdurchführungsglied entsteht, der mit dem Schmelzverbindungsmaterial ausgefüllt werden kann·

Die Wanddicke der Hülsen ist nicht besonders kritisch. In der Regel wird diese nicht kleiner als 0,4 mm gewählt. Nur durch

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wirtschaftliche Erwägungen wird die größte Wanddicke bestimmt, obgleich diese in der Regel nicht derart groß gewählt wird, daß die Hülsen einen größeren Außendurchmesser als der Lampenkolben aufweisen_o Vorzugsweise werden Hülsen mit einer Wanddicke von mindestens 1 mm verwendet.

Wenn bei einer Lampe mit einem zylindrischen Lampenkolben ein Stromdurchführungsglied in einen Wandteil aufgenommen ist, mit dem der Lampenkolben an den Enden abgedichtet ist, was bei den meisten Lampen der Fall ist, kann die keramische Hülse mit diesem Wandteil ein Ganzes bilden.

Für Jeden Lampentyp kann durch Versuch leicht bestimmt werden, welche Länge die keramischen Hülsen aufweisen sollen, damit nackte äußere Teile der Stromdurchführungsglieder eine Temperatur von höchstens 500 bis 350⁰C aufweisen.

Wegen der Tatsache, daß die Ausdehnungskoeffizienten von keramischem Material einerseits und von Niob und Tantal andererseits einander nicht völlig gleich sind, werden vorzugsweise hohle zylindrische Stromdurchführungsglieder verwendet, namentlich wenn Stromdurchführungsglieder größeren Durchmessers (z.B. von mehr als 1 mm) Anwendung finden.

Bei hohlen zylindrischen Stromdurchführungsgliedern, die an dem aus dem Lampenkolben herausragenden Ende offen sind, wird nach der Erfindung außer einer keramischen Hülse um das Stromdurchführungsglied ein zylindrisches keramisches Formstück in diesem Glied angebracht und mit diesem mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial gasdicht verbunden.

Der Durchmesser dieses Formstücks wird vorzugsweise derart gewählt, daß ein Kapillarraum zwischen Formstück und Stromdurchführungsglied erhalten wird, der mit Schmelzverbindungsmaterial ausgefüllt werden kann.

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Die Länge des zylindrischen Formstücks ist nicht besonders kritisch. In der Regel wird das Formstück mindestens derart lang gewählt, daß es, nachdem es in das Durchführungsglied eingeführt worden ist, darin nicht kippen kann, und daß ein gasdichter Verschluß gewährleistet ist. In der Regel ist eine Länge von 3 mm ausreichend, obwohl ohne Bedenken längere Formstücke verwendet werden können.

Hochschmelzende Verbindungsmaterialien sind u.a. in den USA-Patentschriften 3.281.309, 3.441.421 und 3.588.577 und in der deutschen Offenlegungsschrift 1.471.379 beschrieben.

Im Vergleich zu der aus der deutschen Offenlegungsschrift 2.410.123 bekannten Lampenkonstruktion ist die Konstruktion nach der Erfindung erheblich einfacher, preiswerter und weist eine größere mechanische Festigkeit auf. Bei Lampen nach der Erfindung kann auf einfache Weise eine Stromzuführung mit dem nackten Ende eines Stromdurchführungsgliedes verbunden werden. Lampen, die nicht in einem Außenkolben betrieben werden, können über die nackten Teile der Stromdurchführungsglieder unmittelbar mit den Anschlußpunkten von Leuchten in Kontakt gebracht werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Ansicht einer Hochdrucknatriumlampe,

Fig. 2 eine Hochdrucknatriumlampe, die an der Luft betrieben werden kann, und

Figuren 3 bis 5 Längsschnitte durch Endteile von Lampenkolben,, In Fig. 1 bezeichnet 1 den keramischen Lampenkolben einer

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220 V/250 W-Hochdrucknatriumlampe, die in einem mit Stickstoff gefüllten Außenkolben 2 montiert ist, der mit einem Lampensockel 3 versehen ist. Ein Poldraht 4 führt über den nackten Teil 8 eines Stromdurchführungsgliedes einer der Elektroden und außerdem über einen Widerstand 5 einer Hilfselektrode Strom zu. Mit 6 und 7 sind keramische Hülsen bezeichnet, die die Teile der Stromdurchführungsglieder, die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 500⁰C annehmen, abschirmen.

In Fig. 2 ist der keramische Lampenkolben 10 einer 220 V/250 W-Hochdrucknatriumlampe an den Enden mittels keramischer Formstücke 11 und 12 verschlossen, durch die hohle Stromdurchführungsglieder 13 und 14 aus Niob geführt sind, deren Teile, die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 35O⁰C aufweisen, mittels keramischer Hülsen 15 und 16 geschützt sind (keramische Zylinder in den Stromdurchführungsgliedern sind in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Lampe kann an der Luft betrieben werden. Die blanken Teile von 13 und 14 dienen zum Anschluß an Stromzuführungen und zur Montage der Lampe in einer Leuchte.

In Fig. 3 ist ein zylindrisches Rohr 20 aus durchscheinendem gasdichten Aluminiumoxid durch eine Schrumpf/Sinterbearbeitung mit einer Ringscheibe 21 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid verbundene Ein zylindrisches Niobrohr 22, auf dem mit Titan eine Wolframelektrode 23 festgelötet ist, ist in der mittleren Öffnung der Scheibe 21 angeordnet«, Eine zweite Ringscheibe 24 aus durchscheinendem gasdichten Aluminiumoxid ist über die Sinterverbindung des Rohres 20 und der Scheibe gelegt. Diese Scheibe 24 dient dazu, Gasleckage über eine gegebenenfalls unvollkommene Sinterverbindungsnaht zwischen der Wand 20 und der Scheibe 21 zu verhindern« Das Rohr 22 ist teilweise von einer zylindrischen Hülse 25 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid umgeben, während in dem Rohr 22 ein Zylinder 26 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminium-

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oxid angebracht ist. Mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial 27 sind die verschiedenen Teile gasdicht miteinander verbunden.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung, bei der ein Rohr 30 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid mit einer Scheibe 31 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid durch Sintern verbunden ist, wobei ein zylindrisches Tantalrohr 32, das mit einer Wolframelektrode 33 versehen ist, von einem keramischen Formstück 34 umgeben ist, das die Funktion sowohl des Ringes 24 als auch der Hülse 25 der Fig. 3 erfüllt. In dem Rohr 32 befindet sich ein Zylinder 35 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid. Die verschiedenen Teile sind wiederum mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial 36 miteinander verbunden.

Fig. 5 zeigt einen zylindrischen Lampenkolben 40 aus durchscheinendem gasdichten Aluminiumoxid, der mittels eines keramischen Formstücks 41 verschlossen ist, das mit der Hülse 44 ein Ganzes bildet. In der mittleren Öffnung des Formstücks 41 befindet sich ein Niobrohr 42, das am äußersten Ende zugequetscht ist und die Elektrode 43 trägt. Ein 60 /um dicker Wolframdraht 46 ist als Hilfselektrode durch eine Bohrung im Formstück 41 in den Lampenkolben 40 eingeführt. Alle Teile sind mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial 45 befestigt.

BEISPIEL I

Ein zylindrisches Rohr 20 (Fig. 3) aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid mit einem Außendurchmesser von 8,6 mm und einem Innendurchmesser von 6,8 mm ist an beiden Enden mittels 3 mm dicker Scheiben 21 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid teilweise verschlossen, die mit einer Bohrung von 4,1 mm versehen sind. Der Verschluß wurde dadurch erhalten, daß die zusammengefügten Teile bei 1850°C in einer Wasserstoff-

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atmosphäre erhitzt wurden.

Ein Niobrohr 22 mit einem Außendurchmesser von 4,0 mm und einer Wanddicke von 250 /um, das mit einer Wolframelektrode 23 versehen war, wurde dann durch die Bohrung in der Scheibe 21 geführt. Danach wurden die Scheibe 24 mit einer Dicke von 1 mm und die Hülse 25 mit einer Wanddicke von 2 mm, einem Innendurchmesser von 4,1 mm und einer Länge von 10 mm, beide aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid, um das Rohr 22 angebracht. Ein Zylinder 26 aus durchscheinendem gasdichtem Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 3»4 mm und einer Länge von 3 mm wurde in das Niobrohr eingeführt. An den Stellen der abzudichtenden Spalte wurde folgendes Schmelzverbindungsmaterial angebracht: 44 Gew.96 Al₂O,, 38 Gew.% CaO, 9 Gew.% BaO, 6 Gevr.% MgO, 2 Gew.56 B₂O, und 1 Gew.% SiO₂, wonach im Vakuum auf 145O°C erhitzt wurde.

Der einseitig verschlossene Lampenkolben wurde mit Xenon gespült, mit 20 mg Natriumamalgam (Natriumgehalt 18 Gevr.%) gefüllt und dann in einer Atmosphäre von 40 Torr Xenon am anderen Ende auf identische Weise verschlossen, während das zuerst verschlossene Ende gekühlt wurde.

Die Lampe, deren Wolframelektroden einen gegenseitigen Abstand von 64 mm aufwiesen und mit einem Barium-Calcium-Wolframat-Emitter versehen waren, nahm bei 220 V eine Leistung von 250 W auf.

Die Lampe wurde ohne Außenkolben betrieben.

BEISPIEL II

Eine 220 V/400 W-Hochdrucknatriumlampe mit einem Innendurchmesser von 7»4 mm, einem Außendurchmesser von 9,0 mm, einer 1 mm dicken Scheibe 24, einer 2 mm dicken Scheibe 21, einer

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Hülse 25 mit einer Länge von 3 mm und einer Wanddicke von 1 mm und einem Elektrodenabstand von 83 mm wurde auf gleiche Weise wie die Lampe nach Beispiel I zusammengebaut. Die Lampe wurde in einem mit Stickstoff gefüllten Außenkolben betrieben.

PATENTANSPRÜCHE!

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Entladungslampe mit einem keramischen Lampenkolben, in dessen Wand zylindrische Stromdurchführungsglieder aus Niob oder Tantal aufgenommen sind, die einerseits mit den Elektroden verbunden sind und andererseits aus dem Lampenkolben herausragen, wobei Mittel zum Schutz der Stromdurchführungsglieder vor Angriff durch das den Lampenkolben umgebende Gas vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Stromdurchführungsglieder (22, 32, 42), die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 500⁰C aufweisen, gegen den Lampenkolben (20, 30, 40) umgebendes Gas mittels keramischer Formstücke (25, 26; 34, 35; 44) abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial (27, 36, 45) gasdicht mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.

2· Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Teile der Stromdurchführungsglieder (22, 32, 42), die beim Betrieb eine Temperatur von mehr als 35O°C aufweisen, mittels keramischer Formstücke (25, 26; 34, 35» 44) abgeschirmt sind, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial (27, 36, 45) gasdicht mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.

3. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1,oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung bei hohlen Stromdurchführungsgliedern (22, 32) aus um diese Glieder angebrachten keramischen Hülsen (25, 34) und in diesen Gliedern angebrachten keramischen zylindrischen Formstücken (26, 35) besteht, die mit Hilfe von Schmelzverbindungsmaterial (27, 36) gasdicht mit den Stromdurchführungsgliedern verbunden sind.

4, Elektrische Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lampen mit einem

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zylindrischen Lampenkolben (40) die keramischen Hülsen (44) mit den Endabdichtungen (41) des Lampenkolbens ein Ganzes bilden.

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