DE2656264C3

DE2656264C3 - Leitungseinführung für eine Hochdruck-Dampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2656264C3
Application number: DE19762656264
Authority: DE
Inventors: Robert Lee Ravenna Kelling; Charles Irvin Shaker Heights Mcvey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-11
Publication date: 1980-06-19
Also published as: JPS5944745B2; FR2335947A1; AR210179A1; DE2660352C2; DE2656264B2; DE2656264A1; JPS5273579A; GB1561919A; MX144086A; BR7608484A; FR2335947B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitungseinführung für eine Hochdruck-Dampfentladungslampe mit einem rohrförmigen lichtdurchlässigen keramischen Kolben mit keramischen Endverschlüssen mit je einer durchgehenden Öffnung, durch die abgedichtet ein metallischer Zuleitungsdraht verläuft, und thermionischen Elektroden, wobei der Kolben ein inertes Zündgas und einen Überschuß an verdampfbarem Metall enthält.

Eine Leitungseinführung der vorstehenden Art ist in der DE-AS 2 154712 beschrieben. Der Erfindung dieser AS lag die Aufgabe zugrunde, geeignete Maßnahmen zu finden, trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einem Molybdänteil und einem Körper aus kristallinem Aluminiumoxid eine haltbare Abdichtung zwischen beiden zu schaffen. Diese Aufgabe wird u. a. dadurch gelöst, daß das Molybdänteil eine Materialstärke von maximal 0,5 mm aufweist.

Die DE-PS 721970 beschreibt eine Leitungseinführung für Entladungslampen, bei der im Zuge der draht- oder stabförmigen Leitungszuführung zwischen der Elektrode und der Einschmelzstelle ein flächenhafter Blechkörper freiliegend angebracht ist, der eine die Oberfläche der Elektrodenzuführung um ein Mehrfaches übertreffende Oberfläche hat und so dünn ist oder aus einem solchen Werkstoff hergestellt ist, daß er gleichzeitig als Wärmedrossel wirkt. Diese Leitungseinführung ist aufwendig, platzraubend und zur Verwendung in einer Entladungslampe mit keramischem Kolben ungeeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

bei einer Leitungseinführung der eingangs genannten Art eine einfache und platzsparende Einrichtung zu schaffen, mit der Dichtungsschäden aufgrund eines zu steilen Temperaturgradienten entlang den verbundenen Oberflächen, wo sich der Zuleitungsdraht durch den mit öffnung versehenen keramischen Endverschluß erstreckt, vermieden werden, wobei diese Einrichtung gleichzeitig gestatten soll, daß ausreichend Wärme vom Bogen und von der Elektrodenstruktur die Verbindungsstelle des keramischen Stopfens mit dem keramischen Kolben erreicht, um eine Kondensation von Natriumamalgam an dieser Stelle während des Lampenbetriebes zu verhindern und die außerdem den keramischen Endverschluß während des Abdichtens abstützen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine der Elektroden über eine dazwischenliegende Leiterschleife an dem metallischen Zuleitungsdraht befestigt ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Entladungslampe mit keramischem Kolben,

Fig. 2 eine fragmentarische Ansicht des oberen Endes deb Kolbens im Schnitt,

Fig. 3 die Einheit aus keramischem Endverschluß, Zuleitungsdraht und Elektrode vor dem Einschieben in das Kolbenende zur Abdichtung,

Fig. 4 eine andere Einheit aus Zuleitungsdraht und Elektrode und

Fig. 5 eine andere Form im Hinblick auf Fig. 2. In Fig. 1 ist eine Hochdruck-Natriumdampflampe 1 gezeigt, welche einer 400-Watt-Lampe entspricht. Diese Lampe umfaßt einen äußeren Glaskolben 2 mit einem Standard-Goliath-Schraubsockel 3 an einem Ende und einen eingestülpten Quetschfuß 4, durch welchen sich in konventioneller Art ein Paar relativ schwerer Stromzuführungen 5 und 6 erstreckt, deren äußere Enden mit der Schraubsockelhülse 7 und der Anschlußöse 8 des Sockels verbunden sind.

Ein keramischer Kolben 9, der zentral innerhalb des äußeren Glaskolbens 2 angeordnet ist, umfaßt ein Stück aus einem Rohr aus kristallinem Aluminiumoxid, dessen unteres Endstück durch eine Metallkappe 10, geeigneterweise aus Niob, welches dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Aluminium-

M Oxidkeramik angepaßt ist, verschlossen ist. Ein Metallrohr 11, das auch aus Niob bestehen kann, verläuft durch die Kappe 10 und ist in dieser hermetisch abgedichtet und dient während der Herstellung der Lampe als Auslaß- und Füllrohr. Das Auslaßrohr wird danach an seinem äußeren Ende abgedichtet und dient dann als Reservoir, in dem sich während des Betriebes der Lampe überschüssiges, verdampfbares Metall - in diesem Falle Natriumamalgam - kondensiert. Eine untere - in Fig. 1 nicht dargestellte - Elektrode ist

w) innerhalb der Lampe an dem nach innen ragenden Teil des Rohres 11 befestigt. Ein kurzes Verbindungsstück 12 aus Draht ist sowohl an dem Rohr 11 als auch einem kurzen Stützstab 13 durch Schweißen befestigt, während der Stab 13 wiederum an der Stromzuführung 5 durch Schweißen befestigt ist. Der Stützstab 13 ist mittels eines an dem Seitenstab 14 befestigten und um einen über den Stützstab 13 geschraubten Isolator 16 gewickelten Streifens 15 an ei-

nem einzelnen Seitenstab 14 festgeklemmt, der wiederum durch Schweißen an der Stromzuführung 6 befestigt ist.

Das obere Endstück des keramischer Kolbens ist mit einem perforierten Stopfen 17 aus Aluminium-Oxidkeramik dicht abgeschlossen, \vje am besten in Fig. 2 ersichtlich. Wie dargestellt, weist der Stopfen eine zentrale Öffnung auf, und ein sich durch diese Öffnung erstreckender Niob-Zuleitungsdraht IS ist mittels einer Dichtungsmasse 19 hermetisch abgedichtet. Der Stopfen wiederum ist mittels eines Ringes 20 aus Dichtungsmasse hermetisch in dem Endteil des keramischen Kolbens 9 abgedichtet. Der Zuleitungsdraht 18 trägt die obere Elektrode innerhalb des keramischen Kolbens, und der äußere Teil des Zuleitungsdrahtes 18 verläuft durch eine Schlaufe 21 in dem quer verlaufenden Stützdraht 22, der an dem Seitenstab 14 befestigt ist. Diese Anordnung gestattet die thermische Ausdehnung des Bogenrohres '.-'ährend des Betriebes der Lampe, und ein nachgiebiges Metallband 23 stellt eine gute elektrische Verbindung sicher. Das obere Ende des Seitenstabes 14 ist mit einer Federklammer 24, die in einem umgekehrten Nippel 25 am oberen Ende des äußeren Glaskolbens 2 eingreift, festgeklemmt. Der äußere Glaskolben ist durch Pumpen und mittels Blitzgetterringen 26 evakuiert. Ein Metallbandreflektor 27 kann am oberen Ende des Bogenrohres vorteilhaft sein, um die erwünschte Temperatur aufrechtzuerhalten, insbesondere bei kleineren Lampen von z. B. 250 Watt oder weniger.

Die dargestellte Lampe soll mit dem Sockel nach unten betrieben werden und weist daher das Amalgamreservoir 11 unten auf. In einer ähnlichen Ausführungsform, aber für den Betrieb mit dem Sockel oben, ist der keramische Kolben 9 mit Bezug auf den äußeren Glaskolben 2 umgedreht, damit das Amalgamreservoir wieder unten liegt, und die Befestigungen oder Halterungen für den keramischen Kolben einschließlich der Expansionsschlaufe 21 sind entsprechend umgekehrt. .to

Die hermetischen Dichtungen, einschließlich der beim durch den keramischen Stopfen verlaufenden Zuleitungsdraht und der zwischen Stopfen und keramischem Kolben, können aus verschiedenen Dichtungsmassen hergestellt werden, die manchmal als Dichtungsglas bezeichnet werden und die hauptsächlich Aluminiumoxid und Calciumoxid umfassen. Eine erfolgreich eingesetzte Dichtungsmasse beateht etwa aus 54Gew.-% AI₂O,, 38,5 Gew.-% CaO und 7,5 Gew.-% MgO.

Die Lampe weist sich selbst aufheizende thermionische Elektroden 28 auf, die am besten in Fig. 2 ersichtlich sind. Die Elektrode umfaßt eine um einen Wolframschaft 30 gewickelte Doppelwende! 29 aus Wolframdraht. Die innere Wendel weist im Abstand « voneinander befindliche Wicklungen auf sowie in den Zwischenräumen zwischen den Wicklungen befindliches Elektronen emittierendes Material, wie Dibariumcalciumwolframat Ba₂CaWO₆. Das innere Ende des Zuleitungsdrahtes 18 ist unmittelbar nach dem Durchgang durch die öff L.>.g m dem Stopfen 17 scharf in eine radiale Richtung gebogen und verläuft dann in Form einer ringartigen Schlaufe 31, die in einem nach innen und unten gerichteten Stück endet, an dem der Schaft 30 der Elektrode bei 32 durch b5 Schweißen befestigt ist.

Die Schlaufe 31 bildet eine ebene Fläche und dient als Plattform zum Abstützen des keramischen Stopfens 17 vor dem Abdichten. Die Einheit aus Zuleitungsdraht, Elektrode und keramischem Stopfen vor dem Abdichten ist am besten in Fig. 3 ersichtlich, wo Stopfen und Elektrode nur gestrichelt angedeutet sind. Ein Querdraht 33 ist durch Punktschweißen unmittelbar über dem Stopfen 17 an dem Zuleitungsdraht 18 befestigt und dient zum Stützen der Einheit, wenn diese in das offene Endstück d^-s keramischen Kolbens 9 abgesenkt ist. Das Querstück ist in einer horizontalen Ebene quer zum Zuleitungsdraht leicht um seinen Mittelpunkt gebogen, damit seine Endstücke mit der Kante des keramischen Kolbens in einer vertikalen, diametralen Ebene in Eingriff stehen, wodurch die Einheit vertikal in dem keramischen Kolben hängt. Eine abgemessene Menge der Dichtungsmasse oder Glasfritte ist auf dem keramischen Stopfen geeigneterweise als eine Aufschlämmung aufgebracht, und das Ganze wird bis zur Schmelztemperatur der Glasfritte erhitzt, so daß sich beim Abkühlen die Dichtungen bilden. Die geschmolzene Glasfritte wird durch Kapillarwirkung in den ringartigen Spalt zwischen dem keramischen Kolben und dem Stopfen und zwischen dem Stopfen und dem Zuleitungsdraht gezogen, wo sich die Dichtungen beim Abkühlen bilden. Dieses Verfahren begünstigt in vorteilhafter Weise ein Entgasen der Glasfritte.

In Fig. 4 ist eine Variante der Einheit aus Zuleitungsdraht und Elektrode dargestellt, bei der der innere Teil des Niob-Zuleitungsdrahtes 18' an einem Punkt unmittelbar nach dem Heraustreten aus der Öffnung durch den keramischen Stopfen abgeschnitten ist. Ein kleines U-förmiges Verbindungsstück 34, vorzugsweise aus Niob, wird bei 35 an das distale Ende des Zuleitungsdrahtes geschweißt und bildet auf diese Weise einen Aufhänger. Der obere Schenkel des Verbindungsstückes 34 dient zum Abstützen des keramischen Stopfens vor und während des Abdichtens, und der Elektrodenschaft ist bei 36 an den unteren Schenkel geschweißt.

Das Querstück 33 kann auch ein geeignetes Mittel zum Festlegen des Reflektorbandes 27 an Ort und Stelle bilden. Wie in Fig 5 dargestellt, hindert ein Bügel 37 das Band 27 daran, den keramischen Kolben hinabzugleiten, während die Enden des Querstückes über das Band hinausreichen und es somit daran hindern, vom keramischen Kolben nach oben abzugleiten.

Sowohl bei der einteiligen Zuleitungskonstruktion der Fig. 2 und 3 als auch der zweiteiligen Zuleitungskonstruktion der Fig. 4 kann während des Widerstandsverschweißens des Schaftes 30 der Wolframelektrode mit dem Ende des Niob-Zuleitungsdrahtes 18 oder dem Verbindungsstück 34 aus Niob Druck angewendet werden. Dies führt dazu, daß das harte Wolfram das relativ weiche Niob deformiert und eine große Bildfläche geschaffen wird, die die angemessene Festigkeit aufweist, um trotz Vibration und Schocks während des Betriebs die relativ massive Wolframelektrode zu halten.

Die Zuverlässigkeit von Keramik-Metall-Abdichtungen wird durch eine zu hohe Temperatur oder einen zu steilen Temperaturgradienten entlang der verbundenen Oberflächen oder quer dazu nachteilig beeinflußt. In den Endstücken von Entladungslampen mit Keramikkolben treten sehr steile Temperaturgradienten auf. Es werden durch die hochschmelzenden Elektroden, deren Zuleitungsdrähte sich durch die Keramik-Metall-Dichtungen erstrecken, Plasmatem-

peraturen von mehr als 3000° C erzeugt. Die Dichtungen können brechen und ihre Lebensdauer wird bei Temperaturen oberhalb von 800° C stark verkürzt. Die Elektrodenwendelstruktur enthält Elektronen emittierendes Material und sie muß bei einer Temperatur betrieben werden, die hoch genug ist, um eine langsame Freigabe solcher Elemente zu bewirken, die die Elektrode zur wirksamen Emission von Elektronen aktivieren. Diese widerstrebenden Anforderungen einer heißen Elektrode und einer sehr viel kälteren Elektrodenzuleitungsdichtung sind durch die Schlaufe 31 in der Niob-Zuleitung miteinander vereinbart, die den thermischen Leitungspfad von dem Elektrodenschaft 30 zur Zuleitungsdichtung verlängert. Das u-forniige Verbindungsstück 34 erfüllt is die gleiche Funktion bei der Ausführungsform der Fig. 4.

Typische Temperaturen, die in einer 400-Watt-Hochdruck-Natriumdampflampe angetroffen werden, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die entsprechenden Temperaturpunkte sind in Fig. 2 angegeben.

Tabelle

Ort	Temperatur	C
A: Elektrodenschaftspitze	1600°	C
B: Elektrodenwendel	1300°	C
C: rückwärtiges Ende des Schaftes	1100°	C
D: Zuleitungsdichtung innen	800°	C
E: Zuleitungsdichtung außen	750°	C
F: Ringdichtung innen	750°	C
G: Ringdichtung außen	730°

Aus der obigen Tabelle läßt sich ersehen, daß der axiale Temperaturabfall entlang der Länge der Dichtung für den Zuleitungsdraht von der inneren zur äußeren Oberfläche des keramischen Stopfens nur 50° C und der Temperaturabfall der Ringdichtung zwischen keramischem Kolben und Stopfen von innen nach außen nur 20° C beträgt. Die Forderung nach einer Temperatur an der Elektrodenwendel von 1300° C und einer Temperatur an der Dichtung für den Zuleitungsdraht von nicht mehr als 800° C ist auf diese Weise miteinander vereinbart, und entlang der Dichtungbestehtnurein kleiner Temperaturgradient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leitungseinführung für eine Hochdruck-Dampfentladungslampe mit einem rohrförmigen lichtdurchlässigen keramischen Kolben mit keramischen Endverschlüssen mit je einer durchgehenden Öffnung, durch die abgedichtet ein metallischer Zuleitungsdraht verläuft, und thermionischen Elektroden, wobei der Kolben ein inertes Zündgas und einen Überschuß an verdampfbarem Metall enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Elektroden (28) über eine dazwischenliegende Leiterschleife (31, 34) an dem metallischen Zuleitungsdraht (18) befestigt ist.

2. Leitungseinführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil des Zuleitungsdrahtes (18) unmittelbar nach dem Durchgang durch die öffnung des Endverschlusses (17) in eine radiale Bohrung gebogen ist und danach in Form einer ringartigen Schleife (31) verläuft, die in einem nach innen und unten gerichteten Teilstück endet, an dem (bei 32) die Elektrode (28) befestigt ist.

3. Leitungseinführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsstück (34) an dem Ende (bei 35) des inneren Teiles des Zuleitungsdrahtes (18') befestigt ist und die Elektrode (28) an dem Verbindungsstück (34) befestigt ist, das die dazwischenliegende Schleife bildet.