DE2835904A1

DE2835904A1 - Baueinheit aus elektrode und zuleitung fuer miniatur-entladungslampen

Info

Publication number: DE2835904A1
Application number: DE19782835904
Authority: DE
Inventors: Richard Lowell Hansler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-08-15
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2835904C2; US4136298A; BR7805299A; GB2002954B; FR2400769B1; FR2400769A1; GB2002954A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung, die besonders geeignet ist für Metalldampfentladungslampen mit sehr geringen Entladungsvolumina von etwa

3
1 cm oder weniger,

In der älteren Patentanmeldung P 28 26 733.6 mit der Bezeichnung "Hochdurck-Metalldampf-Bogenentladungslampe" vom 19.6,1978 sind neue Miniatur-Entladungslampen mit Kolbenvolumina von etwa 1 6m oder weniger offenbart* Diese Lampen haben Großen von etwa TOO W bis hinunter zu weniger als 10 W und Charakteristika, die Lebensdauern einschließen/ die sie für allgemeine Beleuchtungszwecke brauchbar machen. Sie sind wandstabilisiert und können Füllungen mit Quecksilber und Metallhalogeniden enthalten. Bei diesen Lampen ist die Eingangswattzähl vermindert, während die Verhältnisse von Bogenwatt zu Elektrodenwatt ähnlich denen in größeren Lampen dadurch aufrechterhalten sind, daß man mit zunehmendem Quecksilberdampfdruck gleichzeitig das Entladungsvolumen verringert- In größeren üblichen Lampen setzt die konvektive Instabilität des Bogens eine Grenze für den Quecksilberdampfdruck. Geht man jedoch zu einem kleinen Kolben mit einem Volumen von 1 cm oder weniger über, dann wird es möglich, den Quecksilberdampfdruck um ein Mehrfaches zu erhöhen und doch die konvektive Instabilität des Bogens zu vermeiden. Es ist jedoch notwendig, die erwünschte Elektrodentemperatur mit der verminderten Energieeingangsleistung aufrecht zu erhalten, und dies muß hauptsächlich durch Vermindern der physischen Größe der Elektroden und Zuleitungen erreicht werden, um den Wärmeverlust davon zu'vermindern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer einheit aus Elektrode und Zuleitung, die besonders angepaßt ist für die Verwendung in Miniatur-Entladungslampen um die Wärmeverluste von den Elektroden zu vermindern.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung eine Elektrode aus einem hochschmelzenden Metall mit einem stiftartigen Wurzelende, das stumpfgeschweißt, d.h. unter Ausrichtung der jeweiligen Achsen mit einem feinen Draht aus hochschmelzendem Metall verbunden ist, der mit einem abgeflachten oder folienartigen Abschnitt zum Abdichten im Glaskolbenmaterial, geeigneterweise Quarzglas, versehen ist. Es ist unpraktisch. Stumpfschweißungen zwischen feinen Drähten aus hochschmelzenden Metallen unter Anwendung des üblichen elektrischen Schlagschweißens vorzunehmen. Es ist in der vorliegenden Erfindung erkannt worden, daß die Verbindung durch eine Laser-Schweißstelle hergestellt werden kann, die es gestattet, daß der folienartige Abschnitt sehr nahe zu der Schweißstelle beginnt, und zwar selbst in einem Abstand von weniger als 1 mm. Dies macht sehr kleine Entlädungskolben mit proportional engen Hälsen möglich, in denen die Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung nach der vorliegenden Erfindung abgedichtet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Stift aus hochscnmelzendem Metall, der die Elektrode bildet, aus Wolfram, und der mit einem folienartigen Abschnitt versehene feine Zuleitungsdraht aus Molybdän.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figuren 1 und 2 eine vergrößerte Seitenansicht, bzw. Draufsicht einer Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung nach der Erfindung mit einem dazwischen liegenden Maßstab und

Figur 3 eine Miniatur-Entladungslampe mit zwei Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung und deirparunter liegenden Maßstab.

In den Figuren 1 und 2 umfaßt die Baueinheit einen Wolframstift 1 mit einem Durchmesser von 0,38 mm und einer Länge von etwa 2,5 mm, der mit einem feinen Molybdändraht 2 mit einem Durchmesser von 0,2 mm verbunden ist. Die Verbindung ist mittels einer Laser-

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Stumpfschweißung 3 bewirkt worden, wodurch beide Teile in der gleichen Achse liegen und eine symmetrische Struktur bilden. Wird eine Überlappungsschweißung benutzt, wie dies für die Baueinheiten aus Folie und Zuleitung nach dem Stande der Technik üblich war, dann kann eine symmetrische Struktur nicht erhalten werden. Eine symmetrische Struktur gestattet eine Abdichtung in einem Hals eines Quarzrohres oder -kolbens geringeren Querschnittes. Wegen ihrer Symmetrie und größeren Festigkeit sind die Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung für ein automatisches Abdichten stark bevorzugt.

Die Laser-Schweißstelle kann hergestellt werden unter Anwendung eines Neodym-dotierten Yttrium/Aluminium-Granatlasers, der üblicherweise als "YAG"-Laser bezeichnet wird und der geeigneterweise eine Kapazität von 20 Joule hat. Ein YAG-Laserstab emittiert IR-LichU mit einer Wellenlänge von 1,06/um, das bis zu 20 % absorbiert werden kann, abhängend von dem Metall, auf das es angewandt wird und dem Ausmaß, zu dem das Metall geschmolzen wird. Der Strahl 3 (vergleiche Figur 1) des nicht dargestellten Laserkopfes wird durch ein optisches Fokussierungssystem, das eine Objektivlinse 4 einschließt, "geleitet und nahe dem Übergang 5 vom Wolframstab zum Molybdändraht fokussiert. Um die Zeichnung unter Aufrechterhaltung des Maßstabes in ihrer Ausdehnung zu beschränken, sind nur Teilstücke des Strahles 3 dargestellt worden. Die Fleckgröße kann so eingestellt werden, daß eine sehr enge Schmelzzone von z.B. 0,2 mm erhalten wird, und der Energiegehalt des Impulses kann so eingestellt werden, daß die Metalle schmelzen, ohne eine zu starke Verdampfung zu verursachen. Stift und Draht werden beim Verschweißen axial aneinandergepreßt und leicht gestaucht, um irgendwelches verdampfte Metall zu ersetzen.

Der folienartige Abschnitt 6 im Molybdändraht 2 beginnt sehr dicht an der Laser-Schweißstelle 5, d.h. innerhalb von 2 mm oder weniger. In der dargestellten Ausführungsform beginnt der folienartige Abschnitt innerhalb von weniger als 1 mm von der Schweißstelle. Der folienartige Abschnitt hat eine Länge von etwa 3,5 mm und eine Breite von 0,9 mm und eine Dicke von etwa 0,015 mm.

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Dieser folienartige Abschnitt wird bequemerweise durch Gesenkschmieden oder Walzen hergestellt. Dieser folienartige Abschnitt kann vor dem Verschweißen hergestellt werden, doch ist es, da die Laser-Schweißstelle fest ist und im Gegensatz zu den üblichen elektrischen Schweißstellen nicht brüchig ist, kann man den folienartigen Abschnitt auch nach dem Verschweißen herstellen. Die Anwendung einer Laser-Schweißstelle gibt somit Flexibilität bei der Bearbeitung der Zuleitungen.

Figur 3 zeigt eine Miniatur-Metallhalogenidlampe 10 mit den erfindungsgemäßen Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung. Der Kolbenteil 11 kann durch Ausdehnen und Anstauchen eines zum plastischen Zustand erhitzten und in einer Doppeleinspann-Glasdrehbank rotierten relativ dünnwandigen Quartzrohres gebildet werden, und die Halsteile 12 kann man herstellen, indem man sich das Quartzrohr aufgrund der Oberflächenspannung einschnüren läßt. Die Wurzelenden der Wolfram-Elektroden 1 und die Laser-Schweißstellen 5 zu den Molybdän-Zuleitungen werden in das geschmolzene Siliciumdioxid eingebettet, und dies stellt eine angemessene Starrheit sicher. Beim dichten Einschmelzen der Elektroden werden die abgeflachten, bzw. folienartigen Abschnitte 6 durch das geschmolzene Siliciumdioxid der Hälse benetzt, und dies stellt hermetische Dichtungen sicher. Eine geeignete Füllung für den Kolben umfaßt Argon mit einem Druck von mehreren Torr als Zündgas und eine Ladung Quecksilber und 1 oder mehrere Metallhalogenide, z.B. NaJ, ScJ₃ und ThJ₄.

Durch Vergleich mit dem darunter gezeigten Zentimeter-Maßstab läßt sich leicht erkennen, daß die erfindungsgemäßen läsergeschweißten Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung sehr kompakte Dichtungen möglich machen, wobei der Abstand von der Schweißstelle 5 zum Folienabschnit 6, bei dem der Dichtungsbereich des Halses beginnt, sogar weniger als 1 mm betragen kann.

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Claims

Patentansprüche

( Η Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode mit einem stiftartigen Wurzelende aus einem hochschmelzenden Metall, das in der Achse mit einem feinen Zuleitungsdraht aus hochschmelzendem Metall, der einen folienartigen Abschnitt enthält, mittels einer Laser-Schweißung verbunden ist.
2. Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Wolfram und die Zuleitung aus Molybdän besteht .
3. Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von der Laser-Schweißstelle bis zum Beginn des folienartigen Abschnitte 2 mm nicht übersteigt.

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4. Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung nach Anspruch 3,
dadurch· gekennzeichnet, daß dieser
Abstand 1 mm nicht übersteigt.
5. Miniatur-Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem
dünnwandigen Glaskolben, der einen Entladungsraum von nicht
mehr als etwa 1 cm umgibt und ein Paar Wolfram-Elektroden
enth": It, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wolfram-Elektroden stiftartige Wurzelenden aufweisen
und der Kolben schlanke Hälse aufweist, durch welche sich die Zuleitungen aus hochschmelzendem Material erstrecken, die mit den jeweiligen Elektrodenenden mittels Laser stumpfgeschweißt sind und die folienartige Abschnitte einschließen, die hermetisch in den Hälsen abgedichtet sind, um minimale Endverluste zu erzielen.
6. Miniatur-Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen der
Laser-Stumpfschweißsteile und dem Beginn des Folienabschnittes 2 mm nicht übersteigt.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand 1 mm nicht übersteigt.

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