DE2835904C2

DE2835904C2 - Verwendung einer Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung

Info

Publication number: DE2835904C2
Application number: DE2835904A
Authority: DE
Inventors: Richard Lowell Pepper Pike Ohio Hansler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-08-15
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DE2835904A1; FR2400769B1; FR2400769A1; US4136298A; BR7805299A; GB2002954A; GB2002954B

Description

15

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Baueinheit aus einer Elektrode mit einem stiftartigen Wurzelende aus einem hochschmelzenden Metall, das mittels Laser-Schweißung in der Achse mit einem feinen Zuleitungsdraht aus hochschmelzendem Metall, der einen folienarilgen Abschnitt enthält, verbunden ist, für eine Miniatur-Hochdnick-Metalldampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß von nicht mehr als 1 cm³ Fassungsvermögen.

In der US-PS 37 21 852 ist eine Baueinheit aus einem Zuleitungsdraht und einer Folie, beide aus Molybdän, sowie einem Draht aus Wolfram beschrieben, die miteinander durch Hartlöten mit Platin verbunden sind. Diese gesamte Baueinheit ist mit einem Oberzug aus mindestens einer der folgenden Substanzen überzogen: w Wolframphosphat, Wolframphosphit, Molybdänphosphat und Molybdänphosphit, um die Baueinheit vor Oxydation in Luft bis zu Temperaturen von etwa 800⁰C für längere Zeit und bis. zu 1200⁰C für Minuten zu schützen.

In der DE-OS 26 11 634 ist eine Laueinheit aus einem äußeren Stromleiter aus Molybdän, einer Molybdänfolie als Zwischenstück und einem inneren Stromleiter aus Wolfram beschrieben, wobei die beiden Stromleiter an der ein separates Zwischenstück bildenden Molybdänfo- <o lie durch Schweißen an den gegenüberliegenden Seiten befestigt sind. Mit dieser Baueinheit sollen die Schwierigkeiten behoben werden, die sich aus dem Unterschied der Schmelztemperaturen von Wolfram (3400°qund Molybdän(2600"C) ergeben.

In der DE-AS 19 27 796 ist eine Baueinheit aus einer Metallzuleitung aus Molybdän, einer Zwischenfolie aus Molybdän und einer Elektrode aus Wolfram beschrieben, wobei die Metallfolie verdickte Bereiche an den gegenüberliegenden Enden aufweist, die allmählich auf so die Stärke der sich daran anschließenden Metallfolie übergehen und die Metallzuleitung und die Metallelektrode beide sich an die Metallfolie anschließende spatenförmige Enden haben, die mit den verdickten Bereichen der Metallfolie verschweißt sind. Die Ausführung dieser Baueinheit vermeidet das Auftreten von Rissen im Glas trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Metallzuleitung und Glas und vermeidet das Auftreten schadhafter Stellen beim Verschweißen von Metallzuleitung und w Elektrode.

Im »Laser Handbook«, Band 2, Seiten 1609—1619 (1972) ist die Anwendung eines Laserstrahles als Heizquelle zum Verschweißen und Verbinden von Metallen, u. a. auch Molybdän und Wolfram, beschrieben, wobei die Metalle u. a. in Form feiner Drähte vorliegen können.

In der älteren Patentanmeldung Γ 28 26 733 sind neue

Miniatur-Entladungslampen mit Kolbenvolumina von etwa 1 cm³ oder weniger offenbart Diese Lampen haben Größen von etwa 100 W bis hinunter zu weniger als 1OW nnd Charakteristika, die Lebensdauern einschließen, die sie für allgemeine Beleuchtungszwecke brauchbar machen. Sie sind wandstabilisiert und können Füllungen mit Quecksilber und Metailhalogeniden enthalten. Bei diesen Lampen ist die Leistungsaufnahme vermindert, während die Verhältnisse von Bogenleistung zu Elektrodenleistung 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 cm³ 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 Leistungsaufnahme aufrechtzuerhalten, und dies muß hauptsächlich durch Vermindern der physischen Größe der Elektroden und Zuleitungen erreicht werden, um den Wärmeverlust davon zu vei mindern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung einer Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung, die besonders angepaßt ist für die Verwendung in Miniatur-Hochdruck-Metalldampfentladungslampen mit einem Entladungsgefäß von nicht mehr als I cm³ Fassungsvermögen, um die Wärmeverluste von den Elektroden zu vermindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die eingangs genannte Verwendung gelöst

Es ist unpraktisch, Stumpfschweißungen zwischen feinen Drähten aus hochschmelzenden Metallen unter Anwendung des üblichen elektrischen Schlagschweißens vorzunehmen. Durch Herstellen der Verbindung durch eine Laser-Schweißstelle kann der folienartige Abschnitt sehr nahe zu der Schweißstelle beginnen, und zwar selbst in einem Abstand von weniger als t mm. Erst die Laserschweißung macht sehr kleine Entladungskolben mit proportional engen Hälsen möglich, in denen die nach der vorliegenden Erfindung verwendeten Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung abgedichtet sind.

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

F i g. 1 und 2 eine vergrößerte Seitenansicht, bzw. Draufsicht einer Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung mit einem dazwischenliegenden Maßstab und

Fig.3 eine Miniatur-Entladungslampe mit zwei Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung und dem darunter liegenden Maßstab.

In den F i g. 1 und 2 umfaßt die Baueinheit einen Wolframstift 1 mit einem Durchmesser von 0,38 mm und einer Länge von etwa 23 mm, der mit einem feinen Molybdändraht 2 mit einem Durchmesser von 0,2 mm verbunden ist Die Verbindung ist mittels einer Laser-Stumpfschweißung 3 bewirkt worden, wodurch beide Teile in der gleichen Achse liegen und eine symmetrische Struktur bilden. Wird eine Uberiappungsschweißung 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. Nur 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-Licht mit einer Wellenlänge von 1,06 μτη, das in Abhängigkeit von dem Metall, auf das es to angewandt wird und dem Ausmaß, zu dem das Metall geschmolzen wird, bis zu 20% absorbiert werden kann. Der Strahl 3 (vergleiche Fig. 1) des nicht dargestellten Laserkopfes wird durch ein optisches Fokussierungssystem, das eine Objektivlinse 4 einschließt, geleitet und is nahe dem Obergang 5 vom Wolframstift 1 zum Molybdändraht 2 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 Encrgiegehalt des Impulses kann so eingestellt werden, daß die Metalle schmelzen, ohne eine zu starke Verdampfung zu verursachen. Stift und Draht werden beim Verschwel· ßen axial aneinandergepreßt und leicht gestaucht, um irgendwelches verdampftes 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, eine Breite von 0,9 mm und eine Dicke von etwa 0,015 mm. Dieser folienartige Abschnitt wird bequemerweise durch Gesenkschmieden oder Walzen hergestellt Er kann vor dem Verschweißen hergestellt werden, doch kann man, da die Laser-Schweißstelle fest und im Gegensatz zy den üblichen elektrischen Schweißstellen nicht brüchig ist, den folienartigen Abschnitt auch nach dem Verschweißen herstellen. Die Anwendung einer Laser-Schweißstelle gibt somit Flexibilität bei der Bearbeitung der Zuleitungen.

Fig.3 zeigt eine Miniatur-Metallhalogenidlampe 10 mit den 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 Quarzrohres gebildet werden, und die Halsteile 12 kann man herstellen, indem man sich das Quarzrohr aufgrund der Oberflächenspannung einschnüren läßt Die Wurzelenden der Wolfram-Elektroden 1 und die Laser-Schweißstellen 5 zu den Molybdän-Zuleitungen 2 werden in das geschmolzene Siliciumdioxid eingebettet, und dies stellt eine angemessene Starrheit sicher. Beim dichten Einschmelzen der Elektroden werden die folienartigen Zuschnitte 6 durch das geschmolzene Siliciumdioxid der Hals'"· benetzt, und dies stellt hermetische Dichtungen sicher. Eine geeignete Füllung für den Kolben umfaßt Argon mit einem Druck von mehreren hundert Pa als Zündgas und Quecksilber sowie eine oder mehrere Metallhalogenide, z. B. NaJ, ScJ₃ und Th J«.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Baueinheit aus einer Elektrode mit einem stlftartigen Wurzelende aus einem hochschmelzenden Metall, das mittels Laser-Schweißung in der Achse mit einem feinen Zuleitungsdraht aus hochschmelzendem Metall, der einen folienartigen Abschnitt enthält, verbunden ist, für eine Miniatur-Hochdruck-MetaJldampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß von nicht mehr als 1 cm³ Fassungsvermögen.