DE2913845C2 - Leitungseinführung für eine Miniatur-Hochdruck-Metalldampfentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitungseinführung für eine Miniatur-Hoihdruck-Metalldampfentladungslam pie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I.

In der DF-PS 6 42 327 ist eine Leitungseinführung der vorgenannten Art beschrieben, bei der ein eine Elektrode tragender Kinschmel/körper in ein Ende des Lampengefäßes eingeschoben und dort entweder gar nicht oder nur auf einem Teil seines Umfanges an der Innenwand des Rohrteiles angeschmolzen wurde. Dieser f inschmelzkörper nach der genannten DE-PS fcestand aus einem mit dem Zuführungsdraht verschmolaenen Korper aus Aluminoborsilikatglas. der einen luftdicht aufgeschmolzenen Quarzglasuberzug aufwies. Nach Einführen des Einschmelzkörpers wurde an das Rohrende ein außen geschlossenes, einen Quecksilbertropfen und einen Pumpansatz aufweisendes Verlangerungsföhrchen vakuumdicht angeschmolzen: Mittels des Pumpansatzes wurde dann der Entladungsraiim durch den aiii Einschifielzkörper befindlichen Spalt hindurch entlüftet. Dann wurde der Pumpansatz von dem Veflängerungsröhrchcfi abgeschmolzen, durch Erhitzen des letzlefen der Qüecksilbcflföpferi verdampft und der dadurch entstehende Quecksilberdampf durch den Spalt hindurch in den Eniladungsraum überdestilliert. Danach erfolgte das endgültige und luftdichte Einschmelzen des Einschmelzkörpers im Entladungsrohr und danach ggf. die Abtrennung des Verlängerungsröhrchens.

Die Leitungseinführung nach der FR-PS 14 57 739 weist eine aufwendige Dichtung zwischen einer Molybdänhaube mit einer abgeschrägten Kante und einem Wolframdraht auf, wobei sich der V/olframdraht

ίο durch den Hals erstreckt, der aus einem äußeren Quarzrohr und einer darin angeordneten Quarzkapillare besteht, wobei der Wolframdraht in seinem dem Kolben benachbarten Teil noch zusätzlich von einer isolierenden Molybdänfolie umgeben ist

is In der eigenen älteren deutschen Patentanmeldung P 28 26 733 sind brauchbare und wirksame Hochdruck-Entladungslampen offenbart, die sehr viel geringere Größen haben, als bisher ais praktisch angesehen wurden, nämlich Enlladungsvolumina von 1 cm¹ oder weniger. In einer bevorzugten Form mit maximaler Wirksamkeit benutzen diese Hochdrucklampen allgemein sphäroide dünnwandige Kolben mit Darnpfdrukken oberhalb von 5 χ 1O⁵Pa, die mit Verringern der Lampengröße höher werden. Die Bogeninstabilität durch Konvektion, die üblicherweise mit den hohen Drucken verbunden ist, ist vermieden und es gibt keine bemerkenswerte Explosionsgefahr. D^e praktisch ausgeführten Lampen ergeben Leistungen bzw. Lampengrößen beginnend bei etwa 100 Watt bis hinab weniger als 10 Watt. Farbwiedergabe. Lichtausbeute. Pflegeaufwand und Lebensdauer machen sie für allgemeine Beleuchtungszwecke brauchbar.

Um bei einer Miniatur-Metalldampflampe eine hohe Lichtausbeute zu erzielen, müssen ihre Elektroden selbst bei der geringen Energieaufnahme einer solchen Lampe die erforderlichen Temperaturen für eine gute Elektronenemission erzielen. Rm wesentlicher Faktor zur Erzielung dieses Ergebnisses ist die Verminderung der physischen Größe der Elektroden und Stromzufuhr rungen. um deren Wärmeabgabe zu verringern.

In der älteren eigenen Patentanmeldung P 28 35 904 ist eine Elektroden Stromzutuhrungseinheit geringer Große beschrieben, die einen kleinen Wolframslift umfaßt, der axial mn einem feinen Molybdändraht verbunden ist. der einen Folienabschnitt zum abgedich teten Durchführen durch Siiiziumdioxid aufweist Die Verbindung in dieser Baueinheit wird durch eine Laser-Stumpfschweißung bewirkt, die es gestattet, eine symmetrische kompakte Dichtung herzustellen und so einen sehr kleinen Entladungskosten mit minimalen Endverlusten ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Leitungseinführung der eingangs genannten Art dahingehend, daß sie bei Verwendung bei Miniatur-Hochdruck-Metalldampfentladungslampen die Wjrmeverluste der Elektroden vermindert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsforrr-en der Erfindung finden sich in den I Jnteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert- Im einzelnen zeigt

F ig-1 eine MiniafUr-Hochdruck-Metalldampfentla* dungsliimpe mil den Leitungseinführungen sowie einen oberhalb der Figur abgebildeten Maßstab,

Fig,2 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht einef Leitungseinführung mit einer'Stromzuführung aus

einem hochschmelzenden Metall, um die eine Glasperle gebildet ist, wobei die Stromzuführung zum Abdichten innerhalb des Halbes aus Siliciumdioxid angeordnet ist und

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig.2, die entlang dem Zentrum der Stromzuführung aufgespalten ist, wobei die untere Hälfte zeigt, wie der erhitzte Hals auf Stromzuführung und Perle zusammenfällt und die obere Hälfte zeigt das Endergebnis

In Fig. 1 is* eine Miniatur-Hochdruck-Metalldampf- iij entladungslampe 1 gezeigt, die einen im wesentlichen sphärischen Kolben 2 umfaßt, in den sich Wolframdraht-EIektroden 3, 3' durch Halsteile 4, 4' erstrecken. Der Kolben kann aus Quarz oder Siliziumdioxid bestehen einschließlich ausgelaugter siliziumdioxidreieher Gläser, die sich im wesentlichen wie Siliziumdioxid verhalten, wobei diese ausgelaugten Gläser mehr als 95% Siliziumdioxid enthalten und im Handel erhältlich sind Ein Verfahren zum Herstellen des Kolbens besteht darin, ein Rohr in bestimmten Bereichen zur Plastizität _>» zu erhitzen, während man es auf einer Glasdrehbank mit Doppci'spannfutter dreht. Der Kolben wird durch Dehnen und Aufstauchen des Rohres ur.ier Druck gebildet. Die Halsleile bildet man durch Zusammenfallenlassen des Rohres. Während Wärme ausreicht, das :-, Rohr schrumpfen zu lassen, kann man dies durch Vermindern des Druckes unterstützen, wenn es erw ünscht ist.

Dft Kolben 2 ist typisch für eine Miniatur-Metallhalogenidiampe. Die Wandstarke des Entladungsgefäßteiles 1» beträgt etwa 0.5 mm. der innere Durchmesser etwa 6 mm und das Entladungsgefäßvolumen etwa 0.11 ml. Eine Lampe dieser Größe hat eine Leistungsaufnahme von etwa 30 Watt und eine geeignete Füllung dafür umfaßt Argon bei einem Druck von etwa 1.33 · 10⁴ bis js 1,60 ■ 10⁴ Pa, 4.3 mg Hg und 2.2 mg Metallhalogenide, die in Gew-% aus 85 Na|. 5 Scjjund 2OThJ₄ bestehen. Eine solche Menge Quecksilber ergibt beim vollständigen Verdampfen unter Betriebsbedingungen eine Dichte von 39 mg/cm', was einem Druck von 23 χ 10'Pu bei der Betriebstemperatur der Lampe entspricht. Das Quecksilber ist in F i g. I als Kügelchen 5 und die Metalihalogenide als Pellet 6 gezeigt. Sie können vor dem Abdichten der zweiten Elektrode durch einen der Hälse in das Entladungsgefäß eingeführt werden, in welchem Fall dieses während des Abdichtens des Halses gekühlt wird, um ein Verdampfen dieser Füllung zu verhindern. Diese Füllung kann aber auch nach dem Abdichten der Elektroden durch ein Hilfsentlüftungsrohr eingeführt werden (das in der Zeichnung nicht dargestellt ist) und danach entfernt man es durch Abschmelzen. Quecksilberkügelchen und Halogeniüpellet verdampfen, wenn die Lampe das erste Mal in Betrieb genommen wird. Beim nachfolgenden Abkühlen kondensiert sich die Füllung als Überzug auf der Innenwand des F.ntladungsgefäßes.

Unter Bezugnahme auf F i g. 2 wird eine Leitungseinführung für eine Elektrode, die für eine Miniatur-Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit Stromzuführungen aus Wolframdraht in der Größenordnung von 0,1 bis 0,25 mm Durchmesser, geeignet ist, folgendermaßen hergestellt:

Nach dem Formen des Kolbens wurde ein Hals 4 geschaffen, der einen Durchgang 7 aufwies, der über eine Länge von mehreren mm einen größeren Durchmesser aufwies als die Stromzuführung 3, Jenseits dieser Länge war der Durchgang größer als die Perle und der Hals kann sicis, wie bei S angedeutet, zu den ursprünglichen Rohrmimessungen erweitern. Der Hals wird lang genug gemacht, damit man die Perle in einigem Abstand vom Kolben anordnen kann. Wird nämlich die Glasperle zu dicht am Kolben mit dem Quarz abgedichtet, dann kann sie während des Betriebes der Lampe erweichen.

Vor dem Einführen der Wolfram-Stromzuführung 3 in den HaK wird eine kleine Glasperle 9 auf dem Wolframdraht gebildet. Hierfür wird ein Glas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten benutzt, der zwischen dem des Wolframs und dem des geschmolzenen Siliziumdioxids liegt. Ein geeignetes Glas besitzt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa

1.4 χ 10-°/°C, verglichen mit dem von Wolfram von

4.5 χ \0^b und Quarz von 0.45 χ 10". jeweils/¹ C. Ein geeignetes Verfahren zum Bilden der Perle auf dem Draht, welches das Benetzen des Wolframs durch das Glas sicherstellt, besteht im Erhitzen des Drahtes in einer inerten Atmosphäre durch Hindurchleiten von Strom und dem Schmelzen des Glases auf dem heißen Draht. Der Perlendurchmesser so'¹ vorteilhafterweise beträchtlich großer sein als der Durchmesser der Stromzuführung, nämlich 3mal oder mehr Für einen Wolframdraht mit einem Durchmesser von etwa 0.2 Tim wurde z. B eine Perle mit einem Durchmesser von 1 mm benutzt. Dies gestattet einen radialen Abstand bzw. eine Ringtrennung zwiscnen dem Punkt, an dem das Glas mit dem Siliziumdioxid abgedichtet ist und dem Punkt, wo es mit der Stromzuführung abgedichtet ist

Um die Dichtung herzustellen, wird die mit der Perle versehene Stromzuführung in den Hals eingeführt und man kann Argon dazu benutzen, die Perle in den Öffnungsansatz 8 des Durchganges 7 zu presser Die Dichtung wird du'ch Erhitzen des Quarzhalses fertiggestellt, geeigneterweise mittels einer in f g. i gezeigten scharfen Gasflamme, wobei man mit der Flamme nahe dem Kolben beginnt und sie zu de Glasperle h η bewegt. Die ganze Baueinheit wird natürlich in einer Glasdrehbank gedreht, während man erhitzt 's wirü ausreichend erhitzt. >>m den Quarz oder dj>- Sili/uimli oxid zu erweichen und es etwas im Durchmesser schrumpfen zu lassen, wie bei 12 in F ι g. 3 gezeigt, damit es sich um die Wolfram-Strom/iifuhrung 3 herum verengt, aber ohne die Stromzuführung abzudichten oder zu benetzen. Im Bereich der Glasperle jedoch schmilzt das Glas ausreichend, um den Quarz ozw das Siliziumdioxid zu benetzen, wenn sich dieses um die Perle herum zusammenzieht. Dies stellt eine hermeti sehe Dichtung sicher, da das Glas die Wolfram-Strom zuführung benetzt und auch das Rohr aus Siliziumdioxid

Das Erhitzen wird so gesteuert, daß zwischen der Dichtungszone zwischen Siliziumdioxid und Glas und der Dichtungszone zwischen Glas und Metallstromzuführing ein ringförmige! Spalt 13 um die Stromzuführung herum aufrechterhalten wird Es ist festgestellt worden, daß das Vorhandenseins emes solchen Spaltes für eine zuverlässige Dichtung ertordtrlich ist. Andes ausgedrückt wrd das Erhitzen nur so weit ausgeführt, daß ein vollständiges Zusammenfallen des Quarzes gegen die Stromzuführung an dei Glasperle vermieden wird, da Jies den Spalt 13 auf der Kolbenseite der Glasperle beseitigen würde. Der ringförmige Spalt 13 kann sich während der Lebensdauer cer Lampe mit Inertgas oder etwas von dem Quecksilber und dem Metallhalogenid füllen, dies ist jedoch so wenig, daß es die wirksame Füllung im Kolben so weit beläßt, daß dadurch kein Problem entsteht.

Eine Lampe mit den Abmessungen nach Fig. 1 und

einer Dichtung gemäß Fig. 3 wurde mit 31 Watt F.ingangsleistung betrieben und ergab eine anfängliche l.ichtausbcutc von 86 Lumen/Watt. Die hermetische Dichtung widerstand dem abwechselnden Erhitzen und Abkühlen beim An- und Abschalten ohne irgendein Zeichen von Belastung oder Verschlechterung.

Die Elektroden von Hodilcistungs-Metalldampf- oder Melallhalogcnidbogenlampen müssen aus VVoI fram hergestellt sein. Ein Vorteil der Dichtung ist es, daß sie die Verwendung eines durchgehenden Wolframdrahtes ohne Verbindungs- oder Schweißstelle darin sowohl für die Stromzuführung als auch für die Elektrode gestattet oder zumindest für den Elektroden* schaft In einigen Fällen ist es jedoch erwünscht, daß der sich nach außen erstreckende Abschnitt der Stromzuführung aus einem anderen Material als Wolfram besteht, damit man das Herstellen der Verbindung da/u erleichtert. So könnte es z. B. vorteilhaft sein, wenn der Teil 3<7 der Stromzuführung in F i g. 3, der sich in das Entladungsgefäß erstreckt, aus Wolfram besteht und der Abschnitt 37> der Stromzuführung, der sich nach außen erstreckt, aus Molybdän besteht. In einem solchen Falle wird die Verbindung zwischen den beiden Abschnitten 7. B. durch eine Achsc-an-Achse ausgeführte Laserschweißstelle hergestellt.

Die Verbindungsstelle könnte dann innerhalb des Durchgangs 7 durch den Hals 4 angeordnet werden und mail stellt mittels einer Glasperle zwischen dem äußeren Mölybdäriteil und dem Hals eine Dichtung her. Hierdurch vermeidet man die Notwendigkeit, im Mölybdäriteil einen folieriartigeh oder abgeflachten Abschnitt zu benutzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Leitungseinführung für eine Miniattir-Hochdruck-fvietalldampfentladungslanii ■ mit einem Hals aus Siiiziumdioxid, der sich in einen Kolbenteil erstreckt und einen Durchgang enthalt;

einer Stromzuführung aus hochschmelzendem Metall, die sich durch den Durchgang in den Kolbenteil erstreckt;

einer um die Stromzuführung unter Benetzen derselben gebildeten Glasperle, wobei das Glas der Perle einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen dem des hochschmelzenden Metalles und dem des Siliziumdioxids liegt, und das Siliziumdioxid des Halses unter Benetzen mit der Glasperle in Eingriff steht, um eine hermetische Dichtung zu erzielen, wobei das enge benetzende Anschmiegen aneinander von Glas der Perle und Siliziumdioxid des Halses eine Dichtungszone bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumdioxid des Halses (4j iom Kolbenieil (2) aus zur Glasperle (9) die Stromzuführung (3) ohne wesentliches Benetzen derselben eng umgibt, die Dichiungszone ringförmig ausgebildet und durch einen ringförmigen Spalt (13) von der Stromzuführung (3) beabstandet ist.

2. Leitungseinführung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Spalt (13) einen Durchmesser hat, der nicht geringer ist als das Doppelte des Durchmessers der Stromzuführung (3).

3. Leitungseinführung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (7) an einer vom Kolben (2) .nifernt liegenden Stelle (8) nach außen erweitert ist und die Glasperle (9) einen Durchmes scr hat. der großer ist als der Durchmesser des Durchgange«. (7).

4. Leitungseinführung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Glasperle (9) mindestens dreimal so groß ist wie der Durchmesser der Stromzuführung (3)

5 Leitungseinführung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Glasperle (9) an den nach außen erweiterten Ϊ eil (8) angeschmolzen ist