DE3008967C2

DE3008967C2 - Hochdruck-Metalldampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3008967C2
Application number: DE3008967A
Authority: DE
Inventors: John Janos East Shelby Ohio Karikas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-04-23
Filing date: 1980-03-08
Publication date: 1984-05-03
Also published as: JPS6023466B2; HU181530B; BR8002371A; NL8001851A; US4254356A; ES8106979A1; GB2048563B; DE3008967A1; AU522847B2; IT1130563B; JPS55143767A; IT8020838A0; GB2048563A; ES8106981A1; NL188431C; BE882882A; AU5766280A; FR2455359B1; ES490786A0; ES497559A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem abgedichteten glasartigen Kolben, der einen Kolben- und einen Halsteil aufweist und eine ionisierbare Füllung enthält, und einem Paar von Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung, wobei die Zuleitung mindestens einer der Baueinheiten ein Leiter ist, der einen sich logitudinal erstreckenden, dünnen Folienabschnitt aus einem hochschmelzenden Metall umfaßt, der mit einem dickeren Leiter verbunden ist, an dessen distalem Ende die Elektrode befestigt ist, wobei der Folienabschnitt durch gebogene Seitenkanten versteift ist.

Zuleitungen mit einem dünnen Folienabschnitt aus einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram oder Molybdän, sind üblicherweise zum Abdichten von Stromleitern für Elektroden in Kolben aus Quarzglas benutzt worden. Diese Metalle können den sehr hohen Temperaturen widerstehen, die zum Einschmelzen in Quarz erforderlich sind. Sind diese Folienabschnitte ausreichend dünn, dann werden sie beim Abkühlen des Kolbens lediglich gedehnt, doch reißen sie weder, noch erzeugen sie Risse in den Dichtungen. Die Zuleitung kann ein Verbundkörper sein, der eine gewisse Länge einer Folie umfaßt, an deren jedes Ende ein Draht geschweißt ist oder die Zuleitung kann aus einem einzigen Metallstück hergestellt sein, indem man z. B. einen Draht zwischen Druckwalzen hinsichtlich seiner Dicke vermindert, wie dies z.B. in der US-PS 26 67 595 beschrieben ist.

Eine weitere Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung, bei der die letztere einen Folienabschnitt enthält, ist in der DE-OS 28 35 904 beschrieben.

Die Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung, die in Hochdruck-Metalldampfentladungslampen benutzt werden, umfassen im allgemeinen eine Zuleitung der vorgenannten Art, an deren einem Ende sich eine Elektrode befindet, z. B. indem man einen Wolframdraht um einen Schaftteil wickelt. Ein Entladungskolben enthält je eine solche Baueinheit abgedichtet in die beiden Enden eines Quarzrohres. Das übliche Verfahren des Abdichlens bestand darin, die Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung auf einer Spindel anzuordnen, ein Ende des Quarzrohres über die Baueinheit zu schieben, den Quarz zur Erweichungstemperatur zu erhitzen und dann das Ende des Rohres zwischen einem Paar rasch betätigbarer, gegenüberstehenden Backen zusammenzupressen oder zuzuquetschen. Hinsichtlich dieser Quetschdichtung wird auf die US-PS 29 65 698 Bezug g'enommen.

Der foiienartige Abschnitt der Zuleitung muß sehr dünn sein, damit ein Ablösen vermieden wird und er hermetisch mit dem Quarz verbunden bleibt. Dicken von mehr als etwa 0,037 mm können Schwierigkeiten mit Undichtigkeiten ergeben, während eine Dicke von 0,022 mm am dicksten Teil der Folie typisch ist. Als Ergebnis mangelt es der Zuleitung jedoch an Steifheit und sie verbiegt sich so leicht, daß ein horizontales Abdichten unpraktisch gewesen ist.

Üblicherweise wurden diese eine zu geringe Steifigkeit aufweisenden Zuleitungen vertikal eingeschmolzen.

Wird eine Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung vor dem Abdichten jedoch auf einer Spindel montiert, wie z. B. in Figur 2 der US-PS 29 65 698 gezeigt, dann kann die Baueinheit nicht vertikal stehen und der Elektrodenteil sackt häufig auf die eine oder andere Seite. Beim konventionellen vertikalen Quetschdichten ist der Mangel an Zuleitungssteifheit nicht so sehr wichtig. Sollte sich die Elektrode auf die eine oder andere Seite lehnen, dann läßt die kraftvolle Bewegung des glasförmigen Quarzes durch die Preßbacken die Elektroden beim Quetschen im wesentlichen an ihre Stelle zurückkehren. Außerdem betrug der Bogenspalt bzw. der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen bei den Hochdruck-Metalldampfentladungslampen nach dem Stand der Technik, die im allgemeinen Leistungen von mehr als 100 Watt hatten, mehrere Zentimeter. Eine Verschiebung der Elektrodenenden um einen Millimeter oder dergleichen hätte in einer solchen Lampe keine merkliche Wirkung auf die elektrischen Charakteristika und die Leistungsfähigkeit der Lampe.

Bei der Herstellung von Hochdruck-Metalldampfentladungslampen ist der Bogenspannungsabfall ein wichtiger Parameter, der konstant gehalten werden muß, der jedoch proportional zur Länge des Spaltes zwischen den Elektroden variiert. Werden die Größe der Lampe und die Länge dieses Spaltes vermindert, dann nimmt die Bedeutung der Genauigkeit der Spaltlänge zu. Auch wird das Erhitzen der Enden der Bogenkammer stark dadurch beeinflußt, wie weit die Elektroden in die Bogenkammer eingeführt sind. Ein solches Erhitzen der Enden der Bogenkammer bestimmt das Ausmaß der Verdampfung der Füllung, insbesondere der Metallhalogenide, die zum Kondensieren an den kühleren Enden der Bogenkammer neigen. Je mehr daher die Größe der

Lampe vermindert wird, umso wichtiger wird die genaue Bestimmung der Länge des Abstandes zwischen den Elektroden und dessen Stellung.

In der BE-PS 8 68 764 sind neue Lampen offenbart, deren Kolben kleine Enddichtungen aufv-eisen, um die Wärmeverluste an den Enden zu vermindern. In diesen neuen Lampen und insbesondere in denen kleinerer Größen, die Bogenkammervolumina von weniger als 1 cm³ haben, ist die Genauigkeit der Länge des Spaltes zwischen den Elektroden und seine Stellung innerhalb des Kolbens wesentlich.

Versuche, die Steifheit einer einen Folienabschnitt aufweisenden Zuleitung zu erhöhen, sind bereits in der DE-PS 7 16 236 beschrieben. In der dort beschriebenen Hochdruck-Metalldampfentladungslampe ist das mittlere Stück der Metallfolie mit ein oder mehreren längs verlaufenden Verstärkungen versehen. Abgesehen davon, daß dieses Anbringen der Verstärkungen einen zusätzlichen zeitaufwendigen Arbeitsgang und zusätzliches Material erfordert gewährleisten dL· verstärkten Stellen keinen vakuumdichten Abschluß mehr.

Bei der in der DE-PS 8 54 686 beschriebenen Hochdruck-Metalldampfentladungslampe der eingangs genannten Art ist der Foüenabschnitt durch in das Blech eingepreßte Längsrippen versteift und die Ränder des Folienabschnittes sind keilförmig zugespitzt und aus der Ebene herausgebogen, wobei nur ein Herausbiegen nach dergleichen Seite gezeigt ist.

Demgegenüber lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe der eingangs genannten Art die Steifigkeit der Zuleitung weiter zu verbessern und sie außerdem so auszubilden, daß eine Selbstzentrierung und ein an Ort und Stelle Halten der Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung erfolgt, um so die genaue Anordnung der Elektroden in der Bogenkammer zu erleichtern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seitenkanten des Folienabschnittes entgegengesetzt gebogen sind und daß sie den Bereich größerer Steifheit überlappen, in dem der dickere Leiter mit dem Foüenabschnitt verbunden ist.

Die Abmessungen des Folienabschnittes sind derart, daß die Seitenkanten zurückgebogen sind und der Querschnitt in etwa eine Z-Gestalt annimmt, wenn die Zuleitung in das rohrförmige Halsteil gedruckt ist. Dadurch wird die Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung im Halsteil zentriert und axial ausgerichtet, wenn die Elektrode in den Kolbenteil eintritt. Weiter sorgt der ReibungseingrifV der Folie mit den Wandungen des Halsteiles für eine Halterung der Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung an Ort und Stelle, während der Quarz des Halsteiles erhitzt und um die Zuleitung herum zum Zusammenfallen gebracht wird, um eine hermetische Dichtung zu ergeben.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

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

F i g. 1 und la Drauf- und Seitenansicht einer gewalzten Baueinheit aus Zuleitung und Elektrode für die Lampe nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Zuleitung nach F i g. 1 gemäß der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Endansicht durch einen Kolbenhals aus Quarz, die die Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung an Ort und Stelle zeigt und

F i g. 4 eine Verbundbaueinheit aus Elektrode und Zuleitung für die Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Fig. 1, la und 2 ist eine Baueinheit 1 aus Elektrode und Zuleitung der Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die einen einstückigen Molybdändraht 2, 3 umfaßt dessen Querschnitt anfänglich über seine ganze Länge gleichförmig ist z. B. rund und der einen Durchmesser von etwa 0,4 mm hat Der zentrale Abschnitt 4 ist durch Längswalzen bis zu einer Dicke von etwa 0,022 mm im Zentrum zu einer Folie verformt worden. Die Drahtdicke ist ausgewählt in bezug auf den rohrförmigen Quarzhals, in dem die Baueinheit abgedichtet werden soll, wobei der Folienabschnitt merklich breiter ist als der Innendurchmesser des Halses. Die Kanten des Folienabschnittes sind aus der Mittelebene heraus in entgegengesetzte Richtungen gefaltet oder gebogen, d. h. die Kante 5 ist, wie dargestellt nicht ganz bis zu einem rechten Winkel, sondern bis zu etwa 75° nach oben gebogen, und die Kante 6 ist in entgegengesetzter Richtung, also in entsprechender Weise nach unten gebogen. Die Kanten beginnen an den Punkten 7 im verjüngten Bereich 7a der Zuleitung, in dem die Dicke der Folie noch nicht bis zu ihrem kleinsten Wert vermindert ist. Dies schafft eine Überlappung zwischen dem Beginn der Folien und einem Folienbereich mittlerer Dicke, in dem die versteifende Wirkung der Kanten beginnt. Jenseits der Punkte 7, d. h. in einer Richtung weg vom zentralen Abschnitt 4, ist die Zuleitung dick genug, um das Gewicht der Elektrode ohne Verbiegen zu tragen. Die Kanten erhöhen die Steifheit der Zuleitungen bis zu einem Punkt, an dem sich die Baueinheit aufgrund des Gewichtes der Elektrode nicht mehr verbiegt, selbst wenn sie horizontal nur am entgegengesetzten Ende gehalten ist.

Nachdem die Kanten gebogen worden sind, ist die Gesamtquerabmessung der Folie, d. h. die Diagonale d von Spitze zu Spitze, die in F i g. 2 gezeigt ist, etwas größer als der Innendurchmesser der Öffnung 23a durch den Quarzhals 23, in dem die Baueinheit abgedichtet werden soll (siehe Fig. 3). So kann z. B. eine Folie mit einer Breite von 1.78 min eine Diagonale d nach dem Umbiegen der Kanten von etwa 1,56 mm haben und ist geeignet zum Abdichten in einem Quarzhals oder -rohr mit einem inneren Durchmesser von etwa 1,31 bis etwa 1,41 mm.

Das Ergebnis dieser Abmessung und Formung ist daß die Kanten entlang der Folie in enger Übereinstimmung mit der Krümmung der Innenwand des Halses gebogen sind und die Folie eine Z-förmige Gestalt annimmt, wenn sie in den Hals gedrückt wird. Dies führt zu

so einer Zentrierung und axialen Ausrichtung der Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung im Hals und in dem Kolben, in den sie hineinragt. Wurden die Kanten nicht einander entgegengesetzt verlaufen, dann würde die Zuleitung zwar steifer aber nicht selbstzentrierend werden. Der Reibungseingriff der Kanten der Folie mit der Halswandung dient außerdem zum Halten der Baueinheit an Ort und Stelle während der Zeitdauer, bis man den Hals um die Folie herum zusammenfallen läßt. Dies ist besonders wichtig bei der automatisierten Herstellung, bei der der Lampenkolben bei relativ hoher Geschwindigkeit von Station zu Station eingestellt wird, während verschiedene Herstellungsoperationen vorgenommen werden.

Die in F i g. 1 gezeigte Baueinheit 1 aus Elektrode und Zuleitung soll als Anode eingesetzt werden und weist eine Wolframspitze oder einen Wolframdrahtabschnitt 8 auf, der bei 9 an das Ende des Molybdändrahtes 2 angebracht ist und an seinem distalen Ende in einer

Kugel 10 endet. Die Verbindung 9 zwischen Molybdän und Wolfram kann durch eine mittels Laser ausgeführte Stumpfschweißung erfolgen, wodurch beide Teile in der gleichen Achse gehalten werden und man eine symmetrische Struktur erhält. Die Kugel 10 erhält man leicht dadurch, daß man von einem Wolframdraht 8 ausgeht, der länger als notwendig ist, und das Ende mittels eines Plasmabrenners zurückschmilzt, während man den Draht 8 aufrecht hält. Eine solche Anorde ist geeignet zur Verwendung in einer Miniatur-Halogenidlampe, die mit Gleichstrom betrieben wird, z. B. einer 35-Watt-Lampe, wie sie in der obigen BE-PS beschrieben ist. In einer Gleichstromlampe ist die Anode einfach ein Elektronenkollektor, der eine ausreichende Kapazität zur Wärmeabgabe aufweisen muß, um die rasche Erosion der Spitze während des Betriebes zu vermeiden. Die Kugel JO erfüllt diese Funktion und sie kann z. B. einen Durchmesser von etwa 0,625 mm haben. Eine Folie mit einem Z-förmigen Querschnitt wird im Hals zentriert bleiben und die relativ schwere Anodenkugel oder die aufgebrachte Kathode im wesentlichen in der Achse halten, selbst wenn die Lampe während der Herstellung horizontal gelagert ist.

Der Folienabschnitt 4 der Baueinheit nach Fig. 1 kann außer durch Längswalzen des Drahtes auch durch Querwalzen und Schmieden oder Hämmern des ursprünglichen Drahtes hergestellt sein. Man kann aber auch eine Verbundbaueinheit benutzen, wie sie z. B. in Fig.4 dargestellt ist, bei der eine Molybdänfolie 11 an einem Ende mit einem Molybdändraht 12 und am anderen Ende mit einem Molybdändraht 13 verschweißt ist. Das Ende des Drahtes 12 kann bei 14 etwas abgeflacht oder spatenförmig gestaltet werden, um das Schweißen an die Folie zu erleichtern. Auch kann ein Platinplättchen 15 zwischen Folie 11 und Wolframdraht 13 angeordnet werden, um das Schweißen zu erleichtern, wobei dieses Plättchen 15 auch dazu dient, die Folie, die geschweißt oder gelötet werden soll, zu versteifen. Auch bei dieser Verbundbaueinheit sind die Kanten der Folie 11 in entgegengesetzte Richtungen aus der Mittelebene herausgebogen, d. h. die Kante 5 ist nach oben nicht ganz bis zu einem rechter. Winkel gebogen und die Kante 6 entsprechend nach unten.

In einer längsgewalzten Folie, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, gibt es eine graduelle Verjüngung über die Abschnitte 7a, die von der vollen Dicke des Drahtes ausgehend bis zur Dicke des zentralen Teiles der Folie 4 verläuft. Bei einer (nicht dargestellten) quergewalzten Folie kann ein solcher graduell verjüngter Bereich durch geeignete Gestaltung der Walzen geschaffen werden. In jedem Falle sollten die entgegengesetzt gebogenen Kamen 5 und 6 beginnen, bevor die Foliendikke ihr Minimum erreicht hat. Dies sichert eine Überlappung zwischen dem Bereich, in dem die gebogenen Kanten eine Versteifung bewirken und dem Bereich, in dem die Foliendicke groß genug ist, um das Gewicht der Elektrode ohne Hilfe zu tragen.

In der Verbund-Ausführungsform der F i g. 4 sind die gebogenen Kanten 5' und 6' lang genug, um mit den Schweiß- bzw. Lötbereichen größerer Steifheit die an das spatenförmige Endstück 14 oder das Platinplättchen angrenzen, zu überlappen und dadurch eine ausreichende Gesamtsteifigkeit erzielen.

In einer Variante der Verbund-Baueinheit die weitläufige Anwendung findet besteht der äußere Zuleitungsteil aus Molybdän und das innere Endstück ist durch Längswalzen bis zu einer Folienstärke verdünnt An das folienförmige Ende kann dann durch Schweißen oder Löten ein Wolframdraht 13 befestigt werden. In einem solchen Falle sollten die gebogenen Kanten den verjüngten Bereich zumindest an einem Ende und den Schweißbereich zumindest am anderen Ende überlappen.

Für einige Anwendungen ist es nicht erforderlich, daß die ganze Baueinheit aus Elektrode und Zuleitung steif ist und es mag ausreichen, daß sie beginnend am Folienbereich bis zur Elektrode am distalen Ende hin steif ist. In einem solchen Fall müssen die gebogenen Kanten nicht bis zu einer Überlappung mit einem Bereich größerer Steifheit am äußeren Ende gehen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Baueinheiten sind von allgemeiner Brauchbarkeit und sie können z. B. beim Quetschdichten nach der US-PS 29 65 698 Anwendung finden. Steht dabei eine erfindungsgernäßc Baueinheit zum Quetschdichten auf einer Spindel, dann steht sie gerade und vertikal und dies führt zu einer verbesserten Lampe, in der die Elektroden genauer angeordnet sind. Die Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung bei Miniatur-Metalldampfentladungslampen, in denen die Genauigkeit in der Länge und Anordnung des Spaltes zwischen den Elektroden von großer Bedeutung ist.

Die Brauchbarkeit und Vielseitigkeit der erfindungsgemäß verwendeten Baueinheiten ist am deutlichsten bei der automatisierten Herstellung von Entladungslampen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem abgedichteten glasartigen Kolben, der einen Kolben- und einen Halsteil aufweist und eine ionisierbare Füllung enthält, und einem Paar von Baueinheiten aus Elektrode und Zuleitung, wobei die Zuleitung mindestens einer der Baueinheiten ein Leiter ist, der einen sich longitudinal erstreckenden, dünnen Folienabschnitt aus einem hochschmelzenden Metall umfaßt, der mit einem dickeren Leiter verbunden ist, an dessen distalem Ende die Elektrode befestigt ist, wobei der Folienabschnitt durch gebogene Seitenkanten versteift ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten (5, 6) des Folienabschnittes (4; 11) entgegengesetzt gebogen sind und daß sie den Bereich (7) größerer Steifheit überlappen, in dem der dickere Leiter (2) mit dem Folienabschnitt (4; 11) verbunden ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung einen einstückigen Leiter umfaßt, bei dem Drahtteile (2,3) an den Enden hinsichtlich ihrer Dicke bis zum zentralen Folienabschnitt (4) verjüngt sind und wobei sich die entgegengesetzt gebogenen Kanten (5, 6) entlang dem Folienabschnitt erstrecken und einen Teil der verjüngten Endbereiche {7a) überlappen.

3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung ein Verbundstoff ist, der einen dünnen Folienabschnitt (11) umfaßt, der an einen Draht (13) geschweißt ist und ein weiteres Metallstück (15) aufweist, welches die Steifheit des Bereiches der Schweißstelle verstärkt und wobei die entgegengesetzt gebogenen Kanten (5', 6'), die sich entlang dem Folienabschnitt (11) erstrecken, mindestens einen Teil de; Schweißbereiches mit der vergrößerten Steifheit überlappen.