DE3016892A1

DE3016892A1 - Entladungsrohr fuer hochdrucknatriumentladungslampen

Info

Publication number: DE3016892A1
Application number: DE19803016892
Authority: DE
Inventors: Ranbir S Bhalla; Vernon L Plagge
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1980-11-20
Also published as: BE883132A; US4435669A; JPS5836465B2; NL8002384A; JPS55150544A; GB2050690B; FR2456386A1; GB2050690A; CA1144222A; FR2456386B1

Description

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf, 30. April 1980

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh,· Pa.,' Va/ Sty A.

Entladungsrohr für Hochdrucknatrium-
entladungslampen

Die Erfindung betrifft Entladungsrohre für Hochdrucknatriumentladungslampen.

Die Entwicklung des Entladungsrohrs für Hochdrucknatriumentladungslampen umfaßte zahlreiche Endverschlußkonfigurationen in dem Versuch eine Konstruktion zu liefern, die die Entladung aufrechterhaltenden Elektroden tragen konnten, eine Entlüftung und Füllung des Entladungsrohrkörpers ermöglichten und eine ausreichende Abdichtung an jedem Ende des Lichtbogenrohrs erlaubten. Von diesen drei Aspekten hat sich die Schaffung einer Abdichtung an den Enden des Entladungsrohrs unter den Bedingungen des Hochtemperaturbetriebs und der zugehörigen Expansion und Kontraktion der Endverschlußteile während des Betriebs der Lampe als am schwierigsten erwiesen. Am häufigsten kann ein Versagen von Hochdrucknatriumdampfentladungslampen einem Durchbruch im Bereich der Endverschlußdichtung zugeordnet werden.

Es wurde kürzlich ermittelt, daß beim Betrieb der Hochdrucknatriumdampf entladungslampe bei leicht erhöhten Temperaturen und Drücken die Lampe eine signifikant verbesserte Farbwiedergabe ergibt.

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Der Betrieb bei diesen geringfügig höheren Temperaturen stellt eine noch größere Belastung der Konstruktion der Endverschlußdichtung dar.

Versuche, die Enden des Entladungsrohres abzudichten, umfaßten Konstruktionen, die vergrößerte keramische Stopfen verwendeten, wie in den US-Patentschriften 3 886 392 und 4 065 691 beschrieben wird, sowie auch die Kombination von keramischen Stopfen und keramischen Endscheiben, die die US-PS 4 052 635 zeigt. Bei anderen Konstruktionen wurden verbesserte Endverschlüsse durch die Verwendung von Endkappen aus wärmefestem Metall der Bauart geliefert, wie sie in der US-PS 4 103 200 beschrieben wird, wobei Niobium ein vorzugsweises wärmefestes Metall für die Endkappen darstellt. Es wurden auch Dichtungen entwickelt, die Endverschlüsse aus wärmefestem Metall in Kombination mit Keramikteilen verwenden, siehe dazu beispielsweise die US-Patentschriften 3 450 924, 3 832 589 und 3 825 788.

Obwohl viele dieser Dichtungskonstruktionen sich in den meisten Fällen als ausreichend für den Normalbetrieb der Hochdrucknatriumentladungslampe erwiesen haben, wird auch angenommen, daß eine Konstruktion, die einen längeren fortlaufenden Abdichtweg ergibt, wichtig bei der Schaffung von langer Lebensdauer bei Lampen ist, die bei höheren Temperaturen arbeiten, wie es für verbesserte Farbwiedergabe notwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Lichtbogenrohrs für eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe, die diese verbesserten Eigenschaften aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem Hauptanspruch, also dadurch, daß ein abgedichtetes Entladungsrohr für eine Hochdrucknatriumentladungslampe einen länglichen monolithischen Lichtbogenrohrkörper aus Alumina umfaßt, in dessen Enden sich kreisförmige öffnungen befinden, deren Durchmesser erheblieh kleiner als der

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Durchmesser des Lichtbogenrohrkörpers ist. Eine Endkappe aus wärmefestem Metall einschließlich einem flachen Scheibenteil und einem zylindrischen Schürzenteil mit einer Rohranordnung aus wärmefestem Metall, die sich durch das Zentrum der Endkappe erstreckt, stellt ein weiteres Merkmal dar. Das Rohr erstreckt sich durch die kreisförmigen Öffnungen in den Enden des Entladungsrohrkörpers und der Schürzenteil der Endkappe umringt die Endteile der Seitenwand des Entladungsrohrkörpers. Schließlich ist eine glasartige Abdichtfritte zwischen der inneren Oberfläche der Endkappe und dem Entladungsrohrkörper und dem Teil der Rohranordnung, der sich durch die kreisförmigen Öffnungen erstreckt, und den inneren Oberflächen der kreisförmigen Öffnungen angeordnet.

Auf diese Weise wird ein längerer Dichtungsweg zwischen den aus polykristallinem Alumina bestehenden Entladungsrohrteilen und der Endabdichtung aus wärmefestem Metall hergestellt. Die glasartige Abdichtfritte umfaßt prinzipiell Alumina und Calcia und liefert einen fortlaufenden Abdichtweg, der sich längs der inneren Oberfläche der Öffnung in den Enden des Entladungsrohrs, über die Stirnoberfläche des Entladungsrohrkörpers sowie ein Stück längs der Umfangsoberfläche des Endes des Entladungsrohrs erstreckt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 In einer Seitenansicht, die teilweise geschnitten ist, eine Hochdrucknatriumentladungslampe; und

Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht ein gemäß der Erfindung konstruiertes Entladungsrohr für eine Hochdrucknatriumentladungslampe.

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In den Zeichnungen bedeuten gleiche Bezugszahlen gleiche Teile. In Fig. 1 ist eine typische Hochdrucknatriumentladungslampe dargestellt, die ein aus polykristallinem Alumina bestehendes Entladungsrohr umfaßt. Die Entladungslampe umfaßt einen Außenkolben 12 aus Glas, der an einer üblichen Mogulschraubfassung 14 angebracht ist. Ein Paar von Zuführleitungen 16 und 18 (in Fig. 1 teilweise übereinander) ist in herkömmlicher Weise mit der Mogulschraubfassung 14 verbunden und erstreckt sich durch einen umgebördelten gepreßten Stiel 20 an der Basis des Kolbens 12 in herkömmlicher Weise. An dem oberen Ende des Zufuhrleiters 18 ist der Stützrahmen 22 für das Entladungsrohr montiert, der sowohl zum Festhalten und Montieren des Entladungsrohrs innerhalb des Außenkolbens 12 als auch zur Weiterleitung von Elektrizität zur oberen Elektrode des Entladungsrohrs dient. Der Rahmen 22 wird an seinem oberen Ende innerhalb des Kolbens 12 mittels eines Paares von nachgiebigen Federgliedern 24 gehalten, die dazu dienen, den Rahmen 22 in einer zentralen Stellung innerhalb des Außenkolbens 12 mit Hilfe nachgiebigen Kontaktes mit der inneren Oberfläche des Außenkolbens zu halten.

Ein konventionelles Entladungsrohr 26 aus polykristallinem Alumina ist mit seinem unteren Ende auf einem Zufuhrleiter 16 mit Hilfe eines flexiblen Zufuhrdrahtes 28 montiert, der das Entlüftungs—und Füllrohr 30 des Entladungsrohrs umringt und mit dem Zufuhrleiter 16 in einer Weise verschweißt ist, die in der US-PS 3 855 494 für "keramische Entladungslampenkonstruktionen" offenbart ist.Die Rohrleitung 30 erstreckt sich durch die Endkappe 32 am unteren Ende der Lampe und dient dazu, die untere Elektrode 34 zu montieren, wie noch im folgenden beschrieben wird. Am anderen Ende des Entladungsrohrs 26 ist dieses ebenfalls mittels einer Endkappe 32 abgeschlossen, die'eine Entlüf— tungs- und Füllrohrleitung 30 aufweist, die sich durch die Kappe hindurch erstreckt und eine die Entladung aufrechterhaltende Elektrode 34 auf dem inneren Ende der Rohrleitung trägt. Die Rohrleitung 30 am oberen Ende der Lampe ist elektrisch mit dem

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Stützrahmen mit Hilfe eines flexiblen Streifens 42 bei 44 verbunden. Der Streifen 42 ist an der Rohrleitung 30 und an dem seitlichen Stützbügel 40 an dem Verbindungspunkt angeschweißt. Der seitliche Stützbügel 46 besitzt bei 48 Durchführungskanäle, die die vertikalen Arme des Stützrahmens 22 umgeben, um für eine Zentrierung des oberen Endes des Entladungsrohres bezüglich des Rahmens zu sorgen, aber in einer Weise, die eine longitudinale Biegung oder Ausdehnung des Entladungsrohrs durch die lockere Gleitpassungsbeziehung zwischen dem Stützrahmen 22 und den Kanälen oder öffnungen 48 in dem Stützbügel 46 ermöglichen.

Es sei nunmehr genauer auf die neuartige Entladungsrohrkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung eingegangen, die in Fig. 2 dargestellt ist. Der monolithische Entladungsrohrkörper umfaßt einen rohrförmigen zentralen Abschnitt 50, der im wesentlichen geschlossene Enden 52 aufweist, mit der Ausnahme von in den Enden 52 bei 54 angeordneten zylindrischen öffnungen. Das monolithische Entladungsrohr 26 ist im wesentlichen gemäß den Lehren der US-PS 3 564 328 geformt, um eine monolithische Struktur zu erhalten.

Die Endkappenunteranordnung umfaßt die Endkappe 32, die Rohrleitung 30 und die die Entladung aufrechterhaltende Elektrode 34. Die Endkappe umfaßt ein flaches Scheibenteil 56 mit Randteilen 58, und die Rohrleitung 30 ist durch eine öffnung im Zentrum des Scheibenteils 56 hindurchgeführt und verschweißt oder verlötet, wie bei 60 dargestellt ist. Die die Entladung aufrechterhaltenden Elektroden 34 sind bei 62 in einer herkömmlichen Weise am inneren Ende der Rohrleitung 30 angeschweißt.

Die Endkappen und die Rohrleitung sind vorzugsweise aus Niobium, und um die Endkappenrohrleitungselektrodenanordnung zum Abdichten des monolithischen Entladungsrohrs zu präparieren, wird bei 64 auf der gesamten Fläche der Endkappe und der Rohrleitung,

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die mit dem Entladungsrohrkörper nach dem Zusammenbau in Berührung tritt, eine Aufschlemmung aus wärmefestem Metallpulver und Siliziummetallpulver aufgeschichtet, um eine Bindung zu fördern, wenn dies erforderlich sein sollte. Solch eine Beschichtung und ein derartiges Verfahren wird in der US-PS 036 948 beschrieben, die am 7. Mai 1979 eingereicht wurde.

Beim abdichtenden Verbinden der Endkappe, der Rohrleitung und der Elektrodenunteranordnung mit dem monolithischen Entlädungsrohrkörper kann eine glasartige Abdichtfritte von irgendeiner der vielen bekannten Arten verwendet werden. In fast allen Fällen umfaßt die glasartige Abdichtfritte prinzipiell Aluminiumoxid und Kalziumoxid in ungefähr eutektischen Proportionen, und die meisten dieser Abdichtfritten umfassen generell kleinere Mengen von anderen metallischen Oxiden, wie Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Bariumoxid, Yttriumoxid, -usw. Zahlreiche dieser Abdichtzusammensetzungen zusammen mit den Verfahren, durch die das Entladungsrohr aus polykristallinen! Alumina mit der Endkappe aus wärmefestem Metall bei Hochdrucknatriumentladungslampen verbunden wird, werden in den üS-PSen 3 281 309, 3 469 729 und 3 588 577 beschrieben.

Die glasartige Abdichtfritte 66 kann an der Grenzfläche zwischen der Endkappenrohrleitungsanordnung und dem Entladungsrohrkörper in irgendeiner von zahlreichen Verfahrensweisen aufgebracht werden. Die glasartige Abdichtfritte kann vor dem Zusammenbau auf eine der Oberflächen oder auf beide Oberflächen aufgebracht werden, oder Ringe von glasartiger Abdichtfritte können angrenzend zu den Bodenkanten des Endkappenrandes nach dem Zusammenbau aufgebracht werden. Vorzugsweise werden vorgeformte und vorgepreßte Ringe von glasartiger Abdichtfritte zwischen den Endteilen 52 des Entladungsrohrkörpers und dem flachen Teil 56 der Endkappe 32 angeordnet. Mit den vorgepreßten glasartigen Abdichtfrittringen im zusammengebauten Zustand zwischen den Endkappen und den Enden des Entladungsrohrkörpers werden dann die Endkappen mit dem Ent-

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ladungsrohrkörper dadurch abdichtend verbunden, daß ein herkömmliches Erwärmungsprogramm derart angewendet wird, wie es in der US-PS 3 469 729 offenbart ist.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird ein ausgedehntes Abdichtgebiet erhalten und somit ein viel längerer Abdichtweg, um die Diffusion von die Entladung aufrechterhaltenden Medien durch das Abdichtgebiet zu unterbinden. Die glasartige Abdichtfritte 66 erstreckt sich zwischen den Kanten der öffnung 54 im Ende des Entladungsrohrkörpers und der Rohrleitung, vollständig zwischen dem Ende des Entladungsrohrkörpers und dem flachen scheibenförmigen Teil der Endkappe und auch noch über ein erhebliches Stück abwärts an der äußeren Kante des Endes des Entladungsrohrkörpers, umgeben durch den Randteil der Endkappe. Zahlreiche Lampen, die erfindungsgemäß konstruiert wurden und zur besseren Farbwiedergabe bei höherer Temperatur als üblich betrieben wurden, arbeiteten mehr als 10.000 Stunden, ohne daß ein Lampenversagen oder ein Dichtungsleck auftrat.

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Claims

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF I ■ SCHADOWPLATZ 9

.Düsseldorf, 30. April 1980

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Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh,· PaV, V. St.¹ A.

P a t' e η f a' Ώ s p" r ü' c h e;

Abgedichtetes Entladungsrohr für eine Hochdrucknatriumentladungslampe, gekennzeichnet durch einen langgestreckten monolithischen Entladungsrohrkörper (26) aus Alumina mit in den Enden (52) angeordneten kreisförmigen Öffnungen (54) mit einem Durchmesser, der wesentlich kleiner als der Durchmesser des Entladungsrohrkörpers (26) ist; durch eine Endkappe (32) aus wärmefestem Metall einschließlich einem flachen Scheibenteil (56) und einem zylindrischen Randteil (58), wobei sich durch das Zentrum der Endkappe eine Rohrleitung (30) aus wärmefestem Metall erstreckt, die durch die kreisförmigen Öffnungen (54) in den Enden (52) des Entladungsrohrkörpers (26) und durch den Randteil (58) der Endkappe (32) erstreckt, wobei der Randteil (58) die Endteile der Seitenwand des Entladungsrohrkörpers (26) umringt; und durch eine glasartige Abdichtfritte (66) , die zwischen der inneren Oberfläche der Endkappe (32) und dem Entladungsrohrkörper (26) und dem Teil der Rohrleitung (30), der sich durch die kreisförmigen öffnungen (54) erstreckt, und den inneren Oberflächen der kreisförmigen öffnungen (54) angeordnet ist.

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2. Entladungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappe (32) aus Niobium besteht und daß die Rohrleitung (30) aus Niobium besteht.
3. Entladungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtfritte (66) prinzipiell Calcia und Alumina umfaßt.

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