DE3789950T2 - Keramischer Kolben für Hochdruckentladungslampe. - Google Patents

Keramischer Kolben für Hochdruckentladungslampe.

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Hirotsugu Esupoahorita Izumiya
Mikio Lunetsurumai Kariya
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/36Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors
    • H01J61/366Seals for leading-in conductors

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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Keramikkolben zur Verwendung in einer Hochdruckentladungslampe (in der Folge als "HID-Lampe" bezeichnet, wobei "HID" für High Intensity Discharge (Hochintensitätsentladung) steht) und im spezielleren den Aufbau eines oder beider Enden eines solchen Keramikkolbens, an dem/denen eine lichtdurchlässige Keramikröhre des Kolbens mit einer elektrisch leitfähigen Endkappe verschlossen und durch ein Dichtungselement abgedichtet ist, das zwischen der Endkappe und der Keramikröhre vorgesehen ist.
  • Nach dem Stand der Technik solcher HID-Lampen, bei denen ein lichtdurchlässiges Keramikrohr verwendet wird, ist ein Paar elektrisch leitfähiger Scheiben als Endkappen zum Verschließen der in Längsrichtung gegenüberliegenden offenen Enden des lichtdurchlässigen Keramikrohrs bekannt. Beispiele für solche Verschlußendkappen werden in der US-PS-4,155,757 und der US-PS-4,155,758 veranschaulicht. Solche Endkappen sind aus einem elektrisch leitenden Cermet gebildet das erhalten wird, indem beispielsweise Wolframteilchen mit Aluminiumoxidteilchen demischt werden und die Mischung gesintert wird. Diese elektrisch leitenden Cermetendkappen tragen an ihren innenflächen ein Paar Wolframentladungselektroden, so daß die Elektroden aus den jeweiligen Innenflächen der Endkappen aufeinander zu, das heißt in Längsrichtung in das lichtdurchlässige Keramikrohr hinein, vorragen. Auch sind elektrische Kontaktstäbe oder Leiterstäbe nach geeigneten Verfahren mit den Außenflächen der Cermetendkappen verbunden oder daran befestigt, so daß durch die Kontaktstäbe und durch die Cermetendkappen elektrischer Strom auf das Paar einander gegenüberliegend angeordneter Wolframelektroden angelegt wird.
  • Solche Cermetendkappen sind beispielsweise für Hochdrucknatriumlampen vorteilhaft eingesetzt worden. Da die die Verwendung von teurem metallischem Niob überflüssig machen. Weiters wird anerkannt, daß solche Cermetendkappen vorteilhaft für sogenannte Metallhalidlampen verwendet worden sind, bei denen ein lichtdurchlässiges Keramikrohr verwendet wird die zur verbesserten Farbwiedergabe mit einem geeigneten Metallhalid beschickt ist, sowie mit Quecksilber und Edelgas, da das Cermet eine relativ hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Metallhaliden aufweist.
  • Jedoch kann bei einer solchen HID-Lampe mit einer mit Cermetendkappen verschlossenen lichtdurchlässigen Keramikröhre ein Problem auftreten, das allgemein als Phänomen der "Bogenrückzündung" bekannt ist und darin besteht, daß beim Einschalten der HID-Lampe ein Lichtbogen zwischen den Entladungselektroden und den entsprechenden Cermetendkappen auftritt und nicht zwischen gegenüber angeordneten Elektroden. Dieses Bogenrückzündungsphänomen verursacht das Reißen der Cermetendkappen, wodurch bewirkt wird, daß der Keramikkolben undicht wird. Außerdem verursacht das Bogenrückzündungsphänomen das Verdampfen und Zerstreuen der feuerfesten Metallbestandteile im Cermet und deren daraus folgende Ablagerung an der Innenfläche des Keramikrohrs, was zur Schwärzung der Wand des Keramikrohrs führt, wodurch der Lichtfluß im Kolben reduziert wird. Um dieses Problem zu überwinden, ist nach dem Stand der Technik empfohlen worden, an den Innenflächen der Cermetendkappen, aus denen die Elektroden vorragen, einen elektrischen Isolator in Form einer Isolierschicht auszubilden.
  • Was die obengenannte Metallhalidlampe betrifft, wird auch anerkannt, daß übersättigtes Metallhalid in der Keramikrohr am Kaltpunkt im Keramikrohr, d. h. am unteren Endabschnitt des bei Verwendung der Lampe in ihrer aufrechten Position vertikal angeordneten Keramikrohrs, kondensieren kann, wodurch ein zum Abdichten des unteren Endes des Keramikrohrs vorgesehenes Dichtungselement aufgrund der flüssigen Phase des kondensierten Metallhalids und der durch die untere Elektrode bei der Verwendung erzeugten Wärme Korrosion ausgesetzt ist, mit dem Ergebnis, daß die Eigenschaften der Lampe beeinträchtigt werden und/oder bewirkt wird, daß der Keramikkolben undicht wird. Um diese Probleme zu überwinden, ist in der Praxis der untere Endabschnitt des Keramikrohrs durch Schrumpfpassung einer Keramikendkappe gasdicht geschlossen oder abgedichtet worden, ohne irgendwelche Abdichtungsmittel zu verwenden. In diesem Fall wird das obere Ende des Keramikrohrs mit einer Cermetendkappe verschlossen und mit einem Dichtungselement abgedichtet, nachdem das Keramikrohr über ihr oberes Ende mit einem geeigneten Metallhalid beschickt worden ist.
  • Beim obigen Typ von Keramikkolben, bei dem zumindest eines der gegenüberliegenden Enden mit einem Dichtungselement oder -material abgedichtet ist, ist es notwendig, einen Spalt zwischen dem Keramikrohr und der zumindest einen Endkappe vollständig mit dem Dichtungselement zu füllen. Folglich liegt das Dichtungselement in einem Innenraum des Keramikrohrs, in dem der Metallhalidlampe vorhanden ist, teilweise frei, und das Dichtungselement ist aufgrund des Metallhalids Korrosion ausgesetzt obwohl diese Korrosion möglicherweise nicht so stark wie die eines Dichtungselements ist, das am unteren Ende eines Kolbens einer aufrecht stehenden Lampe angeordnet ist. Daher ist die HID-Lampe, die einen solchen Keramikkolben umfaßt weicht frei von den Problemen des Undichtwerdens des Kolbens oder der Beeinträchtigung der Betriebseigenschaften, wie verringertem Lichtfluß (Schwärzung der Wand des Keramikrohrs) oder Änderung von Farbe, Temperatur und Lampenspannung. Außerdem kann, wenn die Abdichtung zwischen der Keramikrohr und der Cermetendkappe durch das Dichtungselement unzureichend ist, das heißt, eine Seitenfläche der Cermetendkappe nicht vollständig vom Dichtungselement bedeckt ist, das Bogenrückzündungsphänomen am nicht abgedichteten Abschnitt der Cermetendkappe auftreten, wodurch bewirkt wird, daß die Endkappe, das Dichtungselement und/oder das Keramikrohr Risse bekommen, was wiederum das austreten der eingebrachten Gase aus dem Kolben verursachen kann.
  • Die EP-A-0160445 entspricht in wesentlichen den Fig. 6-8 gemäß vorliegender Erfindung.
  • Die GB-A-1410297 offenbart eine Hochdruckentladungslampenrohr mit Keramikwänden und einem Keramikverschlußelement, worin die Grenze zwischen Wand und Verschlußelement von der Innenseite der Entladungsröhre aus betrachtet divergierend ist.
  • Die vorliegende Erfindung, die in Anbetracht der oben besprochenen Nachteile beim Stand der Technik gemacht wurde, hat das Ziel der Schaffung eines Keramikkolbens zur Verwendung in einer HID-Lampe, bei dem die Gefahr von Rissen in seinen Cermetendkappen aufgrund des Bogenrückzündungsphänomens und folglich deren Undichtheit nicht oder kaum besteht, wodurch die Betriebseigenschaften der HID-Lampe trotz wiederholter Verwendung während ihrer Lebensdauer vorteilhaft erhalten bleiben.
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird in Keramikkolben für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe geschaffen, der ein lichtdurchlässiges Keramikrohr mit Entladungselektroden umfaßt die durch jeweilige elektrisch leitende Endkappen an gegenüberliegenden enden montiert sind, die durch die genannten Endkappen verschlossen werden, wobei die Elektroden in Längsrichtung aus jeweiligen innenflächen ihrer Endkappen in den Innenraum des Rohrs vorragen, wobei die Endkappen Abschnitte aufweisen, die in die entsprechenden Rohrenden eingreifen, wobei ein Dichtungselement angebracht ist, um bei zumindest einer der Endkappen Fluiddichtheit zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem entsprechenden Rohrende aufrechtzuerhalten und die genannte zumindest eine Endkappe einen elektrischen Isolator an ihrer Innenfläche aufweist, wobei ein pheripherer Abschnitt des Isolators einen peripheren Abschnitt der Innenfläche bedeckt. Drin das genannte zumindest eine vom Dichtungselement abgedichtete Rohrende einen Kontaktabschnitt umfaßt der den peripheren Abschnitt des Isolators überlappt und berührt, in das Dichtungselement vom Rohrinnenraum zu isolieren.
  • Die HID-Lampe, die den wie oben beschrieben konstruierten Keramikkolben enthält, behält hervorragende Betriebseigenschaften bei, da das/die Dichtungselement(e) vom Innenraum des Kolbens isoliert ist/sind, in dem korrosiver Metalldampf vorhanden ist. Darüber hinaus bleibt/bleiben die Endkappe(n) frei von Rissen aufgrund des Bogenrückzündungsphänomens, da der Fluiddichte Kontakt des/der elektrischen Isolators/-oren an der/den Endkappe(n) mit dem/den Kontaktabschnitt(en) des Keramikrohrs verhindert, daß das Cermetmaterial der Endkappe(n) im Innenraum freiliegt, in dem ein Bogenentladung stattfindet. Folglich gibt es beim Kolben keine Leckbildung aufgrund des Bogenrückzündungsphänomens. Weiters gibt es beim Kolben einen größeren Spielraum im Abdichtungsausmaß an seinem/seinen Ende oder Enden, da es gemäß vorliegender Erfindung nicht erforderlich ist, den/die Spalt(e) zwischen dem Keramikrohr und der/den Endkappe(n) vollständig mit dem Dichtungsmaterial zu füllen, wie es bei herkömmlichen HID-Lampen-Herstellungstechniken erforderlich ist. Diese Merkmaie der Erfindung sind von industrieller Bedeutung.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der Keramikkolben weiters ein Paar elektrischer Leiterelemente, durch die dem Paar Entladungselektroden über das Paar Endkappen jeweils elektrischer Strom zugeführt wird, und jedes der elektrischen Leiterelemente wird an einer Außenfläche der entsprechenden Endkappe abgestützt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Endkappen aus einem elektrisch leitfähigen Cermet.
  • Beim erfindungsgemaßen Keramikkolben wird es vorgezogen, daß das Ende des durch das Dichtungselement abgedichteten Keramikrohrs eine erste innere zylindrische Oberfläche mit einem ersten Innendurchmesser und eine zweite innere zylindrische über Oberfläche umfaßt je axial innerhalb der ersten inneren zylindrischen Oberfläche angeordnet ist und einen zweiten Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser, und daß der Eingreifabschnitt einer jeden der zumindest einen Endkappe(n), für die der elektrische Isolator und das Dichtungselement vorgesehen sind, einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser und größer als der zweite Innendurchmesser. In diesem Fall weist der Kontaktabschnitt des Endes des Keramikrohrs eine Ansatzfläche auf, die zwischen der ersten und der zweiten inneren zylindrischen Oberfläche angeordnet ist. Die Ansatzfläche kann im rechten Winkel zur ersten und zur zweiten inneren zylindrischen Oberfläche stehen.
  • Die vorangehenden und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführung, in Verbindung mit den bei liegenden Zeichnungen betrachtet, klar werden, in denen:
  • Fig. 1 ein schematischer Aufriß, teilweise im Querschnitt, eines Beispiels für eine HID-Lampe ist, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Keramikkolbens enthält, worin ein oberes Ende eines lichtdurchlässigen Keramikrohrs des Kolbens mit einer Endkappe verschlossen und mit einem Dichtungselement abgedichtet ist;
  • Fig. 2 eine teilweise Querschnittansicht ist, je in der Vergrößerung einen oberen Endabschnitt des Keramikkolbens der HID-Lampe von Fig. 1 zeigt;
  • die Fig. 3-5 Fig. 2 entsprechende Ansichten sind jeweils ein modifiziertes Beispiel für den erfindungsgemäßen Keramikkolben darstellen; und
  • die Fig. 6-8 Fig. 2 entsprechende Ansichten sind, die jeweils einen oberen Endabschnitt eines Keramikkolbens nach dem Stand der Technik zeigen.
  • Um die vorliegende Erfindung weiter klar zu machen, wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Zunächst auf Fig. 1 bezugnehmend wird schematisch eine komplette Anordnung einer HID-Lampe dargestellt, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Keramikkolbens 6 enthält, der beschrieben werden wird. In der Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen einen knollenförmigen lichtdurchlässigen Mantel, der im allgemeinen aus Glas oder ähnlichem Material besteht. Dieser lichtdurchlässige Mantel 2 ist an seinem offenen Ende durch eine Basis 4 verschlossen. Der Mantel 2 und die Basis 4 wirken zusammen, um einen gasdichten Behälter zu bilden, der mit einem geeigneten Inertgas wie Stickstoff beschickt oder unter Vakuum gehalten wird. Wie nach dem Stand der Technik wohlbekannt wird an die Basis 4 angelegter elektrischer Strom über elektrische Leiterelemente 10, 10 elektrisch leitenden Leitelementen in Form elektrischer Kontaktstäbe 8, 8 zugeführt, die an den in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Enden des im lichtdurchlässigen Mantel 2 untergebrachten Keramikkolbens 6 angeordnet sind.
  • Der Keramikkolben 6 enthält ein lichtdurchlässige Keramiklichtbogenrohr 12 und ein Paar Verschlußscheiben in Form von Endkappen 14, 14, die an in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden des Keramiklichtbogenrohrs 12 befestigt sind, so daß die Endkappen 14, 14 die gegenüberliegenden Enden des Lichtbogenrohrs 12 verschließen, um die Gasdichtheit des Keramikkolbens 6 aufrechtzuerhalten. Das lichtdurchlässige Keramiklichtbogenrohr 12 ist ein rohrförmiges Element aus Tonerde oder anderen Keramikmaterialien. Die Endkappen 14, 14 bestehen aus einem elektrisch leitenden Cermet. Eine Entladungselektrode 16 sowie das Kontaktstäbchen 8 sind an ihrem einen Ende in jede Endkappe 14 eingebettet. Das Keramiklichtbogenrohr 12 des gasdichten Keramikkolbens 6 st mit einem geeigneten Gas und einem geeigneten Metall oder seiner Verbindung beschickt die je nach der spezifischen Art der HID-Lampe ausgewählt ist. Im Fall einer Hochdrucknatriumlampe ist das Lichtbogenrohr 2 beispielsweise mit metallischem Natrium, Quecksilber und Edelgas beaufschlagt. Bei einer Metallhalidlampe ist das Lichtbogenrohr 12 mit einem Metallhalid (wie Dysprosiumiodid, Thalliumiodid, Natriumjodid, Indiumjodid usw.) gemeinsam mit Quecksilber und Edelgas beaufschlagt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Keramikkolben, bei dem zumindest eines der gegenüberliegenden Enden eines lichtdurchlässigen Keramikrohrs mit einer Endkappe verschlossen und mit einem Dichtungselement abgedichtet ist, das zwischen dem Keramikrohr und der Endkappe vorgesehen ist. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist ein oberes Ende des Lichtbogenrohrs 12 mit der oberen Endkappe 14 verschlossen und mit einem Dichtungselement 30 abgedichtet. Andererseits ist die untere Endkappe 14 durch ein Schrumpfpassungsverfahren, bei dem die Schrumpfung des Rohrs 12 und der Endkappe 14 bei deren Sintern genutzt wird, in das untere Ende des Lichtbogenrohrs 12 eingepaßt. Jede(r) der Entladungselektroden 16, 16 und der Kontaktstäbe 8, 8 besteht aus einem feuerfesten Material wie Wolfram. Jeder Kontaktstab 8 ist an seinem einen Ende in den äußeren Abschnitt der entsprechenden Endkappe 14 eingebettet, so daß das andere Ende des Stabes 8 von der Außenfläche der Endkappe 14 nach außen ragt. Außerdem ist jede Wolframelektrode 16 an ihrem einen Ende in den inneren Abschnitt der entsprechenden Endkappe 14 eingebettet, so daß das andere Ende der Elektrode 16 aus der Innenfläche 18 der Endkappe 14 in Längsrichtung in das lichtdurchlässige Lichtbogenrohr 12 hinein ragt. Jede Elektrode 16 ist an einem radial mittleren Abschnitt der Endkappe 14 (Lichtbogenrohr 12) angeordnet und besteht aus einem Elektrodenschaft mit einem vorbestimmten Durchmesser und einer Spule 19, die um den Schaft 15 gewickelt ist, wobei ein freies Ende des Schaftes 15 mit geeigneter Länge keine Spule (19) aufweist.
  • Die Innenfläche 18 einer jeden Endkappe 14, aus der die entsprechende Elektrode 16 vorragt, ist, mit Ausnahme eines Abschnitts davon in der Nähe der Elektrode 16, mit einem elektrischen Isolator in Form einer Isolierschicht 20 mit einer geeigneten konstanten Dicke abgedeckt. Diese Isolierschichten 20, 20, welche die Innenflächen 18, 18 der elektrisch leitfähigen Endkappen 14, 14 abdecken dienen dazu, ein Bogenrückzündungsphänomen zu verhindern, bei dem es sich um eine elektrische Entladung zwischen den Isolierschichten 20, 20 und den entsprechenden Elektroden 16, 16 nach Anlegen einer Spannung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 16, 16 durch die Kontaktstäbe 8, 8 zum Zeitpunkt des Einschaltens der HID-Lampe handelt.
  • Fig. 2 zeigt in Vergrößerung den oberen Endabschnitt des Keramikkolbens 6 von Fig. 1 der durch das Dichtungselement 30 abgedichtet ist. Die Fig. 3-5 sind Fig. 2 entsprechende Ansichten die jeweils einen modifizierten Aufbau des oberen Endabschnitts des erfindungsgemaßen Keramikkolbens zeigen.
  • Das lichtdurchlässige Keramiklichtbogenrohr 12 eines jeden der Beispiele der Fig. 3-5 weist an ihrem oberen Ende einen ersten zylindrischen Abschnitt 31 auf der eine erste innere zylindrische Oberfläche 41 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 32 aufweist, er mit dem ersten Abschnitt 31 konzentrisch und axial innerhalb des ersten Abschnitts 31 angeordnet ist und eine zweite innere zylindrische Oberfläche 42 aufweist. Die Innendurchmesser des ersten und des zweiten Abschnitts 31 und 32 sind so festgelegt, daß ein Durchmesser eines Eingreifabschnittes 14a der oberen Endkappe 14, der in den ersten Abschnitt 31 eingepaßt ist, kleiner ist als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 31 und größer als der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 32, und vorzugsweise größer als der Durchschnitt aus den Innendurchmessern des ersten und des zweiten Abschnitts 31,32. Wenn das obere Ende des Lichtbogenrohrs 12 durch die oberen Endkappe 14 verschlossen ist, berührt die Isolierschicht 20 an der Innenfläche 18 der oberen Endkappe 14 direkt an einem gesamten peripheren Abschnitt 46 davon eine Ansatzfläche 44 des zweiten Abschnitts 32, die im rechten Winkel zu den ersten und zweiten inneren zylindrischen Oberflächen 41, 42 steht. So ist das Dichtungselement 30, welches das obere Ende des Lichtbogenrohrs 12 abdichtet, von einem Innenraum 50 des Lichtbogenrohrs 12 (Kolben 6) isoliert, in den sich die Entladungselektroden 16, 16 hineinerstrecken und in dem die eingebrachten Gase vorliegen.
  • Somit ist der Kolben 6 der dargestellten Ausführungsform frei von Austreten der eingebrachten Gase als Ergebnis der Beeinträchtigung es Dichtungselements 30 dadurch, daß es dem korrodierenden Gas (z. B. Metallhalid) in den in den Innenraum 50 eingebrachten Gasen ausgesetzt ist. Daher werden während eines längeren Verwendungszeitraums hervorragende Betriebseigenschaften der HID-Lampe vorteilhaft beibehalten. Auch im Fall, daß eine Seitenfläche der Endkappe 14 nicht mit einem elektrischen Isolator abgedeckt ist und die Abdichtung zwischen der Lichtbogenröhre 12 und der Endkappe 4 durch das Dichtungsmaterial 30 unvollständig oder unzureichend ist, ist die Endkappe 14 gegen das Bogenrückzündungsphänomen immun, da das Cermet der Endkappe 14 vom Innenraum 50 isoliert ist, in dem eine Bogen- oder elektrische Entladung auftritt. Das bedeutet einen größeren Spielraum beim Abdichtungsausmaß zwischen der Endkappe 14 und dem Lichtbogenrohr 12.
  • Wenn, wie in Fig. 2, 3 oder 5 gezeigt, die Endkappe 14 einen Außenflansch 14b aufweist, dessen Durchmesser größer als der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 31 des Lichtbogenrohrs 12 ist, wird das zwischen dem Lichtbogenrohr 12 und dem Außenflansch der Endkappe 14 angeordnete Dichtungselement 30 in Form eines Rings erwärmt und geschmolzen, so daß die Endkappe 14 durch ihr Gewicht oder unter einer geeigneten Belastung gesenkt wird, wodurch der gesamte periphere Abschnitt 46 der Isolierschicht 20 in fluiddichten Kontakt mit der Ansatzfläche 44 des zweiten zylindrischen Abschnitts 32 des Lichtbogenrohrs 12 gebracht wird, wenn andererseits, wie in Fig. 4 gezeigt, die Endkappe 14 eine geeignete zylindrische Gestalt hat, wird das Dichtungselement 30 zwischen dem Lichtbogenrohr 12 und der Endkappe 14 erwärmt und geschmolzen, während die Isolierschicht 20 sich in fluiddichtem Kontakt mit dem Lichtbogenrohr 12 befindet.
  • Die ersten und zweiten zylindrischen Abschnitte 31. 32 des Lichtbogenrohrs 12 von Fig. 2 werden gebildet, indem ein Ring aus dem gleichen Material wie das Lichtbogenrohr nach dem Schrumpfpassungsverfahren in ein zylindrisches Ende des Rohrs 12 eingepaßt wird. Alternativ dazu können diese Abschnitte 31, 32 nach einem Preßformungsverfahren ausgebildet werden. Bei den Beispielen der Fig. 3-5 wird eines der in Längsrichtung gegenüberliegenden, sich verjüngenden Enden des Lichtbogenrohrs 12 durch ein Endfräsverfahren oder anderes geeignetes Verfahren bearbeitet, am den ersten und den zweiten Abschnitt 31, 33 auszubilden. Alternativ dazu können der erste und der zweite Abschnitt 31, 32 eines jeden Beispiels der Fig. 3-5 nach dem Preßformungsverfahren gebildet werden. In allen Beispielen der Fig. 2-5 unterscheiden sich die Innendurchmesser des ersten und des zweiten Abschnitts 31, 32 des Lichtbogenrohrs 12 so voneinander daß der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 32 kleiner ist als jener des ersten Abschnitts 31.
  • In den Beispielen der Fig. 2 und 3 wird das Dichtungselement oder -material 30 verwendet, um den Spalt zwischen dem Lichtbogenrohr 12 und der Endkappe 14 vollständig zu füllen, während der Spalt zwischen dem Rohr 12 und der Endkappe 14 bei den Beispielen der Fig. 4 und 5 teilweise oder unzureichend mit dem Dichtungsmaterial 30 gefüllt ist.
  • Die Fig. 6-8 sind Fig. 2 entsprechende Ansichten, je jeweils einen herkömmlichen Keramikkolben zeigen. Ein Dichtungselement 130 aller der Beispiele der Fig. 6-8 ist teilweise den Gasen ausgesetzt, mit denen ein Innenraum 50 eines Lichtbogenrohrs 112 beschickt ist. Im Beispiel von Fig. 3 ist die Abdichtung zwischen dem Lichtbogenrohr 112 und einer Endkappe 114 mit dem Dichtungselement 130 unzureichend oder unvollständig, das heißt eine Seitenfläche der Endkappe 114, die keinen elektrischen Isolator aufweist, ist nicht mit dem Dichtungsmaterial 130 abgedeckt. Somit liegt das Cermet der Endkappe 14 im Innenraum 150 des Lichtbogenrohrs 12 frei.
  • Die elektrisch leitenden Endkappen 14, 14, welche die gegenüberliegenden Enden des Lichtbogenrohrs des Kolbens 6 verschließen, sind aus geeigneten bekannten elektrisch leitenden Materialien mit einem Wärmedehnungskoeffizienten gebildet. Der zwischen jenem eines Materials des Lichtbogenrohrs 12 und jenem des feuerfesten Metalls der Entladungselektroden 16, 16 (Schäfte 15, 15) und Kontaktstäbe 8, 8 liegt. Beispielsweise können für die Endkappen 14, 14 geeigneterweise Verbundmaterialien aus metallischem Wolfram oder metallischem Molybdän mit Aluminiumoxid oder Wolframkarbid, Wolframborid oder ähnlichem verwendet werden.
  • Die Isolierschichten 20, 20, die an den jeweiligen Innenflächen 18, 18 der Endkappen 14, 14 an der Seite der Elektroden 16, 16 vorgesehen sind, bestehen aus bekannten geeigneten elektrisch isolierenden Materialien, vorzugsweise feuerfestem und elektrisch isolierendem Keramikmaterial mit einem Wärmedehnungskoeffizienten nahe dem des Materials der Endkappen 14, 14. Beispielsweise bestehen die Isolierschichten 20, 20 aus Tonerde, Beryllerde. Spinell oder Bornitrid. Diese Schichten 20, 20 werden nach einem geeigneten bekannten Verfahren gebildet. Beispielsweise werden sie gleichzeitig als ein integraler Teil der Endkappen 14, 14 geformt und gesintert oder getrennt von den Endkappen 14, 14 geformt und gesintert oder gebildet, indem ein Überzug aus einem ausgewählten Isoliermaterial nach einem Wärmesprühverfahren oder anderen geeigneten Verfahren auf ein vorgesintertes Material der Endkappen 14, 14 aufgetragen wird. Die Elektroden 16, 16 und elektrischen Stäbe 8, 8 sind in den so gebildeten Endkappen 14, 14 mit den Isolierschichten 20, 20 darauf eingebettet, und das Paar Endkappen 14, 14 mit den Isolierschichten 20, 20. Elektroden 16, 16 und elektrischen Stäben 8, 8 sind jeweils an den gegenüberliegenden Enden des Keramiklichtbogenrohrs 12 befestigt, den gasdichten Kolben 6 zu schaffen. Diese Anordnung trägt zu verbesserter Effizienz bei der Herstellung des Kolbens 6 bei.
  • Bei der Ausführungsform von Fig. 1 sind die isolierschichten 20, 20 nur an den Innenflächen 18, 18 der Endkappen 14,14 vorgesehen, von denen die Elektroden 16, 16 vorragen. Jedoch können die elektrischen Isolatoren so vorgesehen sein, daß sie die gesamten Oberflächen der Endkappen 14, 14 abdecken. Die Dicke der Isolierschichten 20, 20 ist so festgelegt, daß sie im allgemeinen in einem Bereich von 0,05-0,8 mm liegt, so daß die Isolierschichten 20, 20 wirksam das Bogenrückzündungsphänomen verhindern. Es wird vorgezogen, daß kleine Abstände 28, 28 zwischen den Isolierschichten 20, 20 und den Elektroden 16, 16 vorgesehen sind, so daß das Reißen der Isolierschichten 20, 20 und das Bogenrückzündungsphänomen verhindert werden können.
  • Das Material des Dichtungselements 30 ist aus bekannten Verbundmaterialien ausgewählt, die hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber den eingebrachten Gasen (z. B. Metallhalid) aufweisen. Beispielsweise wird als Material für das Dichtungselement 30 vorzugsweise ein Verbundmaterial verwendet, daß durch Mischen von zwei oder mehreren Materialien erhalten wird, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Y&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, Dy&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; umfaßt. Das Dichtungselement 30 kann in der vorm eines Ringes verwendet werden, der nach dem Preßformungsverfahren gebildet wird. Der Dichtungsring 30 wird zwischen dem Ende des Lichtbogenrohrs 12 und der Endkappe 14 angeordnet und dann in Argongasatmosphäre bei 1500ºC mehrere Minuten lang erwärmt, so daß der Ring 30 geschmolzen wird, um eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Lichtbogenrohr 12 und der Endkappe 14 herzustellen. Es wird empfohlen, für das Dichtungselement 30 ein Material zu verwenden, das einen Wärmedehnungskoeffizienten nahe dem des Lichtbogenrohrs 12 aufweist. Demgemäß wird, wenn als das Material des Lichtbogenrohrs 12 Tonerde verwendet wird, für das Dichtungselement 30 vorzugsweise ein Material mit einem Wärmedehnungskoeffizienten von 70-90·10&supmin;&sup7;/ºC (30 bis 800ºC) verwendet.
  • Der Keramikkolben gemäß vorliegender Erfindung wird für die HID-Lampe wie eine Hochdruck-Natriumlampe und Metallhalidlampe, vorzugsweise für die Metallhalidlampe, verwendet.
  • Wie zuvor beschrieben, wird das untere Ende des Lichtbogenrohrs 12 von Fig. 1 nach dem Schrumpfpassungsverfahren durch die Endkappe 14 verschlossen. Jedoch kann das untere Ende durch die Endkappe 14 verschlossen und mit einem Dichtungselement aus einer Glasurmasse oder anderem geeigneten Material abgedichtet werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist zwar in ihrer bevorzugten Ausführungsform dargestellt worden, es versteht sich jedoch, daß die Erfindung durch die Details der Beschreibung der Konstruktion und Anordnung nicht eingeschränkt wird und daß sie alle Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen abdeckt, die dem Fachmann klar sein werden und die den Geist der Erfindung nicht beeinflussen und deren Schutzumfang nicht übersteigen.
  • Beispielsweise wird empfohlen, die Elektrode 16 oder den Kontaktstab 8 gemeinsam mit einem Draht mit einem kleineren Durchmesser als die Elektrode 16 oder der Kontaktstab 8 in der Endkappe 14 einzubetten, um einen Spalt zwischen der Endkappe 14 und der eingebetteten Elektrode 16 oder dem Kontaktstab 8 zu schaffen. Der so geschaffene Spalt verhindert wirksam, daß die Endkappe 14 reißt, wenn die Kappe 14 gesintert wird, um sie durch Schrumpfen in das Ende des Rohrs 12 einzupassen.
  • Es wird weiters angemerkt, daß die am in seiner aufrechten Anordnung unteren Ende des Kolbens 6 befindliche Isolierschicht 20 eine die Elektrode 6 umgebende zylindrische Auskragung umfassen kann, so daß ein geeigneter Abstand zwischen der zylindrischen Auskragung und der Elektrode 6 besteht. Die zylindrische Auskragung der Schicht 20 erstreckt sich in Längsrichtung vom Abschnitt mit konstanter Dicke derselben 20 nach innen und umgibt die Elektrode 16 an einem geeigneten Abstand davon. Die zylindrische Auskragung der Isolierschicht 20 schützt die Endkappe 14 und die Isolierschicht 20 in der Nähe der Elektrode 20 wirksam vor Korrosion aufgrund eines/einer korrodierenden Metalls der Verbindung (z. B. Metallhalid), das/die ansonsten um die Elektrode 16 herum kondensiert wird, so daß ein Beitrag zur Verlängerung der Lebenserwartung des Kolbens 6 geleistet wird.

Claims (6)

1. Keramikkolben oder -hülle für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe, umfassend
ein lichtdurchlässiges Keramikrohr (12) mit Entladungselektroden (16), die an dessen einander gegenüberliegenden Enden durch jeweilige elektrisch leitende Endkappen (14), welche die genannten einander gegenüberliegenden Enden verschließen, gehalten sind, wobei die Elektroden (16) in Längsrichtung von jeweiligen Innenflächen (18) ihrer Endkappen (14) in den Innenraum (50) des Rohres (12) hineinragen;
wobei die Endkappen (14) Abschnitte (14a) aufweisen, die in die entsprechenden Rohrenden eingreifen, wobei ein Dichtungselement (30) vorgesehen ist, in Fluiddichtheit zwischen dem Eingreifabschnitt (14a) und dem entsprechenden Rohrende für zumindest eine der Endkappen (14) aufrechtzuerhalten und die genannte zumindest eine Endkappe (14) einen elektrischen Isolator (20) an ihrer Innenfläche (18) aufweist, wobei ein peripherer Abschnitt (46) des Isolators einen peripheren Abschnitt der Innenfläche (18) bedeckt
dadurch gekennzeichnet, daß
das genannte zumindest eine durch das Dichtungselement (30) abgedichtete Rohrende einen Kontaktabschnitt (44) umfaßt der den peripheren Abschnitt (46) des Isolators (20) überlappt und berührt, um das Dichtungselement (30) gegenüber dem Rohrinnenraum (50) zu isolieren.
2. Keramikkolben nach Anspruch 1, der weiters ein Paar elektrischer Leiterelemente (8, 8) umfaßt durch die dem genannten Paar Entladungselektroden (16, 16) über das genannte Paar Endkappen (14, 14) jeweils elektrischer Strom zugeführt wird, wobei jedes der genannten elektrischen Leiterelemente auf einer Außenfläche der entsprechenden Endkappe getragen wird.
3. Keramikkolben nach Anspruch 1 oder 2, worin genannte Endkappen (14, 14) aus einem elektrisch leitenden Cermet bestehen.
4. Keramikkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Ende des genannten, durch das genannte Dichtungselement (30) abgedichteten Keramikrohrs (12) eine erste innere zylindrische Oberfläche (41) mit einem ersten Innendurchmesser und eine zweite innere zylindrische Oberfläche (42) umfaßt, die axial einwärts von der genannten ersten inneren zylindrischen Oberfläche angeordnet ist, wobei die genannte zweite Innere zylindrische Oberfläche einen zweiten Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der genannte erste Innendurchmesser, wobei der genannte Eingreifabschnitt (14a) jeder der genannten zumindest einen Endkappe (14), für den der genannte elektrische Isolator (20) und das genannte Dichtungselement (30) vorgesehen sind, einen Durchmesser aufweist, er kleiner als der genannte erste Innendurchmesser und größer als der genannte zweite Innendurchmesser ist.
5. Keramikkolben nach Anspruch 4 worin der genannte, durch das genannte Dichtungselement (30) abgedichtete Kontaktabschnitt des Endes des lichtdurchlässigen Keramikrohres (12) eine Schulterfläche (44) aufweist, die zwischen den genannten ersten und zweiten inneren zylindrischen Oberflächen (41, 42) angeordnet ist.
6. Keramikkolben nach Anspruch 5, worin die genannte Schulterfläche (44) im rechten Winkel zur genannten ersten und zweiten inneren zylindrischen Oberfläche (41, 42) steht.
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