DE3855395T2

DE3855395T2 - Natriumhochdrucklampe, gefüllt mit bestimmter Natriumamalgamquantität

Info

Publication number: DE3855395T2
Application number: DE3855395T
Authority: DE
Inventors: Akira C O Patent Division Ito; Kazuyoshi Patent Divis Okamura; Kazuiki Patent Division Uchida
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2008-12-01
Also published as: US4950953A; JPH01143137A; EP0319256B1; JPH073783B2; EP0319256A2; DE3855395D1; EP0319256A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Natriumhochdrucklampen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Beziehung zwischen einer Lichtbogen-Röhrenkonstruktion einer solchen Lampe und einer Menge an Natriumamalgam, das in der Lichtbogenröhre eingeschlossen ist.
Generell bestehen Natriumhochdrucklampen typischerweise aus einer keramischen Lichtbogenröhre, in welcher eine ordnungsgemäße Menge an xenongas und Natriumamalgam eingeschlossen ist. Das Natrium in dem Natriumamalgam, das in der Lichtbogenröhre eingeschlossen ist, reagiert allmählich mit dem Keramikwerkstoff der Lichtbogenröhre, und folglich geht eine gewisse Menge an Natrium während der Betriebs-Lebensdauer der Lampe verloren. Um die Menge an verlorengegangenem Natrium zu kompensieren, wird eine überschüssige Menge an Natriumamalgam im voraus in der Lichtbogenröhre eingeschlossen. Es wird geglaubt, daß es umso besser ist, je größer die Menge des in der Lichtbogenröhre eingeschlossenen Natriumamalgams ist. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine konventionelle Hochdruck-Natriumdampflampe. Ein Aluminiumoxid-Lötstopfen 11 hat eine in der Mitte liegende Öffnung 13, durch welche ein dünnwandiges Niobrohr 15 über eine geringe Distanz eindringt. Das Niobrohr 15 ist in der in der Mitte liegenden Öffnung 13 hermetisch durch eine Dichtungsmasse, z.B. Glasschmelze, abgedichtet, das durch eine dicke Linie bei 17 dargestellt ist. Das Niobrohr 15 wirkt als Pumpstutzen und als Zuleitung. Der Halsteil von Stopfen 11 reicht in eine Aluminiumoxid-Lichtbogenröhre 19 hinein. Der Kontaktteil zwischen der Lichtbogenröhre 19 und dem Stopfen 11 wird hermetisch durch eine Dichtungsmasse, z.B. Glasschmelze, abgedichtet, wie bei 21 und 23 angegeben. Eine Wendelelektrode 25 ist an dem obersten Teil von Niobrohr 15 befestigt, das in der Lichtbogenröhre angeordnet ist. Die Innenseite von Niobrohr 15 steht in Flüssigkeitsverbindung mit der Innenseite von Lichtbogenröhre 19 über eine öffnung 25, die in der Seitenwand von Niobrohr 15 ausgebildet ist. Das äußere Endteil 29 von Niobrohr 15 wird durch Zusammenguetschen verschlossen, nachdem die Luft aus Lichtbogenröhre 19 und Niobrohr 15 entfernt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine überschußmenge an Natriumamalgam 30 in Lichtbogenröhre 19 und Niobrohr 15 eingebracht. Das Natriumamalgam wird wegen einer niedrigen Temperatur des äußeren Endteils 29 an der Innenseite des äußeren Endteils 29 akkumuliert. Jedoch steigt bei der vorstehend beschriebenen Natriumhochdrucklampe die Temperatur des äußeren Endteils 29 kaum an, da sich ja der äußere Endteil 29 von Niobrohr 15 von der Lichtbogenröhre 15 nach außen erstreckt. Weiterhin tendiert, da ja unerwünschte Rinnen oder Unebenheiten in der Innenseite von Niobrohr 15 während des Formprozesses auftreten, das verflüssigte Natriumamalgam dazu, sich durch Kapillarwirkung entlang solcher Rinnen in die Lichtbogenröhre hinein zu bewegen, und deshalb werden die Lampenkennwerte der Natriumlampe nachteilig beeinflußt. Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine konventionelle Natriumhochdrucklampe. In diesem Fall besteht eine Natriumhochdrucklampe aus einer Röhre 31, die aus einem Aluminiumoxid-Lichtbogenröhrenteil 33 und einem Aluminiumoxid-Stopfenteil 35 zusammengesetzt ist, die untrennbar verbunden miteinander ausgebildet sind. Der Aluminiumoxid-Stopfenteil 35 von Röhre 31 hat eine in der Mitte liegende Öffnung 37, durch welche ein Niobrohr 39 über eine kurze Entfernung eindringt. Niobrohr 39 und Aluminiumoxid-Stopfenteil 35 sind durch eine Dichtungsmasse, z.B. Glasschmelze, hermetisch abgedichtet, was durch eine dicke Linie bei 41 gezeigt wird. Eine Elektrode 43 ist an dem eindringenden Endteil von Niobrohr 39 befestigt. Bei dieser in Fig. 2 gezeigten Natriumhochdrucklampe wird, da ja keine Öffnung, die eine Flüssigkeitsverbindung von der Innenseite des Niobrohrs 39 und der Innenseite von Lichtbogenröhre 31 zu der Oberfläche von Niobrohr 39 vorgesehen ist, Natriumamalgam 45 verflüssigt und bleibt in ringförmigem Zustand entlang einer inneren Endkante 45 von Rohr 31, deren Temperatur niedriger als die der restlichen Teile davon ist. In diesem Fall erhöht sich, da ja der Teil mit niedriger Temperatur ein Teil von Röhre 31 ist, die Temperatur leicht. Da weiterhin Aluminiumoxidröhre 31 selten Rinnen oder Unebenheiten aufihrer Innenseite hat, tritt keine unerwünschte Bewegung von Natriumamalgam auf. Die Kennwerte der Lampe werden selten verändert. Jedoch war bei diesem vorstehend beschriebenen Lampentyp der Endteil von Röhre 31 intensiv geschwärzt, nachdem 3.000 Stunden an Betriebs- Lebensdauer verflossen waren, wenn der Durchmesser der monolithischen Röhre 31 herabgesetzt wurde oder wenn die in der monolithischen Röhre 31 eingeschlossene Menge an Natriumamalgam erhöht wurde. Folglich erhöhte sich die Lampenspannung der Lampen, die Röhre 31 hat, in starkem Maße, und bei manchen ergab sich ein periodisches Schwanken. Dies deshalb, weil ein Teil des Natriumamalgams 45 mit der Glasschmelze 41 in Kontakt steht und dadurch Natrium des Natriumamalgams 45 mit einem Bestandteil von Glasschmelze 41 reagiert.
JP-A-58-140963 offenbart eine Natriumhochdrucklampenbaueinheit, die in Fig. 3 gezeigt wird. Eine keramische Lichtbogenröhre 51 hat einen hohlen Körperteil 53 und einen Stopfenteil 55 mit einer in der Mitte liegenden Öffnung 57. Eine ringförmige Innenwand 59 erstreckt sich vom Rand der in der Mitte liegenden öffnung 57 zur Innenseite von Lichtbogenröhre 51 hin. Ein Niobrohr 61 geht durch die in der Mitte liegende Öffnung 57 hindurch und ist hermetisch durch eine Dichtungsmasse 62, z.B. eine Glasschmelze, abgedichtet. Eine Elektrode 63 ist an dem obersten Teil von Niobrohr 61 befestigt. Bei der vorstehend beschriebenen Natriumlampe verhütet die ringförmige Innenwand 59, daß das Natriumamalgam mit Elektrode 63 in Kontakt kommt. Die ringförmige Innenwand 59 verhütet auch, daß Natriumamalgam in Kontakt mit der Dichtungsmasse 62 kommt. Jedoch ist es, da ja die Ausbildung von Stopfenteil 55, der eine ringförmige Innenwand 59 hat, kompliziert ist, technisch schwierig, solch eine Röhre in Massenfertigung herzustellen.
US-A-3.716.743 offenbart eine Hochdruck-Metalldampf-Entladungsröhre. Die Röhre ist aus Aluminiumoxid und ist an gegenüberliegenden Enden durch entsprechende Scheiben hermetisch abgedichtet, und jede Scheibe hat ein hineinleitendes Metallrohr durch die Scheibe, das hermetisch abgedichtet ist. Die Oberflächen zwischen der Röhre und den Scheiben und zwischen den Rohren und den Scheiben werden mit Hilfe von keramischem Zement abgedichtet. Eine Füllung, die Natrium enthält, ist in der Röhre vorhanden.
Schichten aus thermisch leitendem hitzebeständigem Metall sind auf der Außenwand der Ummantelung angrenzend an die Enden davon ausgebildet, um die Temperatur der kühlsten Punkte der Röhre zu erhöhen und um folglich ein Kondensieren der Metallfüllung auf diesem Teil der Röhre zu verhüten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Volumen an Natriumamalgam zu steuern, das in der Lichtbogenröhre eingeschlossen ist, um zu verhüten, daß Natriumamalgam in Kontakt mit der Glasschmelze kommt, das als Dichtungsmasse in einer Natriumhochdrucklampe wirkt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung hat eine Natriumhochdrucklampe eine abgedichtete lichtdurchlässige Lichtbogenröhre mit einem Elektrodenpaar, das darin in einem Abstand voneinander angeordnet ist; wobei die Lichtbogenröhre ein Paar gegenüberliegende Enden hat, von denen eines eine im wesentlichen flache Oberfläche mit eienr zentralen Öffnung darin aufweist und eine der Elektroden einen Teil einer Elektrodenanordnung bildet, die sich durch die Öffnung hindurch erstreckt; mit einer Dichtmasse zum Abdichten der Elektrodenanordnung in der Öffnung und einer Menge an Natriumamalgam mit 10 - 30 Gewichtsprozenten Natrium innerhalb der Lichtbogenröhre; dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumamalgammenge so ist, daß im Betrieb das auf der flachen Oberfläche kondensierte Natriumamalgam einen Abstand von der Dichtungsmasse hat, die die Elektrodenanordnung in der Öffnung abdichtet.
Bequemerweise wird die Mindestentfernung zwischen dem kondensierten Natriumamalgam und der Dichtungsmasse durch den Ausdruck
D-d/4
geben, wobei D der Innendurchmesser der Lichtbogenröhre und d der Durchmesser der zentralen Öffnung ist.
Weiterhin befriedigt das Volumen V(mm³) des Natriumamalgams in der Röhre die folgende Beziehung:
V&sub0;=π/192(5D³-9D²d+3Dd²+d³)
V&sub0;/3≤V≤V&sub0;
wenn WL kleiner als 200 (W) oder
V&sub0;/4≤V≤V&sub0;
wenn WL gleich oder größer als 200 (W) ist, wobei WL die Lampenleistung, D der Innendurchmesser der Lichtbogenröhre und d der Durchmesser der zentralen Öffnung ist.

Kurze Beschreibung der zeichnungen

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungformen offensichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, bei welchen:
Fig. 1 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die ein erstes Beispiel für den Stand der Technik bei der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die ein zweites Beispiel für den Stand der Technik bei der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 3 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die ein drittes Beispiel für den Stand der Technik bei der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 eine Seitenansicht ist, die eine Natriumhochdrucklampe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die die Beziehung zwischen Glasschmelze, die in der zentralen Öffnung eines Stopfens eingefüllt ist und Natriumamalgam, das um den Rand einer Lichtbogenröhre kondensiert ist, der in Fig. 4 gezeigten Natriumhochdrucklampe veranschaulicht;
Fig. 6 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die die Lichtbogenröhre und kondensiertes Natriumamalgam ohne Elektrode und Metallrohr veranschaulicht;
Fig. 7 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die die Beziehung zwischen Glasschmelze, die in der zentralen Öffnung eines Stopfens eingefüllt ist und Natriumamalgam, das um den Rand einer Lichtbogenröhre eines vertieften Teils des Stopfens herum kondensiert ist, bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 8 eine bruchstückartige Schnittansicht ist, die die Beziehung zwischen Glasschmelze, die in der zentralen Öffnung eines Stopfens eingefüllt ist, der einen Stufenteil umfaßt und Natriumamalgam, das um den Rand eines vertieften Teils des Stopfens herum kondensiert ist, bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt im Nachstehenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In Fig. 4 besteht eine Lichtbogenröhre 71 einer Natriumhochdrucklampe 73 aus einem Kolben 75 und einem Paar Elektroden 77 und 79, die einzeln an jedem Ende von Kolben 75 angeordnet sind. Kolben 75 hat eine lichtdurchlässige Keramikhülle, wie beispielsweise eine aus Aluminiumoxidkeramik, die eine Füllung aus einer ordnungsgemäßen Menge an startendem seltenem Gas, wie beispielsweise Xenon, Quecksilber und Natrium enthält. Um die gegenüberliegenden Enden von Kolben 56 luftdicht abzuschließen, ist ein Paar Stopfen 81 und 83, die aus Aluminiumoxidkeramik hergestellt sind, individuell an jedem Ende von Kolben 75 befestigt. In diesem Fall ist Lichtbogenröhre 71 eine monolithische Lichtbogenröhre, und deshalb ist das Paar Stopfen 81 und 83 untrennbar verbunden mit Kolben 75 ausgebildet. Eine solche monolithische Röhre wird aus Aluminiumoxid-Granulat hergestellt. Aluminiumoxid-Granulat mit einem Bindemittel wird in eine Röhrenform mit Hilfe eines Druckgußverfahrens geformt und auch zu einer Scheibenform geformt. Der röhrenförmige Kolben und auch der scheibenförmige Stopfen werden einzeln bei 1.000 ºC 30 Minuten lang gesintert, um das Bindemittel daraus zu entfernen. Der scheibenförmige Stopfen wird am offenen Endteil des röhrenförmigen Kolbens angeordnet, nachdem der Kolben und der Stopfen auf eine vorgeschriebene Größe umgeformt worden sind. Die zusammengefügte Konstruktion aus Kolben und Stopfen wird weiter bei 1.800 ºC 2 bis 3 Stunden lang in einer Wasserstoff-Atmosphäre gesintert. Ein aus Niob hergestelltes Metallrohr 85 dringt durch eine in der Mitte liegende Öffnung 86 von Stopfen 83 über eine kurze Entfernung ein und wird durch Glasschmelze 87 an dem Stopfen befestigt, wie in Fig. 5 gezeigt. Das eindringende Ende von Rohr 85 wird verschlossen, und eine der Elektroden 77 daran verschweißt Die andere in dem Kolben 75 angeordnete Elektrode 79 wird an einem aus Niob bestehenden Drahtleiter 89 befestigt. Drahtleiter 89 durchdringt Stopfen 81 und wird an Stopfen 81 mit der Glasschmelze luftdicht fixiert. Während der Herstellung von Lichtbogenröhre 71 wird eine Füllung aus seltenem Startgas, wie beispielsweise Xenon, Quecksilber und Natrium in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossen. Quecksilber und Natrium (Natriumamalgam) werden der Lichtbogenröhre 71 in einer Überschußmenge, verglichen mit der verdampften Menge davon, die für eine ordnungsgemäße Funktion benötigt wird, zugeführt. Das äußere Ende von Metallrohr 85 wird von einer Metallplatte 91 getragen, die fest an einem Haltestab 93 angebracht ist. Haltestab 93 wird von einem Fuß 95 getragen, so daß eine Spannung an Elektrode 77 durch Haltestab 93, Metallplatte 91 und Metallrohr 85 angelegt werden kann. Ein Ende des Drahtleiters 89 ist mit Elektrode 79 verbunden, wie vorstehend beschrieben, und das andere Ende davon ist mit einem Leiter 97 verbunden, der durch Fuß 95 getragen wird. Eine Spannung kann an Elektrode 79 über Leiter 97 und Drahtleiter 89 angelegt werden. Eine Metallplatte 99 ist an Haltestab 93 angeschweißt. Eine Isolierbuchse 101 ist in der Mitte von Metallplatte 99 befestigt. Drahtleiter 89 durchdringt Isolierbuchse 101 und wird von Metallplatte 99 durch Isolierbuchse 101 getragen. Spezieller gesagt, Drahtleiter 89 durchdringt lose die Buchse 101, so daß sich der Drahtleiter 89 in der axialen Richtung derselben bewegen kann, ohne übermäßig zu rollen. Die Folge davon ist, daß dann, wenn sich Lichtbogenröhre 71 in der axialen Richtung derselben während des Betriebes dehnt, sich Drahtleiter 89 entlang der Isolierbuchse 101 bewegt, um die Dehnung von Röhre 71 aufzunehmen. Die von Haltestab 93 getragene Lichtbogenröhre 71 wird in einer äußeren Hülle 103 gehalten, die aus Hartglas hergestellt ist. In diesem Fall ist der Innendurchmesser (D) von Lichtbogenröhre 71 auf 4,5 mm festgelegt, und der Durchmesser (d) der in der Mitte liegenden Öffnung 86 von Stopfen 83 ist auf 2,06 mm festgelegt. Das Natriumamalgam enthält 10 - 30 Gewichtsprozente Natrium, welches generell bei diesem Typ der Lampe verwendet wird. Eine Menge (Volumen V) an Natriumamalgam, das in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossen ist, beträgt 2,39 mm³.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Temperatur des Randteils 105, der durch Kolben 75 und Stopfen 83 definiert wird, niedriger als die anderer Teile von Lichtbogen röhre 71 während des Betriebes gehalten. Dies deshalb, weil Wärme von Elektrode 77 zur Haltestange 93 durch Metallrohr 85 und Metallplatte 91 geleitet wird. Deshalb wird Natriumamalgam 107, das in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossen ist, in einer Ringform am Randteil 105 von Lichtbogenröhre 71 kondensiert, während die Lampe betrieben wird, wie in Fig. 5 gezeigt. Da nun die Viskosität von Natriumamalgam verhältnismäßig groß ist, hat ein Längsschnitt des kondensierten Natriumamalgams 107 im wesentlichen eine Dreiecksform.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist keine Glasschmelze am Rand 105 von Lichtbogenröhre 71, wo Natriumamalgam kondensiert wird, wegen einer monolithischen Konstruktion von Lichtbogenröhre 71 angeordnet. Da weiterhin die Menge an Natriumamalgam, das in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossen ist, auf einen vorgeschriebenen Wert gesteuert wird, kommt Natriumamalgam nicht in Kontakt mit Glasschmelze, die um die in der Mitte liegende Öffnung 86 von Stopfen 83 angeordnet ist. Eine Schwärzung des Endteils von Lichtbogenröhre 71 und ein durch die Reaktion zwischen Natriumamalgam und Glasschmelze verursachtes Auslöschen von Lichtbogenröhre 71 kann vermieden werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Natriumhochdrucklampe wurde eine Lebensdauerprüfung unter der Bedingung durchgeführt, daß die Speisespannung 200 V betrug und der Arbeitszyklus so lag, daß es 5,5 Stunden Einschaltzeit und 0,5 Stunden Ausschaltzeit gab. Fünf Probengruppen, die jeweils aus zwanzig Lampen bestanden, wurden unter Variieren der Menge an Natriumamalgam mit jeweils 10 Gewichtsprozenten an Natrium, die in der Lichtbogenröhre eingeschlossen wurde, hergestellt. Die anderen Probengruppen, die jeweils aus zwanzig Lampen bestanden, wurden durch Variieren der Menge an Natriumamalgam hergestellt, das 15 Gewichtsprozente Natrium enthielt. Die Lampenspannung (VL) jeder Lampe einer entsprechenden Probengruppe wurde nach einer Betriebszeit von 100 Stunden, 3.000 Stunden und 9.000 Stunden gemessen. Die gemessenen Lampenspannungswerte bei jeder Probengruppe wurden zu der jeweiligen Meßzeit gemittelt. Der anstei gende Mittelwert der Lampenspannung (VL) jeder Probengruppe zwischen einer Betriebszeit von 100 Stunden und 3.000 Stunden wurde zahlenmäßig erfaßt. Der andere ansteigende Mittelwert der Lampenspannung (VL) zwischen einer Betriebszeit von 100 Stunden und 9.000 Stunden wurde ebenfalls zahlenmäßig erfaßt. Tabelle 1 zeigt ein Ergebnis des vorstehend beschriebenen Versuchs. TABELLE 1 NATRIUMAMALGAM ANSTEIGENDER MITTELWERT DER LAMPENSPANNUNG (V) NATRIUM(GEW.%) EINGESCHLOSSENE MENGE IN LICHTBOGENRÖHRE (mg) ZWISCHEN 100 h UND 3000 h (löschen:)
Wie man aus Tabelle 1 erkennen kann, ist die Erhöhung der Lam penspannung gering und wird kein Auslöschen selbst nach einer Betriebszeit von 9.000 Stunden beobachtet, wenn die eingeschlossene Menge an Natriumamalgam mit 10 Gewichtsprozenten kleiner als 14,6 mg oder an Natriumamalgam mit 15 Gewichtsprozenten kleiner als 11,2 mg ist. Ein kleiner Anstieg bei der Lampenspannung ist ein Zeichen dafür, daß eine Natriumhochdrucklampe einen Lichtstromerhaltungsfaktor beibehält und deshalb wünschenswerte Kenndaten für die Betriebslebensdauer hat.
Wenn jedes Volumen (V) Amalgam bezogen auf 14,6 mg Natriumamalgam mit 10 Gewichtsprozenten Natrium und 11,2 mg Natriumamalgam mit 15 Gewichtsprozenten Natrium zahlenmäßig erfaßt wird, dann ergibt sich, daß jedes Volumen (V) an Amalgam in den ersteren und den letzteren Fällen einander gleich ist, d.h. im wesentlichen 2,4 mm³. Während des Betreibens von Lichtbogenröhre 71 wird Elektrode 77 auf einer hohen Temperatur gehalten. Da jedoch ein Teil der durch Elektrode 77 erzeugten Wärme über Metallrohr 85 durch Wärmeleitung abgeführt wird oder durch Kolben 75 durch Wärmestrahlung abgeführt wird, wird der Randteil 105, der durch den Kolben 75 und den Stopfen 83 definiert wird, auf einer niedrigen Temperatur gehalten. Deshalb wird Natriumamalgam, das in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossen ist, an dem vorstehend beschriebenen Randteil 105 von Lichtbogenröhre 71 in Ringform kondensiert, wie vorstehend beschrieben. Der Querschnitt des kondensierten Natriumamalgams hat im wesentlichen die Form eines Dreiecks, wie in Fig. 5 gezeigt. Die kürzeste Entfernung zwischen Natriumamalgam, das am Randteil 105 kondensiert und der Glasschmelze 87, die um die in der Mitte liegende Öffnung 86 von Stopfen 83 angeordnet ist, ist die Hälfte der Entfernung zwischen Randteil 105 und der in der Mitte liegenden Öffnung 86, wenn das Volumen (V) an Natriumamalgam, das in Lichtbogenröhre 71 eingeschlossen ist, 2,4 mm³ beträgt. Diese kürzeste Entfernung wird wie folgt ausgedrückt:
(D/2-d/2)x1/2=D-4/d.... (1)
wobei D (mm) ein Innendurchmesser von Lichtbogenröhre 71 und d (mm) ein Durchmesser der in der Mitte liegenden Öffnung 86 ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird ein Verfahren für die Berechnung der in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossenen Menge (V&sub0;) an Natriumamalgam im Nachstehenden beschrieben, wenn die kürzeste Entfernung zwischen am Randteil 105 von Lichtbogenröhre 71 in Dreiecksform kondensiertem Natriumamalgam 107 und der Glasschmelze, d.h. dem Rand der in der Mitte liegenden Öffnung 86, den vorstehend beschriebenen Ausdruck (1) befriedigt. Das Volumen (V&sub0;) an Natriumamalgam ergibt sich zahlenmäßig durch Subtraktion eines Volumens Va eines Kegelstumpfs 111 von einem Volumen V(b) eines Zylinders 113.
Das Volumen V(b) von Zylinder 113 befriedigt im wesentlichen die folgende Gleichung (2):
Das Volumen (Va) von Kegelstumpf 111 befriedigt im wesentlichen die folgende Gleichung (3):
wobei R ein Radius einer der Grundflächen von Kegelstumpf 111 und r ein Radius der anderen Grundfläche von Kegelstumpf 111 ist.
Wie man aus der vorstehenden Gleichung (4) erkennen kann, wird die kürzeste Entfernung zwischen Natriumamalgam 107, das am Randteil 105 von Lichtbogenröhre 71 kondensiert und der Glas schmelze 87 (Rand der in der Mitte liegenden Öffnung 86) auf einer Entfernung gehalten, die durch die vorstehend beschriebene Gleichung ausgedrückt wird, wenn das in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossene Volumen an Natriumamalgam V&sub0; (mm³) ist.
Der Betriebslebensdauerversuch, bei welchem ein Funktionszustand der Lampe beobachtet wird, nachdem ein Zeitraum von insgesamt 12.000 Stunden verflossen war, wurde unter Veränderungen des Innendurchmessers D von Lichtbogenröhre 71 und des Durchmessers r der in der Mitte liegenden Öffnung 86 von Stopfen 83 untersucht, wenn das in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossene Volumen an Natriumamalgam V&sub0; (mm³) beträgt. Tabelle 2 zeigt die Spezifikationen von Proben, die bei dem vorstehend beschriebenen Betriebs lebensdauerversuch verwendet wurden. Tabelle 2 Lampeneingang Natriumamalgam Natrium(Gew.%) Dichte In der Lichtbogenröhre eingeschlossene Menge
Bei dem vorstehend beschriebenen Versuch wurde die Zunahme der Lampenspannung oberhalb von 20 V während des Zeitraums der Betriebslebensdauer nicht beobachtet. Es wurde auch kein Auslöschen der Lampe beobachtet. Dies deshalb, weil die Entfernung zwischen dem kondensierten Natriumamalgam und der Glasschmelze in einem geeigneten Bereich gehalten wird und deshalb eine Reaktion zwischen kondensiertem Natriumamalgam und Glasschmelze vermieden werden kann. Wie man aus der vorstehend angeführten Betrachtung erkennen kann, erhält man dann ein wünschenswertes Ergebnis, wenn das Volumen an in der Lichtbogenröhre eingeschlossenem Natriumamalgam kleiner als der Wert V&sub0; (mm³) bei jeder in Tabelle 2 aufgeführten Lampe ist.
Was den unteren Grenzwert der Menge an Natriumamalgam angeht, der in der Lichtbogenröhre eingeschlossen ist, so wird eine Abnahme bei der Lampenspannung durch Mangel an Natrium verursacht, und deshalb kann ein Übermaß an Ballastwärme während des Betreibens auftreten, wenn die Menge des in der Lichtbogenröhre eingeschlossenen Natriumamalgams übermäßig klein ist. Ein erwünschter unterer Grenzwert an eingeschlossener Menge Natriumamalgam welche verursacht, daß der durchschnittlich ansteigende Lampenspannungswert unter 20 V zu halten ist, wenn ein Auslegungs-Betriebslebensdauerzeitraum, d.h. 12.000 Stunden verflossen ist, ergibt sich wie folgt:
V&sub0;/3... wenn eine Lampenleistung (WL) kleiner als 200 (W) ist oder
V&sub0;/4... wenn eine Lampenleistung (WL) gleich oder größer als 200 (W) ist.
Wie man aus der vorstehenden Beschreibung erkennen kann, sollte ein wünschenswerter Bereich an eingeschlossener Menge Natriumamalgam mit einem Natriumgehalt von 10 - 30 Gewichtsprozenten die folgende Beziehung befriedigen:
V&sub0;/3 ≤ V ≤ V&sub0; wenn eine Lampenleistung kleiner als 200 (W) ist oder
V&sub0;/4 ≤ V ≤ V&sub0; wenn eine Lampenleistung gleich oder größer als 200 (W) ist.
Eine zweite und eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Nachstehenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 beschrieben. Bei Fig. 7 und 8 werden ähnliche Bauteile mit der einen Ausführungsform durch dieselben Zahlen bezeichnet, und deshalb wird die detaillierte Beschreibung derselben nicht wiederholt. Die zweite und die dritte Ausführungsform verwenden eine Lichtbogenröhre mit einem Kolbenteil und einem Paar Keramikstopfen, die an den gegenüberliegenden Enden des Kolbenteils entsprechend durch eine Dichtungsmmasse befestigt sind, anstelle einer monolithischen Röhre, die bei der einen Ausführungsform verwendet wird.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 7 gezeigt. Ein Aluminiumoxid-Keramikstopfen 121 ist mit einer Vertiefung 123 in der Mitte desselben versehen. Stopfen 121 ist am offenen Ende eines Aluminiumoxid-Keramikrohrs 75 derart befestigt, daß die Vertiefung 123 von Stopfen 121 zur Innenseite von Kolben 75 hin liegt. Die Außenwand von Stopfen 121 ist luftdicht an der Innenwand von Kolben 75 durch eine Glasschmelze 87a befestigt. Elektrode 77 wird von einem Niob- Zuführungsdraht 125 getragen, der sich in den Kolben 75 hinein durch eine in der Mitte angebrachte Öffnung 86 von Stopfen 121 erstreckt. Der Niobdraht 125 ist luftdicht an der in der Mitte angebrachten Öffnung 86 durch Glasschmelze 87b befestigt. Ein an den Niob-Zuführungsdraht 125 angeschweißter Stahldraht 127 erstreckt sich bis zum Rand von Kolben 121 über Stopfen 121, um Elektrode 77 bei der Herstellung zu tragen.
In diesem Fall wird im Überschuß in Lichtbogenröhre 71 eingeschlossenes Natriumamalgam am Randteil 105 der inneren Vertiefungsfläche 123 kondensiert. Deshalb wird der Innendurchmesser D von Vertiefung 123 als Symbol D in Gleichung (4) statt des Innendurchmessers der Lichtbogenröhre 71 verwendet. Ein Ergebnis ähnlich dem der einen Ausführungsform kann bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform dann erreicht werden, wenn das Volumen (V) des in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossenen Natriumamalgams auf einen Wert kleiner als das durch Gleichung (4) berechnete Volumen (V&sub0;) gesetzt wird. Eine Reaktion zwischen am Randteil 105 von Vertiefung 123 kondensiertem Natriumamalgam 107 und der Glasschmelze 87b, die in die in der Mitte liegende Öffnung 86 von Stopfen 121 gefüllt ist, kann vermieden werden. Weiterhin kommt, da ja die Glasschmelze 87a an der Außenwand von Stopfen 121 vorhanden ist, in der Vertiefung 123 von Stopfen 121 kondensiertes Natriumamalgam nicht in Kontakt mit Glasschmelze 87a.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. In Fig. 8 ist ein Flansch 131 an den Niob-Zuführungsdraht 125 angeschweißt. Flansch 131 wirkt als Anschlag, um zu verhüten, daß Elektrode 77 sich bei der Herstellung unter der Wirkung der Schwerkraft übermäßig bewegt. Um Flansch 131 in der in der Mitte liegenden Öffnung 86 von Stopfen 83 zu fixieren, ist ein Stufenteil 133 um die in der Mitte liegende Öffnung 86 herum ausgebildet. Die in der Mitte liegende Öffnung 86 mit dem Stufenteil 133 wird bei der Herstellung mit Glasschmelze 86 gefüllt. Bei dieser Ausführungsform kann auch ein Ergebnis ähnlich dem bei der einen Ausführungsform beschriebenen bei der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform dann erreicht werden, wenn das Volumen (V) von in der Lichtbogenröhre 71 eingeschlossenem Natriumamalgam auf weniger als das durch Gleichung (4) berechnete Volumen V&sub0; gesetzt wird. Jedoch wird in diesem Fall der Durchmesser d des in Fig. 8 gezeigten Stufenteils 133 als Syrubol D bei Gleichung (4) statt des Durchmessers der in der Mitte liegenden Öffnung 86 verwendet.
Zusammengefaßt, die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des bisherigen Standes der Technik und sorgt für eine verbesserte Natriumhochdrucklampe, welche eine Reaktion zwischen der für die Fixierung des die Elektrode tragenden Elements an dem Stopfen benutzten Glasschmelze und dem Natriumamalgam, das an dem Niedrigtemperaturteil der Lichtbogenröhre kondensiert, durch Steuerung des Volumens an Natriumamalgam, das in der Lichtbogenröhre eingeschlossen ist, auf einen vorgeschriebenen Bereich.
Viele Änderungen und Abwandlungen bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können ausgeführt werden, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Natriumhochdrucklampe mit einer abgedichteten lichtdurchlässigen Lichtbogenröhre (71) mit einem Elektrodenpaar (77), das darin im Abstand voneinander angeordnet ist; wobei die Lichtbogenröhre ein Paar gegenüberliegender Enden hat, von denen eines eine im wesentlichen flache Oberfläche mit einer zentralen Öffnung (86) darin aufweist, und eine der Elektroden einen Teil einer Elektrodenanordnung bildet, die sich durch die Öffnung hindurch erstreckt;

mit einer Dichtmasse (87) zum Abdichten der Elektrodenanordnung in der Öffnung und einer Natriumamalgammenge (107) mit 10 - 30% (Gewicht) Natrium innerhalb der Lichtbogenröhre;

dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumamalgainmenge so ist, daß im Betrieb das auf der flachen Oberfläche kondensierte Natriumamalgam einen Abstand von der Dichtirtasse hat, die die Elektrodenanordnung (85) (125) in der Öffnung abdichtet.

2. Natriumhochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb das Natriumamalgam auf der flachen Oberfläche in einem minimalen Abstand von (D-d)/4 von der Dichtmasse entfernt kondensiert und das Volumen V (mm³) des Natriumamalgams in der Lichtbogenröhre die Beziehung erfüllt:

Vo = π/192 (5D³ - 9D²d + 3Dd² + d³),

Vo/3 ≤ V ≤ Vo wenn WL kleiner als 200 w ist oder

Vo/4 ≤ V ≤ Vo wenn WL gleich oder größer als 200 W ist, und

D der innere Lichtbogenröhren-Durchmesser in mm,

d der Durchmesser der zentralen Öffnung in mm,

WL die Leistung der Lampe ist.

3. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse eine Glasschmelze ist.

4. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung einen Niobzylinder (85) mit einem geschlossenen Ende in der Lichtbogenröhre und eine Wendelelektrode (77) umfaßt, die von dem geschlossenen Ende getragen wird.

5. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dab die Elektrodenanordnung einen Niobdraht (125) hat, der eine Wendelelektrode (77) trägt.

6. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen flache Oberfläche die Basis einer zentralen Vertiefung in einer Verschlußkappe (83) ist, die an dem Ende der Röhre angeordnet ist.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufe (133) in der flachen Oberfläche vorgesehen ist, welche die Öffnung umgibt, und daß die Elektrodenanordnung einen Flansch (131) hat, der auf der Stufe aufliegt.