DE4037721C2

DE4037721C2 - Verfahren zur Herstellung einer Natriumhochdrucklampe sowie dafür geeignete Vorrichtung

Info

Publication number: DE4037721C2
Application number: DE4037721A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Graser
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2010-11-28
Also published as: GB2252199A; JP2960236B2; JPH04284332A; DE4037721A1; HUT59508A; GB2252199B; HU207608B; US5192239A; HU913681D0; GB9125190D0

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Her stellung einer Natriumhochdrucklampe. Sie betrifft ferner eine dafür geeignete Vorrichtung.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von gesättigten Natriumhochdrucklampen verwenden üblicherweise Natri umamalgam als Füllsubstanz. Beispielsweise ist aus der EP 122 052 B1 ein Verfahren bekannt, bei dem nach dem Einschmelzen eines ersten pumprohrlosen Elektroden systems eine Füllung aus Natriumamalgam im Entladungs gefäß deponiert wird. Nach anschließendem Spülen und Füllen mit Edelgas wird das zweite Elektrodensystem aufgesetzt und eingeschmolzen. Bei diesem Verfahren wird allerdings eine Glove-Box benötigt, in der eine inerte Atmosphäre herrscht. Das Füllverfahren wird dadurch sehr teuer und umständlich.

Aus der US 4 156 550 ist ein Füllverfahren für un gesättigte Natriumhochdrucklampen bekannt, bei dem Natrium als Azid (NaN₃) verwendet wird. Das Natrium azid wird in einem Lösungsmittel gelöst. Die Lösung wird in einen Behälter eingebracht und das Lösungs mittel wird verdampft. Anschließend wird der Behälter in das Pumprohr eines Elektrodensystems eingesetzt, das an einem Entladungsgefäß angebracht worden ist. Gleichzeitig wird Quecksilber als titanhaltige Verbin dung in das Pumprohr eingebracht. Nach Verschließen wird das Pumprohr schrittweise so erwärmt, daß sich das Natriumazid zersetzt und Natrium und Quecksilber freigesetzt werden. Dieses Verfahren ist kompliziert und zeitaufwendig und weist viele Fertigungsschritte auf. Es ist auf die Füllung kleinster Mengen von Natrium azid (0,02 bis 0,153 mg pro cm³ des Entladungsgefäßes) beschränkt und eignet sich nicht für die Herstellung gesättigter Natriumhochdrucklampen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah ren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Natriumhochdrucklampen bereitzustellen, wodurch die Herstellung einfach und zeitsparend durchgeführt werden kann und das sich auch für die Serienfertigung in großem Maßstab eignet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Aus gestaltungen finden sich in den Unteransprüchen, insbesondere in der Vorrichtung gemäß Anspruch 15.

Die Möglichkeiten, die die Verwendung von Natriumazid auch bei gesättigten Natriumhochdrucklampen bietet, sind von der Fachwelt bisher nicht erkannt worden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird Natrium in Form von Natriumazid in ein keramisches Entladungsgefäß eingefüllt, an dessen erstes Ende vorher ein Elektro densystem angebracht worden ist. Bei der anschließen den Einschmelzung des zweiten Elektrodensystems nützt man die Erwärmung des ersten Endes des Gefäßes, die durch Wärmeleitung in der Keramik entsteht, zur Zersetzung des dort befindlichen Natriumazids aus. Im Unterschied zur bereits diskutierten US 4 156 550 lassen sich dabei getrennte Geräte zur Aufheizung und die dazu erforderlichen Energiekosten einsparen. Zusätzlich wird die Dauer des Füllverfahrens erheblich verkürzt. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die überraschende Möglichkeit, den Zersetzungsprozeß am einen Gefäßende mit dem Einschmelzprozeß am anderen Gefäßende zu kombinieren. Anfänglich schien dies nur bei einem bestimmten Lampentyp (70 W) erreichbar zu sein. Der Wert der Erfindung wird jedoch noch dadurch vergrößert, daß es mittlerweile gelungen ist, das Ver fahren so flexibel zu gestalten, daß es sich bei allen Arten von gesättigten Natriumhochdrucklampen anwenden läßt (z. B. auch bei Lampen der Leistungsstufe 1000 W).

Der Vorteil des neuen Verfahrens ist weiterhin, daß an sich bekannte Fertigungsabläufe für die Herstellung von mit Amalgam gefüllten Entladungsgefäßen nur gering fügig abgeändert werden müssen.

Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist, daß herkömmliche Einschmelzöfen weiterbenutzt werden kön nen, ohne daß Platzprobleme in den Öfen durch zusätz liche Heizvorrichtungen entstehen. An sich bekannte Aufnahmen zum Haltern der Gefäße sind auf das Volumen des dafür bestimmten Einschmelzofens abgestimmt. Eine zusätzliche Heizvorrichtung würde daher dort nicht mehr ohne weiteres Platz finden. Ein geringes Volumen des Ofens ist zudem die Voraussetzung für einen spar samen Umgang mit dem Füllgas. Dies ist vor allem bei der Verwendung von teurem Xenon von Bedeutung.

Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist, daß Natrium nicht in reiner Form verwendet wird. Reines Natrium ist nämlich als Feststoff oder Flüssigkeit umständlich zu handhaben. Wegen seiner Reaktivität muß es in einer Glovebox zugefüllt werden. Als Feststoff macht seine Klebrigkeit Probleme. Die Flüssigdosierung ist sehr umständlich, da das Natrium in einem Wärmebad flüssig gehalten werden muß. Zusätzlich haben die Nat riumtropfen die ungünstige Eigenschaft, durch adhäsive Kräfte an der Dosierkanüle oder der Keramikwand hän genzubleiben.

Im Gegensatz dazu ist Natriumazid unempfindlich gegen Luft und leicht handhabbar. Dadurch bietet das be schriebene Verfahren die Möglichkeit, die Fertigung auch ohne eine Glovebox durchzuführen.

Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren können insbe sondere quecksilberfreie Natriumhochdrucklampen ohne Verwendung einer Glovebox im großtechnischen Maßstab gefertigt werden. Diese Lampen sind wegen ihrer Um weltfreundlichkeit für die Allgemeinbeleuchtung zu nehmend interessant.

Zur Anfertigung eines Entladungsgefäßes für Natrium hochdrucklampen nach dem hier beschriebenen Verfahren wird zunächst ein erstes Elektrodensystem z. B. mit Hilfe eines Glaslotes durch Erhitzen in einem Ein schmelzofen auf dem ersten Ende eines Keramikgefäßes befestigt. Anschließend wird Natriumazid eingefüllt, was an Luft oder auch in einer Glovebox erfolgen kann. Das Natriumazid wird vorteilhafterweise in Form von Pillen oder als Granulat eingesetzt. Die Verwendung von handelsüblichem Pulver hat sich nicht bewährt, da hierbei die Gefahr besteht, daß es beim Einfüllen an der Wand des Entladungsgefäßes oder auf der unten befindlichen Elektrode festhaftet. Die Folge wäre eine vorzeitige Zersetzung und Verdampfung des gebildeten Natriums bzw. eine unvollständige Zersetzung. Deswegen wird Natriumazid in Form von zylindrischen oder kugel förmigen Pillen verwendet. Zum Beispiel eignen sich dabei Pillen mit 2 mg oder 5 mg. Man benötigt je nach Lampentyp eine bis fünf Pillen.

Die Pillen haben einen Durchmesser von ca. 0,7-2 mm. Dieser Wert ist durch die Forderung beschränkt, daß die Pillen zwischen Gefäßwand und Elektrodensystem hindurch zum ersten Ende des Gefäßes gelangen können. Es empfiehlt sich dabei, das Entladungsgefäß schräg zu halten. Außerdem kann das Gleiten entlang der Gefäß wand durch leichtes Schütteln unterstützt werden.

Nach dem Füllen wird zunächst ein zweites Elektroden system mit Glaslotring auf das zweite, obere Ende des Entladungsgefäßes aufgesetzt. Anschließend wird das Gefäß in die Bohrung einer Aufnahme eingeführt. Das zweite Ende des Gefäßes wird danach in einem Ein schmelzofen aufgeheizt. Der Einschmelzofen steht in dieser Phase unter Vakuum. Es ist nicht notwendig, jegliche Berührung des Entladungsgefäßes mit der Wand der Aufnahme zu vermeiden, da die Berührung lediglich punktuell erfolgt und eine dadurch bedingte, uner wünschte, vorzeitige Kühlung des Entladungsgefäßes, insbesondere bei Vakuum vernachlässigbar ist. Der Wärmeübertrag durch Strahlung zwischen Entladungsgefäß und Aufnahme ist ebenfalls vernachlässigbar.

Durch Wärmeleitung in der Wand des Entladungsgefäßes wird allmählich auch das unten in der Aufnahme lie gende erste Ende des Gefäßes, in dem sich das Natriumazid befindet, aufgewärmt. Die Heizleistung wird dabei konstant gehalten. Wenn die Temperatur am ersten Gefäßende nach typischen Heizzeiten von 1 . . . 5 min etwa 320°C erreicht, zersetzt sich das Natriumazid zu Nat rium und Stickstoff. Die Dauer vom Beginn der Aufhei zung bis zur Zersetzung des Natriumazids hängt von der Länge des Entladungsgefäßes und von der Wärmeleitfä higkeit des keramischen Materials (üblicherweise Al₂O₃) ab. Es ist dabei ein glücklicher Umstand, daß diese Wärmeleitfähigkeit gerade so groß ist, daß die zur Zersetzung des Natriumazids notwendige Tempe ratur gerade in diesen für das Verfahren günstigen Heizzeiten erreicht wird.

Bei der Zersetzung des Natriumazids entsteht aus 1 mg NaN₃ etwa 0,35 mg Natrium. Der gebildete Stickstoff entweicht dabei gleichzeitig durch das obere Ende des Entladungsgefäßes in den Einschmelzofen und wird ab gepumpt. Dabei entsteht ein plötzlicher Druckanstieg im Einschmelzofen, dessen Dauer ca. 30 bis 60 s be trägt. Die Vollständigkeit der Zersetzung des Natrium azids wird durch den anschließenden Druckabfall auf einen vorgegebenen Grundwert angezeigt. Bei Erreichen dieses Wertes wird ein Edelgas oder Edelgasgemisch in den Einschmelzofen und damit auch in das Entladungs gefäß eingelassen. Die Aufgabe des Gases besteht zu nächst darin, durch Kühlung ein weiteres Aufheizen des ersten Endes des Entladungsgefäßes durch die auch weiterhin vom zweiten Ende zugeführte Wärme zu verhin dern. Die Temperatur des ersten Endes sollte nämlich während des Heizprozesses etwa 400°C nicht überschrei ten, da sonst ein merklicher Teil des gebildeten Natriums verdampft.

Das Gas kann zusätzlich zu seiner Kühlwirkung vorteilhaft auch die herkömmliche Funktion des Zündgases mit übernehmen, wie in einer ersten Variante des Verfah rens beschrieben wird.

Die Kühlwirkung des Gases kann vorteilhaft durch sorg fältige Wahl der Abmessungen der Aufnahme des Entla dungsgefäßes unterstützt werden. Wesentliche Parameter sind dabei der Durchmesser und die Tiefe der Bohrung der Aufnahme. Die Tiefe der Bohrung soll bei etwa 1/3 bis 2/3 der Länge des Entladungsgefäßes liegen. Der Spalt zwischen Entladungsgefäß und Bohrung soll etwa 0,2 bis 3 mm groß sein.

Beim Einleiten des Gases in den Einschmelzofen steigt die Wärmeleitung zwischen Entladungsgefäß und Aufnahme sprunghaft an, so daß der Temperaturanstieg am ersten Gefäßende bei etwa 350°C aufgehalten oder sogar umge kehrt wird. Ein merkliches Verdampfen des Natriums wird damit vermieden. Schließlich wird das Entladungs gefäß abgekühlt (Verfahrensschritt f). Auch dieser Schritt kann im Einschmelzofen erfolgen, so daß beim gesamten Verfahren auf eine Glovebox verzichtet werden kann.

Nachfolgend sollen zwei Varianten des Verfahrens näher erläutert werden.

Eine erste Variante des Verfahrens ist bevorzugt für kleine Gefäße und kleine Leistungsstufen (z. B. 70 W) geeignet. Hierbei ist es möglich und wünschenswert, daß das Kühlgas gleichzeitig das Zündgas für die Fül lung des Entladungsgefäßes bildet. Für den Schaft der beiden Elektrodensysteme werden z. B. ein abgeschlossenes Rohr (insbes. aus Niob), ein massiver Stift oder auch ein integriertes Stopfensystem nach Art eines Cermets verwendet. Nach dem Aufsetzen des zweiten Elektroden systems wird das zweite Gefäßende im Einschmelzofen zunächst auf eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes des Glaslots aufgeheizt. Nach der Zer setzung des Natriumazids und dem Abfall des Drucks auf den Grundwert wird ein Edelgas in den Einschmelzofen eingeleitet, das, wie bereits beschrieben, als Kühlgas wirkt. Durch Erhöhen der Heizleistung (Verfahrens schritt e2) schmilzt schließlich das Glaslot und dichtet das zweite Gefäßende vakuumdicht ab (Verfah rensschritt e3). Dieser Schritt benötigt etwa 0,5-2 Minuten. Da der Einlaß des Kühlgases dabei bereits beendet ist, wird ein Teil davon in gewünschter Weise mit in das Entladungsgefäß eingeschlossen und über nimmt darin die bekannte Funktion eines Zünd- und Puf fergases. Als Edelgas wird vorteilhaft Xenon verwen det, das eine besonders hohe Lichtausbeute gewährlei stet. Statt Xenon kann aber z. B. auch ein Ne/Ar-Pen ning-Gemisch verwendet werden, das eine bessere Kühl wirkung und besonders gute Zündeigenschaften aufweist.

In dieser ersten Variante erfüllt das Erhitzen des zweiten Endes des Entladungsgefäßes im Einschmelzofen zwei Zwecke: 1. Einschmelzen des zweiten Endes, 2. Zersetzung des Natriumazids am ersten Ende. Auch das Einlassen des Gases hat einen doppelten Zweck: 1. Kühlen des ersten Endes, 2. Füllen des Gefäßes mit einem Zündgas. Damit verwendet diese Variante zweimal in idealer Weise eine synergetische Maßnahme, so daß sie besonders zeit- und kostensparend ist.

Eine zweite Variante des Verfahrens eignet sich für Entladungsgefäße, bei denen wenigstens ein Elektrodensystem mit einem Pumprohr ausgestattet ist, und dabei besonders auch für relativ lange Entladungsgefäße und hohe Leistungsstufen (z. B. 1000 W). Bei dieser Vari ante ist für den Verfahrensschritt e nur die Kühlwir kung des Gases wichtig. Es wird daher vorteilhaft ein Edelgas mit guter Wärmeleitung (z. B. Argon) verwendet, das zudem den Vorteil gegenüber Xenon hat, daß es sehr billig ist. Nach dem Aufsetzen des zweiten Elektro densystems wird im Einschmelzofen die Temperatur des zweiten Gefäßendes bei hoher Heizleistung über die Schmelztemperatur des Glaslots gebracht. Nach Fertig stellung dieser Einschmelzung wird die Temperatur durch Verringern der Heizleistung knapp unter die Er starrungstemperatur des Glaslots gesenkt und die Heiz leistung konstant gehalten. Dabei erwärmt sich das erste Gefäßende noch weiter, bis die Zersetzung des Natriumazids erfolgt ist. Die zweite Einschmelzung ist dabei also, im Gegensatz zur ersten Variante, bereits fertiggestellt. Nach dem Druckabfall auf den Grundwert wird die Heizung abgeschaltet und vorteilhaft gleich zeitig das Kühlgas in den Einschmelzofen eingelassen. Da sich metallisches Natrium im Entladungsgefäß be findet, muß dieses anschließend unter Luftabschluß aus dem Einschmelzofen entnommen werden, am besten innerhalb einer Glovebox. Ein Vorteil dieser zweiten Variante ist, daß nach der Entnahme nun auch weitere Zusätze für die Füllung (z. B. Quecksilber) durch das offene Pumprohr zugegeben werden können. Schließlich werden das Zündgas durch das Pumprohr eingefüllt und das Pumprohr verschlossen.

Die Erfindung wird in ihren beiden Varianten im fol genden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher er läutert. Es zeigen

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf des Drucks im Ein schmelzofen (Kurve I) und der Spannung am Hei zungselement (Kurve II) bei der Einschmelzung des zweiten Endes eines Entladungsgefäßes für eine 70 W Natriumhochdrucklampe bei Anwendung der ersten Variante,

Fig. 2 den Temperaturverlauf am zweiten (durchgezo genen Linie) und ersten Ende (gestrichelte Linie) des Entladungsgefäßes bei einer Ein schmelzung nach Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt durch eine Einschmelzvorrichtung, die mit einem Entladungsgefäß bestückt ist,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Drucks (Kurve I) und der Spannung am Heizungselement (Kurve II) bei der Einschmelzung des zweiten Endes eines Entladungsgefäßes für eine 70 W Natri umhochdrucklampe bei Anwendung der zweiten Variante, und

Fig. 5 den Temperaturverlauf am zweiten (durchgezo gene Linie) und ersten Ende (gestrichelte Linie) des Entladungsgefäßes bei der Variante gemäß Fig. 4.

Als erstes Ausführungsbeispiel soll anhand von Fig. 1 und 2 im folgenden die Herstellung einer pumprohrfrei en Natriumhochdrucklampe mit einer Leistung von 70 W gemäß der ersten Variante beschrieben werden.

Zunächst werden, wie an sich bekannt, die beiden Elek trodensysteme bereitgestellt. Sie bestehen aus Elek trodenschäften, die aus einem abgeschlossenem Niobrohr gebildet sind und an deren Spitze ein Wolframstift angeschweißt ist. Entladungsseitig ist auf diesem eine Wendel aufgebracht. Auf das Niobrohr ist ein Glaslot ring mittig aufgesetzt.

Das Entladungsgefäß ist ein Keramikrohr aus Al₂O₃ mit vakuumdicht versinterten Stopfen aus Al₂O₃ an den beiden Enden. In eine zentrale Öffnung des ersten Stopfens wird zunächst ein erstes Elektrodensystem zu sammen mit dem Glaslotring eingesetzt und durch Er wärmen in einer geeigneten Anlage eingeschmolzen. Bei dieser Anlage kann es sich beispielsweise um einen Einschmelzofen handeln, der auch zur zweiten Ein schmelzung verwendet wird. Das einseitig verschlossene Entladungsgefäß wird abgekühlt. Vier Natriumazid-Pil len mit 0,9 mm Durchmesser und 2 mm Länge werden durch die Öffnung des zweiten Endes eingeführt. Das Entla dungsgefäß wird dabei etwas schräg gehalten, so daß die Pillen entlang der Wandung des Gefäßes nach unten rutschen oder rollen, bis sie auf dem Keramikstopfen unterhalb des ersten Elektrodensystem zu liegen kom men. Der Rutschvorgang wird durch leichtes Klopfen oder Schütteln unterstützt. Die Pillen müssen dafür so klein sein, daß sie nicht im Bereich zwischen Elektro denwendel und Gefäßwandung verklemmen können. Das Ent ladungsgefäß wird in die Bohrung einer Aufnahme einge setzt. Anschließend wird das zweite Elektrodensystem einschließlich eines Glaslotringes locker auf das senkrecht stehende Entladungsgefäß aufgesetzt. Das Füllen der Natriumazidpillen wird an Luft ausgeführt. Die Aufnahme besteht in wesentlichen aus einer massi ven Schiene (oder Ring) aus Metall, an deren Oberseite sich eine oder mehrere Bohrungen zur Aufnahme von Ent ladungsgefäßen befinden. Weitere Erläuterungen werden in Zusammenhang mit Fig. 3 gegeben. Die Aufnahme be findet sich auf Raumtemperatur. Falls notwendig kann sie jedoch auch vorgekühlt werden.

Für die nun folgende zweite Einschmelzung wird die Aufnahme in einen Einschmelzofen geschoben und ein Va kuum von etwa 10^-4 mbar erzeugt. Die beiden Teile pas sen eng zusammen, so daß das mit Xenon zu füllende Ofen volumen relativ klein gehalten wird.

In Fig. 1 sind der Druckverlauf (Kurve I und linke Or dinate) und der Heizungsverlauf (Kurve II und rechte Ordinate) in Abhängigkeit von der Zeit für die Ein schmelzung des zweiten Endes des Entladungsgefäßes an gegeben.

Mit einer elektrisch betriebenen Widerstandsheizung in Gestalt eines U-förmigen Graphitbügels (oder mit einem anderen Heizsystem, z. B. einer Heizwendel oder einem CO₂-Laser), wird das oben befindliche zweite Ende des Entladungsgefäßes bei einer konstanten Heiz leistung etwa 4 min lang aufgeheizt (Fig. 2, durch gezogene Kurve). Die Dauer dieser Vorwärmphase kann je nach Lampentyp zwischen 1 und 6 Minuten dauern, wobei das obere Ende des Entladungsgefäßes etwa eine Tempe ratur von 1250°C erreicht. Diese Temperatur liegt etwa 50°C unter der Schmelztemperatur des Glaslots (1300°C). Sie ist allgemein durch die Überlegung be stimmt, daß das Glaslot zwar ausgast, aber gerade noch nicht schmilzt. Die zu wählende Temperatur hängt also von der Art des Glaslots ab, dessen typische Schmelz temperatur 1100-1300°C beträgt. In der Vorwärmphase wird Wärme durch das keramische Material des Gefäßes vom oberen, zweiten Ende zum unteren, ersten Ende des Gefäßes geleitet, wo sich das Natriumazid befindet. Nach etwa 3 Minuten - im gezeigten Ausführungsbeispiel als gestrichelte Kurve in Fig. 2 dargestellt - erreicht das untere Ende des Gefäßes eine Temperatur von etwa 320°C, bei der die Zersetzung des Natrium azids beginnt. Die Stickstoffentwicklung äußert sich dabei durch einen scharf ausgeprägten Anstieg des Drucks im evakuierten Einschmelzofen (Kurve I). Etwa 30 Sekunden nach Erreichen des Maximums von etwa 14 × 10^-3 mbar ist der Druck dann wieder um mehr als eine Größenordnung auf den Restgasdruck gefallen. Der Maxi malwert ist dabei proportional zu der Menge an Natri umazid, die zersetzt wird, und umgekehrt proportional zum Volumen des Einschmelzofens und der Pumpleistung.

Mit einem Manometer wird dieser Druckanstieg regi striert und der Abfall auf den Wert vor dem Anstieg als Auslöser für die zweite Stufe der Erwärmung (Ein schmelzphase) verwendet. Die Dauer der Vorwärmphase ist also nicht von vornherein festgelegt.

Nach dem Rückgang des Drucks, der das Ende der Zerset zung anzeigt, ist die Temperatur am ersten Ende des Gefäßes auf etwa 350°C angestiegen. Der weitere An stieg wird nun dadurch unterbunden, daß Xenongas in den Einschmelzofen und eine Kältebrücke eingelassen wird (Pfeil A in Fig. 1 und 2). Gleichzeitig wird die Heizspannung von 16 V auf 18 V erhöht, so daß die Heizleistung und die Temperatur am zweiten Ende zu nehmen, während man einen Temperaturabfall am unteren Gefäßende beobachtet (Fig. 2).

Die Temperatur am oberen Gefäßende steigt infolge der höheren Heizleistung über den Schmelzpunkt des Glas lots hinaus an. Nach etwa 30 Sekunden schmilzt das Glaslot und dichtet das Elektrodensystem am Gefäßende ab (Pfeil B in Fig. 1). Bis zu diesem Zeitpunkt hat sich der Xenonfülldruck im Inneren des Entladungsge fäßes längst eingestellt. Entscheidend für die Wirksamkeit der Kältebrücke ist der richtige Abstand der Gefäßwand von der Wand der Bohrung. Er beträgt im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel 0,25 mm. Die eigent liche Einschmelzphase dauert etwa drei Minuten. Nach ihrem Ende läßt man das Entladungsgefäß im Einschmelz ofen abkühlen.

In Fig. 3 ist schematisch der Querschnitt durch eine lineare Aufnahme (Schiene) gezeigt, in deren Bohrung ein Entladungsgefäß gehaltert ist. Das Keramikrohr des Entladungsgefäßes 1 hat eine Länge von 57 mm (ohne Elektrodensysteme). Es steckt über eine Länge von 38 mm in der Bohrung 2 der Aufnahme 3, während der obere Teil 4 (19 mm lang) des Gefäßes über die Oberseite der Aufnahme hinausragt. Das Entladungsgefäß 1 besitzt einen Außendurchmesser von 4,5 mm, während der Durch messer der Bohrung 5 mm beträgt. Das untere Gefäßende 5 enthält bereits ein vakuumdicht eingeschmolzenes Elektrodensystem 6. Hier befinden sich auch vier Nat riumazid-Pillen 7 zu je 2 mg, die vorher außerhalb des Einschmelzofens eingefüllt wurden. Das obere Ende 8 des Entladungsgefäßes, auf das das zweite Elektroden system für die Einschmelzung aufgesetzt ist, ist von den beiden Schenkeln 9 eines Graphitheizers umgeben.

Ein zweites Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung eines Entladungsgefäßes für eine Lampe mit 400 W Leistung nach der ersten Variante. Bei dieser Leistung ist das Entladungsgefäß im Vergleich zum 70 W-Typ etwa 2 mal so lang, so daß die Wärmeleitung in der Keramik vom oberen zum unteren Ende des Gefäßes entsprechend länger dauert. Daher ist es vorteilhaft, das obere Ende der Bohrung V-förmig aufzuweiten, wie dies in Fig. 3 (Bezugsziffer 10) gestrichelt einge zeichnet ist. Dadurch wird mehr Wärmestrahlung von der Heizung 9 zum Gefäß 1 hin reflektiert.

Ein drittes Ausführungsbeispiel für das Herstellver fahren gemäß der zweiten Variante soll anhand der Fig. 4 und 5 erläutert werden. Es handelt sich um eine 70 W-Lampe, deren zweites Elektrodensystem ein Pumprohr besitzt. Wenn nicht anders angegeben, laufen die Verfahrensschritte wie im ersten Ausführungsbei spiel ab. Nach dem Einschmelzen des ersten Elektroden systems und dem Einfüllen der Natriumazid-Pillen wird das zweite Elektrodensystem, das ein Pumprohr in Ge stalt eines Niobrohrs mit Öffnung enthält, mit dem Glaslotring aufgesetzt. Das zweite Gefäßende wird innerhalb einer Glovebox im Einschmelzofen zunächst sehr stark erwärmt (Heizspannung 20 V entsprechend Kurve II, Abschnitt a in Fig. 4), so daß die Tempe ratur am zweiten Gefäßende bald die Schmelztemperatur des Glaslots (ca. 1300°C) übersteigt (durchgezogene Kurve in Fig. 5). Gleichzeitig steigt die Temperatur am entfernten ersten Gefäßende ähnlich schnell wie im ersten Ausführungsbeispiel an (gestrichelte Kurve in Fig. 5). Wenn die Einschmelzung dicht ist (Pfeil B in Fig. 4), wird die Heizleistung so abgesenkt (Pfeil C in Fig. 4 und 5), daß die Temperatur am zweiten Ende unter die Erstarrungstemperatur des Glaslots fällt (Abschnitt b in Fig. 5). Die Temperatur am ersten Gefäßende steigt dabei noch weiter an, wenngleich der Anstieg sich verlangsamt, bis das Natriumazid sich zersetzt und der Druckanstieg registriert wird (Kurve I in Fig. 4). Nach Rückgang des Drucks auf den Rest gaswert wird die Heizung abgeschaltet und gleichzeitig Argongas in den Einschmelzofen eingeleitet (Pfeil A in Fig. 4 und 5). Die dadurch entstehende Kältebrücke zur Aufnahme führt am ersten Ende zu einem schnellen Abfall der Temperatur (Abschnitt c in Fig. 5), wodurch ein Verdampfen des gebildeten Natriums ver mieden wird.

Nach dem allmählichen Abkühlen des Gefäßes auf Raum temperatur wird das Entladungsgefäß aus dem Ofen ent nommen. Nach dem Abpumpen des Kühlgases (Argon) wird durch das Pumprohr das Zündgas (Xenon) eingefüllt und das Pumprohr anschließend innerhalb der Glovebox ver schlossen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Natriumhochdrucklampe, mit folgenden Verfahrens schritten:

a) Bereitstellung zweier Elektrodensysteme; zusammen mit festem Glaslotmaterial, und eines keramischen Entladungsgefäßes mit zwei offenen Enden
b) Aufsetzen und Einschmelzen des ersten Elektroden systems in das erste Ende des Entladungsgefäßes
c) Einbringen einer natriumhaltigen Füllung in Form von NaN₃(Natriumazid) durch das zweite Ende des Gefäßes
- 1. Aufsetzen des zweiten Elektrodensystems auf das zweite Ende des Entladungsgefäßes
- 2. Aufheizen des zweiten Endes
- 3. Gleichzeitige Überwachung des Drucks bis zur Zer setzung des Azids am ersten Ende, die sich in einem impulsartigen Druckanstieg äußert
d) Einbringen eines Edelgases oder Edelgasgemisches nach dem Abklingen des impulsartigen Druckanstiegs
e) Abkühlung des Entladungsgefäßes,

wobei das Einschmelzen des zweiten Elektrodensystems zwischen den Verfahrensschritten d2) und e) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas gleichzeitig die Funktion eines Zündgases als Bestandteil der Füllung und die eines Kühlgases für das erste Ende des Gefäßes wahrnimmt, wobei die beiden Elektrodensysteme pumprohrfrei sind und die Verfahrensschritte d2) und e) folgendermaßen ab laufen:

1. Aufheizen des zweiten Endes auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Glaslots
2. Einbringen des Zünd- und Kühlgases durch das noch nicht verschlossene zweite Ende
3. Erhöhung der Heizleistung, um das Glaslot am zwei ten Ende zu schmelzen
4. Fertigstellung der Einschmelzung

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Verfahrensschritt d2) etwa 50°C unterhalb der Schmelztemperatur des Glaslots liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte e1) und e2) gleichzeitig durchgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Elektrodensystem ein Pumprohr besitzt, wobei das Gas die Funktion eines Kühlgases für das erste Ende wahrnimmt und die Verfahrensschritte d) und e) folgendermaßen ablaufen:

1. Aufheizen des zweiten Endes auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Glaslotes, bis das zweite Elektrodensystem eingeschmolzen ist
2. Verringern der Heizleistung, so daß die Tempera tur des zweiten Endes unter die Erstarrungstempe ratur des Glaslotes sinkt
3. Beenden des Heizvorgangs

a) Einlassen des Kühlgases

und ein zusätzlicher Verfahrensschritt g) angewendet wird:

a) Entnahme des Entladungsgefäßes aus dem Ofen und Einfüllen eines Zündgases durch das Pumprohr und anschließendes Verschließen des Pumprohres.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte d4) und e) gleichzeitig durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das NaN₃ als Feststoff in Form von Granulat oder Pillen eingebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelgas Xenon oder ein Gemisch aus Neon und Argon verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas Argon und als Zündgas Xenon verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt g) weitere Füllzusätze eingebracht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a)-d1) an Luft vorgenom men werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Verfahrensschritte d2) und d3) in Vakuum vorgenommen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte d2)-f) in einem Einschmelzofen stattfinden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß zu einem Zeitpunkt, der zwi schen den Verfahrensschritten b) und d2) liegt, in eine Aufnahme eingesetzt wird.

15. Vorrichtung zur Herstellung einer Natriumhochdrucklampe gemäß dem Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Aufnahme eine oder mehrere vertikale Bohrungen zum Haltern von Entladungsgefäßen aufweist, die folgende Abmessungen besitzen:

- der Durchmesser der Bohrung ist 0,4-6 mm größer als der Außendurchmesser des Entladungsge fäßes
- die Tiefe der Bohrung beträgt mindestens 1/3 der Länge des Entladungsgefäßes.