DE69600960T2 - Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das einen Entladungsraum umgibt, eine Keramikwandung hat und an einem Ende mit einem hervorstehenden Keramikstopfen abgedichtet ist, der eine Stromdurchführung zu einer in dem Entladungsgefäß angeordneten Elektrode mit Spiel umgibt und mit der genannten Durchführung mittels einer schmelzkeramischen Verbindung an einem dem Entladungsraum abgewandten Ende gasdicht verbunden ist.
• Eine Lampe der eingangs erwähnten Art in Form einer Hochdruck-Natriumlampe ist aus GB 2 083 692/US 4 910 433 und in Form einer Halogenmetalldampflampe aus EP-A-0 587 238 bekannt.
• Eine Keramikwandung oder ein Stopfen soll in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen aus einem der folgenden Materialien hergestellt sein: monokristallinem Metalloxid (beispielsweise Saphir), dicht gesintertem polykristallinem Metalloxid (beispielsweise Al&sub2;O&sub3;, YAG) und polykristallinem dicht gesintertem Metallnitrid (beispielsweise AlN).
• Die gewählte Konstruktion ist äußerst geeignet für Lampen mit verhältnismäßig niedriger Leistung und entsprechend verhältnismäßig kleinen Abmessungen, insbesondere mit einem verhältnismäßig geringen Elektrodenabstand. Um während des Lampenbetriebs übermäßig hohe Temperaturen am Ort der schmelzkeramischen Verbindung zu verhindern, ist der Verschluß des Entladungsgefäßes als hervorstehender Stopfen ausgeführt, und die schmelzkeramische Verbindung wird in der Nähe eines Endes des dem Entladungsraum abgewandten hervorstehenden Stopfens realisiert.
• Die schmelzkeramische Verbindung zwischen dem hervorstehenden Stopfen und der Stromdurchführung wird bei einem Brennprozeß in einem Ofen erhalten. Hierzu werden der hervorstehenden Stopfen und die Stromdurchführung zusammen mit einer Menge an Schmelzkeramik erhitzt, so daß das Keramikmaterial schmilzt und in den Zwischenraum zwischen dem hervorstehenden Stopfen und der Stromdurchführung fließt. Das Ganze wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt, und die Verbindung zwischen dem hervorstehenden Stopfen und der Stromdurchführung ist zustande gekommen. Dies ist die sogenannte Einschmelzprozedur.
• Der Abstand, über den die Schmelzkeramik in den Zwischenraum fließt, bestimmt die Länge, über die die gasdichte schmelzkeramische Verbindung sich erstreckt. Die Länge der schmelzkeramischen Verbindung ist zum Verwirklichen einer Lampe guter Qualität von großer Bedeutung. Bei einer kleineren Länge als 1 mm ist eine verhältnismäßig schwache mechanische Verbindung entstanden mit einem erheblichen Risiko eines vorzeitigen Lampenausfalls.
• Bei einer verhältnismäßig großen Länge wird die dem Entladungsraum zugewandte Oberfläche der schmelzkeramischen Verbindung während des Lampenbetriebs eine erheblich höhere Temperatur erreichen, als wünschenswert ist. Die Folgen sind Angreifen der schmelzkeramischen Verbindung durch Füllungsbestandteile des Entladungsgefäßes und sich daraus ergebende Veränderungen der photometrischen Eigenschaften (beispielsweise Farbe der ausgesendeten Strahlung, Lichtausbeute) der Lampe. Auch dies wird häufig zu einem vorzeitigen Ende der Lampenlebensdauer führen.
• Lampenherstellung im industriellen Maßstab erfordert Serienfertigung. Die Fertigung der bekannten Lampe weist eine breite Streuung der Länge auf, über die sich die schmelzkeramische Verbindung erstreckt. Dies führt bereits bei der Herstellung zu einer hohen Ausfallrate.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zur Verbesserung der Beherrschung der Länge der schmelzkeramischen Verbindung zu verschaffen. Um eine erfindungsgemäße Lampe zu sein, ist die Lampe der eingangs erwähnten Art daher dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein an das dem Entladungsraum abgewandte Ende grenzender Endabschnitt des hervorstehenden Keramikstopfens für Licht undurchlässig ist. (Anspruch 1)
• Es hat sich gezeigt, daß eine hohe Reproduzierbarkeit des Fließabstandes der Schmelzkeramik während der Einschmelzprozedur und damit der Länge der erhaltenen gasdichten Keramikverbindung realisiert werden kann. Gemäß dem Erfinder ist dies einer erhöhten Infrarotabsorption des Endabschnittes des hervorstehenden Stopfens zuzu schreiben, der für Licht undurchlässig ist. Dies führt zu einer homogeneren Erwärmung während der Einschmelzprozedur sowohl des hervorstehenden Stopfens als auch des fließenden Keramikmaterials, was wiederum zu einer besseren Beherrschung der Länge der schmelzkeramischen Verbindung durch zeitliche Steuerung der Einschmelzprozedur führt.
• Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist, daß eine verhältnismäßig einfache Maßnahme in Form einer Vorbehandlung während der Bauteileherstellung genügen kann, während die bestehende Lampenherstellungstechnologie, insbesondere die Einschmelzprozedur, unverändert beibehalten werden kann.
• Der für Licht undurchlässige Endabschnitt erstreckt sich über einen Abstand von zumindest 1 mm, vorzugsweise über einen Abstand von zumindest 3 mm. Dies hat den Vorteil, daß während der Einschmelzprozedur über die gesamte Länge der zu realisierenden schmelzkeramischen Verbindung eine gleichmäßige Erwärmung erfolgt.
• Zur einfachen Herstellung des hervorstehenden Keramikstopfens ist es vorteilhaft, daß letzterer über seine gesamte Länge für Licht undurchlässig ist. Die Dauer der Einschmelzprozedur kann wegen der hierdurch bewirkten stark verbesserten Wärmeabsorption beim Einschmelzprozeß verringert werden. Dies ist insbesondere bei der Serienfertigung ein wichtiger Vorteil.
• Der hervorstehende Keramikstopfen kann infolge einer außen angebrachten Beschichtung, beispielsweise in Form von Mo, W oder C, für Licht undurchlässig sein. Die Beschichtung kann durch Aufdampfen, Abscheidung aus der Dampfphase, Bürsten (beispielsweise mit einem W-Stab) oder Eintauchen in eine Lösung (beispielsweise Molybdat) eines zuvor gebrannten, aber noch nicht gesinterten Formstückes realisiert worden sein, das nach dem Sintern den hervorstehenden Stopfen bildet. Eine weitere Möglichkeit ist, das Formstück mit einer viskosen Lösung (beispielsweise Molybdat) zu dosieren, ein Verfahren, das auch Anstreichen genannt wird.
• Eine andere Möglichkeit, einen für Licht undurchlässigen hervorstehenden Stopfen zu erhalten, ist die Herstellung des hervorstehenden Stopfens aus lichtundurchlässigem Keramikmaterial. Dies ist beispielsweise möglich, indem das Keramikmaterial bei der Fertigung mit optischen Zentren, beispielsweise Fe, Cr, Ni, imprägniert wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Lampe und
• Fig. 2 das Entladungsgefäß der Lampe von Fig. 1 im Detail.
• Fig. 1 zeigt eine Hochdruck-Entladungslampe mit einem einen Entladungsraum 11 umgebenden Entladungsgefäß 3 mit einer Keramikwandung. In einer praktischen Ausführungsform enthält das Entladungsgefäß eine Füllung, die außer Hg und einem Edelgas zumindest auch ein Metallhalogenid enthält. Das Entladungsgefäß ist an einem Ende mit einem hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 abgedichtet, der eine Stromdurchführung (Fig. 2 : 40, 41, 50, 51) zu einer in dem Entladungsgefäß angeordneten Elektrode 4, 5 mit Spiel umgibt und der mit der genannten Durchführung mittels einer schmelzkeramischen Verbindung (Fig. 2 : 10) in der Nähe eines dem Entladungsraum abgewandten Endes gasdicht verbunden ist. Das Entladungsgefäß wird von einem Außenkolben 1 umgeben, der an einem Ende mit einem Lampensockel 2 versehen ist. Zwischen den Elektroden 4, 5 verläuft im Betriebszustand der Lampe eine Entladung. Die Elektrode 4 ist über einen Stromleiter 8 mit einem ersten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Die Elektrode 5 ist über einen Stromleiter 9 mit einem zweiten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Das Entladungsgefäß, in Fig. 2 detaillierter dargestellt (nicht maßstabsgetreu), hat eine Keramikwandung und wird von einem zylindrischen Abschnitt mit einem Innendurchmesser ID an beiden Enden von Endwandungsabschnitten 32a, 32b begrenzt, wobei jeder Endwandungsabschnitt 32a, 32b eine Endfläche 33a, 33b des Entladungsraums definiert. Die Endwandungsabschnitte haben jeweils eine Öffnung, in der ein hervorstehender Keramikstopfen 34, 35 in dem Endwandungsabschnitt 32a, 32b gasdicht mittels einer gesinterten Verbindung S befestigt ist. Die hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 umgeben jeweils mit Spiel eine Stromdurchführung 40, 41, 50, 51 zu einer zugehörigen Elektrode 4, 5, die eine Spitze 4b, 5b hat. Die Stromdurchführung ist mit dem hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 an einer dem Entladungsraum abgewandten Seite mittels einer schmelzkeramischen Verbindung 10 gasdicht verbunden. Die hervorstehenden Keramikstopfen sind an ihren dem Entladungsraum abgewandten Seiten mit einer Beschichtung 64, 65 versehen, so daß die hervorstehenden Stopfen für Licht un durchlässig sind. Die Länge, über die ein Endabschnitt jedes der hervorstehenden Stopfen für Licht undurchlässig ist, beträgt 3 mm. Die Elektrodenspitzen 4b, 5b haben einen Zwischenabstand EA. Die Stromdurchführungen umfassen jeweils einen halogenidbeständigen Abschnitt 41, 51, beispielsweise in Form eines Mo-Al&sub2;O&sub3;-Cermet, und einen an einem zugehörigen Endstopfen 34, 35 mittels der schmelzkeramischen Verbindung 10 gasdicht befestigten Abschnitt 40, 50. Die schmelzkeramische Verbindung 10 erstreckt sich über einen gewissen Abstand, beispielsweise ungefähr 1 mm, über das Mo- Cermet 41, 51. Es ist möglich, daß die Teile 41, 51 in anderer Weise als aus einem Mo-Al&sub2;O&sub3;-Cermet gebildet werden. Andere mögliche Konstruktionen sind aus beispielsweise EP-0 587 238 bekannt. Unter den Konstruktionen, die sich als besonders geeignet erwiesen haben, war eine um einen halogenidbeständigen Stift gewickelte halogenidbeständige Spule. Mo ist zur Verwendung als halogenidbeständiges Material sehr geeignet. Die Teile 40, 50 werden aus einem Metall hergestellt, das einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der dem der Endstopfen sehr nahe kommt. Nb hat sich beispielsweise als sehr geeignetes Material erwiesen. Die Teile 40, 50 sind mit den Stromleitern 8, 9 in einer nicht im einzelnen abgebildeten Weise verbunden. Die beschriebene Konstruktion der Durchführung ermöglicht es, die Lampe in jeder gewünschten Brennlage zu betreiben.
• Jede der Elektroden 4, 5 umfaßt einen Elektrodenstab 4a, 5a, der nahe der Spitze 4b, 5b mit einer Wicklung 4c, 5c versehen ist. Die Elektrodenspitzen in der beschriebenen Ausführungsform liegen im wesentlichen in den von den Endwandungsabschnitten gebildeten Endflächen 33a, 33b.
• Die hervorstehenden Keramikstopfen sind um einen Abstand a relativ zu den Endwandungsabschnitten 32a und 32b versenkt angebracht und darin gasdicht mit einer gesinterten Verbindung S befestigt. In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe sind hervorstehende Keramikstopfen 34, 35 ohne Vertiefung relativ zu den Endwandungsabschnitten 32a, 32b angebracht. In diesem Fall liegen die Elektrodenspitzen zwischen den von den Endwandungsabschnitten definierten Endflächen.
• Bei einer praktischen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lampe wie in der Zeichnung dargestellt, beträgt die Nennleistung der Lampe 70 W. Die Füllung des Entladungsgefäßes beträgt 4,4 mg Hg und 8 mg NaJ, T1J und (Dy+Ho+Tm)J&sub3; in einem Massenverhältnis von 65 : 10 : 25. Zudem enthält die Lampe Ar als Zündgas. Die Lampe ist für eine Farbtemperatur von 3000 K mit Farbpunktkoordinaten (x, y; 437, 404) und einem allgemeinen Farbwiedergabe-Index Ra oberhalb von 80 entworfen. Das Entladungsgefäß besteht aus polykristallinem Aluminiumoxid, hat einen Innendurchmesser ID von 6,85 mm und einen Abstand zwischen den Elektrodenspitzen EA von 7 mm. Die hervorstehenden Stopfen sind an den dem Entladungsraum abgewandten Enden über eine Länge von 3 mm infolge einer Beschichtung mit W für Licht undurchlässig. Die Beschichtung wird dadurch realisiert, daß das Formstück mit einer W-Bürste gebürstet wird, woraufhin das Formstück gesintert wird, um Gasdichtheit zu erhalten. Die hervorstehenden Stopfen sind in einem Abstand a von 1 mm von den durch die Endwandungsabschnitte definierten Endflächen in die Endwandungsabschnitte gesintert worden. Die Endwandungsabschnitte haben eine Höhe von 3 mm, so daß die gesinterte Verbindung mit den Endstopfen sich über eine Länge von 2 mm erstreckt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine solche Länge der gesinterten Verbindung zur Realisierung einer genügend starken und gasdichten Befestigung zwischen dem Endwandungsabschnitt und dem hervorstehenden Stopfen ausreicht, auch im Fall von Serienfertigung im großen Maßstab. Die Elektrodenspitzen liegen in den Endflächen. Die Elektroden umfassen jeweils einen mit einer W-Wicklung an der Spitze versehenen W-Stab.
• Anschließend wird in bekannter Weise eine gasdichte schmelzkeramische Verbindung zwischen jedem hervorstehenden Keramikstopfen und einem zugehörigen Stromzuführleiter gebildet.
• Die schmelzkeramische Verbindung 10 erstreckt sich über eine Länge von 3 bis 3,5 mm von dem dem Entladungsraum abgewandten Ende des hervorstehenden Stopfens aus.
• Zum Vergleich werden Daten von Lampen nach dem Stand der Technik gegeben. Hier variiert die Länge, über die die schmelzkeramische Verbindung sich zwischen dem hervorstehenden Stopfen und der Stromdurchführung erstreckt, von 3 bis 7,5 mm, wobei in einer Anzahl Fälle die Länge nicht eindeutig festgestellt werden kann, weil der Fließabstand der Schmelzkeramik über den Umfang der Stromdurchführung variiert.
• Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform der gezeichneten Lampe wird die Beschichtung mit Mo realisiert. Hierzu wurden die zuvor geformten hervor stehenden Stopfen mit einem ihrer Enden in eine wäßrige Lösung aus Na&sub2;MoO&sub4; und Glyzerin getaucht. Nach dem Trocknen wurden die hervorstehenden Stopfen auf Gasdichtheit gesintert und gleichzeitig an die Endwandungsabschnitte gesintert. Eine in gleicher Weise wie für die mit einer W-Beschichtung auf dem hervorstehenden Keramikstopfen versehene Lampe angebrachte, gasdichte schmelzkeramische Verbindung zwischen dem hervorstehenden Keramikstopfen und der zugehörigen Stromdurchführung führte zu einem vergleichbaren Endergebnis.

Claims (7)

1. Hochdruck-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß (3), das einen Entladungsraum (11) umgibt, eine Keramikwandung hat und an einem Ende mit einem hervorstehenden Keramikstopfen (34, 35) abgedichtet ist, der eine Stromdurchführung (40, 41, 50, 51) zu einer in dem Entladungsgefäß angeordneten Elektrode (4, 5) mit Spiel umgibt und mit der genannten Durchführung mittels einer schmelzkeramischen Verbindung (10) an einem dem Entladungsraum abgewandten Ende gasdicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein an das dem Entladungsraum abgewandte Ende grenzender Endabschnitt (64, 65) des hervorstehenden Keramikstopfens für Licht undurchlässig ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorstehende Keramikstopfen über einen Abstand von zumindest 1 mm, gemessen von dem dem Entladungsraum abgewandten Ende aus, für Licht undurchlässig ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorstehende Keramikstopfen über einen Abstand von zumindest 3 mm, gemessen von dem dem Entladungsraum abgewandten Ende aus, für Licht undurchlässig ist.

4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorstehende Keramikstopfen über seine gesamte Länge für Licht undurchlässig ist.

5. Lampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorstehende Stopfen mit einer äußeren Beschichtung versehen ist.

6. Lampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorstehende Stopfen aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, das für Licht undurchlässig ist.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorstehende Keramikstopfen aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, das mit optischen Zentren imprägniert ist.