DE69918802T2

DE69918802T2 - Elektrische lampe

Info

Publication number: DE69918802T2
Application number: DE69918802T
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Van Der Voort; J. Hendrik DREUNING; H. Franciscus VAN LIEROP; A. Peter SEINEN; F. Martin WILLEMSEN; Mark Bolech
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: CN1298015C; DE69918802D1; EP1053564B1; JP2002532829A; EP1053564A1; JP4294226B2; WO2000034980A1; CN1290400A; KR20010040661A; US6590342B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungslampe mit:
einem lichtdurchlässigen Keramik-Lampengefäß;
einem ersten und einem zweiten Stromleiter, die in das Lampengefäß eintreten und in dem Lampengefäß je eine Elektrode tragen;
einer keramischen Dichtungsmasse, die das Lampengefäß um die Stromleiter herum gasdicht verschließt;
einer ein Edelgas und Metallhalogenid enthaltenden ionisierbaren Füllung in dem Lampengefäß, wobei zumindest der erste Stromleiter in dem Lampengefäß einen ersten halogenidbeständigen Teil und von der keramischen Dichtungsmasse aus bis außerhalb des Lampengefäßes einen zweiten Teil aufweist.
Eine derartige elektrische Lampe ist aus EP-A-0 587 238 bekannt.
Die Stromleiter einer solchen Lampe müssen einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der demjenigen des Lampengefäßes entspricht, um Undichtigkeit der Lampe zu verhindern. Undichtigkeit kann selbst bei der Herstellung der Lampe auftreten, wenn die Lampe abkühlt, nachdem die keramische Dichtungsmasse bei relativ hoher Temperatur angebracht worden ist. Bei einem zu kleinen Ausdehnungskoeffizienten des Stromleiters schrumpft das Lampengefäß in stärkerem Maße und kann zerreißen oder sogar zerbrechen. Bei einem zu großen Ausdehnungskoeffizienten kann um die Stromleiter herum Undichtigkeit auftreten.
Die Stromleiter müssen jedoch auch beständig gegen die ionisierbare Füllung der Lampe sein, insbesondere gegen Halogenide, zumindest so weit sie damit Kontakt haben: sie sollten zumindest nicht wesentlich durch Halogenid oder daraus gebildetem Halogen angegriffen werden oder damit reagieren. Eine geringe Beständigkeit kann nicht nur zur Beschädigung und Zerstörung des Stromleiters führen, sondern auch zu einem Verlust an Halogenid in der Füllung und zu einer Farbänderung des von der Lampe erzeugten Lichtes. Außerdem müssen die Stromleiter die thermischen Herstellungs- und Betriebsbedin gungen der Lampe aushalten und sollten sie gute Leiter sein, um elektrische Verluste zu vermeiden.
Da die an Ausdehnung und chemische Beständigkeit gestellten Anforderungen häufig nicht in einem einzigen Material kombiniert sind, weist zumindest der Stromleiter der bekannten Lampe in dem Lampengefäß einen ersten halogenidbeständigen Teil mit einer anderen Ausdehnung auf als das Lampengefäß und einen zweiten Teil, der sich aus der Dichtung heraus erstreckt und nicht halogenidbeständig ist, aber eine entsprechende Ausdehnung aufweist. Dieser Teil besteht häufig aus Niobium, Tantal oder einer Legierung daraus, Metalle, die infolge ihrer Oxidationsempfindlichkeit bei höheren Temperaturen durch die Verwendung einer äußeren Umhüllung für die Lampe von Luft abgeschirmt werden sollten.
Wenn das Lampengefäß relativ eng und länglich ist und wenn es eine vertikale Betriebslage hat, befinden sich das Halogenid und das daraus gebildete Halogen insbesondere im unteren Abschnitt des Lampengefäßes. Es genügt dann, wenn nur der erste Stromleiter einen ersten halogenidbeständigen Abschnitt aufweist und sich im unteren Teil des Lampengefäßes befindet. Die Lampe kann jedoch nicht auf den Kopf gestellt, horizontal oder schräg betrieben werden. Um eine allgemeine Betriebslage zu erhalten, kann der Lampe jedoch ein zweiter Stromleiter gegeben werden, der dem ersten entspricht.
Der erste Teil der Stromleiter der bekannten Lampe weist zumindest an seiner Oberfläche Wolfram, Molybdän oder Molybdändisilicid auf. Der erste Teil kann auch ein massiver Stab aus den beschriebenen Materialien sein.
Ein Nachteil der bekannten Lampe ist, dass Undichtigkeit auftritt, wenn die keramische Dichtungsmasse so weit reicht wie der erste Teil und auch diesen Teil mit dem Lampengefäß verbindet. Dennoch kann es notwendig sein, den zweiten Teil der Stromleiter innerhalb der Lampe vollständig mit der keramischen Dichtungsmasse zu umgeben, um sie so gegen ein Angreifen durch Halogenide zu schützen. Es hat sich als schwierig erwiesen, die keramische Dichtungsmasse in einer solchen Menge anzubringen, dass das Material zumindest im Wesentlichen den zweiten Teil umgibt, aber nicht direkt den ersten Teil mit dem Lampengefäß verbindet.
US-A-3 668 391 offenbart eine Halogenlampe mit einer Molybdänfolienabdichtung und äußeren Zuführdrähten aus Molybdän. Um Oxidation der Zuführdrähte zu vermeiden, was ein Versagen der Dichtung bewirken kann, sind die äußeren Drähte mit Molybdänaluminid beschichtet.
DATABASE WPI Section Ch, Derwent Publications Ltd., London, GB; Class L03, AN 1972-74026T XP002132801 & JP 47 044380 B (TOKO SHIBAURA ELECTRIC CO) offenbart eine mit einer Mo-Foliensorte abgedichtete Halogenentladungslampe, in der zum Erhöhen der durch chemisches Angreifen der Halogenide an den Leitern begrenzten Elektrodenlebensdauer Metallcarbide, Nitride und Boride als Elektrodenmaterial offenbart werden. Molybdänborid (MoB) ist in einer großen Liste anderer in Frage kommender Materialien enthalten.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lampe der eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, mit einem Aufbau, der leicht herzustellen ist und der die Gefahr einer Undichtigkeit infolge einer keramischen Dichtungsmasse, die auch direkt den ersten Teil eines Stromleiters mit dem Lampengefäß verbindet, beseitigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Teil des ersten Stromleiters zumindest im Wesentlichen ein aus Wolframsilicid, Molybdänaluminid, Molybdänborid, Pentamolybdäntrisilicid und Kombinationen aus zumindest zwei dieser Materialien gewähltes Material umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat auch der zweite Stromleiter einen derartigen ersten und zweiten Teil. Diese Ausführungsform vereinfacht die Herstellung der Lampe, weil für beide Stromleiter die gleichen Bestandteile verwendet werden. Die Lampe kann dann in beliebiger Lage betrieben werden, während das Angreifen durch Halogenide und die Gefahr einer Undichtigkeit verhindert werden.
Es zeigte sich, dass Wolframsilicid in Form von WSi₂ und in Form von W₅Si₃, Molybdänaluminid, Mo₃Al, Molybdänborid, MoB und Pentamolybdäntrisilicid, Mo₅Si₃, einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der dem des Lampengefäßes entspricht. Diese intermetallischen Verbindungen sind unter den Umständen der Herstellung und des Betriebs der Lampe thermisch und chemisch stabil. Dies im Gegensatz zu dem in der zuvor genannten EP-A-0 587 238 erwähnten Molybdänsilicid, das sich zersetzt, wenn es als Material des ersten Teils der oder des Stromleiters) beim Schweißen an die Elektrode und an den zweiten Teil der oder des Stromleiters) verwendet wird. Die Materialien, besonders Mo₃Al und insbesondere WSi₂, können ebenso wie W₅Si₃ und Mo₅Si₃ leicht verarbeitet werden.
Die intermetallischen Verbindungen können in der Lampe als gesinterte Körper oder als aus gesinterten Körpern gezogene Drähte oder Stäbe verwendet werden. Obwohl dies im Allgemeinen nicht notwendig ist, kann der intermetallischen Verbindung ein geringes Volumen, beispielsweise mehrere zehntel Prozent bis zu mehreren Prozent eines Metalls mit einem relativ niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie z.B. Wolfram oder Molybdän, hinzugefügt werden, um die Ausdehnung noch stärker mit der des Lampengefäßes übereinstimmen zu lassen.
Infolge des günstigen Ausdehnungskoeffizienten kann der zweite Teil eines Stromleiters aus dem gleichen Material bestehen wie der erste Teil und dieser Stromleiter kann sogar ein einziger integraler Körper sein. Dies bespart einen Schweißvorgang.
Es ist nicht unerwünscht, wenn die Stromleiter keinen zweiten Teil aus wasserstoffdurchlässigem Material haben, weil das Vorhandensein von Wasser, aus dem in der Lampe Wasserstoff erzeugt wird, im Wesentlichen durch sorgfältige Fertigung verhindert werden kann. Außerdem ist das keramische Lampengefäß sogar bei relativ hohen Betriebstemperaturen wasserstoffdurchlässig und kann die Lampe beispielsweise anfangs mit einer Stromversorgung betrieben werden, die einer erhöhten Zündspannung infolge des Vorhandenseins von Wasserstoff begegnen kann.
Ein wichtiger Vorteil von Stromleitern mit einem zweiten Teil, der sich über das Lampengefäß hinaus erstreckt und aus dem gleichen Material hergestellt ist wie der erste Abschnitt, ist, dass das Material auch bei höherer Temperatur gegen Sauerstoff beständig ist, sodass die Lampe direkt in Luft betrieben werden kann und keine gasdicht verschlossene äußere Umhüllung benötigt.
Es ist günstig, wenn die elektrische Lampe ein Lampengefäß mit engen Endteilen hat, in denen ein jeweiliger Stromleiter eingeschlossen ist, welche Endabschnitte dort, wo das Lampengefäß durch die keramische Dichtungsmasse verschlossen ist, ein freies Ende haben. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die keramische Dichtungsmasse relativ weit von den Elektroden entfernt ist und somit eine relativ niedrige Temperatur hat, während sie doch verhindert, dass das Lampengefäß hinter den Elektroden ein relativ großes Volumen von niedriger Temperatur hat, wo Halogenid kondensieren könnte und so der Entladung entzogen werden könnte. Das Volumen der Endteile ist klein und wird während des Durchgangs von Strom durch die Stromleiter auch ausreichend erwärmt, um eine Anhäufung von Halogenid zu verhindern.
Die ionisierbare Füllung kann nicht nur ein Edelgas als Zündgas umfassen, wie z.B. Argon, sondern auch eines oder mehrere Halogenide, beispielsweise Iodide, wie z.B. eine Mischung von Iodiden aus Na, Tl und Dy, eventuell mit Ho und Tm oder eine Mischung von Iodiden aus beispielsweise Na, Tl, Ca und Ho, um Licht mit einer Farbtem peratur von 3000 K auszusenden, oder eine Mischung aus Iodiden von beispielsweise Na, Tl, Ca, Ce, Dy, Ho und Tm, um Licht mit einer Temperatur von 4000 K zu erzeugen.
Das Lampengefäß kann aus mono- oder polykristallinem Material bestehen, wie z.B. Aluminiumoxid oder Saphir.
Die keramische Dichtungsmasse kann beispielsweise eine Mischung aus Aluminiumoxid, Siliciumoxid oder Dysprosiumoxid oder Magnesiumoxid sein. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Seitenansicht, speziell in einem Querschnitt;
2 eine zweite Ausführungsform in einer Seitenansicht, teilweise in einem Querschnitt und teilweise herausgebrochen.
In 1 hat die elektrische Entladungslampe ein röhrenförmiges, lichtdurchlässiges keramisches Lampengefäß 1, in der Figur aus polykristallinem Aluminiumoxid, und einen ersten und einen zweiten Stromleiter 2, 3, die einander gegenüber in das Lampengefäß 1 eintreten und in dem Lampengefäß 1 je eine Elektrode 4, 5 tragen, d.h. in der Figur eine Wolframelektrode, die an die Stromleiter 2, 3 geschweißt ist. Eine keramische Dichtungsmasse 6, in der Figur 30 Gew.-% Aluminiumoxid, 40 Gew.-% Siliciumoxid und 30 Gew.-% Dysprosiumoxid, die in einem Schmelzprozess verschafft worden sind, dichtet das Lampengefäß 1 um die Stromleiter 2, 3 herum gasdicht ab. Das Lampengefäß hat eine ionisierbare Füllung, die Argon als Edelgas und Metallhalogenid umfasst. Eine Mischung aus Natrium, Thallium und Dysprosiumiodid wird als Metallhalogenid verwendet. Zumindest der erste Stromleiter 2 hat in dem Lampengefäß 1 einen ersten halogenidbeständigen Teil 21 und von der keramischen Dichtungsmasse 6 aus nach außerhalb des Lampengefäßes einen zweiten Teil 22, der durch Schweißen an diesen Teil mit dem ersten Teil 21 verbunden ist.
Der erste Teil 21 des ersten Stromleiters 2 besteht zumindest im Wesentlichen aus einem aus Wolframsilicid, Molybdänaluminid, Molybdänborid, Pentamolybdäntrisilicid und Kombinationen aus zumindest zwei dieser Materialien gewählten Material.
In der dargestellten Lampe hat der zweite Stromleiter 3 einen gleichartigen ersten Teil 31 und zweiten Teil 32 wie der erste Stromleiter 2. Der zweite Teil 22, 32 jedes der zwei Stromleiter 2, 3 besteht aus Niobium, der erste Teil 21, 31 jedes der beiden besteht aus Wolframsilicid, beispielsweise W₅Si₃.
Das Lampengefäß 1 hat enge Endteile 11, 12, in denen ein jeweiliger Stromleiter 2, 3 eingeschlossen ist. Die Endteile 11, 12 haben ein freies Ende 111, 121, dort wo das Lampengefäß durch die keramische Dichtungsmasse 6 verschlossen ist. Der zentrale Teil 10 des Lampengefäßes 1 ist mittels Sinterung mit den Endteilen 11, 12 über keramische Scheiben 13 verbunden.
Der zweite Teil 22, 32 der Stromleiter ist vollständig in der keramischen Dichtungsmasse 6 innerhalb des Lampengefäßes 1 aufgenommen.
In 1 ist das Lampengefäß durch eine äußere Umhüllung 7 umhüllt, die gasdicht verschlossen und evakuiert ist oder mit einem inerten Gas gefüllt ist, um die aus Niobium bestehenden zweiten Teile 22, 32 der Stromleiter 2, 3 zu schützen. Die äußere Umhüllung 7 trägt einen Lampensockel 8. Bei einer anderen Ausführungsform kann die äußere Umhüllung 7 mit zwei Lampensockeln versehen sein, beispielsweise R7-Lampensockeln.
In 2 haben Teile, die denen von 1 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen. Der zweite Teil der Stromleiter 2, 3 in der in dieser Figur dargestellten Lampe umfasst auch hauptsächlich ein aus Wolframsilicid, Molybdänaluminid, Molybdänborid, Pentamolybdäntrisilicid und Kombinationen aus zumindest zwei dieser Materialien gewähltes Material und besteht in dieser Figur ebenso wie der erste Teil hauptsächlich aus Molybdänaluminid. Die Stromleiter 2, 3 bilden somit je einen einzigen integralen Körper.
Das Lampengefäß 1 ist an einem Lampensockel 8 befestigt. Um den Stromleiter 3 herum, der am Ende des Lampengefäßes 1 vom Lampensockel 3 entfernt austritt, weist die Lampe eine keramische Kappe 9 auf, die mit Kitt 12 festgesetzt ist. Ein in einer keramischen Röhre 110 aufgenommener Leiter 10 ist mit dem Stromleiter 3 verbunden. Wegen der Röhre 110 und der Kappe 9 ist die Lampe berührungssicher. Die Lampe kann wegen der Sauerstoffbeständigkeit der Stromleiter 2, 3 in Luft betrieben werden.
Testlampen, wie in 1 beschrieben und dargestellt, wurden in verschiedenen Serien hergestellt, jedes Mal mit zwei gleichen Stromleitern. Die Lampen wurden betrieben und ihre Lampenspannung, Farbort und Wirkungsgrad wurden mit gleichartigen Bezugslampen gleicher Füllung und gleicher Leistung verglichen, die aber ein keramisches Material als halogenidbeständigen ersten Teil in jedem der zwei Stromleiter hatten.
Eine erste Serie von zwei Lampen von 150 W hatte einen ersten Teil der Stromleiter aus Wolframdisilicid. Nach 3000 Betriebsstunden hatten die Lampen noch immer die gleichen Eigenschaften wie die Bezugslampen.
Eine zweite Serie von zwei Lampen von 150 W hatte einen ersten Teil der Stromleiter aus Molybdänaluminid. Nach 3000 Betriebsstunden hatten die Lampen noch immer die gleichen Eigenschaften wie die Bezugslampen.
Eine dritte Serie von vier Lampen von 400 W hatte einen ersten Teil der Stromleiter aus Molybdänborid. Eine Wolframelektrode und ein Niobiumdraht waren durch Sinterung in einem Hohlraum in den Endflächen der ersten Abschnitte befestigt worden. Nach 1000 Betriebsstunden hatten die Lampen noch immer die gleichen Eigenschaften wie die Bezugslampen.
Die ausreichende elektrische Leitfähigkeit und die Halogenidbeständigkeit der verwendeten intermetallischen Verbindungen sind aus dem gleichen Verhalten der Testlampen und der Bezugslampen ersichtlich. Die Wärmeausdehnung der Verbindungen gab weder bei der Herstellung der Lampen noch während des Betriebs einen Anlass zu Undichtigkeit.

Claims

Elektrische Entladungslampe mit: einem lichtdurchlässigen Keramik-Lampengefäß (1); einem ersten und einem zweiten Stromleiter (2, 3), die in das Lampengefäß (1) eintreten und in dem Lampengefäß (1) je eine Elektrode (4, 5) tragen; einer keramischen Dichtungsmasse (6), die das Lampengefäß (1) um die Stromleiter (2, 3) herum gasdicht verschließt; einer ein Edelgas und Metallhalogenid enthaltenden ionisierbaren Füllung in dem Lampengefäß (1), wobei zumindest der erste Stromleiter (2) in dem Lampengefäß (1) einen ersten halogenidbeständigen Teil (21) und von der keramischen Dichtungsmasse (6) aus bis außerhalb des Lampengefäßes einen zweiten Teil (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (21) des ersten Stromleiters (2) zumindest im Wesentlichen ein aus Wolframsilicid, Molybdänaluminid, Molybdänborid, Pentamolybdäntrisilicid und Kombinationen aus zumindest zwei dieser Materialien gewähltes Material umfasst.
Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch der zweite Stromleiter (3) einen gleichartigen ersten Teil (31) und zweiten Teil (32) hat wie der erste Stromleiter (2).
Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lampengefäß (1) enge Endteile (11, 12) hat, in denen ein jeweiliger Stromleiter (2, 3) eingeschlossen ist, welche Endabschnitte (11, 12) dort, wo das Lampengefäß (1) durch die keramische Dichtungsmasse (6) verschlossen ist, ein freies Ende (111, 121) haben.
Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (22, 32) im Lampengefäß (1) vollständig in der keramischen Dichtungsmasse (6) eingeschlossen ist.
Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (22, 32) ebenfalls im Wesentlichen ein aus Wolframsilicid, Molybdänaluminid, Molybdänborid, Pentamolybdäntrisilicid und Kombinationen aus zumindest zwei dieser Materialien gewähltes Material umfasst.
Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleiter (2, 3) ein einziger integraler Körper ist.
Elektrische Entladungslampe nach einem der vorherigen Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Molybdänaluminid gewählt worden ist.
Elektrische Entladungslampe nach einem der vorherigen Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Wolframsilicid gewählt worden ist.
Elektrische Entladungslampe nach einem der vorherigen Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Pentamolybdäntrisilicid gewählt worden ist.
Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Pentawolframtrisilicid (W₅Si₃) gewählt worden ist.