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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.
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Eine
derartige elektrische Lampe ist aus EP-A-0 587 238 bekannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Lampengefäß kann aus
mono- oder polykristallinem Material bestehen, wie z.B. Aluminiumoxid
oder Saphir.
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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.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Seitenansicht, speziell in einem Querschnitt;
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2 eine
zweite Ausführungsform
in einer Seitenansicht, teilweise in einem Querschnitt und teilweise
herausgebrochen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
zweite Teil 22, 32 der Stromleiter ist vollständig in
der keramischen Dichtungsmasse 6 innerhalb des Lampengefäßes 1 aufgenommen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.