EP0335202A2 - Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Hochdrucknatriumdampflampe - Google Patents

Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Hochdrucknatriumdampflampe Download PDF

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EP0335202A2
EP0335202A2 EP89104825A EP89104825A EP0335202A2 EP 0335202 A2 EP0335202 A2 EP 0335202A2 EP 89104825 A EP89104825 A EP 89104825A EP 89104825 A EP89104825 A EP 89104825A EP 0335202 A2 EP0335202 A2 EP 0335202A2
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EP
European Patent Office
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ceramic
discharge vessel
discharge
electrode
metal additive
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EP89104825A
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EP0335202A3 (de
EP0335202B1 (de
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Dénes Dr. Dipl.-Ing. Vida
Péter Dipl.-Ing. Ferenci
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Tungsram Rt
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Tungsram Rt
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors
    • H01J61/361—Seals between parts of vessel
    • H01J61/363—End-disc seals or plug seals

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure discharge lamp, in particular sodium lamp, which has a tubular ceramic discharge vessel, in the interior of which there are electrodes and a filling which maintains the discharge and contains an ionizable noble gas and a metal additive, and with a tubular ceramic discharge vessel on both sides, if appropriate integrated way, final ceramic closure element, which contains at least one bore, is formed.
  • the surface of the ceramic closure element facing the discharge space is provided with an uneven surface.
  • Discharge lamps are also known in which an ignition electrode is installed in the vicinity of the main electrode.
  • the metallic additional components which are deposited between the two electrodes hinder the ignition-promoting function of the ignition electrode. (To promote the ignition process on the part of the ignition electrode, it is necessary that the main electrode is electrically insulated from the adjacent ignition electrode)
  • the glass enamel used for soldering and the surface of the ceramic end element can become electrically conductive.
  • the focal spot of the resulting discharge arc does not form on the tip of the electrode, but on the sealing lacquer that has become conductive or on the surface of the ceramic closure element. This effect leads to the ceramic substance of the discharge vessel becoming damaged after a short time.
  • Discharge lamps are also known in which the contact between the electrically conductive metallic additional components, e.g. the sodium amalgam, and the electrodes are prevented by a special sealing element.
  • the electrically conductive metallic additional components e.g. the sodium amalgam
  • GB-A 1 465 212 Another example of such a high-pressure discharge lamp is known from GB-A 1 465 212, according to which an annular gap is formed in the closing element of the discharge tube as a storage space for the amalgam.
  • the dimensions of the gap are not determined in the description, and since the power supply, which is designed as a niobium tube, is surrounded by a gap and the temperature of which is low enough due to the thermal conductivity of the niobium tube, the metallic additional components can also be deposited there. With this construction, it cannot be avoided with desired reliability that the amalgam comes into contact with the electrode or with the feed line forming a unit.
  • a ceramic closure element is known from HU-B 181 872, which has a bag-shaped storage space for accommodating the metallic additional component.
  • the aim was that the coldest point of the discharge lamp is in the closure element (and not between the closure element and the wall of the discharge vessel) and that the metal additive is largely shielded from the discharge space.
  • DE-A1 -24 05 335 discloses such a high-pressure discharge lamp, more precisely a high-pressure sodium vapor lamp, in which the conductive metal additive, the sodium amalgam, is shielded from the electrode by an additional ceramic separating element in order to operate to prevent any flickering.
  • the structure of the end element very complicated. It has been shown that the complete shielding of the electrode against the metallic additional components is superfluous, as can be found in EP-B-74 188.
  • the formation of a ceramic shoulder around the niobium tube recommended. The height of the shoulder is determined by the fact that it should not shield the amalgam from the electrode, but the smallest possible width ensures that the electrode body has sufficient heat capacity so that the amalgam does not deposit on it.
  • the closing element of the discharge tube is formed such that an annular channel for receiving the amalgam is formed between the element and the wall of the discharge tube.
  • the greatest depth of the channel can be equal to the inside diameter of the discharge tube.
  • the aim of the present invention is to avoid the above-mentioned problems also with high-pressure discharge lamps of low power or high end temperature, e.g. in high-pressure discharge lamps improved color rendering, in particular in the case of sodium vapor lamps, and to achieve that not only when the lamps are operated for a short time, but also after a long period of operation, there is no electrical connection between the electrode and the conductive additional element.
  • a ceramic closure element in which the discharge space delimiting, i.e. the surface closing the interior of the discharge vessel is divided into surface elements of different height levels.
  • This structure is determined by the fact that the distance between the surface of the conductive metal additive and the electrode or the power supply unit which forms a unit therewith, which is determined as the length of a path measured on the surface of the terminating element, ensures insulation even during prolonged operation .
  • the conduction path must be long enough to prevent electrical contact between the conductive metal additive and the electrode throughout the life of the lamp.
  • the role of the length of the route was not recognized.
  • the solutions that dealt with dimensions indicated the depth, perhaps also the width of hollows or the width of a shoulder.
  • the surface of the ceramic terminating element was designed in such a way that the length of the path traveled from the metal additive, in particular sodium amalgam, to the power supply or electrode did not reach the size of 4 mm. It was feared that the electrode tip and the metal additive would differ too much remove. As an important parameter, the latter distance was already determined in GB-A 502 321 in such a way that it advantageously makes up about 2 mm.
  • the additional metal from the discharge space is not deposited near the power supply and even after prolonged operation there is no electrical connection between the conductive metal additive and the electrode or the power supply forming a unit with the electrode. Apart from extreme cases, the corresponding concentration of the metal additive is maintained without additional means for heat reflection in the discharge space.
  • the high-pressure discharge lamp according to the invention in particular high-pressure sodium vapor lamp, has a tubular ceramic discharge vessel, in the interior of which electrodes, a filling consisting of ionizable noble gas and a metal additive, in particular sodium amalgam, and one the ends of the discharge vessel, optionally in an integrated manner, final, at least one bore-containing ceramic closure element, which has parts of different height levels in the direction of the discharge space, but also a space formed in this closure element or between the connection element and the tubular wall of the discharge vessel, the so-called cold chamber, which is used to hold the metal additive, in particular Sodium amalgams is provided.
  • the essence of the proposed solution is in particular that the Distance between the surface of the conductive metal additive and the electrode, or the power supply unit forming a unit with the latter, measured along the surface of the ceramic terminating element, is greater than 4 mm. In other words, the conduction path is more than 4 mm.
  • An advantageous embodiment of the ceramic closure element consists in the use of two troughs and an outstanding rib arranged between the troughs, the rib determining the so-called cold chamber with the wall of the discharge vessel.
  • the length of the route i.e. the distance of the conductive metal additive from the power supply, measured on the surface of the rib and the base of the inner trough, exceeds 4 mm, the trough in the vicinity of the central axis of the discharge vessel being referred to as the inner trough.
  • the storage space in the ceramic end element that forms the cold chamber is narrower than 2 mm, and if, in the case of discharge lamps of low power, the distance between the end of the electrode directed towards discharge and the storage space of the metal additive, in particular the sodium amalgam, is less than its triple distance from the wall of the discharge vessel is, in particular less than 5 mm.
  • the outer trough advantageously forms the cold chamber.
  • the invention is used to improve high-pressure discharge lamps, in particular high-pressure sodium vapor lamps, a tubular ceramic discharge vessel 1 being arranged in a translucent outer bulb 8 (FIG. 1) and being connected to current leads 2 made of niobium.
  • the power supply lines 2 of the ceramic discharge vessel 1 of the sodium vapor lamp shown in FIG. 1, which can be switched to a power source by a threaded base 11 or in another known manner, are coupled by support wires 3 to support elements 4, 5, which fix the ceramic discharge vessel in the outer bulb 8, whereby the discharge vessel 1 is fastened to an inner recess 7 of the outer bulb 8 with the aid of an elastic clip 6.
  • the electric current flows to the discharge vessel 1 through the current leads 2 made of niobium, which, with the threaded part of the threaded base 11 and one located in the lower part of the threaded base 11, by means of the latter an insulation 12 electrically separated electrical contact 13 via a frame 10, power supply lines 9, the support elements 4, 5 and the support wires 3 are connected.
  • the base structure is known per se and the lamp construction also requires no further detailed explanation.
  • the innovation in the lamp construction according to the invention consists in a novel design of the end part of the tubular ceramic discharge vessel 1, various advantageous embodiments of this end part being applicable, some of which can be seen as an example from FIGS. 2 to 6.
  • the tubular discharge vessel 1 is provided with a ceramic end element 15 on at least one side, e.g. closed with a ceramic stopper, the broken surface delimiting the interior of the discharge vessel 1.
  • This division is carried out, for example, according to FIG. 2, a projecting rib 14 dividing the inner surface of the closure element 15 into an inner and an outer space. Therefore, the separation of a metal additive 16, in the given case the sodium amalgam from the power supply 2 is ensured.
  • An inner trough 21 is advantageously formed in the central region of the closure element 15 and an outer trough 22 in the wall of the discharge vessel 1, i.e. 14 depressions are formed on both sides of the rib, one of which is provided for receiving the metal additive, for determining the cold chamber.
  • the conduction path 17 leads from the surface of the metal additive 16, which is located next to the wall of the ceramic discharge vessel 1 in the outer trough 22, via the metal additive-free one (Amalgam-free) surface of the rib 14 and the lower surface of the inner trough 21 up to the power supply 2.
  • the power supply 2 is connected to an electrode 19 projecting into the interior of the discharge vessel.
  • the wall of the discharge vessel 1 and the ceramic closure element 15 can be formed as an integrated component or the sealing of the discharge vessel is to be ensured by means of a glass enamel 18.
  • the level of the outer trough 22 is advantageously from the interior of the discharge vessel 1, i.e. seen in the direction of the longitudinal axis of the electrode 19, lower than the lower level of the inner trough 21.
  • the protruding middle rib 14 which plays an important role in determining the conduction path, can be designed with a cross section according to the given conditions. Some options can be seen in Figures 2 to 6.
  • That embodiment of the solution according to the invention can be of greater importance, in which the distance of the tip of the electrode 19 from the surface of the metal additive 16 present in the ceramic end element 15 connected to the electrode 19 in the cold chamber is at most three times the Distance of the electrode 19 from the ceramic wall of the discharge vessel 1 is.
  • the first distance is advantageously not greater than 5 mm.
  • the cold chamber which advantageously has a width of less than 2 mm, can be determined by the ceramic wall of the discharge vessel 1 and the protruding rib 14.
  • the rib 14 and the wall of the ceramic discharge vessel 1 can be made from one sintered ceramic body are formed, wherein the outer recess 22 receiving the metal additive is present in the body.
  • the length of route 17 was also drawn here. In this case, the electrically conductive metal additive does not come into contact with the glass enamel (18).
  • FIG. 4 shows a ceramic tube with a fully integrated termination, the electrode being inserted from the interior of the discharge vessel 1.
  • a closure element 15 can be seen, which is designed to accommodate larger amounts of amalgam.
  • the required amalgam temperature is determined by an external means 20 for heat shielding, e.g. secured by a niobium plate.
  • the inner diameter of the ceramic discharge tube is 3.3 mm, its length 58 mm.
  • the ceramic closure element 15 of the discharge vessel 1 was designed according to FIG. 2.
  • the length of the line path 17 is 4.4 mm.
  • the high-pressure sodium lamp designed in this way was manufactured, ignited and operated in the usual way. Even after several thousand hours of operation, no harmful line developed between the electrode 19 and the amalgam 16.
  • the glow phase has been shortened to a third compared to the designs without the rib 14. This property was retained even during continuous operation. Shortening the glow phase and reducing the current asymmetry also reduced the asymmetrical loading of the electrodes.
  • the inside diameter of the ceramic discharge tube is 8 mm, its length 75 mm.
  • the ceramic closure element 15 of the discharge vessel 15 was also manufactured according to FIG. 2.
  • the length of the line path 17 is 6.1 mm.
  • the main advantage of the high-pressure discharge lamp, in which the termination element designed according to the invention is used, is that, even after continuous operation, the insulation between that part of the filling, which consists of the electrically conductive metal or such a metal alloy, for example sodium amalgam, and the electrically conductive electrode is ensured. As a result, the life of the lamp is increased without having to use a very complicated terminating element for closing the discharge vessel.

Abstract

Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Hochdruck-Natriumdampflampe, mit einem rohrförmigen Keramik-Entladungsgefäß (1), in dessen Innerraum sich Elektroden (19) und eine aus einem ionisierbaren Edelgas und einem metallischen Zusatz (16) bestehende Füllung befinden, und welche ein die Enden des Keramik-Entladungsgefäßes, gegebenenfalls auf integrierte Weise, abschließendes keramisches Abschlußelement (15) aufweist, das mit wenigstens einer Bohrung versehen ist und dessen Stirnflächenebene, vom Entladungsraum aus gesehen, Teile unterschiedlichen Höhenniveaus aufweist, wobei im Abschlußelement (15) oder zwischen dem keramischen Ahschlußelement (15) und der Wandung des Entladungsgefäßes (1) eine Kältekammer für den Metallzusatz (16), insbesondere Natrium-Amalgam, gebildet ist. Das das rohrförmige Entladungsgefäß (1) abschließende keramische Abschlußelement (15) ist so geformt, daß der Abstand zwischen dem Metallzusatz (16) und der Elektrode (19) bzw. der mit ihr eine Einheit bildenden Stromzuführung (2), gemessen als die Länge eines Leitungsweges (17) entlang der Oberfläche des keramischen Abschlußelementes (15), größer als 4 mm ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Natriumlampe, welche mit einem rohrförmigen keramischen Entladungsgefäß, in dessen Innerem sich Elektroden und eine ein ionisierbares Edelgas und einen Metallzusatz enthaltende, die Entladung aufrechterhaltende Füllung befinden, sowie mit einem das rohrförmige keramische Entladungsgefäß beidseitig, gegebenenfalls auf integrierte Weise, abschließenden keramischen Abschlußelement, das wenigstens eine Bohrung enthält, ausgebildet ist. Die zum Entladungsraum zeigende Fläche des keramischen Abschlußelementes ist mit unebener Oberfläche versehen.
  • Es sind Lichtquellen symmetrischen und asymmetrischen Aufbaus mit einem keramischen Entladungsgefäß, also Gasentladungslampen, bekannt. Die Erfahrung zeigt, daß egal welcher Aufbaugruppe die Lichtquellen angehören, nach deren Zündung die Übergangskomponente des Stroms, d.h. die Länge des Übergangs vom Glimmbogenzustand zum normalen Betriebs­entladungszustand, asymmetrisch wird. Die Hauptursache für diesen Effekt ist in der Wirkung der sich neben den Elektroden aus dem Entladungsraum niederschlagenden und mit den Elektroden bzw. mit den damit eine Einheit bildenden Speiseleitungen in elektrischen Kontakt kommenden metallischen Zusatzkomponenten der Füllung, bei Hochdruck-­Natriumdampflampen dem Natrium-Amalgam, zu suchen. Die metallischen Zusatzkomponenten vergrößern die Oberfläche der einen Elektrode, dadurch wird die Dauer der Glimmbogenphase, d.h. die der Zündphase vergrößert. Dieser Prozeß läuft so ab, daß sich neben einer der Elektroden kein Metallzusatz oder eine nur vernachlässigbar kleine Menge der metallischen Zusatzkomponenten, z.B. des Natrium-Amalgams, befindet; so geht hier die Entladung in kürzerer Zeit in die Bogenphase über als bei der anderen Elektrode, die mit einer größeren Menge bzw. mit einer größeren Fläche von metallischen Zusatzkomponenten, insbesondere des Natrium- Amalgams, in Berührung kommt. Demzufolge werden die Elektroden asymmetrisch belastet.
  • Es sind auch Entladungslampen bekannt, in denen eine Zündelektrode in der Nähe der Hauptelektrode eingebaut ist. In diesem Fall behindern die sich zwischen den beiden Elektroden niederschlagenden metallischen Zusatzkomponenten die die Zündung fördende Funktion der Zündelektrode. (Für die Förderung des Zündprozesses seitens der Zündelektrode ist es erforderlich, daß die Hauptelektrode von der danebenliegenden Zündelektrode elektrisch isoliert ist)
  • Nach kürzerem oder längerem Betrieb der Lichtquelle, d.h. der Entladungslampe, können die zum Einlöten verwendete Glasemaille sowie die Oberfläche des keramischen Abschlußelementes elektrisch leitfähig werden. In diesem Fall kann es vorkommen, daß sich der Brennfleck des entstehenden Entladungsbogens nicht auf der Spitze der Elektrode, sondern auf dem leitfähig gewordenen Dichtungslack oder der Oberfläche des keramischen Abschlußelementes ausbildet. Dieser Effekt führt nach kurzer Zeit zum Schadhaftwerden des keramischen Stoffes des Entladungsgefäßes.
  • Es sind auch Entladungslampen bekannt, bei denen der Kontakt zwischen den elektrisch leitfähigen metallischen Zusatzkomponenten, z.B. dem Natrium-Amalgam, und den Elektroden durch ein spezielles Abschlußelement verhindert wird.
  • Diese Lösungen sind entweder umständlich und demzufolge schwer reproduzierbar, oder es werden zusätzliche Mittel für die Wärmereflektion, z.B. ein Niob oder Tantal-Ring benötigt,weil der Abstand zwischen der Elektrode und den metallischen Zusatzkomponenten, z.B. dem Natrium-Amalgam zu groß ist, um die Temperatur des Metallzusatzes einzustellen, oder aber es kann nicht garantiert werden, daß sich die elektrisch leitfähigen Zusatzkomponenten nur in dem für ihn bestimmten Speicherraum, in der sogenannten Kältekammer, niederschlagen, d.h. daß sich die Kältekammer immer in einem ständigen kältesten Punkt des Entladungsgefäßes befindet.
  • Ein weiteres Beispiel einer solchen Hochdruk-Entladungslampe ist aus der GB-A 1 465 212 bekannt, wonach im Abschlußelement des Entladungsrohres als Speicherraum für das Amalgam ein ringförmiger Spalt ausgebildet ist. Die Abmessungen des Spaltes sind in der Beschreibung nicht bestimmt, und da auch die Stromzuführung, welche als Niobrohr ausgestaltet ist, von einen Spalt umgeben ist und deren Temperatur wegen der Wärmeleitfähigkeit des Niobrohrs niedrig genug ist, können sich die metallischen Zusatzkomponenten auch dort niederschlagen. Mit dieser Kontruktion kann es nicht mit erwünschter Zuverlässigkeit vermieden werden, daß das Amalgam mit der Elektrode bzw. mit der mit dieser eine Einheit bildenden Speiseleitung in Berührung kommt.
  • Weiterhin ist aus der HU-B 181 872 ein keramisches Abschlußelement bekannt, das über einen beutelförmigen Speicherraum zur Aufnahme der metallischen Zustazkomponente verfügt. Dabei war die Zielstellung, daß der kälteste Punkt der Entladungslampe sich im Abschlußelement (und nicht zwischen dem Abschlußelement und der Wandung des Entladungsgefäßes) befindet und der Metallzusatz zum größten Teil vom Entladungsraum abgeschirmt wird.
  • Aus der DE-A1 -24 05 335 ist eine solche Hochdruck-­Entladungslampe, genauer gosagt eine Hochdruk-­Natriumdampflampe bekannt, bei der der leitfähige Metallzusatz, das Natrium-Amalgam, von der Elektrode durch ein zusätzliches keramisches Trennelement abgeschirmt wird, um während des Betriebes ein eventuelles Flimmern zu verhindern. Damit wird der Aufbau des Abschlußelementes sehr kompliziert. Es hat sich erwiesen, daß das vollkommene Abschirmen der Elektrode gegen die metallischen Zusatzkomponenten überflüssig ist, wie es in der EP-B-74 188 nachzulesen ist. In oben genannter Patentschrift wird das Ausbilden einer Keramikschulter rings der Niobrohrs empfohlen. Die Höhe der Schulter wird dadurch bestimmt, daß jene das Amalgam nicht von der Elektrode abschirmen darf, jedoch mit der kleinstmöglichen Breite eine ausreichende Wärmekapazität des Elektrodenkörpers gewährleistet wird, daß sich das Amalgam auf ihm nicht niederschlägt. Als Beispiel für die Breite werden Werte von 0,2 bis 0,5 mm, für die Höhe 1,5 mm angegeben. Nachteilig bei dieser Lösung wirkt sich aus, daß bei größerer Schulterhöhe zum Sicherstellen der entsprechenden Temperatur des Amalgams ein Wärmespieglungsmittel benötigt wird, eine kleinere Schulterhöhe jedoch nach längerem Betrieb der Lampe die Leitfähigkeit zwischen dem Amalgam und der Elektrode oder der leitfähigen Elektrodenhalterung nicht verhindert.
  • Ähnliche Probleme wirft auch die Lösung nach der Beschreibung der EP-A-188 229 auf. Hier wird das Abschlußelement des Entladungsrohres so ausgebildet, daß ein ringförmiger Kanal zur Aufnahme des Amalgams zwischen dem Element und der Wandung des Entladungsrohres entsteht. Die größte Tiefe des Kanals kann mit dem Innendurchmesser des Entladungsrohrs gleich sein. Bei dieser Konstruktion wurde ebenfalls nicht darauf geachtet, daß die während des Betriebes auf ihrer Oberfläche leitfähig werdende Keramik bei der vorgeschlagenen Kanaltiefe zwischen der Elektrode und dem Amalgam einen Kurzschluß-Stromweg verursachen kann.
  • Bei der Prüfung der bekannten Lösungen konnte festgestellt werden, daß bei der Fertigung einer optimal aufgebauten Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere einer Hochdruck-­Natriumdampflampe, einerseits die Sicherstellung der Endtemperatur des Entladungsgefäßes, anderseits die Vermeidung der auf der Oberfläche zustandekommenden Leitung zwischen der Elektrode und dem im Speicherraum angesammelten Metallzusatz, vorzugsweise Natrium-Amalgam, auch während eines längeren Betriebes die Hauptaufgaben darstellen. Nach längerem Betrieb tritt dieser Effekt als Ergebnis eines Prozesses auf, der während des Brennens der Entladungslampe bekannten Aufbaus abläuft und proportional zum Absenken der Menge der leitfähigen metallischen Zusatzkomponenten, insbesondere des Natriums, eine immer größere Gefahr bildet.
  • Das Ziel vorliegender Erfindung ist es, die obenerwähnten Probleme auch bei Hochdruck-Entladungslampen niedriger Leistung bzw. hoher Endtemperatur zu umgehen, z.B. bei Hochdruck-Entladungslampen verbesserter Farbenwiedergabe, insbesondere bei den Natriumdampflampen,und zu erreichen ,daß nicht nur bei kurzem Betrieb der Lampen, sondern auch nach längerem Betrieb keine elektrische Verbindung zwischen der Elektrode und dem leitfähigen Zusatzelement entsteht.
  • Bei der Erarbeitung vorliegender Erfindung wurde erkannt, daß zum Erreichen des oben dargestellten Ziels ein keramisches Abschlußelement benötigt wird, bei dem die den Entladungsraum abgrenzende, d.h. den Innenraum des Entladungsgefäßes abschließende Fläche in Oberflächenelemente verschiedener Höhenebenen gegliedert ist. Diese Gliederung wird dadurch bestimmt, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des leitfähigen Metallzusatzes und der Elektrode bzw. der mit dieser eine Einheit bildenden Stromzuführung, welche als die Länge eines auf der Oberfläche des Abschlußelementes gemessenen Wegs bestimmt wird, auch bei längerem Betrieb eine Isolierung sicherstellt. Mit anderen Worten muß der Leitungsweg groß genug sein, daß während der gesamten Lebensdauer der Lampe der elektrische Kontakt zwischen dem leitfähigen Metallzusatz und der Elektrode verhindert bleibt.
  • Bei den früher publizierten Lösungen war die Rolle der Länge des Leitungsweges nicht erkannt worden. Die Lösungen, die sich mit Abmessungen auseinandersetzten, gaben die Tiefe, vielleicht auch die Breite von Aushöhlungen bzw. die Breite einer Schulter an. Im allgemeinen war die Oberfläche des keramischen Abschlußelementes so ausgestaltet, daß die Länge des vom Metallzusatz, insbesondere Natrium-Amalgam, bis zur Stromzuführung bzw. Elektrode zurückgelegten Wegs die Größe von 4 mm nicht erreichte. Es wurde befürchtet, daß sich die Elektrodenspitze und der Metallzusatz zu sehr voneinander entfernen. Als wichtiger Parameter wurde der letztere Abstand schon in der Patentschrift GB-A 502 321 so bestimmt, daß er vorteilhaft etwa 2 mm ausmacht.
  • Es konnte jedoch mittels Versuchen festgestellt werden, daß beim Herausbilden der Stirnfläche des keramischen Abschlußelementes auch die Länge des Leitungsweges zu berücksichtigen ist, die länger als 4 mm sein muß.
  • Wenn bei der Gestaltung der Stirnfläche des Abschlußelementes die vorher angegebene Länge des Leitungsweges berücksichtigt wird, schlägt sich das Zusatzmetall aus dem Entladungsraum nicht in der Nähe der Stromzuführung nieder und es entsteht selbst nach längerem Betrieb keine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Metallzusatz und der Elektrode bzw. der mit der Elektrode eine Einheit bildenden Stromzuführung. Abgesehen von extremen Fällen bleibt die entsprechende Konzentration des Metallzusatzes ohne zusätzliches Mittel für die Wärmespieglung im Entladungsraum aufrechterhalten.
  • Aufgrund oben angeführter Ergebnisse wurde eine Hochdruck-­Entladungslampe, insbesondere Hochdruck-Natriumdampflampe verbesserter Konstruktion entwickelt. Die erfindungsgemaße Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Hochdruck-­Natriumdampflampe, verfügt über ein rohrförmiges Keramik-­Entladungsgefäß, in dessen Innerem sich Elektroden, eine aus ionisierbarem Edelgas und einem Metallzusatz, insbesondere Natriumamalgam bestehende Füllung, und ein die Enden des Entladungsgefäßes, gegebenenfalls auf integrierte Weise, abschließendes, zumindest eine Bohrung enthaltendes keramisches Abschlußelement, welches in Richtung zu dem Entladungsraum Teile verschiedener Höhenebenen aufweist, sowie aber einen in diesem Abschlußelement oder zwischen dem Ahschlußelement und der rohrförmigen Wandung des Entladungsgefäßes ausgebildeten Raum, der sogenannten Kältekammer, welche zur Aufnahme des Metallzusatzes, insbesondere Natrium-Amalgams vorgesehen ist. Das Wesen der vorgeschlagenen Lösung besteht insbesondere darin, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des leitfähigen Metallzusatzes und der Elektrode, bzw. der mit der letzteren eine Einheit bildenden Stromzuführung, gemessen entlang der Oberfläche des keramischen Abschlußelementes, größer als 4 mm ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, beträgt der Leitungsweg mehr als 4 mm.
  • Eine vorteilhafte Ausbildung des keramischen Abschlußelementes besteht in der Verwendung von zwei Mulden und einer zwischen den Mulden angeordneten herausragenden Rippe, wobei die Rippe mit der Wandung des Entladungsgefäßes die sogenannte Kältekammer bestimmt. Die Länge des Leitungsweges, d.h. der Abstand des leitfähigen Metallzusatzes von der Stromzuführung, gemessen an der Oberfläche der Rippe und der Grundfläche der inneren Mulde, überschreitet 4 mm, wobei die Mulde in der Nähe der zentralen Achse des Entladungsgefäßes als innere Mulde bezeichnet wird.
  • Eine weitere günstige Weiterbildung liegt vor, wenn an den beiden Seiten der Rippe die Grundflächen der Mulden unterschiedliches Niveau aufweisen und zwar so, daß die Grundfläche der näher an der Wandung des Entladungsgefäßes liegenden Mulde, vom Entladungsraum gesehen, tiefer liegt.
  • Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn der im keramischen Abschlußelement befindliche, die Kältekammer bildende Speicherraum schmäler als 2 mm ist, sowie wenn bei Entladungslampen kleiner Leistung der Abstand des zur Entladung gerichteten Endes der Elektrode vom Speicherraum des Metallzusatzes, insbesondere des Natrium-Amalgams, kleiner als sein dreifacher Abstand von der Wandung des Entladungsgefäßes ist, insbesondere kleiner als 5 mm. Die äußere Mulde bildet vorteilhaft die Kältekammer.
  • Die Erfindung wird nachstehend mit Hinweis auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben, wobei die Zeichnung der Illustration der Erfindung dient und die tatsächlichen Proportionen nicht immer wahrheitsgetreu wiedergibt. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Hochdruck-­Natriumdampflampe,
    • Fig. 2 den Querschnitt eines keramischen Abschlußelementes des Entladungsgefäßes der Natriumdampflampe nach Figur 1,
    • Fig. 3 die Ausbildung des Endes eines teilweise integriert abgeschlossenen Entladungsgefäßes im Querschnitt,
    • Fig. 4 den Querschnitt der Ausbildung eines integriert abgeschlossenen Entladungsgefäßes,
    • Fig. 5 ein Mittel zur Abschirmung des Endes eines Entladungsgefäßes im Querschnitt, welche bei einem in Fig. 2 gezeigten oder dazu ähnlichen keramischen Abschlußelement verwendet wird, und
    • Fig. 6 den Abschluß eines in Richtung seines Endes sich verjüngenden keramischen Entladungsgefäßes.
  • Die Erfindung wird zur Verbesserung von Hochdruck-­Entladungslampen, insbesondere von Hochdruck-­Natriumdampflampen verwendet, wobei ein rohrförmiges keramisches Entladungsgefäß 1 in einem lichtdurchlässigen äußeren Kolben 8 angeordnet (Fig. 1) und mit aus Niob bestehenden Stromzuführungen 2 verbunden ist. Die Stromzuführungen 2 des keramischen Entladungsgefäßes 1 der in Fig. 1 gezeigten, durch einen Gewindesockel 11 oder auf andere bekannte Weise an eine Stromquelle schaltbaren Natriumdampflampe sind durch Tragdrähte 3 mit Stützelementen 4, 5 gekoppelt, welche das keramische Entladungsgefäß im äußeren Kolben 8 fixieren, wobei die Befestigung des Entladungsgefäßes 1 an einer inneren Vertiefung 7 des äußeren Kolbens 8 mit Hilfe einer elastischen Klammer 6 erfolgt.
  • Der elektrische Strom fließt zum Entladungsgefäß 1 durch die aus Niob bestehenden Stromzuführungen 2, welche mit dem Gewindeteil des Gewindesockels 11 und einem im Unterteil des Gewindesockels 11 befindlichen, von dem letzteren mittels einer Isolierung 12 elektrisch getrennten elektrischen Kontakt 13 über ein Gestell 10, Stromzuführungen 9, die Stützelemente 4, 5 und die Tragedrähte 3 verbunden sind. Der Sockelaufbau ist an sich bekannt und die Lampenkonstruktion bedarf auch keiner weiteren ausführlichen Erläuterungen.
  • Die Neuerung bei der erfindungsgemäßen Lampenkonstruktion besteht in einer neuartigen Ausbildung des Abschlußteils des rohrförmigen keramischen Entladungsgefäßes 1, wobei verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen dieses Abschlußteiles anwendbar sind, unter welchen einige als Beispiel aus den Figuren 2 zu 6 ersichtlich sind.
  • Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist der Figur 2 entnehmbar. Das rohrförmige Entladungsgefäß 1 ist von zumindest einer Seite mit einem keramischen Abschlußelement 15 aufgegliederter Oberfläche, z.B. einem keramischen Stöpsel verschlossen, wobei die aufgegliederte Oberfläche den Innenraum des Entladungsgefäßes 1 abgrenzt. Diese Aufgliederung erfolgt zum Beispiel nach der Figur 2, wobei eine herausragenden Rippe 14 die innere Oberfläche des Abschlußelementes 15 in einen inneren und einen äußeren Raum unterteilt. Daher wird die Abtrennung eines Metallzusatzes 16, im gegebenen Falle des Natrium-Amalgams von der Stromzuführung 2 gewährleistet. Vorteilhaft wird eine innere Mulde 21 im Mittelbereich des Abschlußelementes 15 und eine äußere Mulde 22 bei der Wandung des Entladungsgefäßes 1 ausgebildet, d.h. entstehen beidseitig der Rippe 14 Vertiefungen, von denen eine zur Aufnahme des Metallzusatzes, zur Bestimmung der Kältekammer vorgesehen ist.
  • Auf der inneren Oberfläche des keramischen Abschlußelementes 15 wird ein zumindest 4 mm langer Leitungsweg 17, mit strichpunktierter Linie gekennzeichnet, als ein auf der Oberfläche zurückgelegter Weg bestimmt. Der Leitungsweg 17 führt von der Oberfläche des Metallzusatzes 16, der sich neben der Wandung des keramischen Entladungsgefäßes 1 in der äußeren Mulde 22 befindet, über die metallzusatzfreie (amalgamfreie) Oberfläche der Rippe 14 und die untere Oberfläche der inneren Mulde 21 bis zur Stromzuführung 2 . Die Stromzuführung 2 ist mit einer in den Innenraum des Entladungsgefäßes hineinragenden Elektrode 19 verbunden.
  • Die Wandung des Entladungsgefäßes 1 und das keramische Abschlußelement 15 können als ein integriertes Bauelement ausgebildet werden oder die Abdichtung des Entladungsgefäßes ist mittels eines Glasemailles 18 zu gewährleisten.
  • Das Niveau der äußeren Mulde 22 liegt vorteilhaft, vom Innenraum des Entladungsgefäßes 1, d.h. in Richtung der Längsachse der Elektrode 19 gesehen, tiefer als das untere Niveau ders inneren Mulde 21.
  • Die herausragende mittlere Rippe 14, welche bei der Bestimmung des Leitungsweges eine wichtige Rolle spielt, kann mit einem Querschnitt nach den gegebenen Bedingungen ausgestaltet werden. Einige Möglichkeiten können den Figuren 2 bis 6 entnommen werden.
  • Insbesondere bei den Hochdruck-Natriumdampflampen kann diejenige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung von größerer Wichtigkeit sein, bei welcher der Abstand der Spitze der Elektrode 19 von der Oberfläche des in dem mit der Elektrode 19 verbundenen keramischen Abschlußelement 15 in der Kältekammer vorhandenen Metallzusatzes 16 höchstens das Dreifache des Abstands der Elektrode 19 von der keramischen Wandung des Entladungsgefäßes 1 beträgt . Der erste Abstand ist vorteilhaft nicht größer als 5 mm.
  • Erfindungsgemäß kann die Kältekammer, welche vorteilhaft eine Breite unter 2 mm aufweist, durch die keramische Wandung des Entladungsgefäßes 1 und die herausragende Rippe 14 bestimmt werden.
  • Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Lösung können die Rippe 14 und die Wandung des keramischen Entladungsgefäßes 1 aus einem gesinterten keramischen Körper gebildet werden, wobei die den Metallzusatz aufnehmende äußere Mulde 22 im Körper vorhanden ist. Auch hier wurde die Länge des Leitungsweges 17 eingezeichnet. In diesem Fall kommt der elektrisch leitende Metallzusatz nicht mit der Glasemaille (18) in Berührung.
  • Fig. 4 zeigt ein Keramikrohr mit einem vollintegrierten Abschluß, wobei die Elektrode vom Innenraum des Entladungsgefäßes 1 her eingeführt wird.
  • In Fig. 5 ist ein Abschlußelement 15 zu sehen, welches zur Aufnahme von größeren Amalgammengen geeignet ausgebildet ist.
  • Die erforderliche Amalgamtemperatur wird durch ein äußeres Mittel 20 zur Wärmeabschirmung, Z.B. durch eine Niob-Platte, gesichert.
  • In Fig. 6 ist eine Abschlußlösung für ein zu den Enden verjüngtes keramisches Entladungsgefäß 1 dargestellt. Auch hier wurde die Länge des Leitungsweges 17 mit Hilfe einer gestrichelten Linie eingetragen.
  • Die oben gezeigten Ausführungsvarianten zeigen einige Möglichkeiten für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens, jedoch ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Der Schutzanspruch bezieht sich jedoch auf jede Lösung, die von den Patentansprüchen erfaßt wird.
  • Zwecks ausführlicher Beschreibung der Erfindung, aber ohne Beschränkung des Wesens der Erfindung, werden Beispiele der Verwirklichung der vorgeschlagenen Hochdruck-­Natriumdampflampen dargestellt:
    • 1. Hochdruck-Natriumdampflampe von 70 W Leistung.
  • Der Innendurchmesser des keramischen Entladungsrohres beträgt 3,3 mm, seine Länge 58 mm.
  • Das keramische Abschlußelement 15 des Entladungsgefäßes 1 wurde gemäß Fig. 2 ausgebildet. Die Länge des Leitungsweges 17 beträgt 4,4 mm.
  • Die so ausgestaltete Hochdruck-Natriumdampflampe wurde auf gewöhnliche Weise gefertigt, gezündet und betrieben. Selbst nach mehreren tausend Betriebsstunden entwickelte sich keine schädliche Leitung zwischen der Elektrode 19 und dem Amalgam 16.
  • Dies kann gut aufgrund der Asymmetrie der Übergangskomponente des Einschaltstroms beurteilt werden. In der Übergangskomponente der nach der Erfindung gefertigten Natriumdampflampe hat sich die Glimmphase auf ein Drittel gegenüber den Ausführungen ohne die Rippe 14 verkürzt. Diese Eigenschaft blieb auch während des Dauerbetriebes erhalten. Die Verkürzung der Glimmphase und das Verringern der Stromasymmetrie senkte auch die asymmetrische Belastung der Elektroden.
    • 2. Hochdruck-Natriumdampflampe von 250 W.
  • Der Innendurchmesser des Keramik-Entladungsrohres beträgt 8 mm, seine Länge 75 mm.
  • Das keramische Abschlußelement 15 des Entladungsgefäßes 15 wurde ebenfalls gemäß Fig. 2 gefertigt. Die Länge des Leitungsweges 17 beträgt 6,1 mm.
  • Hier verkürzte sich die Dauer der Glimmphase auf ein Viertel. Diese Lage veränderte sich auch nach einem Dauerbetrieb nicht, was beweist, daß sich keine schädliche Leitung entwickelt hat.
  • Der wesentliche Vorteil der Hochdruck-Entladungslampe, in welcher das nach der Erfindung ausgeführte Abschlußelement verwendet wird, besteht darin, daß auch nach einem Dauerbetrieb die Isolierung zwischen jenem Teil der Füllung, der aus dem elektrisch leitfähigen Metall bzw. einer solchen Metallegierung, z.B. aus Natrium-Amalgam, besteht und der elektrisch leitfähigen Elektrode sichergestellt ist. Demzufolge erhöht sich die Lebensdauer der Lampe, ohne daß für das Verschließen des Entladungsgefäßes ein sehr kompliziertes Abschlußelement zur Verwendung kommen muß.

Claims (6)

1. Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Hochdruck-­Natriumdampflampe, welche ein rohrförmiges keramisches Entladungsgefäß (1), in dessen Innerem sich Elektroden (19) und eine ein ionisierbares Edelgas und einen Metallzusatz (16) enthaltende Füllung befinden, sowie die Enden des keramischen Entladungsgefäßes (1), gegebenenfalls auf integrierte Weise, beidseitig abschließende keramische Abschlußelemente (15) aufweist, die wenigstens eine Bohrung enthalten, wobei im keramischen Abschlußelement (15) oder zwischen dem keramischen Abschlußelement und der Wandung des keramischen Entladungsgefäßes eine Kältekammer zur Aufnahme des Metallzusatzes (16), insbesondere Natrium-­Amalgams, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Innenraum des Entladungsgefäßes (1) abgrenzende Stirnfläche des keramischen Abschlußelementes (15) mit Oberflächenelementen unterschiedlichen Höhenniveaus so aufgegliedert ist, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des Metallzusatzes (16) und der Elektrode (19) bzw. der mit ihr eine Einheit bildenden Stromzuführung (2), gemeßen als die Länge eines Leitungsweges (17) an der Oberfläche des keramischen Abschlußelementes, größer als 4 mm ist.
2. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des keramischen Abschlußelementes (15) mit einer die Flache in eine innere Mulde (21) und eine den Metallzusatz aufnehmende äußere Mulde (22) unterteilenden herausragenden Rippe (14) versehen ist, wobei der Leitungsweg (17) durch die Oberfläche der Rippe (14) und die innere Grundfläche der inneren Mulde (21) bestimmt wird.
3. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,- daß die Grundfläche der äußeren Mulde (22), welche sich vom Innenraum des Entladungsgefäßes (1) aus betrachtet näher an der Wandung des Entladungsgefäßes ( 1 ) befindet, unterhalb der Grundfläche der inneren Mulde (21) liegt.
4. Hochdruck-Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Metallzusatz aufnehmende Kältekammer als ein Speicherraum mit einer Breite bis zu 2 mm ausgebildet ist.
5. Hochdruck-Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem aus dem Abschlußelement (15) in den Entladungsraum hineinragenden Ende der Elektrode (19) und dem in der Kältekammer, insbesondere in der äußeren Mulde (22), vorhandenen Metallzusatz(16) höchstens die dreifache Länge des Abstandes zwischen der Elektrode (19) und der Wandung des Entladungsgefäßes (1) beträgt.
6. Hochdruck-Entladungs lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem aus dem Abschlußelement (15) in den Entladungsraum hineinragenden Ende der Elektrode (19) und dem in der Kältekammer, insbesondere in der äußeren Mulde (22), vorhandenen Metallzusatz kürzer als 5 mm ist.
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