EP0759633A1 - Hochdruckentladungslampe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of patent claim 1.
- Such a high-pressure discharge lamp is disclosed, for example, in Japanese patent application JP 55-155457.
- This patent application describes a high-pressure discharge lamp with electrodes which have a metal rod projecting into the discharge space and a cylindrical sintered body containing lanthanum oxide, and an electrode filament.
- the sintered body is arranged at the free end of the metal rod and surrounded by the electrode coil.
- the electrode coil also encloses the end of the metallic electrode rod facing the sintered body.
- the sintered body is designed as an electron emitter. It contains no radioactive thorium oxide, but consists of lanthanum oxide, yttrium oxide and tungsten, whereby lanthanum oxide and yttrium oxide together have a weight fraction of 0.2-60% on the sintered body.
- the ratio of lanthanum oxide to yttrium oxide is 0.5-50 mole percent. It is disadvantageous that this electron emitter does not have sufficient thermal stability over the life of the lamp.
- a high-pressure discharge lamp with a non-radioactive electron emitter is also disclosed in published patent application EP 0 647 964.
- This electron emitter consists of a first metal oxide with a comparatively high electron work function, which is selected from the group of hafnium oxide and zirconium oxide, and a second metal oxide with a comparatively low electron work function, which is selected from the group of yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide and scandium oxide.
- This electron emitter has a relatively large number of components, is not sufficiently thermally stable over the life of the lamp and is not color-neutral in the discharge.
- the high-pressure discharge lamp according to the invention has electrodes which are equipped with a sintered body which acts as an electron emitter.
- the sintered body is surrounded by an electrode coil and, according to the invention, contains at least 90 percent by weight of lanthanum oxide. This gives the sintered body high thermal stability over the entire life of the lamp and does not cause any significant blackening of the discharge vessel.
- the lamp with this electron emitter has good ignitability.
- the sintered body consists exclusively of lanthanum oxide. This sintered body has a very high thermal stability and causes practically no blackening of the discharge vessel over the entire lamp life.
- the sintered body contains, in addition to the lanthanum oxide, a further electron emitter consisting of the two components barium oxide and tungsten oxide, which is produced from a eutectic mixture of barium carbonate and tungsten oxide.
- a further electron emitter consisting of the two components barium oxide and tungsten oxide, which is produced from a eutectic mixture of barium carbonate and tungsten oxide.
- the electron-emitting sintered body becomes comparatively higher during the ignition phase Temperature warmed up and thus the thermal electron emission improved.
- the discharge-side end of the electron coil advantageously protrudes beyond the sintered body and has a narrowed inside diameter that is smaller than the diameter of the sintered body, while the other end of the electrode coil surrounds the electrode rod end adjoining the sintered body. This measure on the one hand improves the fixation of the sintered body to the electrode rod and on the other hand further reduces the blackening of the discharge vessel by sputtering emitter material.
- FIG. 1 shows the structure of the discharge vessel of the high-pressure discharge lamps according to the two exemplary embodiments to be described in more detail.
- the discharge vessel 1 is essentially cylindrical, consists of quartz glass and has two gas-tightly closed ends 1a, 1b, in each of which an electrode system is melted in a known manner.
- the electrodes each have a power supply 2, which is connected via a molybdenum foil melt 3 to an electrode rod 4 consisting of a high-melting metal, such as molybdenum or tungsten.
- the electrode rods 4 end in the discharge space and are aligned axially in the discharge vessel 1.
- a sintered body 5 wrapped by an electrode coil 6 is fastened to the end of the electrode rods 4 on the discharge side.
- the electrode coil 6 is designed in two layers.
- the diameter of the electrode rod 4 is for a metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption of approximately 2000 W, corresponding to that to be described here two embodiments, approximately 1.0 mm.
- the diameter of the sintered body 5 is only slightly smaller.
- the electrode coil 6 is pushed onto the end of the electrode rod 4 on the discharge side. It tightly surrounds the sintered body 5 and the end of the electrode rod 4 on the discharge side and also projects beyond the end of the sintered body 5 on the discharge side.
- the inside diameter of the electrode coil 6 is narrowed to about 0.7 mm at the discharge end and thus smaller than the diameter of the electrode rod 4 and the sintered body 5.
- the diameter of the filament wire is approximately 0.8 mm.
- the sintered body 5 consists exclusively of lanthanum oxide. It has a mass of approx. 10 mg.
- the second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment only in the composition of the sintered body 5.
- the sintered body 5 consists of 95.1 percent by weight of lanthanum oxide and 4.9 percent by weight of a further electron emitter, which in turn consists of barium oxide and tungsten oxide.
- the total weight of the sintered body is approximately 10 mg.
- a eutectic mixture of barium carbonate and tungsten oxide i.e. 22.04 percent by weight barium carbonate with 77.96 percent by weight tungsten oxide, which is then mixed with the addition of HO binder with the lanthanum oxide.
- the proportion by weight of the lanthanum oxide in the mixture is approximately 94.8 percent by weight and the proportion of the eutectic mixture is then approximately 5.2 percent by weight.
- This mixture is pressed into bars, cut and sintered in a hydrogen atmosphere. During the sintering process, the binder is heated and the barium carbonate is converted into barium oxide.
- the invention is not limited to the exemplary embodiments described in more detail above.
- the sintered body according to the invention can also be used in other types of high-pressure discharge lamps. Only the dimensions and the mass of the sintered body have to be adapted accordingly.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung JP 55-155457 offenbart. Diese Patentanmeldung beschreibt eine Hochdruckentladungslampe mit Elektroden, die einen in den Entladungsraum hineinragenden Metallstab und einen Lanthanoxid enthaltenden zylindrischen Sinterkörper sowie eine Elektrodenwendel aufweisen. Der Sinterkörper ist am freien Ende des Metallstabes angeordnet und von der Elektrodenwendel umgeben. Die Elektrodenwendel umschließt auch das dem Sinterkörper zugewandte Ende des metallischen Elektrodenstabes. Der Sinterkörper ist als Elektronenemitter ausgebildet. Er enthält kein radioaktives Thoriumoxid, sondern besteht aus Lanthanoxid, Yttriumoxid und Wolfram, wobei Lanthanoxid und Yttriumoxid zusammen einen Gewichtsanteil von 0,2-60% am Sinterkörper haben. Das Verhältnis von Lanthanoxid zu Yttriumoxid beträgt dabei 0,5-50 Molprozent. Nachteilig ist, daß dieser Elektronenemitter über die Lampenlebensdauer keine ausreichende thermische Stabilität besitzt.
- Auch in der Offenlegungsschrift EP 0 647 964 ist eine Hochdruckentladungslampe mit einem nicht-radioaktiven Elektronenemitter offenbart. Dieser Elektronenemitter besteht aus einem ersten Metalloxid mit einer vergleichsweise hohen Elektronenaustrittsarbeit, das aus der Gruppe Hafniumoxid und Zirkonoxid ausgewählt wird, und aus einem zweiten Metalloxid mit vergleichsweise niedriger Elektronenaustrittsarbeit, das aus der Gruppe Yttriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid und Scandiumoxid ausgewählt wird. Dieser Elektronenemitter besitzt relativ viele Komponenten, ist über die Lampenlebensdauer nicht hinreichend thermisch stabil und ist in der Entladung nicht farbneutral.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Hochdruckentladungslampe mit einem verbesserten Elektronenemitter bereitzustellen, der insbesondere eine über die Lampenlebensdauer ausreichende thermische Stabilität besitzt und eine gute Zündwilligkeit der Lampe bei möglichst geringer Schwärzung des Entladungsgefäßes gewährleistet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt Elektroden, die mit einem als Elektronenemitter wirkenden Sinterkörper ausgestattet sind. Der Sinterkörper ist von einer Elektrodenwendel umgeben und enthält erfindungsgemäß mindestens 90 Gewichtsprozent Lanthanoxid. Dadurch erhält der Sinterkörper eine über die gesamte Lebensdauer der Lampe hohe thermische Stabilität und verursacht keine nennenswerte Schwärzung des Entladungsgefäßes. Außerdem weist die Lampe mit diesem Elektronenemitter eine gute Zündwilligkeit auf. Gemäß eines besonders bevorzugten ersten Ausführungsbeispiels besteht der Sinterkörper ausschließlich aus Lanthanoxid. Dieser Sinterkörper besitzt eine sehr hohe thermische Stabilität und verursacht praktisch keine Schwärzung des Entladungsgefäßes über die gesamte Lampenlebensdauer. Es hat sich gezeigt, daß die Zugabe weiterer Substanzen mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie beispielsweise Yttriumoxid nicht unbedingt erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Zündwilligkeit der Lampe zu erzielen. Gemäß eines zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels enthält der Sinterkörper zusätzlich zum Lanthanoxid noch einen weiteren Elektronenemitter bestehend aus den beiden Komponenten Bariumoxid und Wolframoxid, der aus einem eutektischen Gemisch von Bariumkarbonat und Wolframoxid hervorgegangen ist. Durch den geringen Zusatz dieses weiteren Elektronenemitter zum Lanthanoxid wird die Zündwilligkeit der Hochdruckentladungslampe noch verbessert und das Schwärzungsverhalten im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel nur unwesentlich verschlechtert. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine zweilagig gewickelte Elektrodenwendel, die den Sinterkörper umgibt, zu verwenden. Dadurch wird der Elektronen emittierende Sinterkörper während der Zündphase auf eine vergleichsweise höhere Temperatur aufgeheizt und somit die thermische Elektronenemission verbessert. Das entladungsseitige Ende der Elektronenwendel ragt vorteilhafterweise über den Sinterkörper hinaus und besitzt einen verengten Innendurchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Sinterkörpers ist, während das andere Ende der Elektrodenwendel das an den Sinterkörper angrenzende Elektrodenstabende umschließt. Durch diese Maßnahme wird einerseits die Fixierung des Sinterkörpers am Elektrodenstab verbessert und andererseits die Schwärzung des Entladungsgefäßes durch absputterndes Emittermaterial weiter verringert.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- einen Querschnitt durch das Entladungsgefäßes einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe in schematischer Darstellung
- Figur 2
- eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Lampenelektrode, teilweise geschnitten
- Die Figur 1 zeigt den Aufbau des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampen gemäß der beiden näher zu beschreibenden Ausführungsbeispiele. Das Entladungsgefäß 1 ist im wesentlich zylindrisch, besteht aus Quarzglas und besitzt zwei gasdicht verschlossene Enden 1a, 1b, in die jeweils auf bekannte Weise ein Elektrodensystem eingeschmolzen ist. Die Elektroden weisen jeweils eine Stromzuführung 2 auf, die über eine Molybdänfolieneinschmelzung 3 mit einem aus einem hochschmelzenden Metall, wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram, bestehenden Elektrodenstab 4 verbunden ist. Die Elektrodenstäbe 4 enden im Entladungsraum und sind axial im Entladunsggefäß 1 ausgerichtet. Am entladungsseitigen Ende der Elektrodenstäbe 4 ist ein von einer Elektrodenwendel 6 umwickelter Sinterkörper 5 befestigt. Einzelheiten der Lampenelektroden sind in der schematischen Figur 2 abgebildet. Die Elektrodenwendel 6 ist zweilagig ausgeführt. Der Durchmesser des Elektrodenstabes 4 beträgt für eine Halogenmetalldampf-Hochdruckentiadungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 2000 W, entsprechend der hier zu beschreibenden beiden Ausführungsbeispiele, ungefähr 1,0 mm. Der Durchmesser des Sinterkörpers 5 ist nur geringfügig kleiner. Die Elektrodenwendel 6 ist auf das entladungsseitige Ende des Elektrodenstabes 4 aufgeschoben. Sie umschließt den Sinterkörper 5 und das entladungsseitige Ende des Elektrodenstabes 4 eng und ragt außerdem über das entladungsseitige Ende des Sinterkörpers 5 hinaus. Dabei ist der Innendurchmesser der Elektrodenwendel 6 am entladungsseitigen Ende auf ca. 0,7 mm verengt und damit kleiner als der Durchmesser des Elektrodenstabes 4 und des Sinterkörpers 5. Der Durchmesser des Wendeldrahtes beträgt ungefähr 0,8 mm. Beim ersten Ausführungsbeispiel besteht der Sinterkörper 5 ausschließlich aus Lanthanoxid. Er hat eine Masse von ca. 10 mg.
- Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur durch die Zusammensetzung des Sinterkörpers 5 vom ersten Ausführungsbeispiel. Gemäß des zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Sinterkörper 5 aus 95,1 Gewichtsprozent Lanthanoxid und 4,9 Gewichtsprozent eines weiteren Elektronenemitters, der seinerseits aus Bariumoxid und Wolframoxid besteht. Das Gesamtgewicht des Sinterkörpers beträgt ca. 10 mg. Zur Fertigung des Sinterkörpers 5 wird ein eutektisches Gemisch aus Bariumkarbonat und Wolframoxid, d.h. 22,04 Gewichtsprozent Bariumkarbonat mit 77,96 Gewichtsprozent Wolframoxid, hergestellt, das anschließend unter Zugabe von HO-Binder mit dem Lanthanoxid vermengt wird. Der Gewichtsanteil des Lanthanoxids im Gemenge beträgt, ohne Berücksichtigung des HO-Binders, ca. 94,8 Gewichtsprozent und der Anteil des eutektischen Gemisches beträgt dann ungefähr 5,2 Gewichtsprozent. Dieses Gemenge wird zu Stangen gepreßt, zugeschnitten und in Wasserstoff-Atmosphäre gesintert. Während des Sinterprozesses wird der Binder ausgeheizt und das Bariumkarbonat in Bariumoxid umgewandelt.
- Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher beschriebenen Ausführungsbeispiele. Der erfindungsgemäße Sinterkörper kann auch bei anderen Typen von Hochdruckentladungslampen verwendet werden. Es müssen lediglich die Abmessungen und die Masse des Sinterkörpers entsprechend angepaßt werden.
Claims (7)
- Hochdruckentladungslampe mit einem lichtdurchlässigen, gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (1), darin eingeschlossener ionisierbarer Füllung, und im Entladungsgefäß (1) eingeschmolzenen, sich in den Entladungsraum erstreckenden Elektroden (4), die mit Stromzuführungen (2) verbunden sind, wobei die Elektroden (4) einen Lanthanoxid enthaltenden Sinterkörper (5) und eine Elektrodenwendel (6), die den Sinterkörper (5) umgibt, aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (5) mindestens 90 Gewichtsprozent Lanthanoxid enthält. - Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (5) aus Lanthanoxid besteht.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (5) Bariumoxid und Wolframoxid enthält.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (5) aus Lanthanoxid, Bariumoxid und Wolframoxid besteht.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenwendel (6) zweilagig ausgeführt ist.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entladungsseitige Ende der Elektrodenwendel (6) über den Sinterkörper (5) hinausragt und einen verengten Innendurchmesser besitzt, wobei der Innendurchmesser im verengten Wendelende kleiner als die Dicke bzw. der Durchmesser des Sinterkörpers (5) ist.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenwendel (6) auf ein Ende des jeweiligen Elektrodenstabes (4) aufgeschoben ist.
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