EP0887839A2 - Metal halide lamp with ceramic discharge vessel - Google Patents

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EP0887839A2
EP0887839A2 EP98110522A EP98110522A EP0887839A2 EP 0887839 A2 EP0887839 A2 EP 0887839A2 EP 98110522 A EP98110522 A EP 98110522A EP 98110522 A EP98110522 A EP 98110522A EP 0887839 A2 EP0887839 A2 EP 0887839A2
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capillary tube
cermet
discharge lamp
lamp according
pin
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Roland Hüttinger
Dieter Lang
Rita Tiedt
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    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
    • H01J61/827—Metal halide arc lamps

Abstract

The gas discharge lamp has a ceramics gas discharge envelope (25) with 2 opposite ends fitted with seals through which respective conductor leads (9,10) are fitted for supporting the gas discharge electrodes. The conductor lead at at least one end of the gas discharge envelope is provided by a cermet pin with a metal content high enough for it to be welded, with direct sintering to the end seal without use of a glass solder.

Description

Diese Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit folgenden Anmeldungen: internes Aktenzeichen 97P5540, 97P5542, 93-1-480, 97-1-001.This registration is closely related to the following registrations: internal file number 97P5540, 97P5542, 93-1-480, 97-1-001.

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe, insbesondere einer Metallhalogenidlampe, mit keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung ist aber auch auf Natriumhochdrucklampen anwendbar. Es handelt sich insbesondere um Lampen, deren Betriebstemperatur relativ hoch ist, und in der Größenordnung von bis zu 1000 °C liegt.The invention is based on a high-pressure discharge lamp, in particular a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel according to the The invention is also applicable to high pressure sodium lamps applicable. It is in particular lamps whose Operating temperature is relatively high, and on the order of up to 1000 ° C.

Stand der TechnikState of the art

Das entscheidende Problem bei derartigen Lampen ist die dauerhafte Abdichtung der Durchführung im keramischen Entladungsgefäß, insbesondere mittels eines keramischen Stopfens. Hierfür sind bereits viele Lösungsvorschläge angeboten worden. Häufig wird dabei ein metallischer Stift als Durchführung in einem Stopfen aus Keramik eingelötet oder eingesintert. Dabei entsteht aber keine Verbindungsschicht zwischen Keramik und Metall, so daß keine dauerhafte Abdichtung erzielt werden kann. Als Material für den Stopfen ist daher auch Cermet, also ein Verbundmaterial aus Keramik und Metall, vorgeschlagen worden. The crucial problem with such lamps is permanent sealing the implementation in the ceramic discharge vessel, in particular by means of a ceramic stopper. There are already many solutions for this been offered. Often a metallic pen is used as Bushing soldered or sintered into a ceramic plug. But there is no connection layer between ceramic and metal, so that no permanent seal can be achieved. As material for the stopper is therefore also cermet, i.e. a composite material made of ceramic and metal.

Aus der US-PS 4 602 956 ist bereits eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß bekannt, bei der die Elektrode in eine Durchführung, die als Scheibe aus elektrisch leitendem Cermet ausgeführt ist, eingesintert ist. Die Durchführung ist außerdem von einem ringförmigen Stopfen aus Cermet umgeben, der mit dem keramischen Entladungsgefäß aus Aluminiumoxid mittels Glaslot verbunden ist. Das Glaslot wird jedoch durch die aggressiven Füllungsbestandteile (insbesondere Halogene) korrodiert. Die Lebensdauer ist aus diesen Gründen eher gering. Nachteilig an dieser Anordnung ist weiterhin, daß das Einbetten der Elektrode in die Cermet-Durchführung zu Spannungen und schließlich zu Rissen und Sprüngen im Cermet führen kann. Aufgrund des großen Durchmessers der scheibenartigen Durchführung, die elektrisch leitend ist, kann außerdem der Entladungsbogen leicht bis zur Durchführung zurückschlagen, was zur schnellen Schwärzung führt.A metal halide lamp with a ceramic lamp is already known from US Pat. No. 4,602,956 Discharge vessel known, in which the electrode in a passage, which is designed as a disc made of electrically conductive cermet, sintered is. The implementation is also of an annular plug surrounded by cermet, the one with the ceramic discharge vessel Alumina is connected by means of glass solder. The glass solder is however through the aggressive filling components (especially halogens) corrodes. For these reasons, the lifespan is rather short. Disadvantage of this Arrangement is further that the embedding of the electrode in the cermet feedthrough to tensions and finally to cracks and cracks in the Cermet can lead. Due to the large diameter of the disc-like The discharge arc can also carry out, which is electrically conductive hit back slightly to carry out what for quick Darkness leads.

Aus der US-PS 4 155 758 (Fig. 16) ist eine spezielle Anordnung für eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß ohne Außenkolben bekannt, bei der eine Durchführung als elektrisch leitender Cermet-Stift ausgebildet ist. Die Elektrode ist wieder in das Cermet eingesintert. Der Cermet-Stift ist in einen Stopfen aus reinem Aluminiumoxid eingesintert. Dieser ist mittels Glaslot mit dem Entladungsgefäß verbunden. Diese Anordnung besitzt ähnliche Nachteile wie oben erwähnt.From US-PS 4 155 758 (Fig. 16) is a special arrangement for a metal halide lamp with ceramic discharge vessel without outer bulb known, in which a bushing is designed as an electrically conductive cermet pen is. The electrode is sintered back into the cermet. The cermet pen is sintered into a plug made of pure aluminum oxide. This is connected to the discharge vessel by means of a glass solder. This arrangement has similar disadvantages as mentioned above.

In der EP-A 587 238 ist eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß beschrieben, die ein extrem langgezogenes Kapillarrohr aus Aluminiumoxid als inneres Stopfenteil benötigt, in dem mittels Glaslot eine stiftartige metallische Durchführung am äußeren Ende (Einschmelzbereich) befestigt ist. Dabei kommt es entscheidend darauf an, daß der Einschmelzbereich auf ausreichend niedriger Temperatur liegt. Der Durchführungsstift kann aus zwei Teilen bestehen, von denen der der Entladung zugewandte Teil aus elektrisch leitendem Cermet, das Carbid, Silizid oder Nitrid enthält, gefertigt sein kann. Diese Abdichtungstechnik bewirkt eine große Gesamtlänge des Entladungsgefäßes. Sie ist sehr aufwendig herzustellen und basiert zudem ebenfalls auf dem korrosionsanfälligen Glaslot. Ein besonders gravierender Nachteil ist, daß im Spalt zwischen Kapillarrohr und Durchführung ein erhebliches Totvolumen entsteht, in dem ein großer Teil der Füllung kondensiert, so daß zum einen eine erhebliche Überdosierung der Füllung notwendig ist. Außerdem hat die aggressive Füllung von vornherein intensiven Kontakt mit korrosionsanfälligen Komponenten im Abdichtungsbereich.EP-A 587 238 describes a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel described that an extremely elongated capillary tube Aluminum oxide as the inner part of the plug, in which a glass solder is used pin-like metallic feedthrough at the outer end (melting area) is attached. It is crucial that the melting area is at a sufficiently low temperature. The implementation pin can consist of two parts, one of which faces the discharge Part made of electrically conductive cermet containing carbide, silicide or nitride, can be made. This sealing technique creates a large overall length of the discharge vessel. It is very complex to manufacture and based also on the corrosion-prone glass solder. A particularly serious one The disadvantage is that in the gap between the capillary tube and bushing A significant dead volume arises in which a large part of the filling condensed, so that on the one hand a considerable overdosing of the filling necessary is. In addition, the aggressive filling is intense from the start Contact with corrosion-prone components in the sealing area.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine lange Lebensdauer besitzt und dabei auf Glaslot völlig verzichtet. Insbesondere soll der Abdichtungsbereich vakuumdicht und hochtemperaturbeständig und nicht korrosionsanfällig sein.The object of the present invention is a high-pressure discharge lamp with ceramic discharge vessel according to the preamble of the claim 1 to provide, which has a long service life and thereby Glass solder completely dispensed with. In particular, the sealing area should be vacuum-tight and resistant to high temperatures and not susceptible to corrosion.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Particularly advantageous configurations can be found in the dependent ones Claims.

Erfindungsgemäß enthält die Durchführung mindestens ein Bauteil aus Cermet mit besonderer Eigenschaft, die für eine glaslotfreie Verbindungstechnik genutzt werden kann. Dieses Bauteil der Durchführung wird mit dem umgebenden Abdichtmittel direkt versintert. Dabei sind keine rein metallischen Partner beteiligt, so daß sich ein hochvakuumdichter Verbund bilden kann, der für die angestrebte lange Lebensdauer (zuverlässig mehr als 10000 Stunden) entscheidende Voraussetzung ist. Das an der Direktsinterung beteiligte Bauteil der Durchführung ist selbst beim Sinterprozeß einer Schrumpfung unterworfen, wodurch eine bessere Anpassung zum ebenfalls einer Schrumpfung unterworfenen Abdichtmittel erzielt wird. Überdies liegen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Partner (Durchführung/Abdichtmittel) näher beieinander als bei Verwendung einer metallischen Durchführung. Dadurch werden die Spannungen bei Temperaturwechsel (Ein- und Ausschalten) reduziert. Durch die Ausführung des Cermet-Bauteils als Stift oder Kapillarrohr ist die Masse dieses Bauteils so gering (weil im Falle eines Stifts der Außendurchmesser des Bauteils relativ gering ist und weil im Falle eines Kapillarrohrs die Wandstärke des Rohrs so gering ist), daß die absoluten Ausdehnungsunterschiede bei Temperaturwechselbelastung gering sind. Außerdem ist die der Entladung zugewandten Stirnfläche relativ klein, so daß

Figure 00040001
back arcing" gut vermieden werden kann.According to the invention, the bushing contains at least one component made of cermet with a special property that can be used for a glass solder-free connection technology. This component of the bushing is sintered directly with the surrounding sealant. No purely metallic partners are involved, so that a highly vacuum-tight bond can form, which is a crucial prerequisite for the desired long service life (reliably more than 10,000 hours). The part of the bushing involved in the direct sintering is subject to shrinkage even during the sintering process, as a result of which a better adaptation to the sealant which is also subjected to shrinkage is achieved. In addition, the thermal expansion coefficients of the partners involved (bushing / sealant) are closer together than when using a metal bushing. This reduces the voltages when the temperature changes (switching on and off). Due to the design of the cermet component as a pin or capillary tube, the mass of this component is so small (because in the case of a pin the external diameter of the component is relatively small and because in the case of a capillary tube the wall thickness of the tube is so small) that the absolute difference in expansion are low when there is a change in temperature. In addition, the end face facing the discharge is relatively small, so that
Figure 00040001
back arcing "can be avoided.

Dieses Cermet-Bauteil ist mit dem Schaft der Elektrode unmittelbar oder mittelbar (über ein zusätzliches Bauteil) durch Verschweißen verbunden. Spannungen in diesem Bereich werden daher ebenfalls weitgehend vermieden, da auf ein Einsintern des Schaftes in der Durchführung verzichtet wird.This cermet component is directly or indirectly connected to the shaft of the electrode (via an additional component) connected by welding. Tensions in this area are therefore largely avoided as well sintering of the shaft in the bushing is dispensed with.

Im einzelnen handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Hochdruckentladungslampe, vor allem Metallhalogenidlampe oder Natriumhochdrucklampe, mit keramischem Entladungsgefäß (meist aus Aluminiumoxid, aber auch Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxinitrid ist geeignet), das üblicherweise von einem Außenkolben umgeben ist. Das Entladungsgefäß besitzt zwei Enden, die mit Mitteln zum Abdichten verschlossen sind. Üblicherweise sind dies ein- oder mehrteilige Stopfen oder auch geeignet geformte integrale Enden des Entladungsgefäßes selbst.In detail, the present invention is a high-pressure discharge lamp, especially metal halide lamp or high pressure sodium lamp, with ceramic discharge vessel (usually made of aluminum oxide, but aluminum nitride or aluminum oxynitride is also suitable), which is usually surrounded by an outer bulb. The discharge vessel has two ends which are closed with sealing means. These are usually one- or multi-part plugs or are also suitable molded integral ends of the discharge vessel itself.

Zumindest bei einem Ende des Entladungsgefäßes ist folgende Konstruktion verwirklicht. Durch eine zentrale Bohrung des Abdichtmittels ist eine elektrisch leitende Durchführung vakuumdicht hlndurchgeführt, an der eine Elektrode mit einem Schaft befestigt ist, die in das Innere des Entladungsgefäßes hineinragt. Die Durchführung umfaßt ein Bauteil aus einem Cermet, dessen Metallgehalt so hoch ist, daß es wie ein Metall verschweißbar ist, wobei das Bauteil aus Cermet ohne Glaslot im Abdichtmittel durch Direkteinsinterung befestigt ist. Außerdem ist auch das Abdichtmittel ohne Glaslot im Entladungsgefäß durch Direkteinsinterung befestigt. Der keramische Anteil des Cermets besteht aus Aluminiumoxid (bzw. Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxinitrid), der metallische aus Wolfram, Molybdän oder Rhenium (oder deren Legierungen). Die prinzipielle Struktur von Materialien für Cermets ist an sich bekannt, siehe beispielsweise den eingangs erwähnten Stand der Technik oder die Schriften EP-A 528 428 und EP-A 609 477. Das Material des Cermet-Bauteils muß erfindungsgemäß schweißbar sein. In einigen Ausführungsformen soll es auch elektrisch leitend sein. Dies ist aber nicht in jedem Fall zwingend erforderlich. Ein konkretes Beispiel eines schweißbaren und elektrisch leitfähigen Cermets ist ein Anteil von 50 Vol.-% Metall am gesamten Cermet, Rest Aluminiumoxid.The following construction is at least at one end of the discharge vessel realized. Through a central hole in the sealant, one is electrical conductive bushing vacuum-sealed, on which one Electrode is fastened with a shaft that goes into the interior of the discharge vessel protrudes. The implementation comprises a component made from a cermet, whose metal content is so high that it can be welded like a metal, whereby the component made of cermet without glass solder in the sealant by direct sintering is attached. In addition, the sealant is also without glass solder fixed in the discharge vessel by direct sintering. The ceramic part The cermet consists of aluminum oxide (or aluminum nitride or Aluminum oxynitride), the metallic one made of tungsten, molybdenum or rhenium (or their alloys). The basic structure of materials for Cermets is known per se, see for example those mentioned at the beginning State of the art or the documents EP-A 528 428 and EP-A 609 477. Das The material of the cermet component must be weldable according to the invention. In some Embodiments should also be electrically conductive. But this is not absolutely necessary in every case. A concrete example of one weldable and electrically conductive cermets make up 50% by volume Metal on the entire cermet, remainder aluminum oxide.

Im Falle von Wolfram oder Molybdän als Metallanteil des Cermets ist die Schweißbarkeit ab etwa 35 bis 40 Vol.-% Metall-Anteil gewährleistet, die elektrische Leitfähigkeit ist ab etwa 45 Vol.-% Metall-Anteil ausreichend gut. Andere Beispiele finden sich in den eingangs erwähnten Parallelanmeldungen.In the case of tungsten or molybdenum as the metal part of the cermet, the Guarantees weldability from about 35 to 40 vol .-% metal content Electrical conductivity is sufficiently good from about 45 vol .-% metal. Other examples can be found in the parallel applications mentioned at the beginning.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Cermet-Bauteil der Durchführung ein Stift aus elektrisch leitendem Cermet, wobei der Schaft der Elektrode an der Stirnfläche des Stifts stumpf verschweißt ist. Diese Bauform eignet sich insbesondere für hochwattige Lampen (100 W und mehr). Dabei ist normalerweise der Cermet-Stift das einzige Bauteil der Durchführung (es sind jedoch auch mehrteilige Ausführungen möglich). Der Stift selbst ist in das Abdichtmittel direkt eingesintert.In a particularly preferred embodiment, the cermet component is the Carrying out a pen made of electrically conductive cermet, the shaft of the Electrode is butt welded to the end face of the pin. This design is particularly suitable for high-watt lamps (100 W and more). Here the cermet pen is usually the only component of the bushing (it however, multi-part designs are also possible). The pen itself is in the sealant is sintered directly.

Bevorzugt ist das Abdichtmittel ein ringförmiger Stopfen, der ganz oder teilweise (nämlich dessen innen liegendes Teil) aus elektrisch nichtleitendem Cermet besteht. Insbesondere kann der Stopfen aus mehreren korzentrischen Teilen bestehen. Das innerste Stopfenteil ist bevorzugt als Kapillarrohr kurzer Länge ausgebildet, das außen von einem weiteren ringförmigen Stopfenteil (aus einem Cermet mit geringerem Metallanteil, reinem Aluminiumoxid o.ä.) umgeben ist. Damit wird hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten ein allmählicher stufenweiser, radial gerichteter Übergang zum Entladungsgefäßes erreicht.The sealing means is preferably an annular stopper which is entirely or partially (namely its inner part) made of electrically non-conductive Cermet exists. In particular, the plug can consist of several concentric Parts exist. The innermost stopper part is preferably a capillary tube short length, the outside of another annular Plug part (made of a cermet with a lower metal content, pure aluminum oxide or the like) is surrounded. So that with regard to the coefficient of thermal expansion a gradual, gradual, radially directed transition reached to the discharge vessel.

Vorteilhaft ist die Durchführung in das Abdichtmittel vertieft eingesetzt, so daß der Kontakt mit der Füllung minimiert und die Temperaturbelastung reduziert wird.The implementation is recessed into the sealant, so that contact with the filling is minimized and the temperature load is reduced.

In einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform, die sich insbesondere für kleinwattige Lampen eignet, ist das aus Cermet hergestellte Bauteil der Durchführung ein Kapillarrohr. Dieses Kapillarrohr ist im Abdichtmittel direkt eingesintert. Dabei spielt der Aspekt der elektrischen Leitfähigkeit keine große Rolle. Wesentlich ist nur die Schweißbarkeit des Kapillarrohrs aufgrund eines ausreichend hohen Metallanteils des Cermets.In a second particularly preferred embodiment, which is particularly The component made of cermet is suitable for small-watt lamps performing a capillary tube. This capillary tube is in the sealant sintered directly. The aspect of electrical conductivity plays a role here not a big role. Only the weldability of the capillary tube is essential due to a sufficiently high proportion of metal in the cermet.

Die elektrische Leitfähigkeit des Kapillarrohrs kann allerdings in Kauf genommen werden. Zur Vermeidung des back arcing" ist es dann vorteilhaft, wenn das Kapillarrohr im Abdichtmittel in einem gegenüber der Entladung geschützten Sackloch angeordnet ist.The electrical conductivity of the capillary tube can, however, be accepted. To avoid the back arcing ", it is then advantageous if the capillary tube is arranged in the sealing means in a blind hole which is protected against the discharge.

In dieser zweiten Ausführungsform besteht die Durchführung aus mindestens zwei Teilen. Neben dem Kapillarrohr umfaßt die Durchführung einen elektrisch leitenden Stift, der vom Kapillarrohr umgeben ist. Der Stift kann selbst als Elektrodenschaft dienen oder mit diesem verbunden sein. Er kann auch über das Kapillarrohr außen hinausragen um die Verbindung zur äußeren Stromzuführung zu erleichtern. In this second embodiment, the implementation consists of at least two parts. In addition to the capillary tube, the implementation includes one electrically conductive pin, which is surrounded by the capillary tube. The pen can even serve as an electrode shaft or be connected to it. He can also protrude beyond the capillary tube around the connection to the outside To facilitate power supply.

Dieser Durchführungsstift besteht aus Wolfram, Molybdän oder einem elektrisch leitendem Cermet. Vorteilhaft ist der Stift mit dem Kapillarrohr am entladungsfernen Ende des Rohrs verschweißt. Dabei verbleibt zwischen Stift und umgebendem Kapillarrohr lediglich ein schmaler Spalt, der die unterschiedliche thermische Ausdehnung berücksichtigt.This bushing pin is made of tungsten, molybdenum or an electrical one conductive cermet. The pin with the capillary tube is advantageous Welded distal end of the tube. This leaves between Pen and surrounding capillary tube just a narrow gap that the different thermal expansion taken into account.

Figurencharacters

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1
eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß, teilweise im Schnitt
Figur 2
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abdichtung für ein keramisches Entladungsgefäß
Figur 3
ein drittes Ausführungsbeispiel einer Abdichtung für ein keramisches Entladungsgefäß
The invention will be explained in more detail below with the aid of several exemplary embodiments. Show it:
Figure 1
a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel, partly in section
Figure 2
a further embodiment of a seal for a ceramic discharge vessel
Figure 3
a third embodiment of a seal for a ceramic discharge vessel

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

In Figur 1 ist schematisch eine Metallhalogenidlampe mit einer Leistung von 150 W dargestellt. Sie besteht aus einem eine Lampenachse definierenden zylindrischen Außenkolben 1 aus Quarzglas, der zweiseitig gequetscht (2) und gesockelt (3) ist. Das axial angeordnete Entladungsgefäß 4 aus Al2O3-Keramik ist in der Mitte 5 ausgebaucht und besitzt zwei zylindrische Enden 6a und 6b. Es ist mittels zweier Stromzuführungen 7, die mit den Sockelteilen 3 über Folien 8 verbunden sind, im Außenkolben 1 gehaltert. Die Stromzuführungen 7 sind mit Durchführungen 9, 10 verschweißt, die jeweils in einem Endstopfen 11 am Ende des Entladungsgefäßes eingepaßt sind. A metal halide lamp with an output of 150 W is shown schematically in FIG. It consists of a cylindrical outer bulb 1 made of quartz glass which defines a lamp axis and is squeezed (2) and base (3) on two sides. The axially arranged discharge vessel 4 made of Al 2 O 3 ceramic is bulged in the middle 5 and has two cylindrical ends 6a and 6b. It is held in the outer bulb 1 by means of two power leads 7, which are connected to the base parts 3 via foils 8. The power supply lines 7 are welded to bushings 9, 10, which are each fitted in an end plug 11 at the end of the discharge vessel.

Die Durchführungen 9, 10 sind Cermet-Stifte mit einem Durchmesser von ca. 1 mm, die aus einem leitfähigen, schweißbaren Cermet mit etwa 50 Gew.-% Molybdän-Anteil, Rest Aluminiumoxid, bestehen.The bushings 9, 10 are cermet pins with a diameter of approx. 1 mm, made of a conductive, weldable cermet with about 50 wt .-% Molybdenum content, the rest of aluminum oxide.

Beide Durchführungen 9, 10 stehen am Stopfen 11 beidseitig über und haltern entladungsseitig Elektroden 14, bestehend aus einem Elektrodenschaft 15 aus Wolfram und einer am entladungsseitigen Ende aufgeschobenen Wendel 16. Die Durchführung 9, 10 ist jeweils mit dem Elektroderschaft 15 sowie mit der äußeren Stromzuführung 7 stumpf verschweißt.Both bushings 9, 10 are on the plug 11 on both sides and hold Discharge side electrodes 14, consisting of an electrode shaft 15 made of tungsten and one pushed on at the discharge end Spiral 16. The bushing 9, 10 is in each case with the electrode shaft 15 and butt welded to the outer power supply 7.

Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht neben einem inerten Zündgas, z.B. Argon, aus Quecksilber und Zusätzen an Metallhalogeniden. Möglich ist beispielsweise auch die Verwendung einer Metallhalogenid-Füllung ohne Quecksilber, wobei für das Zündgas Xenon ein hoher Druck gewählt wird.In addition to an inert ignition gas, the discharge vessel is filled, e.g. Argon, from mercury and additives to metal halides. Is possible for example, the use of a metal halide filling without Mercury, whereby a high pressure is selected for the ignition gas xenon.

Die Endstopfen 11 bestehen im wesentlichen aus Al2O3. Möglich ist aber auch die Verwendung eines nicht-leitenden, nicht schweißbaren Cermets mit der Hauptkomponente Al2O3, wobei als metallische Komponente Wolfram mit einem Anteil von ca. 30 Gew.-% enthalten ist (oder auch Molybdän mit entsprechend höherem Anteil). Weitere Möglichkeiten einer geeigneten Zusammensetzung für das Cermet sind im eingangs beschriebenen Stand der Technik angegeben.The end plugs 11 essentially consist of Al 2 O 3 . However, it is also possible to use a non-conductive, non-weldable cermet with the main component Al 2 O 3 , with tungsten containing about 30% by weight as the metallic component (or molybdenum with a correspondingly higher proportion). Further possibilities of a suitable composition for the cermet are specified in the prior art described at the beginning.

Die Durchführung 9, 10 ist jeweils im Stopfen 11 direkt eingesintert. In ähnlicher Weise ist auch der Stopfen 11 jeweils in das zylindrische Ende 6 des Entladungsgefäßes direkt (also ohne Glaslot) eingesintert.The bushing 9, 10 is sintered directly into the plug 11. More like that The plug 11 is also in each case in the cylindrical end 6 of the Discharge vessel sintered directly (i.e. without glass solder).

Am zweiten Ende 6b ist außerdem im Stopfen 11 eine achsparallele Bohrung 12 vorgesehen, die zum Evakuieren und Füllen des Entladungsgefäßes in an sich bekannter Weise dient. Diese Bohrung 12 wird nach dem Füllen mittels eines Stiftes 13, im Fachjargon als Stopper bezeichnet, oder mittels Schmelzkeramik verschlossen. Der Stift besteht üblicherweise aus Keramik oder Cermet. Verschiedene Ausführungsformen dieser Technik sind beispielsweise in US-PS 4 155 758, US-PS 5 484 315 und EP-A 697 137 beschrieben.At the second end 6b there is also an axially parallel bore in the plug 11 12 provided for evacuating and filling the discharge vessel in serves in a known manner. This bore 12 is filled after a pin 13, referred to in technical jargon as a stopper, or by means of melting ceramic locked. The pen is usually made of ceramic or Cermet. Various embodiments of this technique are, for example in U.S. Patent 4,155,758, U.S. Patent 5,484,315 and EP-A 697 137.

Grundsätzlich eignet sich als Durchführung ein Cermet-Stift, der neben Aluminiumoxid mindestens 40 Vol.-% Metall (bevorzugt zwischen 45 und 75 Vol.-%) enthält und schweißbar sowie eventuell elektrisch leitend ist. Insbesondere eignet sich 70 bis 90 Gew.-% Wolfram oder 55 bis 80 Gew.-% Molybdän (oder eine hinsichtlich des Volumens äquivalente Menge an Rhenium) Für den Endstopfen eignet sich als Material ein Cermet, das einen geringeren Anteil an Metall als die Durchführung (bevorzugt etwa die Hälfte des Anteils bei der Durchführung) enthält. Wesentliche Eigenschaft des Stopfens ist dabei, daß sein thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem der Durchführung und dem des Entladungsgefäßes liegt. Der Metallanteil des Stopfens kann aber auch bei Null liegen.Basically, a cermet pen, which is next to Alumina at least 40 vol .-% metal (preferably between 45 and 75 Vol .-%) contains and is weldable and possibly electrically conductive. Especially 70 to 90% by weight of tungsten or 55 to 80% by weight of molybdenum is suitable (or an amount of rhenium equivalent in volume) A material that is less suitable is a material for the end plug Proportion of metal as the leadthrough (preferably about half the Share in the implementation) contains. Essential property of the plug is that its coefficient of thermal expansion between that of Implementation and that of the discharge vessel. The metal part of the Plugging can also be zero.

Das Anschweißen der Elektrode an der Stirnfläche der Durchführung erfolgt vor dem Einsintern der Durchführung in den Stopfen. Der schweißbare Cermet-Stift ist bereits vor dem endgültigen Einsintern weitgehend vorgesintert.The electrode is welded to the face of the bushing before sintering the bushing into the stopper. The weldable Cermet pencil is largely pre-sintered before it is finally sintered.

In einer zweiten Ausführungsform (Fig. 2) ist an den Enden des näherungsweise kreiszylindrischen Entladungsgefäßes 25 jeweils ein nicht-leitender Stopfen 26 direkt eingesintert. Die Durchführung ist wieder ein elektrisch leitender Cermet-Stift 9, 10 mit ähnlicher Zusammensetzung (der Metallanteil ist jedoch mit 50 Vol.-% höher gewählt) wie oben beschrieben. Der Stopfen 26 aus Aluminiumoxid besteht aus zwei konzentrischen Teilen, einem äußeren ringförmigen Stopfenteil 21 und einem inneren, etwa doppelt so langen Kapillarrohr 20. Trotzdem ist das Kapillarrohr im Vergleich zu bekannten Kapillarrohr-Techniken etwa 50 % kürzer. Die im Vergleich zum Stopfenteil 21 große Baulänge des Kapillarrohrs verbessert das Abdichtverhalten. Der Cermet-Stift 9 ist im Kapillarrohr 20 vertieft eingesetzt und dort direkt eingesintert. Die Füllbohrung 22 ist im äußeren Stopfenteil 21 untergebracht.In a second embodiment (Fig. 2) is approximately at the ends of the circular cylindrical discharge vessel 25 each a non-conductive Plug 26 sintered directly. The implementation is electrical again conductive cermet stick 9, 10 with a similar composition (the metal content is however chosen with 50 vol .-% higher) as described above. The stopper Alumina 26 consists of two concentric parts, one outer annular plug part 21 and an inner, about twice long capillary tube 20. Nevertheless, the capillary tube is compared to known ones Capillary tube techniques about 50% shorter. The compared to Plug part 21 large length of the capillary tube improves the sealing behavior. The cermet pin 9 is inserted in the capillary tube 20 and there sintered directly. The filling bore 22 is accommodated in the outer plug part 21.

In einer anderen Ausführungsform des Stopfens besteht das Stopfenteil 21 aus nicht leitendem Cermet, dessen Metallanteil (ca. 10 Vol.-% Wolfram) jedoch kleiner als beim Kapillarrohr ist. Das Kapillarrohr 20 besteht aus nicht leitendem und nicht schweißbarem Cermet mit ca. 20 Vol.-% Wolfram. Der Vorteil dieser Anordnung ist die bessere Abstufung des thermische Ausdehnungskoeffizienten, hervorgerufen durch einen unterschiedlichen Metallgehalt der Bauteile (von innen nach außen abnehmend, falls nur eine Sorte Metall (Wolfram) für alle Bauteile verwendet wird). Das Kapillarrohr 20 kann aber auch aus nicht leitendem und schweißbarem Cermet oder aus Aluminiumoxid bestehen.In another embodiment of the plug, the plug part 21 made of non-conductive cermet, but its metal content (approx. 10 vol.% tungsten) is smaller than that of the capillary tube. The capillary tube 20 does not consist of conductive and non-weldable cermet with approx. 20 vol .-% tungsten. Of the The advantage of this arrangement is the better gradation of the thermal expansion coefficient, caused by a different metal content the components (decreasing from the inside to the outside if only one type of metal (Tungsten) is used for all components). The capillary tube 20 can but also from non-conductive and weldable cermet or from aluminum oxide consist.

Natürlich kann der Cermet-Stift auch in einem einteiligen Stopfen (siehe Fig. 1) entladungsseitig vertieft eingesetzt werden.Of course, the cermet pen can also be in a one-piece plug (see Fig. 1) deepened on the discharge side.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes für eine Metallhalogenidlampe kleiner Leistung, beispielsweise 35 W. Das bauchige Entladungsgefäß 29 aus Aluminiumoxid besitzt Enden mit reduziertem Durchmesser, die als Abdichtmittel 34 wirken und stopfenähnlich geformt sind. Selbstverständlich kann auch ein separater Stopfen verwendet werden. In jedem Ende 34 befindet sich ein von der Entladung abgewandtes zentrales Sackloch 27, das sich stufenartig zu einer Durchlaßöffnung 28 verengt. Die Durchführung 30 besteht aus zwei Teilen. Ein kurzes Kapillarrohr 31 aus schweißbarem Cermet ist im Sackloch 27 eingepaßt und dort direkt versintert. Es umgibt einen elektrisch leitenden Stift 32, an dessen vorderes, der Entladung zugewandtes Ende der Elektrodenschaft 33 stumpf angeschweißt ist. Der Stift 32 besteht entweder aus elektrisch leitendem Cermet oder aus Metall, insbesondere Molybdän. Der Stift 32 endet entladungsseitig in der Durchlaßöffnung 28 oder auch, in einer anderen bevorzugten Ausführungsform, bereits im Kapillarrohr 31. 3 shows a further exemplary embodiment of a discharge vessel for a metal halide lamp of low power, for example 35 W. The bulbous Discharge vessel 29 made of aluminum oxide has ends with reduced Diameters that act as a sealant 34 and shaped like a stopper are. Of course, a separate plug can also be used. In each end 34 there is a central one facing away from the discharge Blind hole 27, which narrows stepwise to a passage opening 28. The Implementation 30 consists of two parts. A short capillary tube 31 weldable cermet is fitted in blind hole 27 and sintered there directly. It surrounds an electrically conductive pin 32, at the front, the Discharge welded end of the electrode shaft 33 butt welded is. The pin 32 is either made of electrically conductive cermet or Metal, especially molybdenum. The pin 32 ends on the discharge side in FIG Passage opening 28 or, in another preferred embodiment, already in the capillary tube 31.

Das Evakuieren und Füllen des Entladungsgefäßes 29 erfolgt dadurch, daß an einem Ende 34b zunächst nur das Kapillarrohr, aber ohne Durchführungsstift, eingesintert wird. Nach dem Füllen wird der Durchführungsstift 32 samt Elektrode in das Kapillarrohr bis zur Durchlaßöffnung 28 eingeführt. Im Bereich des hinteren Endes des Stiftes 32 wird der Stift 32 mit dem Kapillarrohr 31 verschweißt (36), beispielsweise mittels Laser oder Plasmabrenner. Diese Technik hat den Vorteil, daß beim Verschließen das Entladungsgefäß 29 selbst einschließlich der darin schon enthaltenen Füllung relativ kalt bleibt. Deshalb ist kein Verdampfen der Füllung beim Verschweißen zu befürchten. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform überhaupt kein Glaslot/Schmelzkeramik (das bisher zum Verschließen der Füllbohrung gebraucht wurde) mehr notwendig. Insgesamt gesehen bietet diese Ausführungsform bei kleinwattigen Lampen Vorteile. Denn diese besitzen kleine Abmessungen, so daß der Platz für eine separate exzentrische Füllbohrung fehlt. Außerdem ist wegen der kleineren Wärmekapazität einer kleinwattigen Lampe das Problem des Aufheizens viel kritischer.The discharge vessel 29 is evacuated and filled in that at one end 34b initially only the capillary tube, but without a grommet, is sintered. After filling the grommet 32 together with the electrode inserted into the capillary tube up to the passage opening 28. In the area of the rear end of the pin 32, the pin 32 with the capillary tube 31 welded (36), for example by means of a laser or plasma torch. This technique has the advantage that the discharge vessel is closed 29 itself, including the filling it contains, is relatively cold remains. Therefore there is no fear of the filling evaporating during welding. In addition, in this embodiment there is no glass solder / melting ceramic at all (previously used to close the filling hole became) more necessary. Overall, this embodiment offers Advantages for small-watt lamps. Because they have small ones Dimensions so that there is space for a separate eccentric filling hole is missing. In addition, because of the smaller heat capacity is a small watt Lamp the problem of heating up much more critical.

Diese Anordnung kann auch nur an einem Ende des Entladungsgefäßes realisiert sein, während die Durchführung am zweiten Ende auf andere, konventionelle Weise realisiert ist oder beispielsweise gemäß Fig. 1.This arrangement can also be implemented only at one end of the discharge vessel be while performing at the second end on other, conventional Is realized in this way or, for example, according to FIG. 1.

Für die Wahl der Materialien ist noch folgende Überlegung interessant. In einer Ausführungsform können Kapillarrohr und Durchführungsstift aus dem gleichen elektrisch leitenden Material (Cermet mit hohem Metallanteil) bestehen. In diesem Fall empfiehlt sich ein Stopfen mit Sackloch, um das Zurückschlagen des Entladungsbogens zu verhindern. Ein weiterer Vorteil ist, daß sich zwei Teile aus gleichem Material besonders gut verschweißen lassen und gleiches thermisches Verhalten zeigen. Der Spalt 35 zwischen Kapillarrohr 31 und Stift 32 kann daher so klein wie möglich gewählt werden. Die Kondensation von Füllung im Spalt ist daher minimal. The following consideration is also interesting for the choice of materials. In In one embodiment, the capillary tube and grommet can be made the same electrically conductive material (cermet with high metal content) consist. In this case, a plug with a blind hole is recommended to help fight back to prevent the discharge arc. Another advantage is that two parts made of the same material can be welded particularly well and show the same thermal behavior. The gap 35 between the capillary tube 31 and pin 32 can therefore be chosen as small as possible. The Condensation of filling in the gap is therefore minimal.

In einer zweiten Variante ist der Metallanteil des Stifts höher als der des Kapillarrohrs. Dabei ist nur der Stift elektrisch leitend (ca. 45 Vol.-% Wolfram), das Kapillarrohr aber nur schweißbar (ca. 35 bis 40 Vol.-% Wolfram). In diesem Fall kann auf das Sackloch verzichtet werden. Das Kapillarrohr schließt entladungsseitig mit der Innenseite des Stopfens ab.In a second variant, the metal content of the pin is higher than that of the Capillary tube. Only the pin is electrically conductive (approx. 45 vol.% Tungsten), the capillary tube can only be welded (approx. 35 to 40 vol.% tungsten). In in this case the blind hole can be dispensed with. The capillary tube closes on the discharge side with the inside of the stopper.

Der Stift (insbesondere, wenn er aus Metall ist) kann beispielsweise auch am Kapillarrohr außen überstehen, so daß sich die äußere Stromzuführung gut damit verschweißen läßt. Die äußere Stromzuführung kann aber auch ein rohrförmiges Ende besitzen, das das Kapillarrohr ummantelt.The pin (especially if it is made of metal) can also, for example, on Protect the outside of the capillary tube so that the external power supply is good can be welded to it. The external power supply can also be a have a tubular end that surrounds the capillary tube.

Konkrete Abmessungen sehen typisch wie folgt aus. Der Außendurchmesser des Kapillarrohrs ist je nach Leistungsstufe 2 bis 3 mm. Der Durchmesser des Stifts ist typisch 600 um bei kleiner Leistung (35 W). Der Spalt zwischen Stift und Kapillarrohr ist einige zig um dick, beispielsweise 40 µm.Specific dimensions typically look as follows. The outside diameter of the capillary tube is 2 to 3 mm depending on the power level. The diameter of the Pen is typically 600 µm at low power (35 W). The gap between the pen and capillary tube is a few tens of µm thick, for example 40 µm.

Eine derartige glaslotfreie Abdichtungstechnik verträgt Temperaturen bis 1000 °C, während bei Verwendung von Glaslot lediglich Temperaturen bis 700 °C zugelassen werden können. Der große Vorteil der vorliegenden Erfindung ist daher die kurze Baulänge. Gegenüber der EP-A 587 238 kann die Baulänge des Kapillarrohrs um 50 bis 70 % reduziert werden. Aufgrund des verkürzten und verengten Spalts zwischen Stift und Kapillarrohr kann außerdem die benötigte Füllmenge um ca. 50% reduziert werden.Such a glass solder-free sealing technology can withstand temperatures up to 1000 ° C, while when using glass solder only temperatures up to 700 ° C can be allowed. The great advantage of the present invention is therefore the short overall length. Compared to EP-A 587 238, the Length of the capillary tube can be reduced by 50 to 70%. Because of the shortened and narrowed gap between pin and capillary tube can also the required filling quantity can be reduced by approx. 50%.

Als Metallkomponente des Cermets wird bevorzugt Wolfram verwendet, wenn die Korrosionsbeständigkeit der Durchführung oder des Durchführungsbauteils im Vordergrund steht. Dagegen wird eher Molybdän bevorzugt, wenn die thermische Anpassung besonders kritisch ist.Tungsten is preferably used as the metal component of the cermet, if the corrosion resistance of the bushing or bushing component is in the foreground. In contrast, molybdenum is preferred when thermal adaptation is particularly critical.

Als Anhaltspunkt für die Cermet-Zusammensetzung können folgende Angaben dienen: im Fall von Wolfram als Metallpartner des Cermets ist die Schweißbarkeit ab etwa 35 bis 40 Vol.-% Wolfram-Anteil gewährleistet, die elektrische Leitfähigkeit ist ab etwa 45 Vol.-% Wolfram-Anteil ausreichend. Für das Molybdän gelten etwa um den Faktor 1,5 höhere Werte.The following information can be used as a guide for the cermet composition serve: in the case of tungsten as the metal partner of the cermet, the Guarantees weldability from about 35 to 40 vol .-% tungsten, which Electrical conductivity is sufficient from about 45 vol .-% tungsten. The values for molybdenum are about 1.5 times higher.

Claims (12)

Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß (4), wobei das Entladungsgefäß zwei Enden (6) besitzt, die mit Mitteln zum Abdichten verschlossen sind, und wobei durch diese Mittel eine elektrisch leitende Durchführung (9,10;30) vakuumdicht hindurchgeführt ist, an der eine Elektrode (14) mit einem Schaft (15) befestigt ist, die in das Innere des Entladungsgefäßes hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei einem Ende (6) des Entladungsgefäßes die Durchführung ein Bauteil aus Cermet umfaßt, dessen Metallgehalt so hoch ist, daß es wie ein Metall verschweißbar ist, wobei das Bauteil aus Cermet im Abdichtmittel und das Abdichtmittel im Entladungsgefäß (4) jeweils ohne Glaslot mittels Direkteinsinterung befestigt ist.High-pressure discharge lamp with ceramic discharge vessel (4), wherein the discharge vessel has two ends (6) which with means for Sealing are closed, and by this means an electrical conductive bushing (9,10; 30) passed through vacuum-tight on which an electrode (14) with a shaft (15) is attached, which in protrudes into the interior of the discharge vessel, characterized in that that the implementation at least at one end (6) of the discharge vessel comprises a component made of cermet, the metal content of which is so high that it can be welded like a metal, the component made of cermet in the sealant and the sealant in the discharge vessel (4) each is fixed without glass solder by means of direct sintering. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil der Durchführung ein Stift (9,10) aus elektrisch leitendem Cermet ist, wobei der Schaft (15) der Elektrode an der Frontfläche des Stifts stumpf verschweißt ist, wobei der Stift (9,10) insbesondere das einzige Bauteil der Durchführung ist.High-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the component of the implementation of a pin (9,10) made of electrically conductive Cermet is, the shaft (15) of the electrode on the front surface the pin is butt welded, the pin (9, 10) in particular is the only component of the implementation. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmittel ein ringförmiges Stopfenteil umfaßt, das aus elektrisch nichtleitendem Cermet besteht, das insbesondere als Kapillarrohr (20) ausgebildet ist.High-pressure discharge lamp according to claim 2, characterized in that the sealing means comprises an annular stopper part made of electrically non-conductive cermet, in particular as a capillary tube (20) is formed. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (19) in das Abdichtmittel (20) vertieft eingesetzt ist.High-pressure discharge lamp according to claim 2, characterized in that the implementation (19) in the sealing means (20) is used recessed is. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil der Durchführung ein Kapillarrohr (31) ist. High-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the component of the implementation is a capillary tube (31). Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarrohr (31) im Abdichtmittel in einem gegenüber der Entladung geschützten Sackloch (27) angeordnet ist.High-pressure discharge lamp according to claim 5, characterized in that that the capillary tube (31) in the sealing agent in a compared to the Discharge protected blind hole (27) is arranged. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung zusätzlich einen elektrisch leitenden Stift (32) umfaßt, der im Kapillarrohr (31) angeordnet ist.High-pressure discharge lamp according to claim 5, characterized in that that carrying an additional electrically conductive pin (32) which is arranged in the capillary tube (31). Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (32) aus Wolfram, Molybdän oder einem elektrisch leitendem Cermet besteht.High-pressure discharge lamp according to claim 7, characterized in that the pin (32) made of tungsten, molybdenum or an electrically conductive Cermet exists. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (32) mit dem Kapillarrohr (31) am entladungsfernen Ende verschweißt ist.High-pressure discharge lamp according to claim 7, characterized in that the pin (32) with the capillary tube (31) on the discharge End is welded. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stift (32) und umgebendem Kapillarrohr (31) lediglich ein schmaler Spalt (35) verbleibt.High-pressure discharge lamp according to claim 7, characterized in that between pin (32) and surrounding capillary tube (31) only a narrow gap (35) remains. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß von einem Außenkolben (1) umgeben ist.High-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the discharge vessel is surrounded by an outer bulb (1). Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Metallhalogenidfüllung besitzt.High-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the lamp has a metal halide filling.
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