HU202013B - Impulsed inert gas discharge lamp - Google Patents

Description

A találmány tárgya impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpa, melyben a két végén lezárt kisülőcső belsejében egymással szemben két elektród, anód és katód van, melyek árambevezetőhöz vannak csatlakoztatva, és az anód tömege a katód tömegének legalább kétszerese, és a kisülőcső gáztöltésként kizárólag nemesgáz(oka)t, de adott esetben higanyt is tartalmaz, 10 millibarnál nagyobb nyomásértékben.

A találmány szerinti impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpa elsősorban a fényképezés, a lézergerjesztés, légi és vízi közlekedés, fotokémia területén, valamint stroboszkópokban nyerhet alkalmazást, főként nagyobb, legalább 100 J/cin fajlagos impulzusterhelések esetében, de ez alatt is ajánlatos lehet ott, ahol a megbízhatósági és hosszú élettartam igénye ezt indokolja.

Ismeretes, hogy az ipar számos területén alkalmaznak impulzusszerüen üzemeltetett nemesgáztöltésű gázkisülő fényforrásokat (pl. fényképészet, autójavító ipar stb.). Az általánosan elterjedt impulzusszerüen üzemeltetett nemesgáztöltésű gázkisülő fényforrások üveg vagy kvarcüveg gázkisülő edénnyel készülnek úgy, hogy az edény méretre vágott csőanyagának végeibe egy-egy előüvegezett, illetve lapításra alkalmassá tett elektródszerelvényt forrasztanak, illetve lapítanak be. A kis teljesítményű, fényképészeti célra használt, viszonylag kis villantási számmal működtetett ún., Jlash lámpáknál ez a kialakítás megfelelő. A termék az ismert tömeggyártási módszerekkel állítható elő.

Az impulzusszerű üzemmód okozta lökőhullámok azonban nagyobb teljesítmények esetében a fényforrás végeire jelentős mechanikai igénybevételt fejtenek ki, és ez az elektród erózióval együtt a fényforrások élettartamának csökkenését eredményezi.

Számos eljárás ismeretes a fényforrások élettartamának növelésére. A DE 28 48 891 lajstromszámú szabadalmi leirás szerint a kisülőcső végeit síkforrasztással, fémlemez segítségével zárják le. Az US 4 315 187 lajstromszámú szabadalmi leírás szerint az elektródokra a gázkisülő csőtől adott távolságban védőlemezt rögzítenek A DE-OS 32 27 280 lajstromszámú közzétételi irat szerint a véglezárást üveg vagy üvegkerámiából készült tárcsa alkalmazásával korszerűsítik Valamennyi megoldásnál a célkitűzés a fényforrás impulzusszerű üzemmódjából eredő hosszirányú lökéshullámoknak a gázkisülő cső végeitől való távol tartása, illetve a mechanikai szilárdság növelésére az ütközési hely anyagának célszerű megválasztása volt. Sok esetben azonban a nagy teljesítmény és megbízhatósági követelmények az ismert módszerekkel együtt nem teljesíthetők

A találmány célja olyan megoldás biztosítása, melynél a nagy teljesítményű, impulzusszerű üzemeltetés mellett is viszonylag nagy megbízhatóság és hosszú, a korábbiakhoz viszonyítva többszörös élettartam biztosítható a nemesgáztöltésű impulzusüzemű gázkisölő fényforrások számára.

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy nagy teljesítményű, impulzusszerű üzemelésre szolgáló lámpakonstrukciólaiál a kisülőcső feszültségmentes beforrasztással és megfelelő szilárdságú alapanyaggal történő véglezárásán kívül gondoskodni kell a gázkisülőcső falának megfelelő szilárdságáról is, és a célra igen előnyösen alkalmazható a fényáteresztő tulajdonságú alumínium-oxid kerámiacső. Megjegyezzük, hogy az alumínium-oxid kerámiaanyagból készült kisülőcsövet eddig szinte kizárólag nagynyomású nátriumlámpáknál alkalmazták, ahol a nátrium jelenléte miatt üveg, illetve kvarcüveg nem használható, mivel azt átkristályosítaná.

Megjegyezzük hogy az alumínium-oxid, illetőleg a hozzá kialakított lezárási és árambevezetési módok esetünkben egészen más okból előnyösek, mint a nátriumlámpa esetében. Ott a fém nátriummal szembeni ellenálló képesség és a magas hőmérséklet határozza meg a konstrukciót. Nem magától értetődő, hogy impulzusűzem esetén ugyanezen anyagok és konstrukciók biztosítják az impulzusok által a kisülőcsőben és az árambevezetőkön létrehozott mechanikus ütésekkel, és azok kifárasztó hatásával szemben mutatkozó fokozott ellenálló képességet.

Találmányunk tárgya tehát impulzusüzemű nemesgáz kisülőlanipa, melyben a két végén lezárt kisülőcső belsejében egymással szemben két elektród, anód és katód van, melyek árambevezetőhöz vannak csatlakoztatva, és az anód tömege a katód tömegének legalább kétszerese, továbbá a gázkisülő cső gáztöltésként kizárólag nemesgáz(oka)t tartalmaz 10 millibarnál nagyobb nyomásértékben. Találmányunk kiterjed olyan impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpára is, m£ty töltésként a nemesgázok mellett higanyt is tartalmaz. A találmány szerinti impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpát az jellemzi, hogy a kisülőcső fala fényáteresztő alumínium-oxid kerámia és a kisülőcsőbe az elektródok oly mértékben nyúlnak be, hogy a két elektród, anód és katód közötti távolság fele kisebb, mint a két csővég távolságának 0,35-szorosa, ugyanakkor az elektródok a kisülőcsőben szimmetrikusan vannak elhelyezve úgy, hogy a két elektród közötti távolság felezőpontja és a két csővég közötti felezőpont egymáshoz képest legalább a két csővég közötti távolság 0,03-ával vannak eltolva.

Ezeket a lámpákat a közvilágítási lámpákkal ellentétben, például a nátriumlámpákkal ellentétben úgy üzemeltetjük, hogy a katód- és az anódoldal meg van különböztetve. Mivel az anóddisszipáció nagyobb, mint a katóddisszipáció, az anódot a kátédnál nagyobbra választjuk. Az anód tömege a katód+ömegének célszerűen több mint kétszerese.

Fotokémiai alkalmazások során előfordul, hogy ultraibolya-sugárzást kibocsátó nagy teljesítményű, impulzusszerüen üzemeltetett nemesgáztöltésű gázkisülő lámpára van szükség, amelynél a kibocsátott sugárzás hullámhosszát higanyadalékkal lehet az ultraibolya-tartomány felé eltolni.

Kísérleteink azt mutatták, hogy a fényáteresztő alumínium-oxid kerámia az ultraibolya-sugárzást is átengedi.

A találmány szerinti impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpa megbízhatóság és élettartam vonatkozásában sokszorosan felülmúlja az eddig elterjedt impulzusüzemű, gázkisülő fényforrásokat. A megoldás lehetővé teszi a csőfal terhelésének növelését, ami nagy teljesítményű típusoknál előnyös méretcsökkenési lehetőséget eredményez.

Előnyös megoldást ad és a kisülőcső végeinek nagyobb terhelhetőségét biztosítja, ha a kisülőcső végeinél a nagynyomású nátriumlámpáknál elterjedt

HU 202013 Β dugószerűen kialakított alumínium-oxid kerámia lezáró elemek vannak, továbbá az Árambevezetők, melyek hőtágulási együtthatóban az alumínium-oxid kerámiához illeszkedő anyagból vannak, a lezáró elemekhez, a lezáró elemek pedig a kisülőcsőhöz kötőanyaggal vannak vákuumzáróan rögzítve. A nagynyomású nátriumlámpák gyártásából is ismert zománc kötőanyag alapanyaga alumínium-oxid, melyhez még háromértékű fémek oxidjai, esetleg alkáliföldfém-oxidok is kerülhetnek adalékként, miáltal a zománc olvadáspontban és hőtágulási együtthatóban a követelmények számára megfelelővé válik.

Árambevezető céljára termikus tulajdonságai révén alkalmas lehet a niób és annak ötvözetei, vagy tan tál és ötvözetei, vagy más, pl. vasalapú ötvözet.

Az árambevezetőt különösen nagyobb teljesítmények esetén célszerű több huzalból kialakítani, és a lezáró elemen keresztül több párhuzamos ág forrnájáhan átvezetni, mely ágak a kisülőcsövön kívül és belül ismét egyesülnek. Ha a teljesítmény, illetőleg a csúcsáram indokolja, célszerű lehet a többágú árambevezető helyett egyetlen csövet alkalmazni, amely a lezáró elemen van átvezetve.

A kisülőcső végeinek korábban említett lezárási módja lehetőséget nyújt az elektródok (anód, katód) aszimmetrikus kialakítására, miáltal csökkenthető a kisülőcsőben kialakuló lökéshullámok kedevezőtlen hatása. Az elektródokat célszerű úgy elhelyezni, hogy azok a kisülőcsőbe oly mértékben nyúljanak be, hogy a két elektródcsúcs közötti távolság fele kisebb legyen, mint a két csővég távolságának 0,35-szöröse és ugyan akkor aszimmetrikusan legyenek elhelyezve úgy, hogy a két elektród közötti távolság felezőpontja és a két csővég közötti felezőpont egymástól legalább a két csővég közötti távolság 0,03-ával legyen eltolva.

Találmányunkat részletesebben kiviteli példák kapcsán ábrák segítségével mutatjuk be, melyek a következők:

1. ábra: A találmány szerinti gázkisülő fényforrás egy kiviteli alakja.

2. ábra: A találmány szerinti gázkisülő fényforrás külső burába helyezett kiviteli alakja.

Felhasználási terület, teljesítmény és egyéb különleges igények (spektrum jellege) alapján más-más nemesgáz töltetű (xenon, kripton, argon, neon, illetve hélium) impulzusüzemű gázkisűlő fényforrások készíthetők. A konstrukciós kialakítást azonban a gázminőség nem befolyásolja, a méret természetesen teljesítményfüggő. Az 1. ábra szerinti kialakítás külső bura nélküli, amíg a 2. ábra szerinti külső burás impulzusüzemű gázkisülő fényforrást mutat. Külső bura alkalmazása ott célszerű, ahol a nagyobb lámpateljesítmény miatt a csővégek 200-300 °C-nál magasabb hőmérsékletre kerülnek, vagy ott, ahol a környezet légtere nedves.

Példaképpen ismertetünk egy impulzusszerű üzemeltetésre szolgáló 500 W-os impulzusenergiájú, 1500 V névleges egyenfeszültségű nemesgáztöltésű találmány szerinti gázkisülő lámpát és annak előállítását.

Az 1. ábrán bemutatott 1 kisülőcső 80 mm hosszúságú, 4,8 mm belső átmérőjű, 0,6 mm falvastagságú alumínium-oxid kerámiacső. A dugószerűen kialakított 2 és 3 alumínium-oxid kerámia véglezáró elemek tartják vj, elektródszerelvényeket, azaz a 4 anódot és az 5 katódot és a helyzetüket meghatározó 6, illetve 7 árambevezetőket. A 6 és 7 árambevezetők anyaga nióbhuzal 1% cirkcmtartalommal, átmérője 0,7 mm. A 4 anódot 7 mm hosszú és kb. 0,7 g-os, a kátédhoz képest kb. kétszeres tömegű aktiválatlan volfrámtömb, esetleg aktiválatlan volfrámból tekercselt, az 5 kátédhoz hasonló kialakítású, de célszerűen kb. kétszeres tömegű henger alakú tömb képezi. Az 5 katód aktivált volfrám, tekercselt henger alakban. A 6 és 7 árambevezetők hosszát az határozza meg, hogy az 5 katód csúcsa 21,5 mm, a 4 anód csúcsa 15,5 mm távolságra legyen a hozzájuk közelebb eső csővégtől, azaz köztük 43 mm-es csúcstávolság jöjjön létre, amelynek felezőpontja tengelyirányban 3 mm-es távolságra el van tolva a csővégek közötti távolság felezőpontjától. A kisülőtest egyes darabjait alumínium-oxid és földalkáli-oxid keverékből készített 1620 K olvadáspontú forrasztózománc rögzíti egymáshoz és egyben gáztömör fém-kerámia és kerámia-kerámia kötést is hoz létre köztük. A 4 anód, illetve 5 katód teste tompa hegesztéssel csatlakozik 6 és 7 árambevezetőkhöz.

A 2. ábra szerinti megoldásnál fenti kialakítású kisülőtest a 8 és 9 tartóbordák segítségével a célszerűen 1 bar körüli nyomású argont tartalmazó 10 boroszilikát külső burában helyezkedik el és a 11 Edison menetes E27 szabványos jelzésű lámpafejet alkalmazzuk az elektromos csatlakoztatáshoz.

Fenti impulzusüzemű kisűlőlámpa gyártása során az összeforrasztandó alkatrészeket és a közelükben elhelyezett sajtolt zománcpor forraszkarikákat vákuumban vagy védőgázban felhevítjük, az olvadás kezdete előtt beadagoljuk a megfelelő nyomású töltőgázt, példánk esetében xenont, a csővégeket a zománc olvadáspontja fölé melegítjük, majd lehűtjük az így beforrasztott kisülőtesteket. Példánk esetében a szobahőmérsékletre lehűlt kisülőtestben a xenongáz nyomása 300 millibar. A 2. ábra szerinti megoldásnál a kisülőtest 6,7 árambevezetőit a 8 és 9 tartóbordákhoz hegeszt jük és beforrasztjuk 10 boroszilikát külső burába, melyet a fényforrásiparban ismert szokásos eljárással leszivattyúzunk, gázzal töltjük és ellátjuk 11 Edison menetes E27 szabványos jelzésű lámpafejjel.

A kisülőtest az 1. ábrától kissé eltérő módon is megvalósítható, amennyiben egyik vagy mindkét végén az árambevezető nióbhuzal helyett nióbcsövet forrasztunk be. Ez esetben a beforrasztási és gáztöltési művelet szétválasztható egymástól. Az említett, ún. szívócsöves kivitel viszonylag nagynyomású gáztöltés esetén előnyös.

A kővetkezőkben ismertetjük egy fotopolimerizációs célra szolgáló, ultraibolya sugárzást kibocsátó villanólámpa fő paramétereit. Az 1. ábrának megfelelő felépítésű kisülőtest hossza 85 mm, belső átmérője 8 mm, az anód és katód közötti csúcstávolság 46 mm, a csúcstávolság felezőpontja 3,5 mm-nyire tengelyirányban eltolódik a csővégek közötti távolság felezőpontjától. A kisülőtest 160 mbar nyomású xenongázt és telített gőznyomást biztosító higanymennyiséget tartalmaz. Egyéb szerkezeti részletei és előállítása megfelel az előbbiekben előadottaknak.

A leírtakhoz hasonló technológiával készülhetnek más méretű és nemesgáztöltésű találmány szerinti lámpák Ugyanakkor természetesen más technológiával is gyárthatók olyan lámpák, melyek a találmány oltalmi körébe tartoznak.

HU 202013 Β

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpa, melyben a két végén lezárt kisülőcső (1) belsejében egymással szemben két elektród, anód (4) és katód (5) van, 5 melyek árambevezetőhöz (6, 7) vannak csatlakoztatva, és az anód (4) tömege a katód (5) tömegének legalább kétszerese, továbbá a kisülőcső (1) gáztöltésként kizárólag nemesgáz(oka)t tartalmaz 10 millibarnál nagyobb nyomásértékben, azzal jelle- 10 mezve, hogy a kisülőcső (1) fala aluminium-oxid kerámia, és a kisülőcsőbe (1) az anód (4) és a katód (5) oly mértékben nyúlik be, hogy a közöttük levő távolság fele kisebb a két csővég közötti távolság 0,35-szorosánál, ugyanakkor az anód (4) és a katód 15 (5) a kisülőcsőben (1) aszimmetrikusan van elhelyezve úgy, hogy a közöttük levő távolság felezőpontja és a két csővég közötti felezőpont egymáshoz képest legalább a két csővég közötti távolság 0,03-ával el van tolva. 20
2. 2. Impulzusüzemű nemesgáz kisülőlámpa, melyben a két végén lezárt kisülőcső (1) belsejében egymással szemben két elektród, anód (4) és katód (5) van, melyek árambevezetőhöz (6, 7) vannak csatlakoztatva, és az anód (4) tömege a katód (5) tömegének legalább kétszerese, továbbá a kisülőcső (1) gáztöltésként nemesgáz(oka)t és higanyt tartalmaz, és a gáznyomás 10 millibar alatt van, azzal jellemezve, hogy a kisülőcső (1) fala aluminium-oxid kerámia, és a kisülőcsőbe (1) az anód (4) és a katód (5) oly mértékben nyúlik be, hogy a közöttük levő távolság fele kisebb a két csővég közötti távolság 0,35-szorosánál, ugyanakkor az anód (4) és a katód (5) a kisülőcsőben (1) aszimmetrikusan van elhelyezve úgy, hogy a közöttük levő távolság felezőpontja és a két csővég közötti felezőpont egymáshoz képest legalább a két csővég közötti távolság 0,03-ával el van tolva.

   Kiadja az Országos Találmányi Hivatal, Budapest A kiadásért felel: dr. Szvoboda Gabriella osztályvezető ARCANUM Bt.-BUDAPEST