NL8102160A - Hogedruk-natriumlamp voorzien van een ontladingsbuis van aluminiumoxyde en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke buis. - Google Patents

Description

ι * - * N.0. 29.976 -1-

Hogedruk-natriumlamp voorzien van een ontladingsbuis van aluminiumoxyde en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke buis.

De uitvinding heeft betrekking op een hogedruk-natriumlamp met 5 een ontladingsbuis van aluminiumoxyde en betreft tevens de werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke lamp. Keramische ontladingsbuizen van aluminiumoxyde'bezitten in· hun beide uiteinden een keramisch afdichtingsorgaan. Door deze beide afdichtingsorganen wordt een uit dicht metaal vervaardigde stroomtoevoergeleider gevoerd, waarbij deze stroom-10 toevoergeleider vanaf de plaats, waar deze in het afdichtorgaan binnentreedt, in hoofdzaak koaxiaal ten opzichte van de ontladingsbuis is aangebracht, terwijl aan deze stroomtoevoergeleider door stomplassen een in de ontladingsruimte aanwezige wolframelektrode is gefixeerd.

De hogedruk-natriumlampen met ontladingsbuizen van aluminium-15 oxyde zijn wat betreft hun zeer hoge lichtopbrengst en door hun aangename lichtkleur van grote betekenis. Zoals bekend konden hogedruk-natriumlampen alleen worden gerealiseerd door toepassing van ontladingsbuizen van aluminiumoxyde, omdat de resterende lichtdoorlatende kon-struktiematerialen niet voldoende weerstand bieden tegen de onder 20 hoge druk staande natriumdamp. Het ontladingsvat van deze lampen bevat twee elektroden, verder de natriumvulling voor het instellen van de ont-ladingsparameter cadmium en/of kwik, terwijl voor het vergemakkelijken van de ontsteking een edel gas in de vulling aanwezig is.

Een principieel probleem van de hogedruk-natriumlampen die met 25 lichtdoorlatende ontladingsbuizen van aluminiumoxyde zijn voorzien is, dat de uiteinden van de ontladingsbuizen hermetisch moeten zijn afgesloten, terwijl tegelijkertijd de stroomtoevoer naar de elektroden moet worden gewaarborgd. De moeilijkheden veroorzaken de twee eigenschappen van aluminiumoxyde: de ene moeilijkheid ligt daarin, dat in tegenstelling 30 tot bij glas, dat een verwerkingsgebied bevat met een breed warmtegebied waarin het kristallijne brosse materiaal met vast gegeven smeltpunt plastisch gevormd kan zijn; de andere eigenschap ligt daarin, dat ten opzichte van de warmte-uitzettingscoëfficient van aluminiumoxyde onder de legering alleen de warmte-uitzettingscoëfficient van niobium meer 35 of minder overeenkomstig hierbij past.

Er bestaan meerdere konstrukties voor de eindafsluiting van de stroomtoevoergeleider.

Bij de ene bekende konstruktie is het einde van de aluminium-oxydebuis afgesloten door een uit niobium vervaardigde kap, terwijl de 8102160 * r -2- buisvormig uitgevoerde stroomtoevoergeleider door deze, ten opzichte van de ontladingsbuis koaxiaal opgesteld heen wordt gevoerd. De stroomtoevoergeleider wordt door lassen of hardsolderen aan de niobiumkap gefixeerd. De elektrode is met de stroomtoevoergeleider ook in koaxiale positie opge-5 steld en door lassen of hardsolderen aan de buis gefixeerd. De kap kan ten opzichte van de aluminiumoxydebuis ook door de zogenaamde aktieve oplossing (zie Brits octrooischrift 1.065.023) of met een glassmelt (Amerikaans octrooischrift 3.243.635) worden uitgevoerd. Deze methode voor het afsluiten is bijzonder kostbaar, omdat naar verhouding veel 10 niobium moet worden toegepast, wat een zeer kostbaar materiaal is.

Bij een andere, op zichzelf bekende konstruktie wordt het uiteinde van de aluminiumoxydebuis afgesloten door een afdichtorgaan van alumlniumoxyde, waar de stroomtoevoergeleider wordt gevormd door een met behulp van een glassmelt ingesoldeerde niobiumbuis, die gevoerd wordt 15 over een in het midden van het afsluitorgaan aangebrachte opening. De elektrode is evenals die bij de bovenvermelde konstruktie, met de niobiumbuis koaxiaal aangebracht en door lassen of hardsolderen hieraan gefixeerd. Een dergelijke oplossing wordt bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.609.437. Alhoewel deze konstruktie 2C minder niobium vereist, is hij toch vanwege de hoge prijs van de niobiumbuis nog erg kostbaar.

Een verdere op zichzelf bekende konstruktie, zie het Hongaarse octrooischrift 159.714, past zodanige stroomtoevoergeleiders toe, dat in het uiteinde van de ontladingsbuis vooraf een afdichtorgaan van alu-25 miniumoxyde wordt gesoldeerd, waarvan het oppervlak vooraf is gemetalliseerd. Deze metaallaag dient voor de stroomtoevoergeleiding. Deze methode is zeer eenvoudig en betrouwbaar. Het enige nadeel is, dat de metallisering van het afdichtorgaan extra technologische werkwijze-stappen vereist, waardoor het produkt weer arbeidsintensief en daarom 30 ook weer duurder wordt.

In de laatste tijd is uit het Amerikaanse octrooischrift 3.992.642 een konstruktie bekend geworden, waarbij het ene einde van de ontladingsbuis - zoals hierboven is beschreven, - is afgedicht met een niobiumkapkonstruktie, terwijl het andere einde is afgesloten met 35 een keramisch afdichtorgaan. De stroomtoevoergeleider wordt gevormd door een door het midden van het keramische afdichtelement gevoerde niobiumdraad. Het afdichtorgaan is in de keramische buis en de draad in het afdichtorgaan door glassmelt gesoldeerd. Volgens dit octrooischrift is de elektrode zodanig aan de draad gefixeerd, dat van de 40 draad een lus wordt gevormd en vanaf het einde van deze lus wordt 8102160 • ψ- -3- nagenoeg loodrecht op de draad door puntlassen de elektrode gefixeerd. Deze lus dient voor de thermische isolatie tussen de elektrode en het keramische afdichtorgaan. Uit ervaring is gebleken, dat deze konstruktie het nadeel bezit, dat moeilijk kan worden gewaarborgd, dat de elektrode 5 in de as van de ontladingsbuis georiënteerd wordt, terwijl een excentrisch aangebrachte elektrode (waarschijnlijk vanwege de niet gelijkmatige verwarming van de wanden van de ontladingsbuis) de levensduur van de lamp verkort. Als de afsluiting niet in de lamp volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.992.64-2 wordt toegepast, treedt een Verder 10 nadeel op. Bij deze oplossing is deze afsluiting slechts aan één uiteinde van de ontladingsbuis aanwezig, terwijl in het andere uiteinde de afsluiting met de niobiumkap is uitgevoerd, waardoor het koudste punt van de ontladingsruimte in deze niobiumbuis optreedt, die in deze afsluiting is ingepast. Zoals reeds is vermeld bepaalt het koudste punt de 15 gasdruk van het toevoegmateriaal, - als de lamp niet volgens de zogenaamde zuigbuisloze techniek is vervaardigd en ingeval in de beide uiteinden een zelfde afdichting wordt toegepast. In dit geval wordt de temperatuur van het afsluitorgaan, waar zich het koudste punt van de ontladingsruimte bevindt, kritisch en kan de puntlassing geen voldoende 20 goed gedefinieerde warmteverbinding tussen de schacht van de elektrode en de door het afdichtorgaan gevoerde niobiumdraad waarborgen, wat betekent, dat de temperatuur die de gasdruk van het toevoegmateriaal bepaalt onzeker wordt. Tenslotte moet nog worden vermeld, dat deze konstruktie nog een verder nadeel bezit, omdat de uit de niobiumdraad ge-25 bogen lus niet door de elektrode wordt afgeschermd. Vermoed wordt, dat bij het uitschakelen van de lamp het toevoegmetaal hierop wordt gekon-denseerd, zodat bij het opnieuw inschakelen het voetpunt van de boog met zeer grote waarschijnlijkheid op deze lus terecht komt, wat tot beschadiging kan leiden.

30 Deze moeilijkheden treden echter niet op bij de toepassing van de oplossing volgens het Hongaarse octrooischrift 157.4-78. Dit octrooischrift betreft een oplossing voor het invoeren van het doserings-materiaal.Volgens de tekening van het octrooischrift wordt de elektrode gevoerd door een keramische kap. Omdat echter de elektrode meestal uit 35 wolfram wordt vervaardigd, leidt deze uitvoering vanwege de verschillende warmtedilatatiecoëfficienten tot scheuren in de voor het verbinden van het keramische materiaal en de elektrode toegepaste glassmelt res-pektievelijk tot scheuren zelf van het keramische materiaal.

Dergelijke moeilijkheden duiken op bij de toepassing van de op- 4-0 lossing volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.363.133. Bij deze kon- 8102160 «4- struktie is de wolframelektrode aan een uit een ander materiaal, bijvoorbeeld niobium vervaardigde stroomgeleidende draad, en met een glassmelt zodanig in een kap van aluminiumoxyde gesoldeerd, dat de las zich in het gat van de kap bevindt^ en dat de niobiumdraad: niet tot.in"de orttladings-5 buis reikt, waarbij de wolframe lektrode gedeeltelijk ook in het gat van de kap is gelegen. Het verschil in uitzettingscoëfficient van het wolfram en het aluminiumoxyde heeft dezelfde gevolgen als hierboven reeds is beschreven.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het opheffen van de 10 hierboven beschreven nadelen.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt de ontladingsbuis van aluminiumoxyde van de hogedruk-natriumlamp afgesloten met afdichtorgaan van aluminiumoxyde, waardoor met een glassmelt ingesoldeerd een als stroomtoevoergeleider toegepaste, bij voorkeur uit niobium bestaande 15 draad wordt gevoerd, waarbij deze niobiumdraad vanaf de intreeplaats in het keramische afdichtorgaan naar binnen koaxiaal met de ontladingsbuis loopt en met de elektrode, die als verlenging dienst doet, door stomplassen wordt verbonden.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding 20 wordt de stomplassing tussen de elektrode en de niobiumdraad met behulp van een laserstraal uitgevoerd.

Deze konstruktie bezit in tegenstelling tot de tot de stand van de techniek behorende oplossingen het voordeel, dat tegelijkertijd en optimaal aan de hierna volgende eisen wordt voldaan: 25 - minimum niobiumgebruik; - de elektrode wordt ten opzichte van de as van de ontladingsbuis in een koaxiale stand gewaarborgd ; - tussen de elektrode en de stroomtoevoergeleider is een gedefinieerd goed warmtekontakt bereikt; 30 - de stroomtoevoergeleider (niobium) en het afdichtorgaan (aluminiumoxyde) bezitten dezelfde warmte-uitzettingscoëfficient; - de stroomtoevoergeleider is afgeschermd, waardoor een boogvoetpunt ' respektievelijk de vorming daarvan wordt verhinderd.

De konstruktie volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor 35 een zuigbuisloze technologie.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, dat op de tekeningen is weergegeven.

Fig. 1 toont het ontladingsvat volgens de uitvinding in doorsnede ; 40 fig. 2 toont de afdichtmontage-eenheid in doorsnede; 8102160 ,5- fig. 3 toont schematisch de komplete konstruktie van de lamp volgens de onderhavige uitvinding.

De ontladingsbuis 1 bestaat uit lichtdoorlatend, polykristallijn keramisch aluminiumoxyde» Het hierin passende materiaal van het afdicht- r 5 orgaan S' bestaat uit dezelfde wijze uit keramisch aluminiumoxyde, dat echter niet beslist lichtdoorlatend behoeft te zijn. Het afdichtorgaan 2 is voorzien van een koncentrische opening, waardoor de uit niobium-draad vervaardigde stroomtoevoergeleider 3 door stomplassen aan de elektrodeschacht 5 is aangesloten. De elektrode 6 is op de gebruikelijke 10 wijze vervaardigd uit wolfram en is voorzien van een radiator die bestaat uit een éénlagige of tweelagige wolframwikkel, welke radiator is bedekt , met een de emissie bevorderend materiaal. De op de niobiumdraad aanwezige verbreding 7 verhindert het naar binnen schuiven van de stroom-toevoergeleider voor het lassen. Door de gesmolten glassmelt 8 wordt 15 gewaarborgd, dat de ontladingsbuis 11 ten opzichte van het afsluitelement 2 is afgedicht respektievelijk het afsluitelement 2 ten opzichte van de stroomtoevoergeleider 3 is afgedicht, welke glassmelt 8 bovendien de hermetische afdichting van het ontladingsvat oplevert.

De werkwijze voor het vervaardigen van de lamp volgens de onder-20 havige uitvinding verloopt als volgt:

Eerst wordt tussen de wolframelektrodeschacht 5 en de niobium-stroomtoevoergeleider 3 de stomplas 4 tot stand gebracht. Dit kan worden uitgevoerd volgens elke op zichzelf bekende stomplasmethode. Volgens onze ervaringen kan deze werkwijzestap met bijzonder voordeel in een 25 inerte schutgasatmosfeer worden uitgevoerd onder toepassing van een laserstraal. Hierbij wordt de niobiumstroomgeleider 3 door de opening van het afdichtorgaan 2 gevoerd, waarna de bevestiging plaatsvindt.

Daarna wordt de ontladingsbuis 1 in een passend freem geplaatst en wordt de uit het afdichtorgaan 2, de niobiumstroom-geleider 3 en de 30 wolframelektrode 6 bestaande montage-eenheid 10 van bovenaf in de ont-. ladingsbuis 1 geplaatst. Daarna wordt de glassmelt8 (bijvoorbeeld van het type Corning X 909) in de vorm van een voorafgeperste ring of wordt met behulp van een penseel een ingedroogde suspensie aangebracht.

Het bovenste deel van de ontladingsbuis 2 wordt in een met inert gas 35 gespoelde ruimte of in een vakuum tot het smeltpunt van de glassmelt 8 verhit, (in het onderhavige geval tot een temperatuur tussen 1450 en 1500° C), waarna dit bovenste deel van de ontladingsbuis 1 kan afkoelen. Vervolgens werd de ontladingsbuis 1 omgedraaid en natrium ingevoerd. Ook wordt het kwik en/of het cadmium toegevoerd (bij voorkeur 40 in zijn legering bijvoorbeeld een uit 20 gew.% natriumhoudende kwik- 8102160 v *· -6- legering), waarna een anderë montage-eenheid 10 met stroomtoevoergeleider in het bovenste uiteinde van de ontladingsbuis 1 wordt geplaatst en de bovenvermelde werkwijze wordt herhaald, en wel zodanig, dat voor het smelten van de glassmelt 8 ervoor wordt gezorgd, dat in de omgeving 5 een edel gas aanwezig is, dat als uiteindelijk vulgas wordt toegepast ^ (bij voorkeur xenon) enz., bij een zodanig dalende druk, dat het opsmelten van de glassmelt 8 en het verstarren van de gasdruk in het ontladingsvat ingesmolten gas na het afkoelen de gewenste waarde bereikt (bij voorkeur 2500-3500 pascal). Deze werkwijzestap is op zich-10 zelf bekend als zuigbuisloze pompmethode. De montage van het gereed gekomen ontladingsvat 11 in de glaskolf 12, de pompmethode enz. is volledig konventioneel en wordt uitgevoerd op een op zichzelf bekende wijze.

De uitvoering volgens de onderhavige uitvinding kan volgens 15 uiteenlopende methoden worden verwezenlijkt. Zo kan bijvoorbeeld als stroomtoevoergeleider 3 in plaats van een draad van zuiver niobium een ander metaal worden toegepast, onder voorwaarde echter dat dit metaal dezelfde warmte-uitzettingscoefficient bezit en dat dit metaal ter verbetering van de plasticiteit enkele andere toevoegmetalen 20 (bijvoorbeeld 1% zirkonium) bevat. In plaats van de uitstulping 7 kan een andere willekeurige fixering worden toegepast, zo kan bijvoorbeeld op de stroomtoevoergeleider 3 in de dwarsrichting een korte niobiumdraad of band worden gelast, terwijl een andere mogelijkheid is de stroomgeleider 3 eenvoudig te buigen, enz. Het materiaal van 25 de ontladingsbuis 1 kan kristallijn aluminiumoxyde zijn (synthetisch saffier). In plaats van het keramische afdichtorgaan 2 kan een uit soortgelijk materiaal vervaardigde stop, kap en eventueel ook een schijf worden toegepast. De elektrode 6 en zijn schacht 5 kan worden vervaardigd van thoriumoxyde-houdend wolfram.

8102 160

Claims (2)

1. Hogedruk-natriumlamp voorzien van een lichtdoorlatende keramische ontladingsbuis van aluminiumoxyde, die aan beide uiteinden een keramisch afdichtorgaan van aluminiumoxyde bezit, waarbij door dit af-5 dichtorgaan een stroomtoevoergeleider wordt gevoerd en tussen de ontladingsbuis en het keramische afdichtorgaan en verder tussen het afdichtorgaan en de stroomtoevoergeleider een, de hermetische afdichting waarborgend glasglazuur aanwezig is, met het kenmerk, dat de stroomtoevoergeleider (3) bij voorkeur in hoofdzaak bestaat 10 uit een niobiumdraad, die vanaf de plaats waar deze in het keramische afdichtorgaan (2) wordt gevoerd koaxiaal in de ontladingsbuis (1) is aangebracht en dat deze in de ontladingsruimte (9) naar de elektrode-schacht (5), die in het verlengde ligt van de as van de draad van de stroomtoevoergeleider (3) door stomplassen is aangesloten. 15

2. Werkwijze voor het vervaardigen van een hogedruk-natrium lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wolfram elektrodeschacht (5) en de niobiumstroomtoevoergeleider (3) die door een laserstraal volgens de stomplasmethode met elkaar zijn verbonden, door de opening in het afdichtorgaan (2) van aluminiumoxyde worden 20 gestoken, waarna aan de stroomtoevoergeleider (3) mechanisch een uitstulping (7) wordt aangebracht, en dat vervolgens de uit het afdichtorgaan (2), de stroomtoevoergeleider (3) en de wolframelektrode (5) bestaande montage-eenheid (10) in het ene einde van de ontladingsbuis (1) wordt geplaatst en dat de in de vorm van een voorgeperste 25 ring of door een penseel opgebrachte en ingedroogde suspensie aangebrachte glassmelt in een inert gas-houdende ruimte tot boven het smeltpunt van de glassmelt wordt verhit, waarna deze wordt afgekoeld, en dat daarna via het open einde van de ontladingsbuis (1) natrium, kwik en/of cadmiumlegering, bij voorkeur een 20 gew.% natrium houdende 30 kwiklegering is, in de ontladingsruimte (9) wordt gevoerd en dat daarna in het open einde van de ontladingsbuis (1) de andere montage-eenheid (10), die op de beschreven wijze is samengesteld in een vulgasatmosfeer tenslotte wordt ingesoldeerd, welke vulgasatmosfeer edel gas, bij voorkeur xenon bevat, onder een zodanige druk, dat na het afkoelen 35 de gewenste inwendige druk van het ontladingsvat (11) wordt gewaarborgd, die bij voorkeur 2500 tot 3500 pascal bedraagt, en dat daarna het op deze wijze gemonteerde ontladingsvat (11) op een op zichzelf bekende wijze in een met inert gas vakuumhoudende glaskolf wordt gemonteerd . 8102 160