NL8601430A - Ontladingslamp met edelgasvulling, in het bijzonder voor impulsbedrijf. - Google Patents

Description

NL 33.580-dV/lb *

Ontladingslamp met edelgasvulling, in het bijzonder voor im-pulsbedrijf.

De uitvinding betreft een ontladingslamp met edelgasvulling, in het bijzonder voor impulsbedrijf, die geschikt is voor het afgeven van een hoog vermogen en is voorzien van een buisvormig ontladingsvat en in het inwendige van het ont-5 ladingsvat tegenover elkaar liggend aangebracht een anode en een kathode, waarbij de anode en de kathode zijn aangesloten op bijbehorende stroominvoerorganen. In het ontladingsvat is een edelgasvulling aangebracht, die behalve edelgas uitsluitend kwik mag omvatten en is gevuld onder een druk van ten 10 minste 10 millibar. De ontladingslamp volgens de uitvinding wordt in de eerste plaats toegepast in de fotografie, bij de bekrachtiging van lasers, in het lucht- en waterverkeer, in de fotochemie en bij de stroboscopische toepassing, wanneer een specifieke impulsbelasting van ten minste 100 J/cm2 ge-15 wenst is, doch de ontladingslamp kan ook worden gebruikt bij lagere impulsbelastingen, wanneer de eisen ten aanzien van de betrouwbaarheid van de werking en de levensduur dit motiveren .

Het is bekend, dat de in impulsbedrijf werkzame licht-20 bronnen, die zijn uitgevoerd als een ontladingslamp met edelgasvulling, op vele gebieden van de industrie worden toegepast (dit betreft in het bijzonder de fotografieën de reparatie van voertuigen). De het meest algemeen toegepaste, in impulsbedrijf werkzame, een edelgasvulling bevattende gasont-25 ladingslichtbronnen zijn voorzien van een ontladingsvat, dat bestaat uit normaal glas of kwartsglas en bij de fabricage is het van belang, dat aan de uiteinden van het op de gewenste afmeting afgesneden buisvormige ontladingsvat telkens een elektrode-eenheid wordt gesoldeerd of op andere wijze wordt ge-30 monteerd, die met glas is uitgevoerd of voor afvlakken geschikt gemaakt is. Bij de voor fotografische toepassingen voorbereide ontladingslampen van laag vermogen, die met een lageraantal oplichtingen worden gebruikt, is een dergelijke uitvoering acceptabel en het produkt kan door de bekende methoden van de 35 industriële technologie worden vervaardigd.

Het impulsbedrijf betekent echter in het bijzonder bij hogere vermogens een werkelijk hoge mechanische belasting

860143C

* * - 2 - van de eindgebieden van het ontladingsvat van de lichtbron, hetgeen tot erosie van de elektrode en daardoor tot vermindering van de levensduur van de lichtbron leidt.

De verhoging van de levensduur van dergelijke licht-5 bronnen vormde het doel van vele uitvindingen. Zo stelt bijvoorbeeld het Duitse octrooischrift 2.848.891 voor het ontladingsvat af te sluiten door vlaksolderen met behulp van een metaalplaat. Het Amerikaanse octrooischrift 4.315.187 beschrijft de verbinding van de elektroden met een beschermings-10 plaat op een bepaalde afstand van het gasontladingsvat. Het Duitse Offenlegungsschrift 3.227.280 beschrijft een oplossing, waarbij de eindafsluiting van het ontladingsvat wordt gewaarborgd met een glasschijf of een glaskeramische schijf.

Bij de weergegeven constructies bestond als doel door 15 een doelmatige materiaalkeuze van het ontmoetingsgebied van de longitudinale schokgolven en van het ontladingsvat de mechanische stevigheid van het ontladingsvat te verhogen en tevens het ontladingsvat zo uit te voeren, dat de schokgolven de uiteinden van het ontladingsvat niet kunnen bereiken. De be-20 kende oplossingen kunnen echter in het algemeen het hoge vermogen en de hoge betrouwbaarheid tegelijkertijd niet waarborgen.

De uitvinding beoogt een ontladingslamp met edelgasvulling te verschaffen, welke een hoog vermogen kan afge-25 ven en bij impulsbedrijf een lange levensduur en hoge betrouwbaarheid heeft. De levensduur dient daarbij enkele malen groter te zijn dan die van de bekende lichtbronnen bij impulsbedrijf.

De uitvinding berust op het inzicht, dat bij de lamp-30 constructies, die dienen voor het waarborgen van een hoog vermogen bij de omstandigheden van het impulsbedrijf, het van belang is niet alleen het ontladingsvat spanningsvrij in te solderen en de eindafsluitingen te realiseren met een materiaal van de gewenste sterkte, doch ook de wand van het ont-35 ladingsvat de noodzakelijke hoge sterkte te geven. Volgens de uitvinding kan aan deze eisen het best worden voldaan met een uit aluminiumoxide bestaand keramisch materiaal, dat licht-doorlatend is. Hierbij dient te worden opgemerkt, dat aluminiumoxide als materiaal voor een keramisch ontladingsvat 40 momenteel alleen wordt toegepast bij de hoge-druk-natrium- 8601430 “ 3 — * * damplamp, waarbij glas of kwarts vanwege de aanwezigheid van natrium niet kan worden toegepast, omdat natrium een ongunstige herkristallisatie kan veroorzaken.

De uitvinding betreft derhalve een ontladingslamp met 5 edelgasvulling, die in het bijzonder geschikt is voor impuls-bedrijf en afgifte van een hoog specifiek vermogen en die is voorzien van een buisvormig ontladingsvat en in het inwendige van het ontladingsvat tegenover elkaar liggend aangebracht een anode en een kathode, waarbij de anode en de kathode zijn 10 aangesloten op bijbehorende stroominvoerorganen, terwijl in het ontladingsvat een edelgasvulling is aangebracht, die uitsluitend edelgas (argon, xenon, kripton, helium en neon of een mengsel van willekeurige samenstelling hiervan) onder druk van ten minste 10 millibar bevat, waarbij volgens de uitvinding 15 de wand van het ontladingsvat is gevormd uit lichtdoorlatend keramisch aluminiumoxide. De gasontladingslichtbron volgens de uitvinding heeft een met de natriumdamplamp overeenkomstige constructie, doch bevat een edelgasvulling zonder andere toeslagstoffen.

20 Bij de fotochemische toepassingen kan het voorkomen, dat een gasontladingslamp met edelgasvulling nodig is, die bij afgifte van een hoog specifiek vermogen en impulsbedrijf ultraviolette straling moet kunnen afgeven. Deze straling kan op bekende wijze door toevoegen van kwik worden bereikt, aan-25 gezien deze stof het golfgebied in de richting van de ultraviolette straling kan verschuiven.

Het principe van de uitvinding kan ook worden toegepast op een dergelijke ontladingslamp, waarbij de edelgasvulling dan bestaat uit edelgas en kwik onder druk van ten minste 30 10 millibar.

Proefnemingen hebben aangetoond, dat het lichtdoor-latende keramische materiaal, bestaande uit aluminiumoxide, ook doorlatend is voor ultraviolette straling.

Ten aanzien van de betrouwbaarheid en de levensduur 35 overtreft de met edelgasvulling uitgevoerde ontladingslamp meervoudig de tot nu toe toegepaste gasontladingslichtbrcn-nen voor impulsbedrijf. De constructie volgens de uitvinding maakt een verhoogde belasting van de buiswand mogelijk, hetgeen bij lampen voor hoog vermogen tot een gunstige verklei- 40 ning van de afmeting leidt.

36 C1430 ; - 4 -

Het is van voordeel, dat een hogere belastbaarheid van de uiteinden van het ontladingsvat kan worden bereikt, wanneer bij de uiteinden van het ontladingsvat op de zelfde wijze als bij de hoge-druk-natriumlampen stopvormig uitgevoer-5 de afsluitelementen uit aluminiumoxidekeramiek zijn aangebracht en de stroominvoerorganen, die uit een materiaal worden vervaardigd, waarvan de warmte-uitzettingscoëfficiënt is aangepast aan het materiaal van de afsluitelementen, d.w.z. het aluminiumoxidekeramiek, aan de afsluitelementen en de 10 afsluitelementen aan het ontladingsvat met een bindmiddel vacuumdicht zijn bevestigd. Bij de produktie van de hoge-druk-natriumlampen is het bekend dat de basiscomponent van het emailbindmiddel aluminiumoxide is, waarbij het oxide van andere, driewaardige metalen, eventueel alkali-aarde-oxide als 15 toeslag wordt bijgemengd, waardoor het email met betrekking tot het smeltpunt en de warmte-uitzettingscoëfficiënten voldoet aan de eisen.

Als stroominvoerorgaan kunnen tengevolge van de gunstige thermische eigenschappen niobium of legeringen hiervan, 20 tantaal en legeringen hiervan of andere legeringen, bijvoorbeeld een legering met ijzer als basis, worden toegepast.

In het bijzonder bij hogere vermogens is het doelmatig de stroominvoerorganen uit meerdere draden samen te stellen en via het afsluitelement in de vorm van meerdere 25 parallelle leidingen door te voeren, waarbij de leidingen buiten en binnen het ontladingsvat weer worden verenigd. Wanneer het vermogen het rechtvaardigt, kan het doelmatig zijn wanneer in plaats van een uit meerdere leidingen bestaand stroomtoevoerorgaan een enkele buis wordt toegepast, welke 30 door het afsluitelement wordt gevoerd.

De reeds genoemde methode voor het afsluiten van de uiteinden van het ontladingsvat biedt de mogelijkheid tot een asymmetrische vormgeving van de elektroden (anode, kathode) waardoor de ongunstige invloed van de schokgolven in het ont-35 ladingsvat kan worden verminderd. Het is doelmatig de elektroden zo aan te brengen, dat deze zodanig in het ontladingsvat steken, dat de helft van de afstand tussen de beide elektrode-punten kleiner wordt dan het 0,35-voudige van de afstand van de beide buisuiteinden, tevens moeten zij echter asymmetrisch 40 worden aangebracht en wel zo dat het halveringspunt van de 8601430 -5 - afstand tussen de beide elektroden en het halveringspunt tussen de beide buisuiteinden ten opzichte van elkaar ten minste over het 0,03-voudige van de afstand tussen de buisuiteinden worden verschoven.

5 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven .

Fig. 1 is een uitvoeringsvorm van de lichtbron volgens de uitvinding met gasontlading.

10 Fig. 2 is een in een buitenballon aangebrachte uit voering van de lichtbron volgens de uitvinding met gasontlading.

In afhankelijkheid van het desbetreffende toepassingsgebied, het vermogen en andere speciale eisen kunnen de in 15 impulsbedrijf werkzame lichtbronnen met gasontlading worden vervaardigd met verschillende edelgassoorten (xenon, krypton, neon resp. helium). De gaskwaliteit beïnvloedt echter de con-structievorm niet, de afmetingen zijn uiteraard afhankelijk van het vermogen.

20 De uitvoering volgens fig. 1 heeft geen uitwendige ballon, terwijl fig. 2 een lichtbron met gasontlading en impulsbedrijf toont, die is uitgevoerd met een buitenste ballon. De toepassing van de ballon dient daar plaats te vinden, waarbij de buisuiteinden tengevolge van het verhoogde lampver-25 mogen worden verhit tot een temperatuur, die hoger is dan 200-300°C of daar waar de omgevingslucht vochtig is.

Als voorbeeld wordt de fabricage beschreven van een voor impulsbedrijf dienende gasontladingslichtbron met edelgasvulling met een impulsenergie van 500 Ws en een nominale 30 spanning van 1500 V.

De ontladingslamp volgens de uitvinding is voorzien van een buisvormig ontladingsvat 1 met stopvormige afsluit-elementen 2 en 3 uit aluminiumoxidekeramiek. Het ontladings-vat 1 is 80 mm lang, heeft een binnendiameter van 4,8 mm en 35 is vervaardigd uit aluminiumoxidekeramiek. De afsluitelemen-ten 2 en 3 worden voorzien van elektrode-armaturen, die bestaan uit een anode 4 resp. kathode 5 en stroominvoerorga-nen 6,7. Het materiaal van de stroominvoerorganen 6, 7 is niobium met een zirkoongehalte van 1 % en de draaddiameter 40 bedraagt 0,7 mm. De anode 4 wordt gevormd door een ongeacti-

860 1 43 C

- 6 - veerd wolfraamblok, eventueel een met wolfraamdraad gewikkeld cilindrisch blok. De kathode 5 is geactiveerd wolfraam, dat in cilindervorm is opgewikkeld.

De elektrode-armaturen worden aan de kathode- resp.

5 anodezijde verschillend uitgevoerd en wel zodanig, dat een langer traject van het stroominvoerorgaan 7 dan bij het stroom-invoerorgaan 6 in het ontladingsvat 1 wordt ingesoldeerd, waardoor de asymmetrie van de opstelling van de elektroden, die in dit geval 3 mm bedraagt, wordt gewaarborgd. Het stroomin-10 voerorgaan 7 wordt met een emailbindmiddel in het afsluitele-ment 3 bevestigd en het afsluitelement 3 wordt gelijktijdig met behulp van een emailring aan het uiteinde van het ontladingsvat 1 bevestigd. Als email wordt een mengsel uit alumini-umoxide en alkalische aarde toegepast, dat is ingesteld op 15 een smeltpunt van 1350°C. Het email wordt verhit, in vacuum of onder een beschermingsgas gesmolten, vervolgens afgekoeld; daarna wordt de gehele armatuur omgedraaid, het afsluitelement 2 met de de anode 4 bevattende elektrode-armatuur en het emailbindmiddel wordt in het uiteinde van het ontladingsvat 1 ge-20 plaatst; het geheel wordt tot het smeltpunt verhit, gedurende welke tijd het ontladingsvat 1 tot vacuum wordt leeggezogen; nog voorafgaande aan het smeltenwordt het vulgas, bijvoorbeeld xenon, met geschikte druk toegevoerd, waarna de armatuur wordt afgekoeld en het ontladingsvat 1 wordt gesoldeerd. Na het uit-25 voeren van het solderen bedraagt de druk van het xenongas in het ontladingsvat 300 millibar, terwijl de afstand tussen de uiteinden van de elektroden 43 mm bedraagt. De hier beschreven uitvoering vormt een lichtbron met gasontlading en zonder zuigbuis. (Opgemerkt wordt, dat uiteraard het gelijktijdig 30 solderen van de beide buiseinden eveneens kan worden opgelost.) Bij de zogenaamde versie met zuigbuis, waarbij als stroom-toevoerorgaan en zuigbuis een niobiumbuis wordt toegepast, kunnen de stappen van het solderen en het leegzuigen resp. vullen met gas gescheiden van elkaar worden uitgevoerd. Een op-35 lossing met zuigbuis is bij een vullen van gas met relatief hoge druk te motiveren, anders vormt deze uitvoering een duurdere oplossing.

Bij de uitvoering volgens fig, 2 wordt het gesoldeerde ontladingsvat 1 gemonteerd op een houder 8 resp. 9 en 40 in een buisvormige buitenste ballon 10 uit borosilicaat-hard- 8 6 0 14 3 0 - 7 - glas geplaatst. Na het ledigen tot vacuum wordt de buitenste ballon 10 op doelmatige wijze met argon gevuld tot ongeveer een atmosferische drukwaarde, gesoldeerd en voorzien van een kop 11 met Edison-fitting.

5 Bij een flitslamp, die voor de fotopolymerisatie ultraviolette straling opwekt, worden vier in serie geschakelde gasontladingslampen toegepast, die via een condensator van 15 jaF door een spanningsbron van 1500 V gevoed worden. De lichtbronnen van de flitslamp zijn uitgevoerd met een binnen-10 diameter van 8 mm, waarbij de afstand van de uiteinden van de elektroden 46 mm bedraagt en het ontladingsvat xenon onder druk van 160 millibar en kwik in een de verzadigde dampdruk waarborgende hoeveelheid bevat.

Onder toepassing van de zelfde techniek kunnen licht-15 bronnen volgens de uitvinding met afwijkende afmeting en met andere edelgasvulling worden vervaardigd. Ook is het mogelijk om onder de beschermingsomvang vallende lichtbronnen onder toepassing van andere technieken te vervaardigen.

δ s 0 1 430

Claims (8)

1. Ontladingslamp met edelgasvulling, in het bijzonder voor impulsbedrijf, voorzien van een buisvormig ontladings-vat en een in het inwendige van het ontladingsvat aangebrachte anode en kathode, waarbij de anode en de kathode zijn aange-5 sloten op bijbehorende stroominvoerorganen, waarbij de edelgasvulling uitsluitend edelgas onder druk van ten minste 10 millibar bevat, met het kenmerk, dat de wand van het ontladingsvat (1) is gevormd uit lichtdoorlatend keramisch aluminiumoxide.

2. Ontladingslamp met edelgasvulling, in het bijzon der voor impulsbedrijf, voorzien van een buisvormig ontladingsvat en een in het inwendige van het ontladingsvat aangebrachte anode en kathode, waarbij de anode en de kathode zijn aangesloten op bijbehorende stroominvoerorganen, waarbij de edelgas-15 vulling uitsluitend edelgas en kwik met een gasdruk van ten minste 10 millibar bevat, met het kenmerk, dat de wand van het ontladingsvat (1) is gevormd uit lichtdoorlatend keramisch aluminiumoxide.

3. Ontladingslamp volgens conclusie 1 of 2, met 20 het kenmerk, dat bij de uiteinden van het buisvormige ontladingsvat (1) uit lichtdoorlatend keramisch aluminiumoxide bestaande afsluitelementen (2, 3) zijn aangebracht, waarbij de afsluitelementen (2, 3) en de stroominvoerorganen (6, 7) zijn vervaardigd uit een materiaal met in het zelfde 25 gebied liggende warmte-uitzettingscoëfficiënt en tussen de afsluitelementen (2, 3) en het ontladingsvat (1) een vacuum-dichte verbinding aanwezig is.

4. Ontladingslamp volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stroominvoer- 30 organen (6, 7) bestaan uit niobium of een niobiumlegering.

5. Ontladingslamp volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de stroominvoerorganen (6, 7. bestaan uit tantaal of een tantaallegering.

6. Ontladingslamp volgens één der voorgaande con-35 clusies, met het kenmerk, dat de stroominvoerorganen (6, 7) zijn gevormd uit meerdere parallel door de afsluitelementen (2, 3) geleide draden.

7. Ontladingslamp volgens één der conclusies 1-5, 8601430 - 9 - met het kenmerk, dat de stroominvoerorganen (6, 7. zijn uitgevoerd als door de afsluitelementen (2, 3) gevoerde buizen.

8. Ontladingslamp volgens één der voorgaande conclu-5 sies, met het kenmerk, dat tussen de in het inwendige van het ontladingsvat (1) stekende delen van de anode (4) en de kathode{5) de afstand ten hoogste 0,35 maal zo groot is als de afstand tussen de uiteinden van het ontladingsvat (1), waarbij de anode (4) en de kathode (5) asymmetrisch in 10 het ontladingsvat (1) ten opzichte van elkaar zodanig zijn aangebracht, dat het halveringspunt van de afstand tussen de anode (4) en de kathode (5) en het halveringspunt van de afstand tussen de uiteinden van het ontladingsvat (1) over ten minste 0,03 maal de afstand van de twee uiteinden van elkaar 15 zijn verschoven. 8601430