NO124400B

NO124400B -

Info

Publication number: NO124400B
Application number: NO1181/68A
Authority: NO
Inventors: T Tol; Vrijer B De
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1967-03-31
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1972-04-10
Also published as: DK139050B; DK139050C; CH483117A; ES352137A1; AT279734B; GB1205871A; DE1639086A1; US3609437A; NL154865B; US3726582A; SE333607B; NL6704681A; JPS6213792B1; BE713016A; DE1639086B2; FR1557527A

Description

Elektrisk gassutladningslampe.

Oppfinnelsen angår en elektrisk gassutladningslampe inneholdende alkalimetall, kvikksølv og minst en edelgass med en kolbe av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd, og en fremgangsmåte til fremstilling av en slik lampe.

En gassutladningslampes kolbe må bestå av et materiale som ved driftstemperatur under hele lampens levetid er bestandig mot kje-misk innvirkning av gassatmosfæren i kolben. Når temperaturen under drift er høy og gassatmosfæren inneholder aggressive bestanddeler, som f.eks. tilfellet er ved høytrykks-natriumdamplamper, hvor temperaturen under drift ligger mellom ' JOO og 1500°C, er materialet som normalt glass eller kvartsglass ikke lenger anvendbart. De vil nemlig under drift angripes sterkt og får en betraktelig farving som igjen påvirker lysutstrålingen. Dessuten vil dette kjemiske angrep minske kolbens mekaniske fasthet, slik at det oppstår fare for at lampen kan briste. For mest mulig å unngå disse vanskeligheter, er det tidligere kjent å fremstille kolben i slike lamper av gjennomskinnelig., tettsintret aluminiumoksyd. Herved skal forstås et materiale som i det minste består av 95 vektprosent aluminiumoksyd og som er dannet på den måte at en blanding av hovedsakelig aluminiumoksyd og et midlertidig bindemiddel opphetes til en meget høy tempe-ratur, hvoretter det på en i den keramiske industri vanlig måte gis en bestemt form.

Dessuten er det for høytrykks-damplamper , og også for høy-trykks-kvikksølvdamputladningslamper og særlig høytrykks-kvikksølv-damplamper som inneholder jod eller jodid, fordelaktig å fremstille kolben av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd. Dette materiale har nemlig bedre bestandighet mot aggressiv innvirkning fra gassatmosfæren enn kvartsglass, som hittil vanligvis er anvendt for slike lamper.

Som materiale i elektrodene og de strømtilførselselementer som er festet gasstett i kolben, kommer det ved slike lamper bare på tale noen metaller, slik som wolfram, molybden og niob, særlig er niob egnet for anvendelse som strømtilførselselement, da dets utvidel-seskoeffisient passer godt til utvidelseskoeffisienten for tettsintret aluminiumoksyd.

Fremstilling av gasstette innsmeltninger er også ved egnet valg av metaller for strømtilførelselementene, særlig niob, alltid en meget vanskelig arbeidsoperasjon. Dette skyldes særlig det yt-terst høye smeltepunkt for aluminiumoksyd (høyere enn 1925°C) og den kjennsgjerning at aluminiumoksyd ikke har noe smelteintervall, slik som glass eller kvartsglass. Derfor har kjente metoder for utførel-sen av gasstette innsmeltninger vært meget kompliserte.

En av de vanligste måter å forenkle innsmeltningen på er anvendelse av et rørformet strømtilførselselement. Et slikt rørfor-met strømtilførselselement har nemlig en viss fleksibilitet, slik at en mindre forskjell i utvidelseskoeffisientene lettere kan utlignes. Et slikt rør kan imidlertid vanskelig festes direkte til kolben, og derfor er ved en kjent fremgangsmåte røret gasstett anbrakt ved en særskilt arbeidsoperasjon i en av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd bestående propp, som igjen er gasstett festet i en av samme materiale som proppen bestående kolbe.

Ved en annen konstruksjon blir det i stedet for en i kolben anordnet propp anvendt et av tettsintret aluminiumoksyd bestående lukkeorgan som er festet gasstett på utsiden av en åpning i kolben.

Ved nok en konstruksjon anvendes likeledes et rorformet stromtilforselselement med en tynnere radial flens som har storre diameter enn roret, og denne flens festes direkte i åpningen i lam-pekolben. En slik innsmeltning er selvsagt meget fleksibel. En modifikasjon av denne innsmeltning gir en konstruksjon hvor flensen ikke er innsmeltet i åpningen i kolben, men er smeltet til utsiden av kolben„

Ved de fleste av de ovenfor beskrevne konstruksjoner anvendes et forbindelsesglass mellom de deler som skal forbindes ved innsmeltningen, fordi' uten et slikt glass kan det praktisk talt ikke fremstilles noen gasstett forbindelse. Til glasset må man naturlig-vis stille store krav med hensyn til hoye temperaturer og aggressiv atmosfære, hvilke forbindelsene selvsagt utsettes for under fremstillingen og under lampens drift.

Lamper av ovenfor nevnte konstruksjon har vist seg bruk-bare i praksis, men på grunn av den vanskelige fremstilling, blir det stor vrakprosent.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en enklere fremstilling av lamper av denne art.

Dette oppnås ved en elektrisk gassutladningslampe inneholdende alkalimetall, kvikksolv og minst en edelgass med en kolbe av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd og minst ett i kolben gasstett festet stromtilforselselement som er fort gjennom en åp-

ning i et lukkeorgan for kolben som på stedet for stromtilforselselementet har en sylindrisk del, idet det ved lukkeorganet også er tilstede forbindelsesglass, ifolge oppfinnelsen ved at det bare i den sylindriske del av kolben befinner seg et av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd bestående lukkeorgan, som er sintret gasstett til kolben og har en åpning i hvilken stromtilforselselementet er festet gasstett ved hjelp av forbindelsesglass hvilken lampe videre er forsynt med et mot enden av den sylindriske del av kolben og mot det i denne del festede lukkeorgan hvilende, av gjennomskinnelig,tettsintret

aluminiumoksyd bestående endestykke med en åpning for strømtilfør-selselementet, hvilket endestykke er forbundet gasstett med lukkeorganet og strømtilførselselementet ved hjelp av forbindelsesglass, idet utladningsrommet og den indre del av strømtilførselselementet er gasstett adskilt fra hverandre.

Som ovenfor nevnt, er det kjent konstruksjoner ved hvilke det i et rør av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd for lukning av kolben anvendes en propp. Denne propp er ved den kjente utførelsesform ved hjelp av et glass eller et keramisk materiale med lavt smeltepunkt festet i det av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd bestående rør. En slik konstruksjon er ikke særlig pålitelig, hvilket hovedsakelig skyldes at utvidelseskoeffisienten for det anvendte forbindelsesmateriale ikke alltid er den samme. Derved opptrer det lett spenninger i forbindelsen som kan føre til beskadi-gelse. Dessuten danner det seg i hjørnene mellom proppen og kolben på innsiden en kant av forbindelsesmaterialet. Under drift av lampen er dette materiale ved høye driftstemperaturer utsatt for en aggressiv gassatmosfære. Derved opptrer ikke bare ofte farving, men ofte begynner også forbindelsesmaterialet på dette sted å briste, og dette kan da gå videre i materialet mellom proppen og kolben. Ved en konstruksjon ifølge oppfinnelsen hvor lukkeorganet er sintret i kolben, blir disse, ulemper unngått.

Det av tettsintret, gjennomskinnelig aluminiumoksyd bestående lukkeorgan blir ifølge oppfinnelsen ved hjelp av et forbindelsesglass forbundet med den sylindriske del av kolben og tilslutningselementet, og dette gir særlig stor sikkerhet foråt det ikke skal opptre lekkasje, særlig ikke langs strømtilførselselementet. Da det også mellom lukkeorganet og kolben og mellom lukkeorganet og tilslutningselementet foreligger et tynt glassjikt, oppnås en pålitelig gasstett forbindelse. Eventuelt kan en ekstra glasskant anbringes i hjørnet mellom strømtilførselselementet og lukkeorganet. Denne glasskant befinner seg jo på utsiden av hele konstruksjonen, og kan såle-des ikke angripes av den aggressive atmosfære inne i kolben.

Forbindelsesglasset med hvilket de forskjellige deler forbindes med hverandre må ha et smeltepunkt høyere enn 800°C, fordi lampen ifølge oppfinnelsen ofte belastes så sterkt at temperaturen overskrider 700°C. Dette er særlig tilfelle når det i kolben skjer en høytrykksutladning i en atmosfære som inneholder minst ett alkalimetall, kvikksølv og minst en edelgass. Særlig er oppfinnelsen anvendbar for såkalte høytrykks-natriumdamplamper, i hvilke det som alkalimetall befinner seg natrium og som edelgass xenon.

I lamper ifølge .oppfinnelsen består likeledes, som ved de kjente lampekonstruksjoner, strømtilførselselementet og i det minste del del som er gasstett anordnet i tilslutningselementet og lukkeorganet, fortrinnsvis av metallet niob.

Ved en annen fordelaktig utførelsesform ifølge oppfinnelsen rager lukkeorganet ut av den sylindriske del og i det mellom disse to deler dannede hjørne befinner det seg en forbindelsesglasskant. Derved oppnås en enda mer pålitelig gasstett lukning.

Som ved en lavtrykks-natriumlampe kan det også ved lampen ifølge oppfinnelsen anvendes en evakuert eller med inert gass, f.eks. argon, fylt ytre kolbe, i "hvilken den egentlige utladningskolbe er anordnet. Denne ytre kolbe tjener, likesom ved lavtrykks-natrium-lampen, som varmeisolator. Ved en særlig fordelaktig utførelsesform av en slik lampe, hvor strømtilførselselementet består av et rør som er åpent i den fra kolben vendende ende, kan det i det rørformede strømtilførselselement befinne seg et med lite spillerom i dette anordnet og med den ytre kolbe fast forbundet, stiftformet støtte-organ. Ved at det stiftformede støtteorgan med lite spillerom er anordnet 1 det rørformede -strømtilførselselement., kan den egentlige utladningskolbe lett utvide seg uten at det utøves krefter på strøm-tilførselselementet, hvilke krefter skulle kunne føre til brudd i innsmeltningen og/eller strømtilførselselementet. Da den elektriske forbindelse mellom strømtilførselselementet og det stiftformede støt-teorgan på grunn av spillerommet mellom de to deler ofte ikke er helt pålitelig, kan ved -en fordelaktig utførelsesform en bøyelig tråd være forbundet elektrisk ledende med én ende til en tilslutningsklemme som er festet i den ytre -kolbe., "f.eks. ved sammentrykning, og med den andre ende elektrisk ledende forbundet -til -det rørformede strømtil-førselselement.

Noen utføreiseseksempler på oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et aksialt snitt gjennom en elektrisk gassutladningslampe ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en detalj av fig. 1 i forstørret målestokk.

Fig. 3 viser en .modifikasjon av utførelsen på fig. 2.

Fig. 4 viser sammensetningen av strømtilførselselementet og det ene lukkeorgan fremstilt ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 viser, et aksialt snitt gjennom et apparat for fremstilling av en gassutladningslampe ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 viser et aksialt snitt gjennom en modifikasjon av lampen på fig. 1. På fig. 1 omgir kolben 1 et utladningsrom 2, i hvilket det befinner seg en atmosfære som f.eks. består av natriumdamp, kvikk-sølvdamp og en edelgass, f.eks. xenon. Kolben 1 består av gjennomskinnelig tettsintret aluminiumoksyd. I endene av utladningsrommet 2 befinner det seg elektroder 3 °S 4» som er av kjent konstruksjon og bl.a. inneholder en wolframtrådvikling. Elektrodene 3 °g 4 er festet på et strømtilførselselement 5 resp. 6 i form av et tynt rør av niob. To lukkeorganer 7 og 8 består likeledes av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd, som er festet til kolben 1 ved sint-ring. To endestykker 9 °g 1°> som også består av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd, er festet såvel til kolben 1 som til til-slutningselementene 7 og 8. Kolben 1 er anordnet inne i en ytre kolbe 11 av f.eks. hardt glass. Denne ytre kolbe har en glassfot 12, i hvilken er festet to kombinerte strømtilførselstråder og bæretråder 14 og 13» som er festet til én ende av et strimmelformet forbindel-seselement 15 resp. l6, hvis andre ende er forbundet med elektrodene 3 resp. 4- Rundt tråden 14 befinner det seg for avskjerming et kvartsrør 17. Inne i den ytre kolbe 11 opprettholdes vakuumet ved hjelp av to getterringer 18 og 19.

På .fig. 2 er vist i forstørret målestokk en konstruksjon av den øvre ende av kolben på fig. 1. De tykke sorte linjer 20 angir at lukkeorganet 7. av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd er festet inne i kolben 1 ved hjelp av det samme materiale. Strøm-tilførselselementet 6 er festet gasstett til endestykket 9 og til lukkeorganet 7 ved hjelp av forbindelsesglass 21. Likeledes befinner det seg forbindelsesglass 21 mellom lukkeorganet 9 på den ene side og kolben 1.og lukkeorganet 7 på den annen side. Ved den store lengde og gunstige stilling av forbindelsesglasset oppnås en utmer-ket vakuumtettlukning. I hjørnet mellom strømtilførselselementet 6 og lukkeorganet 7 inne i kolben 1 befinner det seg praktisk talt ikke noe glass som kan angripes av den aggressive atmosfære inne i kolben. I hjørnet mellom strømtilførselselementet 6 og endestykket 9 på utsiden av kolben befinner det seg riktignok en glasskant, men der er det ingen fare for angrep av en aggressiv atmosfære. Den egentlige elektrode består av et i strømtilførselselementet 6 festet element 22 av molybden. Dette element er f.eks. på kjent måte ved hjelp av titan festet til røret 6, som også består av niob. Enden av elementet 22 er stiftformet og forbundet med en wolframstift 23. Utenpå disse stifter er anordnet en vikling 24 av wolframtråd. Wolframtrå-den kan eventuelt være dekket med et tynt elektronemitterende mate-rials jikt .

På fig. 3 nar endestykket 9 større diameter enn kolben 1. På den måte kan hjørnet mellom endestykket 9 °g kolben 1 forsynes med en glasskant 28, som gir ekstra sikkerhet for god gasstett lukning.

Ved fremstilling av en gassutladningslampe ifølge oppfinnelsen blir først kolben 1 forsynt med lukkeorganer 7 og 8. Lukke-organene er forsynt med en åpning, i hvilken strømtilførselselemen-tet festes. Dette skjer fortrinnsvis på følgende måte. Som vist på fig. 4, blir først elektroden 22, 23 og 24 festet til det rørformede strømtilførselselement 6. Rundt røret 6 anordnes så endestykket 9

av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd. Over.og under ende-, stykket 9 anordnes ringer 25 og 26, som består av glasslignende eller glassdannende materiale med en sammensetning som f.eks. angitt i bri-tisk patentskrift nr. I.OI9.82I. En tynn strimmel eller tråd 27, f.eks. av molybden, er f.eks. festet til strømtilførselselementet 6 og tjener til å hindre at strømtilførselselementet 6 faller gjennom åpningen i endestykket 9i samt for å sikre riktig stilling av elektroden inne i kolben 1. Den sammenstilte enhet på fig. 4 blir deretter anbrakt på lukkeorganetidet strømtilførselselementet 6 sky-ves gjennom åpningen i lukkeorganet. Deretter blir ved opphetning ringene 25 og 26 brakt til å smelte. Det smeltede glass heftes så vel til strømtilførselselementet 6 som til endestykket -9 °E lukkeorganet 7- Samtidig dannes et glassjikt. mellom lukkeorganet og endestykket, som allerede vist på fig. 2.

Fig. 5 viser et apparat ved hjelp av hvilket lampen ifølge oppfinnelsen kan,lukkes. Dette apparat består av en klokke "} 0, som ved hjelp av pakninger 31 er forbundet med en basis. I klokken 30 befinner det seg en indre -kolbe 32, som oventil er forsynt med en åpning. I kolben 32 er anordnet en ved hjelp av vann kjølbar metall-blokk 36. Vannet kan tilføres ved 37 og føres bort ved 38. Rundt blokken 36 befinner det seg en kvartskrave 39» i hvilken er avstøttet, fire wolframstifter 40- Disse stifter understøtter på sin side oventil en sylinder 41'av grafitt. På høyde med grafittsylinderen 41 befinner det seg rundt klokken 30 en høyfrekvensvarmespiral 42.

Ved fremstillingen av den gasstette lukning av den av gjennomskinnelig , tettsintret aluminiumoksyd bestående kolbe 43> Sar man frem på følgende måte. Man går ut fra kolben 43 1 hvilken lukkeorga-nene 44 °g 45 er fastsintret og på hvilke enheten, som er vist på fig. 4> er anordnet i den ene ende. Det hele blir anbrakt på metall-blokken 36. Deretter anbringes kolben 32 og så stiften 35 med et mellomstykke 33 °S en fj'ær 34 • Deretter anbringes klokken 30> samtidig som stiften 35 trykker på enheten, som er vist på fig. 4« Etterat alle disse deler er anbrakt, tilføres kjølevann ved 37»°6 rommet inne i klokken 30 og kolben 43 fylles med en inert gass,f.eks. argon. Deretter blir ved hjelp av høyfrekvensviklingen 42 grafittsylinderen 41 varmet opp inntil ringene 48 av glassdannende materiale smelter, og endestykket 49 °S strømtilførselselementet 50 forbindes med kolben 43 °§ lukkeorganet 44- Etter avkjøling kan klokken 30 og kolben 32 fjernes, hvoretter kolben 43 mec* den ferdige lukning fjernes . ;For lukning av den andre ende .kan man gå frem på samme måte. Før man imidlertid foretar denne lukning, kan den nødvendige mengde kvikksølv anbringes i kolben 43* Dette behøver ikke skje i en inert atmosfære. Innføringen av alkalimetall må imidlertid skje i en inert atmosfære. Man kan da anvende samme apparat, idet man går frem på følgende måte. Den i den ene ende lukkede kolbe 43 anbringes på blokken 36. Deretter blir kolben 32 anbrakt, og deretter tilføres gjennom åpningen 46 en inert gass, f.eks. argon. Utløpet 47 er °^a lukket. Gassen fyller hele rommet inne i kolben 32, og det sørges for at kolben 43 fylles med denne gass. Den inerte gass strømmer oventil ut av kolben 32. Deretter blir det gjennom denne åpning innført den nødvendige mengde alkalimetall, f.eks. natrium, inn i kolben 32. Deretter blir enheten på fig. 4 anordnet i kolben. Som forklart ovenfor, strømmer den inerte gass inn. Deretter blir trykk-innretnihge<r> 33, 34, 35 og klokken 30 anbrakt. Tilførselen 46 lukkes og gjennom 47 blir hele rommet inne i kolben -30 evakuert. Deretter blir det gjennom 46 ført den nødvendige edelgass,' f.eks. xenon, inn i den ferdige lampe. Deretter blir ved opphetning den andre lukning utført på samme måte som den første lukning.

Som det fremgår av utførelsesformen på fig. 6, som for størstedelen tilsvarer utførelsen på fig. 1, er det i det øvre rør-formede strømtilførselselement 6o anordnet en. stift 6l, som er festet til den ytre kolbe ved 62. Denne stift 6l passer med noe spillerom inn i det rørformede element 60. Under lampens drift, hvorved det egentlige utladningsrør 63 kan bli meget varmt, kan dette utvide seg uhindret på oversiden. Stiften 6l og røret 60 forskyver seg i forhold til hverandre. Strømtilførselen gjennom elementet 60 skjer ved hjelp av en bøyelig tråd 64, som med den ene ende er elektrisk ledende forbundet med elementet 60, og på den annen side er ledende forbundet med en innsmeltet tråd 66.

Claims

1. Elektrisk gassutladningslampe inneholdende alkalimetall, kvikksølv og minst en edelgass, med kolbe av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd og minst et i kolben gasstett festet strøm-tilførselselement som er ført gjennom en åpning i et lukkeorgan for kolben som på stedet for strømtilførselselementet har en sylindrisk del, idet det ved lukkeorganet også er tilstede forbindelsesglass, karakterisert ved at det bare i den sylindriske del av kolben (1) befinner seg et av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd bestående lukkeorgan (7»8) som er sintret gasstett til kolben og har en åpning i hvilken strømtilførselselementet (6) er festet gasstett ved hjelp av forbindelsesglass, hvilken lampe videre er forsynt med et mot enden av den sylindriske del av kolben og mot det i denne del festede lukkeorgan hvilende, av gjennomskinnelig, tettsintret aluminiumoksyd bestående endestykke (9,10) med en åpning for strømtilførselselementet, hvilket endestykke er forbundet gasstett med lukkeorganet og strømtilførselselementet ved hjelp av forbindelsesglass, idet utladningsrommet og den indre del av strømtil-førselselementet er gasstett atskilt fra hverandre.

2. Lampe ifølge krav 1,karakterisert ved at endestykket rager ut av den sylindriske del, og at det befinner seg en forbindelsesglasskant i den mellom de to deler dannede kantsøm.

3. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk gassutladningslampe med to gasstette lukkesteder ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at først sintres i en særskilt arbeidsoperasjon to med en åpning forsynte lukkeorganer i kolben, hvoretter det i en inert atmosfære festes på det ene lukkested et strømtilførselselement og et endestykke ved hjelp av forbindelsesglasset, og gjennom åpningen i det andre lukkeorgan bringes så kvikksølv og alkalimetallet inn i kolben og deretter festes det andre strømtilførselselement og det andre endestykke på samme måte i en inert gassatmosfære, idet det sørges for at den ønskede edelgass, f.eks. xenon, befinner seg i kolben.

4- Fremgangsmåte ifølge .krav 3»karakterisert ved at innføringen av alkalimetallet, f.eks. natrium, befestigel-sen av det andre strømtilførselselement og det andre endestykke skjer i en klokke i hvilken det befinner seg en inert atmosfære av den ønskede edelgass.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4»karakterisert ved at før anbringelsen av strømtilførselselementet fo-renes dette, endestykket og en bestemt mengde av glasset eller et glassdannende materiale til en håndterbar enhet som settes på lukkeorganet, idet strømtilførselselementet stikkes gjennom åpningen i lukkeorganet.