DE102004011555B3

DE102004011555B3 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE102004011555B3
Application number: DE200410011555
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Berninger
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem Glaskörper, der einen Glaskolben aufweist, und mit einer von dem Glaskolben umschlossenen Stromführung, die zwei Stromdurchführungs-Drähte aufweist, wobei die Stromdurchführungs-Drähte mittels eines Übergangsglases mit dem Glaskolben gasdicht verbunden sind und wobei die Stromdurchführungs-Drähte zumindest im Bereich des Übergangsglases aus einem Wolfram- oder wolframhaltigen Material gebildet sind. Um bei einer solchen Gasentladungslampe die Betriebssicherheit und Standzeit zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Glaskörper zumindest in dem an das Übergangsglas anschließenden Bereich aus einem Glasmaterial gebildet ist, das einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten alpha (20 DEG , 300 DEG ) im Bereich zwischen 2,9 und 3,5 [10·-6·/K] aufweist, und dass das Übergangsglas einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten alpha (20 DEG , 300 DEG ) im Bereich zwischen 3,5 und 3,9 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem Glaskörper, der einen Glaskolben aufweist, und mit einer von dem Glaskolben umschlossenen Stromführung, die zwei Stromdurchführungs-Drähte aufweist, wobei die Stromdurchführungs-Drähte mittels eines Übergangsglases mit dem Glaskolben gasdicht verbunden sind und zumindest im Bereich des Übergangsglases aus Wolfram oder einem wolframhaltigen Material gebildet sind. Derartige Gasentladungslampen sind in Heinz G. Pfaender 1996, Schott Guide to Glass; Verlag Chapman & Hall; Seite 131, beschrieben. Sie besitzen eine Stromführung mit Wolframdrähten. Diese sind als Stromdurchführungs-Drähte von der Umgebung in den von dem Glaskolben umgebenen Raum geführt. Um hier einen gasdichten Abschluss zu erhalten, wird ein Übergangsglas verwendet, das den Glaskolben mit dem Wolframmaterial verbindet. Das Übergangsglas nimmt die unterschiedliche Wärmedehnung der Verschmelzpartner auf. Bei den bekannten Gasentladungslampen wird für das Übergangsglas ein Glasmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 4,0 und 4,4 × 10^–6/K verwendet. Mit diesem wird ein Tellerglas kombiniert, das aus dem gleichen Material wie das Übergangsglas besteht. Mit dem Tellerglas ist ein haubenartiger Glaskolben aus Spezialglas verbunden, das unter der Bezeichnung "Suprax" erhältlich ist. Der Glaskolben wird mit dem Tellerglas verschmolzen. Es hat sich gezeigt, dass die Verschmelzstelle sorgfältig ausgeführt werden muss, um einen frühzeitigen Ausfall der Gasentladungslampe zu vermeiden. Darüberhinaus kann es bei extremen Temperaturwechseln beim Lampenbetrieb zu Schädigungen des Glaskörpers kommen.

Aus der DE 29 20 042 C2 ist eine Hochdruckgasentladungslampe mit einem Quarzglaskolben bekannt, in dem Wolframelektrodenstifte eingebracht sind. Dabei sind die Wolframelektrodenstifte in einem Träger festgelegt, der mit dem Flansch des Quarzglaskolbens verschmolzen ist. Die Ausdehnungskoeffizienten des Trägers und des Glaskolbens sind gleich und betragen zwischen 11 und 17 × 10^–7°C^–1 im Temperaturbereich von 30 bis 800 °C. Diese bekannte Kurzbogenentladungslampe hat einen einfachen Aufbau und ist bis zu hohen Drücken geeignet.

Wie die GB 2 030 000 A zeigt, kann die in einem Glaskolben mit hohem Schme Izpunkt eingeführte Elektrode einer elektrischen Lampe im Einführungsbereich auch mit mehr als einem Glasüberzug versehen sein. Dabei nehmen die Ausdehnungskoeffizienten der Glasüberzüge in Richtung des Glaskolbens zu.

Es ist jedoch auch aus der US 4 221 989 bekannt, eine Molybdän-Elektrode direkt in einen Glaskolben aus Alkali-Aluminium-Borosilikat einzuschmelzen, um eine direkte Verbindung zu erhalten.

Bei all diesen bekannten Gasentladungslampen wird keine ausreichende Betriebssicherheit und Standzeit erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gasentladungslampe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch eine verbesserte Betriebssicherheit und Standzeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Glaskörper zumindest in dem an das Übergangsglas anschließenden Bereich aus einem Glasmaterial gebildet ist, das einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) im Bereich zwischen 2,9 und 3,5 [10^–6/K], bevorzugt 3,2 bis 3,3 [10^–6/K] aufweist, und dass das Übergangsglas einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) im Bereich zwischen 3,5 und 3,9 [10^–6/K], bevorzugt 3,6–3,8 [10^–6/K] aufweist.

Es hat sich gezeigt, dass mit dieser neuen Glaskomposition für eine Gasentladungslampe die Temperatur- sowie Temperaturwechsel-Belastbarkeit deutlich verbessert wird. In Abkehr von den im Stand der Technik durchgängig vorgeschlagenen Gläsern hat der Erfinder erkannt, dass für die Anwendung in Gasentladungslampen überraschenderweise ein Übergangsglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 4 [10^–6/K ]verwendet werden kann und gerade dadurch die Betriebsparameter verbessert werden.

Für den Glaskolben läßt sich ein Glasmaterial verwenden, das gegenüber den im Stand der Technik verwendeten Gläsern eine geringere Wärmedehnung und damit auch eine höhere Temperaturfestigkeit aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird alternativ auch dadurch gelöst, dass der Glaskörper ausgehend von dem Übergangsglas einheitlich aus einem Glasmaterial besteht. Bei dieser Anordnung ist der für Temperatur-Wechselbeanspruchungen kritische Übergangsbereich zwischen Tellerglas und Glaskolben aus einem Material mit einheitlichem Ausdehnungskoeffizienten gefertigt. Damit wird eine größere Temperatur-Wechselbeanspruchbarkeit geschaffen.

Eine derartige Gasentladungslampe läßt sich insbesondere dann kostengünstig fertigen, wenn vorgesehen ist, dass der Glaskörper ausgehend vom Übergangsglas einheitlich aus einem Glasmaterial besteht. Dabei ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsvariante dergestalt, dass das Glasmaterial des Glaskolbens und des Tellerglases folgende Bestandteile (in Gew. %) aufweist:

Diese Gläser sind in besonderer Weise temperaturwechselbeständig. Insbesondere kann das Glas folgende Bestandteile (in Gew. %) aufweisen:

Bei diesem Glas handelt es sich um ein Material, das beispielsweise unter der Bezeichnung "Duran" gängig ist und vielfältig in anderen technischen Bereichen eingesetzt wird. Es kann bei einem Glasfertiger somit fortlaufend verarbeitet werden. Mit der neuartigen Anwendung kann der Glasfertiger somit seine Maschinenauslastung weiter verbessern. Dies bietet deutliche Vorteile gegen über der Verwendung eines Spezialglases. Bei diesem muss in der Schmelzanlage für die benötigte Charge eine Umschmelzung von einem auf den anderen Glastyp vorgenommen werden.

Eine mögliche Erfindungsvariante kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Glasmaterial des Übergangsglases folgende Bestandteile (in Gew. %) aufweist:

Insbesondere kann die Glaszusammensetzung folgende Bestandteile (in Gew. %) aufweisen:

Diese Übergangsgläser verbinden sich gut mit dem Wolframmaterial der Stromdurchführungs-Drähte und dem Kolbenglas.

Eine gute Abdichtung wird insbesondere dann erreicht, wenn vorgesehen ist, dass das Übergangsglas sich über einen Bereich von mindestens 8 mm, vorzugsweise 10 mm, in Achsrichtung des Stromdurchführungs-Drahtes erstreckt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 in Seitenansicht eine Gasentladungslampe und
2 die Gasentladungslampe gem. 1 in einem vorgefertigtem Zustand.
Die 1 zeigt eine Gasentladungslampe mit einer Stromführung 10 und einem Glaskörper 20. Der Glaskörper 20 umfaßt einen Glaskolben 23, ein Tellerglas 21 (siehe 2) und ein Übergangsglas 15. Die Stromführung 10 besitzt zwei Stromdurchführungs-Drähte14 aus Wolfram. Diese sind in üblicher Weise außerhalb des von dem Glaskörper 20 umgebenen Raumes mit einer Schraubfassung 24 kontaktiert. Im Anschluss an die Schraubfassung 24 sind die Stromdurchführungs-Drähte 14 in den von dem Glaskörper 20 gebildeten Glaskolben 23 eingeführt. Die Stromdurchführungs-Drähte 14 sind im Glaskolben 23 mit je einem Stromleiter 11 verbunden. Diese bilden eine Lichtbogen-Einheit 13. Zur Abschirmung eines der Leiter 11 gegen den Lichtbogenbereich ist eine Isolation 12 aus z. B. Keramikmaterial verwendet.
Die Stromdurchführungs-Drähte 14 sind mittels des Übergangsglases 15 in den Glaskolben 23 eingeführt. Das Übergangsglas 15 besteht aus einem Glasmaterial mit folgender Glas-Zusammensetzung (in Gew.%):
Dieses Material hat einen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) von 3,68 [10^–6/K].
An das Übergangsglas 15 ist, wie dies die 2 deutlicher erkennen läßt, der Glaskörper 20 angeschlossen. Das Tellerglas 21 bildet den Übergang zwischen dem Glaskolben 23 und dem Übergangsglas 15. Dabei sind Tellerglas 21 und Glaskolben 23 miteinander verschmolzen und bestehen aus einem Glas mit folgender Zusammensetzung (Gew. %):
Dieses Material weist einen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) von 3,24 [10^–6/K] auf.
In der 2 ist ein vorgefertigter Zustand gezeigt. Dabei ist der Glaskörper 20 bereits mit dem Übergangsglas verschmolzen. An den Glaskörper 20 ist ein Pumprohr 22 angeformt.
Zur Fertigung der in 1 gezeigten Gasentladungslampe wird die gemäß 2 vormontierte Baueinheit mit dem Glaskolben 23 ergänzt. Dieser wird über die Stromführung 10 gestülpt und mit seinem offenen Ende an einen Verbindungsabschnitt 21a des Tellerglases 21 angesetzt. Der Glaskolben 23 kann dann mit dem Tellerglas 21 verschmolzen werden. Da der Glaskolben 23 und das Tellerglas 21 aus demselben Material bestehen, gelingt dies einfach. Insbesondere können dann auch kurze Abkühlraten und damit geringere Taktzeiten verwirklicht werden. Wie die 1 erkennen läßt, ist der Verschmelzübergangsbereich Tellerglas 21 – Glaskolben 23 in dem Bereich angeordnet, in dem sich die Lampenfassung 24 an dem Glaskörper 20 abstützt. Da hier eine einheitliche Materialpaarung gewählt ist, ist die Gasentladungslampe insgesamt temperaturwechselbeständiger.
Weiterhin erhält man eine größere Freiheit bei der Fassungsgestaltung. Nachdem das Tellerglas 21 mit dem Glaskolben 23 gasdicht verschmolzen wurde, kann der entstandene Hohlraum über das Pumprohr evakuiert und dann ggf. mit einem Gas befüllt werden.
Anschließend wird die Schraubfassung 24 montiert und mit den Stromdurchführungs-Drähten 14 kontaktiert.

Claims

Gasentladungslampe mit einem Glaskörper, der einen Glaskolben aufweist, und mit einer von dem Glaskolben umschlossenen Stromführung, die zwei Stromdurchführungs-Drähte aufweist, wobei die Stromdurchführungs-Drähte mittels eines Übergangsglases mit dem Glaskolben gasdicht verbunden sind und zumindest im Bereich des Übergangsglases aus Wolfram oder einem wolframhaltigen Material gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (20) zumindest in dem an das Übergangsglas (15) anschließenden Bereich aus einem Glasmaterial gebildet ist, das einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) im Bereich zwischen 2,9 und 3,5 [10^–6/K] aufweist, und dass das Übergangsglas (15) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) im Bereich zwischen 3,5 und 3,9 aufweist.
Gasentladungslampe mit einem Glaskörper, der einen Glaskolben aufweist, und mit einer von dem Glaskolben umschlossenen Stromführung, die zwei Stromdurchführungs-Drähte aufweist, wobei die Stromdurchführungs-Drähte mittels eines Übergangsglases mit dem Glaskolben gasdicht verbunden sind und zumindest im Bereich des Übergangsglases aus Wolfram oder einem wolframhaltigen Material gebildet sind, wobei an das Übergangsglas ein Tellerglas angeschlossen ist, das mit einem einen Hohlraum umschließenden Kolbenglas verschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskolben (23) und das Tellerglas (21) aus dem gleichen Glasmaterial bestehen und dass das Übergangsglas (15) aus einem zu dem Kolbenglas (23) unterschiedlichem Glasmaterial gebildet ist.
Gasentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial des Glaskolbens (23) und des Tellerglases (21) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) im Bereich zwischen 2,9 und 3,5 [10^–6/K] aufweist, und dass das Übergangsglas (15) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α (20°, 300°) im Bereich zwischen 3,5 und 3,9 aufweist.
Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Glaskörper (20) ausgehend von dem Übergangsglas (15) einheitlich aus einem Glasmaterial besteht.
Gasentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial des Glaskolbens (23) folgende Bestandteile (Angaben in Gew %) aufweist:
Gasentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial des Glaskolbens (23) folgende Bestandteile (Angaben in Gew %) aufweist:
Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial des Übergangsglases (15) folgende Bestandteile (Angaben in Gew %) aufweist:
Gasentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial des Übergangsglases (15) folgende Bestandteile (Angaben in Gew %) aufweist:
Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsglas (15) sich über einen Bereich von mindestens 8 mm, vorzugsweise 10 mm, in Achsrichtung des Stromdurchführungs-Drahtes (14) erstreckt.