DE2754001C2 - Alkalimetalldampf-Hochdrucklampe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Alkalimetalldampf-Hochdrucklampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den Alkalimetalldampf-Hochdrucklampen ist der Kolben aus Keramik im allgemeinen in einem äußeren Glaskolben montiert Ein geeignetes Material für den keramischen Koroen ist hochdichtes polykristallines Aluminiumoxyd oder synthetisch*-, Saphir. Die Füllung des Kolbens umfaßt Natriun: und schließt üblicherweise Quecksilber ein, um die Wirksam^· ■ nt zu verbessern, sowie ein Edelgas zur Erleichterung des Zündens. Der äußere Kolben, der den keramischen Kolben einschließt, ist an dem einen Ende im allgemeinen mit dem üblichen Sockel versehen. Die Elektroden des keramischen Kolbens sind mit Anschlüssen des Sockels verbunden, d. h. mit dem Hülsen- und dem Zentralkontakt und der Raum zwischen den beiden Kolben ist zur Wärmekonservierung üblicherweise evakuiert

Die Natriumdampf-Hochdrucklampen, die zuerst 1966 im Handel erschienen, verwendeten Verschlußkappen aus Niob, durch die sich Niobrohre in das Keramikrohr erstreckten. Ein Niobrohr, das zum Aussaugen und Füllen benutzt wurde, wies eine Öffnung zum Inneren des Keramikkolbens hin auf und wurde nach dem Einbringen der Füllung in den Kolben 5^. hermetisch abgedichtet. Das andere Niobrohr, das manchmal als Absaügrohr-Attrappe bezeichnet wird, wies eine solche Öffnung zum Inneren des Keramikkolbens hin nicht auf und diente nur als Träger für Zuleitung und Elektrode. Niob wurde verwendet, da sein Ausdehnungskoeffizient ausreichend nahe dem der Aluminiumoxydkeramik ist, doch ist es ein relativ teures Metal).

In der US-PS 38 82 346 ist eine Abschlußdichtung beschrieben, die dazu benutzt werden kann, Endkappe und Auslaßrohr-Attrappe aus Niob zu ersetzen. Diese Abschlußdichtung benutzt einen Keramikstopfen, der abgedichtet in das Ende des Keramikrohres eingelassen ist und eine zentrale durchgehende Öffnung aufweist, durch die abgedichtet ein Zuleitungsdraht geführt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem der Keramik angepaßt ist, wobei Niob für einen Keramikstoofen aus Aluminiumoxyd geeignet ist. Diese Konstruktion verringert die Menge des eingesetzten Niobs gegenüber der bekannten Ausführung bis zu dem nicht mehr weiter zu reduzierenden Minimum.

In Lampen mit einem vorspringenden Auslaßrohr stellt das abgedichtete Auslaßrohr ein Reservoir für überschüssiges Natriumamalgam außerhalb des Entladungsrohres dar. Dieses enthält somit das überschüssige Amalgam an einem Ort weg von der direkten Wärme des Bogens und der Elektrode und das Schwärzen des Entladungsrohres mit zunehmendem Lampenalter hat eine minimale Wirkung auf den Natriumdampfdruck und die Lampenspannung. Die Verwendung eines äußeren Reservoirs erleichtert auch die genaue Einstellung des Wärmeausgleiches in der Lampe, zum ■Beispiel durch Sandstrahlen eines Teiles des äußeren Niobrohres, um auf diese Weise dessen Wärmeverlust zu regulieren und eine optimale Temperatur für die Lichtleistung und eine lange Lebensdauer zu erzielen. Die Konstruktion mit einem äußeren Reservoir hatte jedoch den Nachteil, daß das Auslaßrohr an der am weitesten unten befindlichen Stelle der Lampe anzuordnen war. Dies machte es notwendig, zwei verschiedene Versionen einer gegebenen Lampe herzustellen, nämlich eine mit dem Sockel nach oben und eine mit dem Sockel nach unten, bei denen das Entladungsrohr mit Bezug zum äußeren Kolben umzukehren war. Wurde eine der beiden Aysführungsformen irr der falschen Anordnung benutzt, dann konnten Vibration oder ein mechanischer Stoß dazu führen, daß ein Amalgamtröpfchen aus dem Auslaßrohr in das heißere Entladungsrohr gelangte. Der sich daraus ergebende plötzliche Anstieg des Dampfdruckes und die entsprechende Zunahme der Lampenspannung konnten groß genug sein, die Lampe auszulöschen. In extremen Fällen hat der relativ kalte Amalgamtropfen sogar ein thermisches Brechen des Entladungsrohres beim Auftreffen verursacht

Eine solche Lampe, die auch eine Alkalimetalldampf-Hochdrucklampe der vorstehenden Art ist, ist in der DE-AS 15 89 171 beschrieben. Diese DE-AS geht aus von dem Problem der allm&hlicheir Aufzehrung von Natrium in solchen Lampen mit einem Entladungsgefäß aus polykristallinem Aluminiumoxid, bei denen während des Betriebes ein unverdampfter Rest an Natrium vorhanden ist Dieser Natriumverlust führt zu einer Änderung der Betriebsdaten der Lampe während ihrer Lebensdauer.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer solchen Lampe ist das freie Endstück eines die Elektrodenwendel tragenden Wolframschaftes in einem rohrförmigen Metalleiter eingeklemmt, der sich durch eine fingerhutförmige Verschlußkappe aus Niob erstreckt. Dieser Metalleiter ist mit einem Loch versehen, durch das während der Herstellung der Lampe das Füllgas und das Amalgam in das Entladungsgefäß eingefüllt werden. Wegen dieses Loches kann die Lampe nach der DE-AS 15 89 171 nur mit dem Sockel nach unten betrieben v/erden.

Weiter ist in der DE-OS 25 48 301 eine Natriumdampf-Hochdrucklampe beschrieben. Bei dieser Lampe ist angestrebt, daß eine Elektrode sehr nahe der Endwand des Lampenkolbens angeordnet ist. Zu diesem Zweck wird der Elektrodenschaft in ein Metallrohr eingeführt und an einer Stelle außerhalb des Kolbens durch Aufwalzen oder Sicken und möglichst noch durch Hartverlöten dicht mit dem Metallrohr verbunden.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte, in der DE-AS 15 89 171 beschriebene Alkalimetalldampf-Hochdrucklampe dahingehend zu

Strecke durch den Stopfen 20 in das Keramikrohr hinein und ist hermetisch mittels einer Dichtungsmasse abgedichtet, die durch die dicke Linie 22 veranschaulicht ist Der Halsteil des Stopfens 20 liegt innerhalb des Keramikkolbens 9, dessen Endstück gegen die Schulter des Stopfens stößt Mittels einer Dichtungsmasse ist eine hermetische Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen 9 und 20 sichergestellt, wie durch die dicken schwarzen Linien 23 und 24 veranschaulicht ist

Die Elektrode umfaßt zwei Schichten 25 UDd 26 aus Wolframdraht, die um das distale Ende eines Wolframschaftes 27 gewickelt und innerhalb des Keramikkolbens angeordnet sind Der Schaft 27 erstreckt sich weit genug in den rohrförmigen Leiter 21, so daß er in dieser Lage sicher festgelegt, werden kann, indem man das >⁵ Rohr an einer Stelle außerhalb des Keramikkolbens 9 in einer Weise deformiert, daß man es über eine merkliche • Länge über dem Schaft zusammenquetscht Vorzugsweise befindet sich die Deformation an einem mittleren Punkt im Rohr, der einen Teil außerhalb davon zurückläßt, der geeignet ist, als Reservoir für überschüssiges Amalgam zu dienen. Die dargestellte Deformierung ist von der Art, daß sie den Schaft 27 entlang der ganzen Länge der abgeflachten Teile oder Flügel 28 einklemmt Gleichzeitig sind enge Kanäle 29, die am besten in F i g. 3 erkennbar sind, auf beiden Seiten des Schaftes 27 vorhanden, die mit dem äußeren Teil des Rohres 21 bis zur Spitze 30 in Verbindung stehen. Sie erlauben den Durchgang von Natriumamalgam in Dampfform, verhindern jedoch dessen Bewegung als Flüssigkeit unter normalen Betriebsbedingungen, selbst wenn sich das in der Zeichnung unten dargestellte Ende oben befindet

Der leere Keramikkolben 9 wird bei der Herstellung in einer Kammer angeordnet, aus der man die Luft absaugt, und mit einem Inertgas gefüllt, das bei der fertigen Lampe als Zündgas dient Innerhalb dieser Kammer ist der Kolben 9 mit dem Rohr 21 nach oben gehalten und ein Zuführungsgerät läßt eine Kugel flüssigen Natriumamalgams in den Kolben 9 fallen. Das Amalgam ist vorher auf eine Temperatur oberhalb von Zimmertemperatur erhitzt worden, bei der es flüssig ist und leicht fließt. Mit einem mechanischen Gerät wird dann das Ende des Metalleiters 21 bei 30 mit ausreichend Kraft zusammengequetscht, um eine hermetische Kaltschweißstelle zu erhalten. Der Kolben 9 wird in dem Außenkolben 2 durch einen Leiter 31 gestützt, der von dem rohrförmigen Metalleiter 21 zu einem Trägerstab 32 verschweißt ist, wobei der Stab 32 mit der Zuleitung 5 verbunden ist. ^w

Durch diese Dichtungsstruktur wird ein verbesserter Wärmeübergang zum Amalgamreservoir geschaffen. Das distale Ende des Elektrodenschaftes befindet sich bei der maximalen Elektrodentemperatur und da der Schaft 22 sich nun über die ganze Strecke durch die Quetschstelle 28 erstreckt, sichert dies eine gute Wärmeübertragung bis zu diesem Punkt. Der verbesserte Temperaturgradient stellt sicher, daß das flüssige Amalgam in diesem Reservoirbereich angeordnet ist, d. h. zwischen der Anwürgstelle 28 und der Quetschdichtung30 und dies macht ein Sandstrahlen überflüssig.

Als Ergebnis der engen Kanäle 29 an der Ankröpfung erhält man eine universal einsetzbare Lampe. Der Wärmeausgleich ist derart, daß das abgequetschte Ende 30 der kalte Fleck der Lampe ist, an dem sich überschüssiges Amalgam ansammelt. Wird die Lampe mit dem Auslaßiohr 21 nach unten betrieben, dann sorgen sowohl der Wärmeausgleich als auch die verbessern, daß das sich außerhalb des Kolbens im rohrförmigen Metalleiter befindliche Reservoir für überschüssiges Amalgam genutzt werben kann, ohne daß dabei aus Gründen der Betriebssicherheit dieser Metalleiter an der anji weitesten unten befindlichen Stelle der Lampe angeordnet werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäS dadurch gelöst, daß das Anwürgen des rohrförmigen Leiters an den Metallschaft ebenfalls außerhalb des Kolbens erfolgt ist, wobei durchgehende enge Kanäle bestehen bleiben, die den Durchgang von Alkalimetalldampf aus dem Reservoir gestatten.

Im folgenden wird dk Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Hochdruck-Natriumdampflampe, die universell einsetzbar ist,

Fig.2 eine vergrößerte Detaildarstellung des Verschlußteils und des angewürgten rohrförmigen Metalleiters und

Fig.3 einen Querschnitt durch den angewürgten Metalleiter in Richtung der Pfeile 3.. 3 der Fig.2 und zwar in einem doppelt so großen M&Ustab wie dem der Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Natriumdampf-Hochdrucklampe 1 in bevorzugter, einer 4G0-Watt-Größe entsprechenden Form, dargestellt Diise Lampe 1 umfaßt einen glasarügen äußeren Kolben 2 mit einem Standard-Schraubsockel 3 an einem Ende und einem eingestülpten Stempel 4, durch den. sich in üblicher Weise ein Paar relativ schwerer Zuleitungen 5 und 6 erstreckt deren äußere Enden mit der Schraubhülse 7 und dem Zentralkontakt 8 des Sockels verbunden sind. Der innere Kolben 9, der zentral innerhalb des Außenkolbens 2 angeordnet ist, umfaßt ein lichtdurchlässiges Keramikrohr, geeigneterweise aus polykristallinem Aluminiumoxyd, das durchscheinend ist oder aus einkristallinem Aluminiumoxyd, das klar und transparent ist. Das obere Ende des Kolbens 9 ist durch ein nicht gezeigtes aus Aluminiumoxydkeramik bestehendes Verschlußteil verschlossen, durch das sich ein Niob-Zuführungsleiter Ii erstreckt, der darin hermetisch abgedichtet ist Der Zuführungsleiter trägt die nidht dargestellte obere Elektrode, die im allgemeinen ähnlich der in F i g. 2 gezeigten unteren Elektrode sein kann. Der äußere Teil des Zuführungsleiters 11 verläuft durch eine Schleife 12 im querverlaufenden Stiitzdraht 13, der an dem Seitenstab 14 befestigt ist Diese Anordnung gestattet dte thermische Ausdehnung des Kolbens 9 während des Betriebes, wenn die untere Endabdichtung starr an Ort und Stelle befestigt ist, und, ein elastischer Metallstreifen 15 sichert eine gute elektrische Verbindung. Der Seitenstab 14 ist an die Zuleitung 6 geschweißt und das obere Ende ist mitteis einer Federklammer S6 verspannt, die in einen umgekehrten Nippel 17 im gewölbten Ende des Außenkolbens eingreift. Ein Metallreflektorband 18 mag um das obere Ende des Kolbens 9 erwünscht sein, um die gewünschte Temperatur der oberen Endabdichtung aufrechtzuerhalten, insbesondere bei kleineren Lampen von 250 Watt oder weniger.

In den Fig.2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des unteren Verschlußteils und der Elektrodenstützstruktur dargestellt. Das Verschlußteil besieht aus einem mit Schultern versehenen Keramikstopfen 20 aus Aluminiumoxid mit einer zentralen Öffnung, durch die sich ein dünnwandiges Niobrohr 21 als rohrförmiger Metalleiter erstreckt, das als Auslaßrohr und Zuleitung dient. Das Rohr 21 erstreckt sich nur für eine kurze

Schwerkraft dafür, überschüssiges Amalgam an der Spitze zu halten. Wird die Lampe umgekehrt und mit dem Auslaßrohr 21 nach oben betrieben, dann sorgt der Wärmeausgleich dafür, daß sich überschüssiges Amalgam an der Spitze kondensiert und dei Oberflächenspannung bzw. Kapillarkraft ist normalerweise ausreichend, den Überschuß in dem keilförmigen Volumen zu halten. Sollte es jedoch unter Vibration oder mechanischem Stoß vorkommen, daß sich ein Tröpfchen des Amalgam aus dem keilförmigen Volumen löst, dann wird das fallende Tröpfchen in einem der engen Kanäle 29 gehalten. Der Wärmeausgleich sorgt für einen Anstieg der Temperatur von der Spitze 30 bis zum Ort der Quetschstelle 28 um etwa 10 bis 20⁰C. Aufgrund dieses Temperaturunterschiedes verdampft das Tröpfchen langsam und kondensiert sich wieder an der Spitze, wodurch es in das keilförmige Volumen zurückgeführt ist. Der Temperaturunterschied zwischen der Quetschstelle 28 und der Spitze 30 ist jedoch nicht groß genug, um einen merklichen Dampfdruckanstieg beim Betrieb der Lampe zu verursachen. Auf diese Weise hat man bei der bevorzugten Ausführungsform mit einem keramischen Verschlußteil 20 den Nutzen der universellen Einsetzbarkeit der Lampe zusammen mit einem äußeren Reservoir unter Verwendung einer minimalen Menge teuren Niobs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   AlkaBmetalldampf-Hochdrucklampe mit einem rohrförmigen, lichtdurchlässigen keramischen Kolben, mit VerschluBteflen, die die Elektroden tragen, und mit einer ionisierbaren Füllung, die Alkalimetall, vorzugsweise als Amalgam, enthält, wobei eine Baueinheit aus Verschlußteil und Elektrode einen rohrförmigen Metallener einschließt, der durch das VersehJußtefl hindurchführt, außerhalb des Kolbens unter Bildung eines Reservoirs für den kondensierten Alkalimetalldampf verschlossen ist und auf der der Elektrode zugewandten Seite des Reservoirs mit dem die Elektrode tragenden Metallschaft durch Anwürgen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anwürgen des rohrförmigen Leiters (21) an den Metallschaft (27) ebenfalls außerhalb des Kolbens erfolgt ist, wobei durchgehende enge Kanäle (29) bestehen bleiben, die den Durchgang, ron Alkalimetalldampf aus dem Reservoir gestattfeii