DE2920042A1

DE2920042A1 - Kurzbogenentladungslampe

Info

Publication number: DE2920042A1
Application number: DE19792920042
Authority: DE
Inventors: Petrus Johannes Mathijssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-05-23
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1979-11-29
Also published as: NL7805542A; JPS6338831B2; JPS54154173A; NL182439C; GB2021855B; FR2426975A1; BE876460A; FR2426975B1; DE2920042C2; CA1135780A; US4481443A; NL182439B; GB2021855A

Description

2920042 fl.V. Philips' 6Ioei!ampenfabr:ek-3n_f Eindhoven

1.3.1979 * PHN 9129

Kurzbogenentladungslampe

Die Erfindung beti*lfft eine Kurzbogeiien tladungslanipe mit einem mit Edelgas gefüllten Quarzglaskolben, der einen den Entladungsraum umgebenden Lampenkolbenteil, in dem zwei Wolfraiiielektroden angeordnet sind, und zwei sich daran an— scliliesseiide halsförmige Lampeiikolbenteile aufweist, in denen sich koaxial Wolframelektrodenstifte erstrecken, die stellenweise mit einer uinschliessenden Glasverkleidung versehen sind, die mit einem zwischen ihren Enden angeordneten Glasflanscli verschmolzen ist, der mit dein Quarzglas des be—

Ό treffenden halsförmigen Lampenkolbenteils verbunden ist.

Eine derartige Kurzbogenentladungslampe (compact source

lamp) 1st aus Fig. 1d der DE-PS 1 I32 242 bekannt.

Angesichts der hohen Temperaturen, die in einer Kurzbogenentladungslampe im Betrieb herrschen, ist man für die Herstellung des Lampenkolbens auf die Verwendung von Quarzglas, für· die Herstellung der Elektroden und der Elektrodenstifte auf Wolfram angewiesen. Diese Werkstoffe haben so verschiedene Ausdehnungskoeffizienten (Quarzglas ungefähr 7 x 1(T⁷⁰Cr¹, Wolfram ungefähr k$ χ 10"⁷⁰C"¹), dass besondere Massnahmen getroffen werden müssen, um die Elektrodenstifte vakuumdicht durch die Wand des Lampenkolbens hindurchführen zu können. Bei den im Handel erhältlichen Lampen wird eine Konstruktion verwendet, die ebenfal'.s in der erwähnten deutschen Patentschrift dargestellt ist (Fig. 1b).

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Diese Konstruktion ist äusserst kompliziert und schwierig herstellbar.

Die eingangs ea'wähnte Konstruktion ist zwar einfacher, jedoch ist in der Patentschrift angegeben, dass sie nur für Lampen mit einem mittleren Gasdruck geeignet ist. Hei dieser Konstruktion bestellt die Glasverkleidung auf dem Elektroden— stift sowie der damit verschmolzene Flansch aus einem Glas, das den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Wolfram hat. Der Fl arisch ist η alle seinem Umfangsrand zu einem Kohl' unigebo— gen und an diesem Rand mit einem Rolix» aus Uborgangsgläsern verschmolzen, das selbst mit einem Quarzglasrohr verschmolzen, ist, das einen halsförmigen Lampeiikolbcnteil bildet. Die Dicke des Flansches und der Durchmesser des rohrförmigen Teils desselben entsprechen der Dicke und dem Durchmesserj des Quarzgl asrohres.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurzbogenent.ladungsl ampe zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau aufweist und bis zti hohen Dxüicken geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemässen Lampe der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Glasverkleidung auf den Elektrodenstiften und die damit verschmolzenen Flansche jeweils einen .Ausdeluiungskoeffizionten

— 7 —1
im Bereich von 11 bis 17 χ 10 ' ^CC bei 3() bis 8QO⁰C haben und dass jeder halsförmige Lampenkolben!ei 1 den entsprechenden Glasflausch über wenigstens einen Teil Keiner dem Entladungsrauin abgewandten Oberfläche umgibt lind damit direkt verschmolzen ist.

Im Gegensatz zur bekannten Lampe wird bei der erfiii— dungsgemässen Lampe für die Vei'kl ei dung des Elektroden- ^" stiftes und für den Flansch ein Glas mit einem Ausdehimngskoeffizienten benutzt, der nicht dem von Wolfram entspricht, jedoch nahe dem von Quarzglas liegt. Auch brauchen bei der erfindungsgemässen Lampe keine zusätzlichen Zwischengläüer verwendet zu werden.

Der Aufbau der erfindungsgemässen Lampe ist nicht nur einfach, sondern auch besonders unkritisch. Die Herstellung der· Lampe ist dadurch einfach verwirkl i chbar.

Ein Vorteil dei' erfindungsgemässen Lampe bestellt wei tor

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darin, dass die Stelle, an der der Elektrodenstii't in Glas eingeschmolzen ist, bei gleicher Gesamtlänge der Lampe weiter von den Elektroden entfernt und dadurch weniger hohen Temperaturen als bei den genannten handelsüblichen Lampen, ausgesetzt ist. Ausserdem wird diese Stelle bei der erfindungsgemässen Lampe direkt von der Aussenluft umgeben, während die bei den bekannten handelsüblichen Lampen durch Quarzglas (8 in Fig. 2) nahezu völlig abgeschirmt ist. Dies ermöglicht es sogar, den Lampen eine geringere Gesamtlänge

^⁰ als den bekannten handelsüblichen Lampen zu geben.

Eine niedrigere Temperatur des Teils des Elektrodenstifts, der mit der Luft in Berührung kommt, ist deshalb wichtig, weil eine Oxydierung des Stifts mit abnehmender Temperatur geringer ist. Oxydierung kann nämlich ein Abbröckeln der Glasverkleidung auf dem Stift verursachen, wodurch Sprung in der Einschmelzung verursacht werden kann. Es ist daher von Bedeutung, dass die Temperatur des Elektrodenstifts ausserhalb des Lampenkolbens unter etwa 55O°C

liegt.
Der Glasflansch hat im allgemeinen einen grössten Durchmesser, der annähernd dem Innendurchmesser des hals — förmigen Lainpenkolbenteils entspricht.

Kurzbogenentladungslampen haben im allgemeinen Elektrodenstifte mit einem Mindestdurchmesser von 1 mm. Die Glas— Verkleidung auf einem Elektrodenstift wird vorzugsweise möglichst dünn gemacht, in der Regel mit einer Dicke von höchstens der Hälfte des Elektrodenstif!durchmessers.

In einer besonderen Ausführungsform ist der Glasflansch an seiner dem Entladungsraum abgewandten Seite kegelig ausgebildet und umschliesst der betreffende' halsförmige Lampenkolbenteil die kegelige Oberfläche des Flansches grösstenteils und ist damit verschmolzen.

Angesichts der Unterschiede im Ausdehnungskoeffizenten treten auch bei der erfindungsgemässen Lampe Spannungen im Glas auf. Es sind jedoch durch die ausgewählte Geometrie Druckspannungen, die vom Quarzglas ausgeglichen werden.

Unter Quarzglas sei hier verschmolzenes Siliziumdioxyd und Glas mit einem Siliziumdioxydgehalt von mindestens

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95 Gew.$, wie Vycor, verstanden". Die Gläser, die für die Verkleidung des Elektrodenstifts und für den Glasflanscli benutzt werden, haben einen wesentlich, niedrigeren Silizium— dioxydgehalt und weisen in der Regel zwischen 81 und 87 Gew.% SiOp auf. Weiter enthalten diese Gläser 9 bis 13,5 Gew.$> Bp⁰T¹ 4 bis 7,5 Gew.$ ^A12°o ^und ° ^bis ' ^Gew·^ ^Ca0·

Die erfindungsgemässe Lampe ist beispielsweise in Filmprojektoren anwendbar.

Einige Ausführungsbeispiele von Lampen nach der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer bekannten Lampe,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer anderen bekannten Lampe,

Fig. 3 eine erfindungsgemässe Lampe in Ansicht, Fig. h ein Detail der Lampe nach Fig. 3 im Schnitt, Fig. 5 eine erste Abwandlung nach Fig. k, Fig. 6 eine zweite Abwandlung nach Fig. k, Fig. 7a bis 7c Herstellungsstufen der Einschmelzung nach Fig. h.

In Fig. 1 ist die Durchführungskonstruktion der bekannten Lampe dargestellt, die für mittlere Drücke geeignet ist. Im halsförmigen Lampenkolbenteil 1 aus Quarzglas führt ein Elektrodenstift 2 zur Elektrode 3. Der Elektrodenstift ist von einem Träger k umgeben. Auf dem Elektrodenstift 2 ist' eine Glasverkleidung 5 angebracht, mit der ein Flansch verschmolzen ist, die beide aus Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten gleich dem von Wolfram bestehen. Über ein Ubergangsglas 7 ist der Flansch 6 mit dem halsförmigen Lampenkolbenteil 1 verschmolzen.

In Fig. 2 ist die Durchführungskonstruktion einer handelsüblichen Lampe dargestellt. Die Bezugsziffern 1 bis bezeichnen Teile, die denen nach Fig. 1 entsprechen. Der

Flansch 6 ist in dieser Figur von der Elektrode abgewandt. Über das Ubergangsglas 7 ist der Flansch 6 mit einem Quarzglasteil 8 verbunden, der den Elektrodenstift 2 mit Spielraum umgibt und mit dem halsförmigen Lampenkolbenteil 1 ver-

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schmolzen ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Lampe nach der Erfindung ist 11 der den Entladungsraum umgebende Lampenkolbenteil, an den sich zwei halsförmige Lampenlcolbenteile 12 anschliessen.

Durch jeden der halsförmigen Lampenkolbentexle führt ein Elektrodenstift 13 zu einer im Entladungsraum angeordneten Elektrode 14. Zur Unterstützung sind die Elektrodenstifte von je einem Quarzglasring 15 umgeben, der zwischen Wolframdrahtwindungen 16, die sich um die Stifte 13 klemmen, und einem Separator 17 aus Wolframdraht fixiert sind. Auf den Elektroder-stiften 13 ist stellenweise eine um.schliessende Glasverkleidung 18 angebracht, mit der ein Glasflansch 19 verschmolzen ist. Die halsf örmigen Lampenlcolbenteile 12 umgeben je einen dieser Flansche 19 über einen Teil seiner Länge und sind mit ihm verschmolzen.

In Fig. h bis 7 bezeichnen die Bezugsziffern gleiche Teile wie in Fig. 3. In Fig. 5 und 6 umfasst das Quarzglas des halsförmigen Lampenkolbenteils 12 den Flansch 19 in grösserem Masse als in Fig. k. Die der Elektrode abgewandte Oberfläche des Flansches 19 ist in Fig. 5 und 6 kegelig ausgebildet. Es sei bemerkt, dass bei der Herstellung der Verschmelzung des Quarzglases des Lampenkolbenteils 12 mit dem Glas des Flansches 19 der Übergang der Glasarten unbestimmbar wird und ein Gebiet entsteht, in dem ein Glas in das andere übergeht.

In Flg. 7a ist das Produkt einer ersten Herstellungsstufe dargestellt, in der aus einem Glasrohr unter Erwärmung eine Verkleidung 18 auf einem Wolframelektrodenstift 13 gebildet ist.

^O In Fig. 7b ist das Produkt einer zweiten Herstellungsstufe dargestellt, in der auf analoge ¥eise zwischen den Enden der Verkleidung 18 ein Flansch 19 angebracht ist.

In Fig. 7c ist das Produkt nach Fig. Jh vor der Verschmelzung mit dem Quarzglasrohr 12 wiedergegeben.

. Bei der Herstellung dieser Verschmelzung wird die Lampe während der Fertigung vorzugsweise horizontal angeordnet. Das Quarzgl£is des Rohrs 12 wird erwänit und von der Flamme nach innen gedrückt, wobei es raic dem Flansch

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in Berührung kommt. Das Material des Flansches I9 wird dabei zum grössten Teil indirekt erwärmt. Bei der Herstellung der Verschmelzung können gegebenenfalls Werkzeuge benutzt werden, um das Quarzglas einwärts zu drücken. Durch Hineinblasen von Gas in das Rohr 12 wird ein allmählicher Übergang der Oberflächen der verschmolzenen Teile erhalten. Die Form der Aussenfläche des Produkts wird zum grössten Teil durch die Länge, über die der Flansch 19 in Fig. 7c in das Rohr hineingeführt ist, und durch die Form und die Lage der Werkzeuge bestimmt, mit denen das Rohr 12 an seinem Ende eingedrückt wird, wenn derartige Werkzeuge verwendet werden.

Die Herstellung der Einschmelzungen ist unkritisch. Lampen nach den Fig. h bis 6 wurden bei Raumtemperatur bei 120 bar abgepresst, ohne dass Sprung auftrat.

"> Es sei bemerkt, dass dieser Versuch bei Raumtemperatur anspruchsvoller und dadurch von grösserer Bedeutung ist als ein ähnlicher Versuch bei Betriebstemperatur. Bei der hohen Temperatur, bei der die Glas/Glas- und die Glas/Metallverschmelzungen hergestellt sind, gibt es keine Spannungen.

^ίυ Sie treten erst; unter der Spamiungsaufbautomperatur beim Abkühlen des Produkts auf und Erhöhen sich bei absinkender Temperatur. Bei Raumtemperatur, bei der die Druckfestigkeit der Lampe geprüft wurde, sind die Material spannungen daher grosser als bei Betriebstemperatur, die weniger weit unter

der Spannungsaufbautemperatur liegt.

Bei Lampen, die unter Verwendung des Ubergangsglases 7» in 'der Form nach Fig. 1 durchgeführt wurden, trat Sprung bei einem Druck von kO bar auf.
BEISPIEL

Für die Herstellung der Lampe nach Fig. 3 wurden

Elektrodenstifte I3 mit einem Durchmesser von 2,5 n™ mit einem Glas folgender Zusammensetzung bekleidet: 81,9 Gew.^ SiO₉, 13,1 Gew.$ B₀O₀, 4,5 Gew.^ Al₀O₀ und

0,5 Gew.% CaO. Über die Temperaturstrecke von 30 bis 800°C 35

besitzt dieses Glas einen Ausdehnungskoeffizienten von

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15 x 10 '⁰C . Die Verkleidung 18 hat eine Dicke von ungefähr 0,5 mm. Daran wurde aus demselben Glas ein Flansch I9 . mit einem grössten Durchmesser von 9 mm angebracht. Nach

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Anordnung des Tragorgans 15 und der Teile 16 und 17 aus Wolframdraht und der Elektrode ΛΗ wurde die Einheit in einen Lampenkolben hineingeschoben, dessen halsförmiger Teil einen Innendurchmesser von 10 mm bei einer Wanddicke von 2,5 mm hatte. Nach der Herstellung der Verschmelzung des Flansches 19 mit dem Lampenkolberiteil 12 wurde auf analoge Weise die zweite Elektrode montiert. Der Lampenkolben wurde evakuiert, mit 10 bar Xenon gefüllt und abgedichtet. Die Lampe, deren Elektrodenabstand 2,8 mm betrug, nahm beim Betrieb mit 18 Volt eine Leistung von 500 Watt auf. Die

Lampe wurde in horizontaler Lage für 2000 Stunden gebrannt. Andere Gläser, die für die Herstellung der Verkleidung und des Flansches benutzt werden können, sind beispielsweise:

1) SiO₉ 86,9 Gew.^, B„0„ 9,0 Gew.%, Al₉O k,1 Gew.$

Ausdehnungskoeffizient bei 30 bis 800°C: 11 χ 10~'°C~

2) SiO₉ 86,^ Gew.^, B₉O₀ 9,6 Gew.fo, Al₉0„ h,0 Gew.$

et ^- J ^J 7 1

Ausdehnungskoeffizient bei 30 bis 800°C: I3 χ 10~'°C~

3) SiO₂ 81,0 Gew.^,B 0„ , 10, 9 Gew.^, Al^O« 7,1 Gew.^, CaO 1,0 Gew.^o Ausdehnungskoeffizient bei 30 bis 800°C: 17 χ 10~'°C~

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Leerseite

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Kurzbogenentladungslampe mit einem mit Edelgas gefüllten Quarzglaskolben, der einen den Entladungsraum umgebenden Lampenkolbenteil, in dem zwei Wolframelektroden angeordnet sind, und zwei daran anschliessende halsförmige Lampenkolben teile aufweist, in denen sich koaxial Wolframelektrodenstifte erstrecken, die stellenweise mit einer umscliliessenden Glasverkleidung verseilen sind, die mit einem zwischen ihren Enden angeordneten Glasflansch verschmolzen ist, der mit dem Quarzglas des betreffenden halsförmigen Lampenkolbenteils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass, die Glasverkleidung (18) auf den Elektrodenstiften (13) und die damit verschmolzenen Flansche (19) jeweils einen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 11 bis 17 χ 1O~⁷°C~¹ bei 30 bis 8OO°C haben und dass jeder halsförmige Lampenkolbenteil (12) den entsprechenden Glasflansch über wenigstens einen Teil seiner dem Eritladungsraum abgewandten Oberfläche umgibt und damit direkt verschmolzen ist.

2. Ktirzbogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasflansche (19) an ihrer dem Entladungsraum abgewandten Seite kegelig ausgebildet sind und jeder halsförmige Lampenkolbenteil (12) die kegelige Oberflache des entsprechenden Flansches grossten teils umgibt und damit verschmolzen ist.

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