DE2920042C2

DE2920042C2 -

Info

Publication number: DE2920042C2
Application number: DE2920042A
Authority: DE
Inventors: Petrus Johannes Eindhoven Nl Mathijssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-05-23
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1988-11-24
Also published as: NL7805542A; JPS6338831B2; JPS54154173A; NL182439C; GB2021855B; FR2426975A1; BE876460A; FR2426975B1; CA1135780A; US4481443A; NL182439B; DE2920042A1; GB2021855A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einem Quarzglaskolben, in dem zwei Wolframelektroden ange ordnet sind und in dessen Endteilen sich koaxial Wolfram elektrodenstifte erstrecken, die stellenweise mit einer umschließenden Glasverkleidung versehen sind, die mit einem zwischen ihren Enden angeordneten Glasflansch verschmolzen ist, der mit dem Quarzglas des betreffenden Lampenkolbenendteils an dessen Rand verschmolzen ist, wobei die Glasverkleidung auf den Elektrodenstiften und die damit verschmolzenen Glasflansche jeweils einen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 11 bis 17 × 10^-7°C^-1 bei 30 bis 800°C haben.

Bei einer aus der DE-PS 6 47 537 bekannten Hochdruck entladungslampe dieser Art ist der Quarzglaskolben am Rande stirnseitig mit einem Glasflansch auf den Elektrodenstiften verschmolzen. Eine derartige Verschmelzung ist schwierig herzustellen und für hohe Lampendrücke auch nicht geeignet.

Beim Anmeldungsgegenstand handelt es sich nicht um irgendeine Hochdruckentladungslampe, sondern um eine Kurzbogenentladungslampe. Die bisher üblichen Konstruk tionen für Kurzbogenentladungslampen ergeben sich aus der DE-PS 11 32 242 und der DE-AS 15 89 262 und werden anhand der Fig. 1 und 2 der vorliegenden Anmeldung im einzelnen beschrieben. Die in Fig. 2 dargestellte Konstruktion ist äußerst kompliziert und schwierig herstellbar.

Die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion ist zwar einfacher, jedoch nur für Lampen mit einem mittleren Gasdruck geeignet. Hierbei besteht die Glasverkleidung auf dem Elektrodenstift sowie der damit verschmolzene Flansch aus einem Glas, das den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Wolfram hat. Der Flansch ist nahe seinem Umfangsrand zu einem Rohr umgebogen und an diesem Rand mit einem Rohr aus Übergangsgläsern verschmolzen, das stirnseitig mit einem Quarzglasrohr verschmolzen ist, das einen hals förmigen Lampenkolbenteil bildet. Die Dicke des Flansches und der Durchmesser seines rohrförmigen Teils entsprechen der Dicke und dem Durchmesser des Quarzglas rohres.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Kurz bogenentladungslampe geeignete Hochdruckentladungslampe zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau aufweist und bis zu hohen Drücken geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Lampe der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Lampe eine Kurzbogenentladungslampe ist mit gegenüber dem Entladungsraum dünneren halsförmigen Lampenkolbenend teilen, die jeweils den zugehörigen Glasflansch über wenigstens einen Teil seiner dem Entladungsraum abge wandten Oberfläche mit ihrer Innenfläche umfassen und damit verschmolzen sind.

Hierbei umfassen die halsförmigen Lampenkolbenendteile jeweils einen auf einem Elektrodenstift angebrachten Glasflansch mit ihrer randseitigen Innenfläche und sind damit verschmolzen. Im Gegensatz zu der stirnseitigen Verschmelzung der bekannten Hochdrucklampe stehen hierbei die Lampenkolbenendteile großflächig mit dem Glasflansch in Verbindung, wodurch sich eine sichere, auch hohe Drücke widerstehende Verschmelzung ergibt.

Im Gegensatz zur bekannten Kurzbogenentladungslampe (Fig. 1) wird bei der erfindungsgemäßen Lampe für die Verkleidung des Elektrodenstiftes und für den Flansch ein Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten benutzt, der nicht dem von Wolfram (45 × 10^-7°C^-1) entspricht, jedoch nahe dem von Quarzglas (7 × 10^-7C^-1) liegt. Auch brauchen bei der erfindungsgemäßen Lampe keine zusätz lichen Zwischengläser verwendet zu werden.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Lampe ist nicht nur einfach, sondern auch besonders unkritisch. Die Herstellung der Lampe ist dadurch einfach verwirklichbar.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lampe besteht darin, daß die Stelle, an der der Elektrodenstift in Glas eingeschmolzen ist, bei gleicher Gesamtlänge der Lampe weiter von den Elektroden entfernt und dadurch weniger hohen Temperaturen ausgesetzt ist, als bei den bekannten Kurzbogenentladungslampen. Außerdem wird diese Stelle bei der erfindungsgemäßen Lampe direkt von der Außenluft umgeben, während sie bei den bekannten Lampen durch Quarzglas (8 in Fig. 2) nahezu völlig abgeschirmt ist. Dies ermöglicht es sogar, den Lampen eine geringere Gesamtlänge als den bekannten Lampen zu geben.

Eine niedrigere Temperatur des Teils des Elektrodenstifts, der mit der Luft in Berührung kommt, ist deshalb wichtig, weil eine Oxidierung des Stifts mit abnehmender Temperatur geringer ist. Oxidierung 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 550°C liegt.

Der Glasflansch hat im allgemeinen einen größten Durch messer, der annähernd dem Innendurchmesser des hals förmigen Lampenkolbenteils entspricht.

Kurzbogenentladungslampen haben im allgemeinen Elektroden stifte 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 Elektrodenstiftdurchmessers.

Bei einer besonderen Ausführungsform sind die Glasflansche an ihrer dem Entladungsraum abgewandten Seite kegelig ausgebildet und umgibt jeder halsförmige Lampenkolbenend teil die kegelige Oberfläche des entsprechenden Glas flansches größtenteils und ist damit verschmolzen.

Angesichts der Unterschiede im Ausdehnungskoeffizienten treten auch bei der erfindungsgemäßen Lampe Spannungen im Glas auf. Es sind jedoch, bedingt durch die andersartige Konstruktion, Druckspannungen, die vom Quarzglas ausge glichen werden.

Unter Quarzglas sei hier verschmolzenes Siliciumdioxid und Glas mit einem Siliciumdioxidgehalt von mindestens 95 Gew.-% verstanden. Die Gläser, die für die Verkleidung des Elektrodenstifts und für den Glasflansch benutzt werden, haben einen wesentlich niedrigeren Siliciumdioxid gehalt und weisen in der Regel zwischen 81 und 87 Gew.-% SiO₂ auf. Weiter enthalten diese Gläser 9 bis 13,5 Gew.-% B₂O₃, 4 bis 7,5 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 1 Gew.-% CaO.

Die erfindungsgemäße Lampe ist beispielsweise in Film projektoren anwendbar.

Einige Ausführungsbeispiele von Lampen nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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. 4 ein Detail der Lampe nach Fig. 3 im Schnitt,

Fig. 5 eine erste Abwandlung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine zweite Abwandung nach Fig. 4,

Fig. 7a bis 7c Herstellungsstufen der Einschmelzung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist die Durchführungskonstruktion der aus Fig. 1d der DE-PS 11 32 242 bekannten Lampe dargestellt, die für mittlere Drücke geeignet ist. Im halsförmigen Lampenkolbenteil 1 aus Quarzglas führt ein Elektroden stift 2 zur Elektrode 3. Der Elektrodenstift 2 ist von einem Träger 4 umgeben. Auf dem Elektrodenstift 2 ist eine Glasverkleidung 5 angebracht, mit der ein Flansch 6 ver schmolzen ist, die beide aus Glas mit einem Ausdehnungs koeffizienten gleich dem von Wolfram bestehen. Über ein Übergangsglas 7 ist der Flansch 6 mit dem halsförmigen Lampenkolbenteil 1 verschmolzen.

In Fig. 2 ist die Durchführungskonstruktion einer handels üblichen Lampe (Fig. 1b der DE-PS 11 32 242) dargestellt. Die Bezugsziffern 1 bis 7 bezeichnen Teile, die denen nach Fig. 2 entsprechen. Der Flansch 6 ist in dieser Figur von der Elektrode abgewandt. Über das Übergangsglas 7 ist der Flansch 6 mit einem Quarzglasteil 8 verbunden, der den Elektrodenstift 2 mit Spielraum umgibt und mit dem hals förmigen Lampenkolben 1 ver schmolzen ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Lampe nach der Erfindung ist 11 der den Entladungsraum umgebende Lampenkolbenteil, an den sich zwei halsförmige Lampenkolbenteile 12 anschließen. Durch jeden der halsförmigen Lampenkolbenteile führt ein Elektrodenstift 13 zu einer im Entladungsraum angeordneten Elektrode 14. Zur Unterstützung sind die Elektrodenstifte 13 von je einem Quarzglasring 15 umgeben, der zwischen Wolfram drahtwindungen 16, die sich um die Stifte 13 klemmen, und einem Separator 17 aus Wolframdraht fixiert sind. Auf den Elektrodenstiften 13 ist stellenweise eine umschließende Glasverkleidung 18 angebracht, mit der ein Glasflansch 19 verschmolzen ist. Die halsförmigen Lampenkolbenteile 12 umgeben je einen dieser Flansche 19 über einen Teil seiner Länge und sind mit ihm verschmolzen.

In Fig. 4 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. 4. 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 unbe stimmbar wird und ein Gebiet entsteht, in dem ein Glas in das andere übergeht.

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

In Fig. 7b ist das Produkt einer zweiten Herstellungs stufe dargestellt, in der auf analoge Weise zwischen den Enden der Verkleidung 18 ein Flansch 19 angebracht ist.

In Fig. 7c ist das Produkt nach Fig. 7b vor der Ver schmelzung mit dem Quarzglasrohr 12 wiedergegeben.

Bei der Herstellung dieser Verschmelzung wird die Lampe während der Fertigung vorzugsweise horizontal ange ordnet. Das Quarzglas des Rohrs 12 wird erwärmt und von der Flamme nach innen gedrückt, wobei es mit dem Flansch 19 in Berührung kommt. Das Material des Flansches 19 wird dabei zum größten Teil indirekt erwärmt. Bei der Herstellung der Verschmelzung können gegebenenfalls Werkzeuge benutzt werden, um das Quarzglas einwärts zu drücken. Durch Hinein blasen 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 12 hineingeführt ist, und durch die Form und die Lage der Werk zeuge bestimmt, mit denen das Rohr 12 an seinem Ende einge drückt wird, wenn derartige Werkzeuge verwendet werden.

Die Herstellung der Einschmelzungen ist unkritisch. Lampen nach den Fig. 4 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/Metallver schmelzungen hergestellt sind, gibt es keine Spannungen. Sie treten erst unter der Spannungsaufbautemperatur beim Abkühlen des Produkts auf und erhöhen sich bei absinkender Temperatur. Bei Raumtemperatur, bei der die Druckfestigkeit der Lampe geprüft wurde, sind die Materialspannungen daher größer als bei Betriebstemperatur, die weniger weit unter der Spannungsaufbautemperatur liegt.

Bei Lampen, die unter Verwendung des Übergangsglases 7 in der Form nach Fig. 1 hergestellt waren, trat Sprung bei einem Druck von 40 bar auf.

Beispiel

Für die Herstellung der Lampe nach Fig. 3 wurden Elektrodenstifte 13 mit einem Durchmesser von 2,5 mm mit einem Glas folgender Zusammensetzung bekleidet:

81,9 Gew.-% SiO₂, 13,1 Gew.-% B₂O₃, 4,5 Gew.-% Al₂O₃ und 0,5 Gew.-% CaO. Über die Temperaturstrecke von 30 bis 800°C besitzt dieses Glas einen Ausdehnungskoeffizienten von 15 × 10^-7°C^-1. Die Verkleidung 18 hat eine Dicke von unge fähr 0,5 mm. Daran wurde aus demselben Glas ein Flansch 19 mit einem größten Durchmesser von 9 mm angebracht. Nach Anordnung des Tragorgans 15 und der Teile 16 und 17 aus Wolframdraht und der Elektrode 14 wurde die Einheit in einen Lampenkolben hineingeschoben, dessen halsförmiger Teil 12 einen Innendurchmesser von 10 mm bei einer Wanddicke von 2,5 mm hatte. Nach der Herstellung der Verschmelzung des Flansches 19 mit dem Lampenkolbenteil 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. SiO₂ 86,9 Gew.-%, B₂O₃ 9,0 Gew.-%, Al₂O₃ 4,1 Gew.-% Ausdehnungskoeffizient bei 30 bis 800°C: 11 × 10^-7°C^-1
2. SiO₂ 86,4 Gew.-%, B₂O₃ 9,6 Gew.-%, Al₂O₃ 4,0 Gew.-% Ausdehnungskoeffizient bei 30 bis 800°C: 13 × 10^-7°C^-1
3. SiO₂ 81,0 Gew.-%, B₂O₃ 10,9 Gew.-%, Al₂O₃ 7,1 Gew.-%, CaO 1,0 Gew.-% Ausdehnungskoeffizient bei 30 bis 800°C: 17 × 10^-7°C^-1.

Claims

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Quarzglaskolben, in dem zwei Wolframelektroden angeordnet sind und in dessen Endteilen sich koaxial Wolframelektrodenstifte erstrecken, die stellenweise mit einer umschließenden Glasverkleidung versehen sind, die mit einem zwischen ihren Enden angeordneten Glasflansch verschmolzen ist, der mit dem Quarzglas des betreffenden Lampenkolbenendteils an dessen Rand verschmolzen ist, wobei die Glasverkleidung auf den Elektrodenstiften und die damit verschmolzenen Glasflansche jeweils einen Aus dehnungskoeffizienten im Bereich von 11 bis 17 × 10^-7°C^-1 bei 30 bis 800°C haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Kurzbogenentladungs lampe mit gegenüber dem Entladungsraum dünneren halsförmigen Lampenkolbenendteilen (12), die jeweils den zugehörigen Glasflansch (19) über wenigstens einen Teil seiner dem Entladungsraum abgewandten Oberfläche mit ihrer Innenfläche um fassen und damit verschmolzen sind.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasflansche (19) an ihrer dem Entladungsraum abgewandten Seite kegelig ausgebildet sind und jeder halsförmige Lampenkolbenendteil (12) die kegelige Ober fläche des entsprechenden Glasflansches größtenteils umgibt und damit verschmolzen ist.