DE3111278C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Hochdruck-Natriumlampen mit Aluminiumoxyd-Entladungs­ röhren wie sie z. B. aus der DE 28 14 411 A1 und US 33 63 133 hervorgehen, sind wegen ihrer sehr hohen Lichteffektivität und ihrer angenehmen Lichtfarbe von großer Bedeutung. Es ist bekannt, daß die Herstellung von Hochdruck-Natriumlampen nur durch die Anwendung von Aluminiumoxyd-Entladungsröhren realisiert werden konnte, weil andere lichtdurchlässige Konstruktionsmaterialien gegen den Hochdruck-Natriumdampf nicht genügend widerstandsfähig sind. Das Entladungsgefäß dieser Lampen enthält zwei Elektroden, eine Natriumfüllung, Kadmium und/oder Quecksilber, zwecks Einstellung der Entladungsparameter und zur Erleichterung der Zündung ist ein Edelgas in der Füllung vorhanden.

Ein grundsätzliches Problem der Hochdruck-Natriumlampen, die mit lichtdurchlässigen Aluminiumoxyd-Entladungsröhren versehen sind, ist darin zu sehen, daß die Enden der Entladungsröhre hermetisch abgeschlossen sein müssen und gleichzeitig die Stromzuleitung zu den Elektroden gesichert sein soll. Das Problem wird durch die Eigenschaften des Aluminiumoxyds verursacht, das erstens im Gegensatz zu Glas, welches einen breiten Wärmebereich umfassenden Bearbeitungsbereich hat, ein kristallines sprödes Material mit fest vorgegebenem Schmelzpunkt ist und zweitens einen Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten besitzt, der zu dem des Niobs mehr oder weniger paßt.

Es gibt mehrere Konstruktionen für die Stromeinleitung in Aluminiumoxydröhren.

Bei der einen bekannten Konstruktion sind die Enden der Aluminiumoxydröhre durch eine aus Niob hergestellte Kappe abgeschlossen und eine röhrenförmig ausgebildete Stromein­ leitung ist durch diese in koaxialer Anordnung zu der Ent­ ladungsröhre durchgeführt. Die Stromeinleitung wird durch Schweißung oder Hartlötung an der Niobkappe fixiert. Die Elektrode ist mit der Stromeinleitung durch Schweißung oder Hartlötung verbunden und auch gleichfalls in koaxia­ ler Lage zu der Röhre angeordnet. Die Kappe kann mit der Aluminiumoxydröhre auch durch eine sogenannte aktive Lö­ sung (GB-PS 10 65 023) oder mit einer Glasschmelze (US- PS 32 43 635) verbunden werden. Dieses Verfahren zum Ab­ schließen ist jedoch mit einem hohen Kostenaufwand verbun­ den, weil verhältnismäßig viel Niob verwendet werden muß, was sehr kostspielig ist.

Bei einer anderen bekannten Konstruktion wird das Ende der Aluminiumoxydröhre durch ein Aluminiumoxyd-Sperrglied abge­ schlossen, wobei die Stromeinleitung durch eine mittels Glasschmelze in der Mitte des Abschließgliedes ausgebilde­ te Öffnung eingelötete Niobröhre führt. Die Elektrode ist wie bei der oben erwähnten Konstruktion koaxial angeordnet und durch Schweißung oder Hartlötung mit der Niobröhre ver­ bunden. Eine solche Lösung u. a. in der US-PS 36 09 437 beschrieben. Obwohl diese Konstruktion weniger Niob bean­ sprucht, ist sie doch wegen dem hohen Preises der Niobröh­ re noch immer sehr teuer.

Eine weitere bekannte Konstruktion, die in der HU-PS 1 59 714 beschrieben ist, sieht die Stromeinleitung derart vor, daß in das Ende der Entladungsröhre ein Aluminiumoxyd-Sperrglied, des­ sen Oberfläche vorher metallisiert wurde, eingelötet ist, und diese Metallschicht als Stromeinleitung dient. Diese Methode ist sehr einfach und zuverlässig. Ein einzelner Nachteil liegt darin, daß die Metallisierung des Abschließgliedes zu­ sätzliche technologische Verfahrensschritte beansprucht, wo­ durch das Produkt einen höheren Arbeitsaufwand beansprucht.

In letzterer Zeit ist eine Konstruktion bekannt geworden (s. US-PS 39 92 642), bei welcher die das eine Ende der Entla­ dungsröhre - wie oben beschrieben - mit einer Niobkappe- Konstruktion abgesperrt ist, das andere Ende aber mit einem Keramiksperrglied abgeschlossen ist, wobei die Stromeinlei­ tung durch einen in der Mitte des keramischen Abschließele­ mentes durchgeführten Niobdraht ausgebildet ist. Das Absperr­ glied ist in die Keramikröhre und der Draht in das Absperr­ glied mittels Glasschmelze gelötet. Nach diesem Patent ist die Elektrode am Draht derart fixiert, daß von dem Draht eine Schleife gebogen wird, und das Ende dieser Schleife, im wesentlichen senkrecht zu dem Draht der Elektrode mit dieser durch Punktschweißung verbunden ist. Im Sinne die­ ses Patentes dient die Schleife als thermische Isolierung zwischen der Elektrode und dem keramischen Absperrglied. Nach praktischen Erfahrungen besitzt die Konstruktion den Nachteil, daß es schwierig ist, die Elektrode in der Achse der Entladungsröhre sicher zu orientieren. Eine exzentrisch angeordnete Elektrode verkürzt (wahrscheinlich wegen der nicht gleichmäßigen Erwärmung der Wandung der Entladungs­ röhre) die Lebensdauer der Lampe. Ein weiterer Nachteil tritt auf, wenn nicht ein Abschluß in der Lampe gemäß der US-PS 39 92 642 verwendet wird. Bei dieser Lösung ist dieser Abschluß nur an einem Ende der Entladungsröhre vorhanden, wo­ bei an dem anderen Ende der Abschluß mit der Niobkappe aufge­ führt ist, wodurch der kälteste Punkt des Entladungsraumes in dem Niobrohr vorhanden ist, das in diesen Abschluß eingepaßt ist. Wie schon erwähnt, bestimmt der kälteste Punkt den Gas­ druck der Zusatzmaterialien, wenn die Lampe nicht mit der sogenannten "Saugrohrlosen Technologie" hergestellt ist und wenn an beiden Enden eine gleichmäßige Absperrung verwendet wird. In diesem Falle wird die Temperatur des Abschlußglie­ des, die der kälteste Punkt des Entladungsraumes ist, kri­ tisch und die Punktschweißung kann eine genügend gut defi­ nierte Wärmeverbindung zwischen dem Elektrodenschaft und dem durch das Sperrglied durchgeführten Niobdraht nicht sichern, d. h. die Temperatur, die den Gasdruck der Zusätze bestimmt, wird unsicher. Diese Konstruktion ist noch deswegen nachtei­ lig, weil die aus dem Niobdraht gebogene Schleife durch die Elektrode nicht abgeschirmt ist. Es ist zu vermuten, daß beim Ausschalten der Lampe das Zusatzmetall auf der Schlei­ fe kondensiert, so daß bei Wiedereinschaltung der Fußpunkt des Bogens mit größter Wahrscheinlichkeit auf diese Schlei­ fe gelangt, was eine Beschädigung verursacht.

Diese Schwierigkeiten treten aber bei der Anwendung der Lö­ sung gemäß HU-PS 1 57 478 nicht auf. Dieses Patent betrifft eine Lösung zur Einführung des Dosierungsmaterials, wo gemäß der Zeichnung des Patentes die Elektrode über eine kerami­ sche Kappe durchgeführt ist. Da aber die Elektrode zumeist aus Wolfram hergestellt wird, führt diese Ausführung wegen der verschiedenen Wärmeausdehungskoeffizienten zu Rissen des zur Verbindung der Keramik und der Elektrode verwendeten Glasschmelzes bzw. zu Rissen selbst der Keramik.

Ähnliche Schwierigkeiten tauchen auf bei der Anwendung der US-PS 33 63 133. Bei dieser Konstruktion ist die Wolframelektrode mit einem aus einem anderen Material, z. B. aus Niob hergestellten stromeinleitenden Draht verbunden und mit einer Glasschmelze in eine Aluminiumoxydkappe derart eingelötet, daß die Schweißung in dem Loch der Kappe angeordnet ist und daß der Niobdraht in die Entladungsröhre nicht hereinragt, wobei die Wolframelektrode teilweise auch im Loch der Kappe liegt. Der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten des Wolframs und des Aluminiumoxyds hat dieselben Folge, die oben bereits beschrieben wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für eine Hochdruck-Natriumlampe anzugeben, das eine hermetisch dichte und sicher zentrierte Stromdurchführung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte Lampenkonstruktion besitzt gegenüber den zum Stand der Technik gehörenden Lösungen die gleichzeitige und optimale Erfüllung der nachstehenden Forderungen:

• - minimaler Niobverbrauch;
• - die Elektrode ist zu der Achse der Entladungsröhre in einer gesicherten koaxialen Lage;
• - zwischen der Elektrode und der Stromeinleitung ist ein definierter guter Wärmekontakt erreicht;
• - der Stromeinleiter (Niob) und das Absperrglied (Alumi­ niumoxyd) besitzen denselben Wärmedehnungskoeffizien­ ten);
• - der Stromeinleiter ist abgeschirmt, wodurch ein Bogen­ fußpunkt bzw. dessen Ausbildung verhindert wird.

Die Konstruktion ist besonders geeignet für eine saugrohrlose Technologie.

Ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung hergestellten Entladungsgefäßes wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Entladungsgefäß im Schnitt,

Fig. 2 eine Absperrmontageeinheit im Schnitt und

Fig. 3 eine Lampe mit einem Entladungsgefäß nach Fig. 1.

Die Entladungsröhre 1 ist aus lichtdurchlässiger polykristalliner Aluminiumoxyd-Keramik hergestellt. Das Material des Absperrgliedes 2 ist gleicherweise Aluminiumoxyd-Keramik, das jedoch nicht unbedingt lichtdurchlässig sein muß. Das Absperrglied 2 besitzt eine konzentrische Öffnung, durch welche eine aus Niobdraht hergestellte Stromeinleitung 3 hindurchgeführt ist und durch Stumpfschweißung an einem Elektrodenschaft 5 angeschlossen ist. Die Elektrode 6 ist herkömmlicherweise aus Wolfram hergestellt und mit einem aus einer ein- oder zweischichtigen Wolframwendel bestehenden Radiator versehen, der mit irgendeinem die Emission fördernden Material überzogen ist. Eine an dem Niobdraht vorhandene Aus­ pressung 7 verhindert das Einrutschen der Stromeinleitung vor der Schweißung. Das Entladungsgefäß 11 ist mit dem Abschluß­ element 2 und dieses mit der Stromeinleitung 3 durch Glas­ schmelze 8 verbunden, wodurch eine hermetische Absperrung des Gefässes besteht.

Das Verfahren zur Herstellung der Lampe ist folgendes:

Zuerst wird zwischen dem Wolframelektrodenschaft 5 und der Niob-Stromeinleitung 3 eine Stumpfschweißung 4 hergestellt. Dies kann durch beliebige an sich bekannte Stumpfschweißver­ fahren durchgeführt werden. Erfahrungsgemäß ist es sehr zweck­ mäßig, diesen Verfahrensschritt in Inert-Schutzgasatmosphäre und Anwendung eines Laserstrahles durchzuführen. Danach wird der Niobstromeinleiter 3 durch die Öffnung des Sperrgliedes 2 gesteckt, wonach die Auspressung 7 vorgenommen wird. Da­ nach wird die Entladungsröhre 1 in ein geeignetes Gestell eingesetzt und die aus dem Sperrglied 2, Niobstromeinleiter 3 und der Wolframelektrode 6 bestehende Montageeinheit 10 oben eingesetzt. Danach wird die Glasschmelze 8 in Form eines vorgepreßten Ringes aufge­ bracht oder mit Pinsel eine Suspension aufgetragen und eingetrocknet. Der obere Teil der Entladungsröhre 1 wird in einem mit Inert-Gas gespülten Raum oder im Vakuum bis zum Schmelzpunkt der Glasschmelze 8 aufgeheizt, beispiels­ weise bis 1450-1500°C, wonach man diesen oberen Teil der Entladungsröhre 1 abkühlen läßt. Danach wird die Entla­ dungsröhre umgedreht und Natrium, Quecksilber und/oder Kadmium eingeführt (zweckmäßig in ihrer Legierung z. B. einer 20 Gewichtsprozent natriumhaltigen Quecksilberlegie­ rung), wonach die andere Stromeinleitungselektrode in Form der Montageeinheit 10 in das obere Ende der Entladungsröhre 1 eingepaßt wird, und das oben erwähnte Verfahren wieder­ holt wird, und zwar derart, daß vor der Aufschmelzung der Glasschmelze 8 dafür gesorgt wird, daß in der Umgebung ein Edelgas vorhanden ist, das als endgültiges Füllgas verwen­ det wird (zweckmäßig Xenon) mit einem Druck, der sichern kann, daß nach Aufschmelzen der Glasschmelze 8 und ihrer Verstarrung der Gasdruck des im Entladungsgefäß enthalte­ nen Gases nach der Abkühlung eben dem gewünschten Wert ent­ spricht (zweckmäßig 2500-3500 pascal). Dieser Verfahrens­ schritt ist an sich bekannt und wird saugrohrloses Pumpen­ verfahren genannt. Die Montage des fertigen Entladungsge­ fässes 11 in dem Glaskolben 12, das Pumpenverfahren usw. ist völlig konventionell und wird in an sich bekannterweise durchgeführt.

Die Ausführung der Erfindung kann in sämtlichen Variatio­ nen realisiert werden. So kann z. B. für die Stromeinlei­ tung 3 statt reinem Niobdraht ein anderes Metall verwen­ det werden, unter der Voraussetzung aber, daß dieses Me­ tall den gleichen Wärmedehnungskoeffizienten besitzt und daß dieses Metall zum Zwecke der Verbesserung der Plasti­ zität wenige andere Zusatzmetalle (z. B. ung. 1% Zirkonium) enthält. Statt der Auspressung 7 kann jede beliebige ande­ re Fixierung verwendet werden; so kann z. B. auf die Strom­ einleitung 3 in Querrichtung aufgeschweißter kurzer Niob­ draht verwendet werden, und eine andere Möglichkeit ist, den Stromeinleiter 3 einfach zu verbiegen. Das Material der Entladungsröhre 1 kann ein kristallines Aluminiumoxyd (synthetischer Saphir) sein. Statt des keramischen Ab­ sperrgliedes 2 kann ein aus ähnlichem Material herge­ stellter Stöpsel oder Kappe, gegebenenfalls eine Scheibe verwendet werden. Die Elektrode 6 und ihr Schaft 5 kann aus thoriumoxydhaltigem Wolfram hergestellt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruck-Natriumlampe mit einer lichtdurchlässigen Aluminiumoxyd-Keramik- Entladungsröhre, die an beiden Enden ein Aluminiumoxyd- Keramik-Absperrglied aufweist, durch das ein Stromeinleitungsdraht geführt ist und bei der zwischen der Entladungsröhre und dem keramischen Absperrglied sowie zwischen dem Absperrglied und dem stromeinleitenden Draht eine die hermetische Abdichtung sichernde Glasglasur vorhanden ist, wobei der zweckmäßig zumeist aus Niob bestehende Draht, der die Stromeinleitung bildet, koaxial zur Entladungsröhre durch das keramische Absperrglied geführt ist, und in der Verlängerung seiner Achse im Entladungsraum der Schaft einer Elektrode durch Stumpfschweißung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wolframelektrodenschaft (5) und ein Niobstromeinleiter (3), die durch Laserstrahl mit Stumpfschweißung miteinander zusammengeschweißt sind, durch die Öffnung des Aluminiumoxyd-Sperrgliedes (2) gesteckt werden, wonach am Stromleiter (3) mechanisch eine Auspressung (7) ausgebildet wird und daß danach die aus dem Absperrglied (2), der Stromeinleitung (3) und der Wolframelektrode (5) bestehende Montageeinheit (10) in das eine Ende der Entladungsröhre (1) eingesetzt wird, und daß Glas in Form eines vorgepreßten Ringes oder in Form einer mittels Pinsel aufgetragener und eingetrockneter Suspension aufgebracht und in einem inertgashaltigen Raum über seinen Schmelzpunkt erwärmt wird, wonach es abgekühlt wird und daß danach über das offene Ende der Entladungsröhre (1) Natrium-, Quecksilber- und/oder Kadmiumlegierung, die zweckmäßig z. B. eine 20 Gewichtsprozent natriumhaltige Quecksilber­ legierung ist, in den Entladungsraum (9) eingebracht wird und daß danach in das offene Ende der Entladungsröhre (1) die andere Montageeinheit (10) in einer Füllgasatmosphäre endgültig eingelötet wird, die Edelgas, zweckmäßig Xenon enthält, und zwar bei einem Druck, der nach der Abkühlung den gewünschten inneren Druck des Entladungsgefäßes (11) sichert, der zweckmäßig 2500-3500 pascal beträgt, und daß danach das auf diese Weise montierte Entladungsgefäß (11) an sich bekannterweise in einen Inertgas enthaltenden oder ein Vakuum aufweisenden Glaskolben (12) eingebaut wird.