DE4031117A1 - Hochdruckentladungslampe und verfahren zur herstellung der lampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe für Lampenströme größer 100 A gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hochdruckentladungslampen dieser Art dienen insbeson­ dere zur Beleuchtung von Bühnen oder bei Film- und Fernsehaufnahmen, wo hohe Lichtströme mit tageslicht­ ähnlicher Farbtemperatur und sehr guter Farbwiedergabe benötigt werden. Eine solche Lampe ist z. B. aus der DE-PS 34 27 280 bekannt. Die Hochdruckentladungslampe aus dieser Patentschrift besitzt eine Metallhalogenid- Füllung und erzeugt bei einer Betriebsstromstärke von 65 A und einer Leistungsaufnahme von 12 000 W einen Lichtstrom von 1 100 000 lm. Die beiden stiftförmig ausgeführten Elektroden sind mittels jeweils einer Molybdän-Dichtungsfolie gasdicht in die Lampenhälse eingeschmolzen.

Untersuchungen an einer solchermaßen aufgebauten Me­ tallhalogenid-Hochdruckentladungslampe, die zur Erzie­ lung höherer Lichtströme noch stärker belastet wurde, haben gezeigt, daß diese Art der Einschmelzung höch­ stens Betriebsströme von 100 A zuläßt. Höhere Be­ triebsströme führen zu einer so starken Erhitzung der Einschmelzung, daß eine Folienkorrosion einsetzt und Folienabhebungen auftreten. Durch die Metallhalogenid- Füllung der Lampe wird außerdem eine Entglasung in Gang gesetzt, so daß sich eine sehr kurze mittlere Lebensdauer für die Lampe ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckentla­ dungslampe zu schaffen, deren Elektrodeneinschmel­ zungen ohne Schaden mit hohen Betriebsströmen belastet werden können. Die Elektrodeneinschmelzungen sollten dabei einen den Anforderungen entsprechend verfahrens­ technisch einfachen Aufbau besitzen.

Die Aufgabe wird durch eine Hochdruckentladungslampe, die einen Aufbau gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 besitzt, gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der Lampe sind den Unteransprüchen zu entneh­ men.

Die Metallteller, die über das Ende des Elektroden­ schaftes und der Stromzuführung gesteckt sind, verlei­ hen dem gesamten Aufbau des Kolbenhalses eine sehr hohe Stabilität. Die Verteilung des Lampenstromes auf zwei, vorteilhaft vier, längliche Dichtungsfolien in jedem Kolbenhals ergibt für die einzelne Dichtungs­ folie eine wesentlich geringere Strombelastung. Werden die Dichtungsfolien mit gleichen Abständen über den Umfang der beiden Metallteller parallel zur Längsachse jedes Kolbenhalses angeordnet, so wird der Hals im Be­ trieb der Lampe sehr gleichmäßig aufgeheizt. Dadurch können Überlastungen in der Einschmelzung aufgrund großer Temperaturunterschiede verhindert werden.

Der Aufbau der Lampenhälse erlaubt Betriebsströme von 120 bis 130 A, ohne daß dabei eine Schädigung der Ein­ schmelzungen auftritt und die mittlere Lebensdauer der Lampe verkürzt wird. Mit diesen hohen Strömen und Leistungsaufnahmen von bis zu 24 000 W lassen sich so Hochdruckentladungslampen bauen, die mit einer Metall­ halogenid-Füllung Lichtströme von über 2 Millionen lm abgeben.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Her­ stellung einer Hochdruckentladungslampe, wie sie in den Sachansprüchen beansprucht ist.

Bei dem Verfahren wird zuerst nach Herstellung des rotationssymmetrischen Entladungsraumes an den beiden in der Achse liegenden Enden je ein hohlzylindrisches Außenrohr aus Quarzglas angeschmolzen. Anschließend wird durch entsprechendes Zuschneiden und Bohren eines Vollzylinders oder durch Verschmelzen mehrerer Voll- und Hohlzylinder aus Quarzglas mit kreisförmigem Quer­ schnitt ein Füllkörper gebildet, der der Gestalt des von den beiden Metalltellern mit dem überstehenden Elektrodenschaftende und Stromzuführungsende und von den Dichtungsfolien begrenzten Innenraumes entspricht, wie er bei der fertigen Lampe vorgesehen ist. An die­ sem Füllkörper wird nun auf das eine Ende der Metall­ teller mit der Elektrode und auf das andere Ende der Metallteller mit der Stromzuführung gesteckt. Die En­ den der Dichtungsfolien werden mit den beiden Metall­ tellern verschweißt. Nun wird in jedes hohlzylindri­ sche Außenrohr ein Füllkörper mit den daran befestig­ ten Metalltellern, der Elektrode, der Stromzuführung und den Dichtungsfolien geschoben. Über die Stromzu­ führung wird mit seinem einen Ende ein kurzes hohl­ zylindrisches Rohr aus Quarzglas gesteckt, wobei das andere Ende des Rohres olivenförmig erweitert ist.

Das olivenförmig erweiterte Ende des aufgesteckten Rohres wird mit seinem äußeren Rand mit der Innenwand des hohlzylindrischen Außenrohres verschmolzen. Diese Abdichtung ermöglicht es, den Raum zwischen dem hohl­ zylindrischen Außenrohr und dem Füllkörper mehrmals über den Entladungsraum mit Argon zu spülen und an­ schließend zu evakuieren. Dann werden die Dichtungs­ folien bei einem Unterdruck von 20 mbar Argon zwischen das hohlzylindrische Außenrohr und den Füllkörper ein­ geschmolzen. Nach dem Einschmelzvorgang wird das Außenrohr in Höhe des freien Endes der Stromzuführung durchtrennt und der abgetrennte Teil zusammen mit dem verschmolzenen Rohr, das über die Stromzuführung ge­ steckt ist, vom Kolbenhals entfernt. Nun kann in be­ kannter Weise der Sockel auf dem freien Ende des Kol­ benhalses befestigt und mit der Stromzuführung elek­ trisch verbunden werden.

Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher veranschaulicht:

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsge­ mäßen Hochdruckentladungslampe,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kolben­ hals der Hochdruckentladungslampe gemäß Fig. 1 vor der Einschmelzung der Dichtungsfolien,

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Kolben­ hals der Hochdruckentladungslampe vor der Einschmelzung der Dichtungsfolien gemäß Fig. 2 an der Stelle AB.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Metallhalogenid- Hochdruckentladungslampe mit einer Leistungsaufnahme von 24 000 W dargestellt. Der Lampenkolben 1 aus Quarzglas besteht aus einem größtenteils zylinderför­ migen, rotationssymmetrischen Entladungsraum 2, an dessen beiden in der Achse liegenden Enden je ein hohlzylindrischer Kolbenhals 3, 4 angeschmolzen ist.

In den Entladungsraum 2 ragen die beiden Stiftelektro­ den 5, 6 aus Wolfram, die mit ihrem Schaftende durch ein zentrales Loch in einen kreiszylindrischen Teller 7, 8 aus Molybdän gesteckt und mittels Platinlot fest eingeschmolzen sind. Die elektrische Verbindung der Stiftelektroden 5, 6 mit den Sockeln 9, 10 vom Typ s 30×70, die auf die freien Enden der Kolbenhälse 3, 4 aufgesteckt sind, erfolgt durch je vier bandförmige Molybdän-Dichtungsfolien, wovon hier nur je drei Folien 11 bis 16 sichtbar sind. Die Dichtungsfolien 11 bis 16 sind mit ihrem einen Ende mit den Tellern 7, 8, durch die die Schaftenden der Elektroden 5, 6 gesteckt sind, verschweißt. Die anderen Enden der Dichtungsfolien 11 bis 16 sind jeweils mit einem zweiten, hier nicht sichtbaren Teller verschweißt. Dieser Teller aus Molybdän besitzt ebenfalls eine kreiszylindrische Gestalt und ein zentrales Loch, durch das das eine Ende der Stromzuführung gesteckt und mittels Platinlot fest eingeschmolzen ist. Das andere Ende der jeweiligen Stromzuführung ist mit dem Sockel 9, 10 elektrisch verbunden. Die Dichtungsfolien 11 bis 16 sind gasdicht parallel zur Längsachse in die vollzylindrischen Kolbenhälse 3, 4 eingeschmolzen.

In Fig. 2 ist der Aufbau eines Kolbenhalses vor der Einschmelzung der Dichtungsfolien dargestellt. Der Kolbenhals weist ein hohlzylindrisches Außenrohr 17 aus Quarzglas auf, das mit dem rotationssymmetrischen Entladungsraum 2 verschmolzen ist. In dieses Außenrohr 17 ist ein Füllkörper aus Quarzglas geschoben, der aus einem zentralen Vollzylinder 18, zwei auf die beiden Enden des Vollzylinders 18 aufgeschmolzene kurze Hohl­ zylinderstücke 19, 20 und einem weiteren, über den Vollzylinder 18 sowie die beiden Hohlzylinderstücke 19, 20 geschobenen und verschmolzenen Hohlzylinder 21 zusammengesetzt ist. Auf das eine Ende des Füllkörpers ist der eine Teller 8 aus Molybdän mit der Stiftelek­ trode 6 aus Wolfram und auf das andere Ende der andere Teller 22 aus Molybdän mit der Stromzuführung 23 aus Wolfram gesteckt. Die Abmessungen der Bohrungen in den kurzen Hohlzylinderstücken 19, 20 entsprechen den Ab­ messungen der durch die Teller 8, 22 gesteckten Enden der Stiftelektrode 6 bzw. der Stromzuführung 23. Die vier Dichtungsfolien aus Molybdän, von denen hier nur zwei 14, 16 sichtbar sind, verlaufen parallel zur Achse des Kolbenhalses zwischen dem Außenrohr 17 und dem Füllkörper und sind an ihren Enden mit den Tellern 8, 22 verschweißt. Über die Stromzuführung 23 ist ein weiteres hohlzylindrisches Quarzglasrohr 24 gesteckt, dessen Bohrungsdurchmesser mit dem Durchmesser der Stromzuführung 23 übereinstimmt. Das Quarzglasrohr 24 weist an seinem dem Entladungsraum 2 abgewandten Ende eine olivenförmige Erweiterung 25 auf, die die Innen­ wand des Außenrohres 17 berührt. Nach dem Einschub des Füllkörpers mit den Metallteilen in das Außenrohr 17 liegt der Teller 8 an einem weiteren hohlzylindrischen Rohrstück 26 aus Quarzglas an, das in den Übergang vom Entladungsraum 2 in das Außenrohr 17 eingeschmolzen ist. Es sorgt nach der Einschmelzung für eine Abdich­ tung zwischen dem Entladungsraum 2 und dem Molybdän­ teller 8.

In Fig. 3 ist der Kolbenhals vor der Einschmelzung im Querschnitt an der Stelle AB in Blickrichtung auf den Entladungsraum dargestellt. Die Figur zeigt das hohl­ zylindrische Außenrohr 17 und den aus dem Hohlzylinder 21 und dem Vollzylinder 18 zusammengesetzten Füllkör­ per. Dazwischen sind ein Teil des Molybdän-Tellers 8 und die vier gleichmäßig über den Umfang des Tellers 8 verteilten Molybdän-Dichtungsfolien 14, 15, 16, 27 zu sehen.

In der nachfolgenden Tabelle sind die technischen Daten der Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, zusammengestellt:

Lampenleistung|24 000 W
Lampenspannung	225 V
Lampenstrom	125 A
Lichtstrom	über 2 000 000 lm
Entladungskolbenvolumen	250 cm³
Lichtbogenlänge	45 mm
Farbtemperatur	6000 K
Gesamtlänge der Lampe	max. 600 mm
Mittlere Lebensdauer	200 h

Claims (16)

1. Hochdruckentladungslampe für Lampenströme größer 100 A mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, an dessen rotationssymmetrischem Entladungsraum an den beiden in der Achse liegenden Enden je ein zylindrischer Kolben­ hals angebracht ist, in den jeweils mindestens eine Dichtungsfolie gasdicht eingeschmolzen ist, wobei ein Ende der Dichtungsfolie mit dem Schaft der Elektrode und das andere Ende mit der Stromzuführung elektrisch verbunden ist, und mit einer Füllung aus mindestens einem Edelgas sowie eventuell weiteren Zusätzen wie Cäsium, Quecksilber und Metallhalogeniden, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - das vom Entladungsraum (2) abgewandte Ende der beiden Elektrodenschäfte ist durch jeweils einen Metallteller (7, 8) gesteckt und mit diesem ver­ schweißt;
• - das dem Entladungsraum (2) zugewandte Ende der beiden Stromzuführungen (23) ist ebenfalls durch jeweils einen Metallteller (22) gesteckt und mit diesem verschweißt;
• - die beiden Metallteller (7, 8, 22) in jedem Kolben­ hals (3, 4) sind durch mindestens zwei längliche Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) elektrisch mitein­ ander verbunden;
• - die beiden Kolbenhälse (3, 4) bestehen aus einem vollen Quarzglaszylinder, in den die Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) zusammen mit den Metalltellern (7, 8, 22) gasdicht eingeschmolzen sind.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallteller (7, 8, 22) in jedem Kolbenhals durch vier längliche Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) miteinander verbunden sind.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) eine bandförmige Gestalt besitzen.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallteller (7, 8, 22) in jedem Kolbenhals (3, 4) eine kreis­ zylindrische Gestalt besitzen.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) mit gleichen Abständen über den Umfang der beiden Metallteller (7, 8, 22) parallel zur Längsachse jedes Kolbenhalses (3, 4) angeordnet sind.

6. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckentla­ dungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung des rotationssymmetrischen Entladungsraumes (2) an den beiden in der Achse liegenden Enden je ein hohlzylin­ drisches Außenrohr (17) aus Quarzglas angeschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechendes Zu­ schneiden und Bohren eines Vollzylinders oder durch Verschmelzen mehrerer Voll- (18) und Hohlzylinder (19, 20, 21) aus Quarzglas mit kreisförmigem Querschnitt ein Füllkörper gebildet wird, der der Gestalt des von den beiden Metalltellern (7, 8, 22), vom Elektroden­ schaftende, vom Stromzuführungsende und von den Dich­ tungsfolien (11 bis 16, 27) begrenzten Innenraumes entspricht, wie er bei der fertigen Lampe vorgesehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf das eine Ende des Füllkörpers der Metallteller (7, 8) mit der Elektrode (5, 6) und auf das andere Ende der Metallteller (22) mit der Stromzuführung (23) gesteckt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallteller (7, 8, 22) durch Aufschweißen der Enden der Dichtungs­ folien (11 bis 16, 27) elektrisch miteinander verbun­ den werden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedes hohlzylin­ drische Außenrohr (17) ein Füllkörper mit den daran befestigten Metalltellern (7, 8, 22), der Elektrode (5, 6), der Stromzuführung (23) und den Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) geschoben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohlzylindrisches Rohr (24) aus Quarzglas mit seinem einen Ende über die Stromzuführung (23) gesteckt wird, dessen anderes Ende olivenförmig erweitert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand des oli­ venförmig erweiterten Endes (25) des über die Strom­ zuführung (23) gesteckten Rohres (24) mit der Innen­ wand des hohlzylindrischen Außenrohres (17) verschmol­ zen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem hohlzylindrischen Außenrohr (17) und dem Füllkörper mehrmals über den Entladungsraum (2) mit Argon gespült und anschließend evakuiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) und die Metallteller (7, 8, 22) zwischen das hohlzylindrische Außenrohr (17) und den Füllkörper gasdicht eingeschmolzen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschmelzvorgang der Dichtungsfolien (11 bis 16, 27) und der Metallteller (7, 8, 22) im Raum zwischen dem hohlzylindrischen Außenrohr (17) und dem Füllkörper ein Unterdruck von 20 mbar Argon erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschmelzvorgang das Außenrohr (17) in Höhe des freien Endes der Strom­ zuführung (23) durchtrennt und der abgetrennte Teil mit dem verschmolzenen Rohr (24), das über die Strom- Zuführung (23) gesteckt ist, vom Kolbenhals (3, 4) ent­ fernt wird.