DE69711613T2 - Glasbeschichtung auf stromdurchführungsleitern in einer niederdruck natrium entladungslampe - Google Patents
Glasbeschichtung auf stromdurchführungsleitern in einer niederdruck natrium entladungslampeInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Natriumentladungslampe mit:
- einem vakuumdicht verschlossenen Entladungsgefäß mit Quetschdichtungen, das eine Natrium und Edelgas umfassende Füllung hat;
- in dem Entladungsgefäß angeordneten Elektroden, die jeweils mit zumindest einem entsprechenden Stromleiter verbunden sind, der durch eine Quetschdichtung nach außen tritt,
- welche Stromleiter jeweils einen ersten, verhältnismäßig dünnen Glasüberzug haben, der sich von der betreffenden Quetschdichtung aus bis in das Entladungsgefäß hinein erstreckt, und einen zweiten, verhältnismäßig dicken Überzug aus Kalk-Bariumglas, der an den ersten Überzug anstößt und sich von der genannten Quetschdichtung aus bis aus dem Entladungsgefäß heraus erstreckt, und
- einem evakuierten Außenkolben, der das Entladungsgefäß umgibt und mit einem IR-Reflexionsfilter versehen ist.
- Eine derartige Niederdruck-Natriumentladungslampe ist aus US-A- 4.783.612 bekannt.
- Der erste, verhältnismäßig dünne, beispielsweise ungefähr 0,3 mm dicke und mechanisch verhältnismäßig schwache Überzug schützt die Stromleiter gegen elektrischen Kontakt mit festem oder flüssigem Natrium, das sich an der Quetschdichtung niederschlägt. Hierdurch wird verhindert, dass der Entladungsbogen sich im Lampenbetrieb auf das Natrium richtet und heftige Reaktionen bewirkt, die zu Beschädigung des Stromleiters und der Quetschdichtung führen können. Das Glas des ersten Überzuges umfasst einige zehn Gewichtprozent Boroxid und außerdem mehr als 50 Gew.-% Bariumoxid, aber nur einige Prozent Siliciumoxid. Das Glas ist im Betrieb bei Netzfrequenz gegen Natrium beständig.
- Der zweite, verhältnismäßig dicke, beispielsweise ungefähr 0,7 mm dicke Überzug dient dazu, den Stromleiter mit einer mechanisch starken Umhüllung zu versehen, die den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Stromleiter und dem Entladungsgefäß auffängt und eine vakuumdichte Abdichtung verschafft.
- Es zeigte sich, dass der erste Überzug bei hochfrequentem Betrieb der Lampe, beispielsweise bei einigen kHz, beispielsweise 45 kHz, durch Natrium angegriffen wird, wodurch das Entladungsgefäß bereits nach einer verhältnismäßig kurzen Betriebsdauer von zwei- bis dreitausend Stunden Risse in den Quetschdichtungen aufweist und undicht wird. Die geringe Viskosität des Glases des ersten Überzuges während der Lampenherstellung, die zu einer unregelmäßigen Dicke des Überzuges führt, und elektrolytische Prozesse, die infolgedessen bei hochfrequentem Betrieb auftreten, sind hierfür die Ursache.
- Eine Niederdruck-Natriumentladungslampe ist aus US-A-5.498.927 bekannt, bei der ein aus natriumbeständigem Glas von bei Quetschtemperatur geringer Viskosität hergestellter erster Überzug des Stromleiters sich vom Inneren des Entladungsgefäßes durch die Quetschdichtung aus dem Entladungsgefäß heraus erstreckt. Der erste Überzug ist von der Quetschdichtung an bis aus dem Entladungsgefäß heraus von einem zweiten Überzug aus dem viskoseren Glas umgeben, aus dem das Entladungsgefäß hergestellt ist. Der zweite Überzug schützt den ersten Überzug während der Herstellung der Quetschdichtung, so dass der erste Überzug eine homogenere Dicke aufweist und besser beständig gegen hochfrequenten Betrieb ist. Es zeigte sich jedoch, dass es schwierig ist, die diesem Patent gemäße Lampe in einem industriellen Prozess zu fertigen.
- Aus JP-A-49[1974]-33870 ist eine Niederdruck-Natriumentladungslampe bekannt, bei der die Stromleiter jeweils nur einen Überzug aus Boratglas haben, der sich vom Inneren des Entladungsgefäßes durch die Quetschdichtung hindurch bis aus dem Entladungsgefäß heraus erstreckt. Es zeigte sich, dass die aus dieser Druckschrift bekannte Lampe bei hochfrequentem Betrieb vorzeitig undicht wurde.
- Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck- Natriumentladungslampe der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, die von einfacher, mechanisch starker Konstruktion ist, in industriellem Maßstab einfach zu fertigen ist und auch bei hochfrequentem Betrieb gegen Natrium beständig ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Glasüberzug aus einem Glas hergestellt ist, das die folgenden Bestandteile in Gew.-% umfasst: SiO&sub2; 30-50; Al&sub2;O&sub3; 5-10; ZrO&sub2; 2-6, wobei die Gesamtmenge von Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2; 7-15 ist; Li&sub2;O 1-4; Na&sub2;O 4-7; K&sub2;O 0-0,5; MgO plus CaO in einer Gesamtmenge von 8-12; SrO 3-9; BaO 20-32; Rest < 1.
- Die erfindungsgemäße Niederdruck-Natriumentladungslampe hat eine mechanisch starke Konstruktion, die industriell leicht erhalten wird. Die Lampe ist auch bei hochfrequentem Betrieb gegen Natrium beständig.
- Jeder der Bestandteile des Glases des ersten Überzuges mit seinen quantitativen Grenzen ist von wesentlicher Bedeutung für die Eigenschaften der Lampe. Bei einem zu niedrigen SiO&sub2;-Gehalt, d. h. einem Gehalt, der niedriger ist als der angegebene untere Wert, besteht die Gefahr des Kristallisierens des Glases, wodurch dieses schwierig oder unmöglich zu verarbeiten ist. Auch treten dann, infolge eines zu hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, Spannungen im Glas auf, mit dem Risiko von Rissen. Wenn der SiO&sub2;- Gehalt zu hoch ist, d. h. höher als der angegebene obere Wert, wird das Glas eine schlechte Natriumbeständigkeit aufweisen. Ein SiO&sub2;-Gehalt von 30 bis 40 Gew.% ist günstig für eine Beständigkeit gegen Natrium. Wenn die Menge Al&sub2;O&sub3; plus ZrO&sub2; die untere angegebene Grenze oder die obere angegebene Grenze unter- oder überschreiten würde, wodurch der SiO&sub2;-Gehalt zu- oder abnehmen würde, hätte das Glas eine schlechte Natriumbeständigkeit oder würde kristallisieren. Zu viel dieser Oxide würde den Schmelzpunkt zu hoch machen, so dass das Glas schwierig zu verarbeiten wäre. Es ist günstig für die Natriumbeständigkeit, wenn die Summe dieser Oxide 10-15 Gew.% beträgt. Die Werte von Li&sub2;O sind wegen eines zu niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und eines zu hohen Schmelzpunktes bzw. eines zu hohen Ausdehnungskoeffizienten bzw. Kristallisierung von Bedeutung. Relevant für Na&sub2;O sind ein zu niedriger Ausdehnungskoeffizient und eine zu hohe elektrische Leitfähigkeit und daher eine schlechte Natriumbeständigkeit; für MgO, CaO, und SrO eine schlechte Natriumbeständigkeit, ein zu hoher Schmelzpunkt und die Gefahr von Kristallisierung gegen einen zu niedrigen Schmelzpunkt und Kristallisierung; für BaO eine schlechte Natriumbeständigkeit und ein zu hoher Schmelzpunkt gegen Kristallisierung. Bei zu viel K&sub2;O wird die Natriumbeständigkeit schlecht sein und in dem Glas wird Kalium gegen Natrium ausgetauscht werden, so dass Kalium, das einen geringen Wirkungsgrad aufweist, an der Entladung teilnimmt. Der Restgehalt des Glases kann SO&sub3; und/oder Sb&sub2;O&sub5; sein, die aus einem Reinigungsmittel stammen, und Verunreinigungen wie z. B. Fe&sub2;O&sub3;, Chloride, Fluoride und ähnliche.
- Es ist günstig, wenn das Glas des ersten Glasüberzuges (5) eine Zusammensetzung von SiO&sub2; 37,1 ±3,0; Al&sub2;O&sub3; 8,1 ±1,0; ZrO&sub2; 4,0 ±0,5; Li&sub2;O 2,3 ±0,2; Na&sub2;O 6,2 ± 0,6; K&sub2;O 0,06 ±0,05; MgO 4,1 ±0,5; CaO 5,9 ±0,5; SrO 6,0 ±0,5; BaO 26,0 ±2; Rest 0,24 ±0,1 in Gew.-% hat.
- Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Niederdruck- Natriumentladungslampe ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 die Lampe in Seitenansicht, teilweise im Querschnitt und
- Fig. 2 ein Detail des Entladungsgefäßes von Fig. 1.
- In Fig. 1 hat die Niederdruck-Natriumentladungslampe ein vakuumdicht verschlossenes Entladungsgefäß 1 mit Quetschdichtungen 2, siehe Fig. 2, und eine Natrium und Edelgas umfassende Füllung. Elektroden 3, in der Zeichnung aus Wolfram hergestellt, sind in dem Entladungsgefäß 1 angeordnet und jeweils mit zumindest einem entsprechenden Stromleiter 4 verbunden, der durch eine Quetschdichtung 2 nach außen tritt. Jede Elektrode 3 in Fig. 2 ist mit zwei Stromleitern aus FeNiCr verbunden. Die Stromleiter 4 haben jeweils einen ersten, verhältnismäßig dünnen Glasüberzug 5, mit einer Wanddicke von ungefähr 0,3 mm in Fig. 2, der sich von der betreffenden Quetschdichtung 2 aus bis in das Entladungsgefäß hinein erstreckt, und einen zweiten, verhältnismäßig dicken Überzug 6 aus Kalk-Bariumglas, mit einer Wanddicke von ungefähr 0,7 mm in der Figur. Der zweite Überzug 6 hat zum ersten Überzug 5 eine Stumpfstoßverbindung und erstreckt sich von der betreffenden Quetschdichtung 2 aus bis aus dem Entladungsgefäß 1 heraus. Das Entladungsgefäß 1, siehe Fig. 2, hat im Inneren einen natriumbeständigen Überzug 1'. Ein evakuierter Außenkolben 8, der mit einem beispielsweise aus mit Zinn dotiertem Indiumoxid hergestellten IR-Reflexionsfilter 7 versehen ist, umgibt das Entladungsgefäß 1.
- Der erste Überzug 5 ist aus Glas mit einer Zusammensetzung hergestellt, die in Spalte "5" in Tabelle 1 dargestellt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Glas die Zusammensetzung von "5" Beispiel 1 ("5" ex 1) aus der Tabelle. Eine Alternative wird in Spalte "5" Beispiel 2 ("5" ex 2) gezeigt. Die Tabelle zeigt weiterhin eine Zusammensetzung "6" des Kalk-Bariumglases des zweiten Überzuges 6, die Zusammensetzung des Glases "1" des Entladungsgefäßes 1 und die Zusammensetzung des Boratglasüberzuges 1' an der Innenseite des Entladungsgefäßes 1.
- Auffallend bei den Überzügen 5 ist der hohe Gehalt an SiO&sub2; plus Al&sub2;O&sub3; plus ZrO&sub2; im Vergleich zu dem natriumbeständigen Glas 1' an der Innenseite des Entladungsgefäßes 1, und das wesentliche Fehlen von B&sub2;O&sub3;.
- Lampen, wie in der Zeichnung dargestellt und jeweils mit einem ersten Glasüberzug 5 versehen, der die Zusammensetzung der Beispiele von Tabelle 1 hat, wurden bei hoher Frequenz betrieben. Die Lampen waren nach 7000 Betriebsstunden noch vollständig intakt und zeigten keine Spuren von Elektrolyse. Tabelle 1
Claims (3)
1. Niederdruck-Natriumentladungslampe mit:
einem vakuumdicht verschlossenen Entladungsgefäß (1) mit
Quetschdichtungen (2), das eine Natrium und Edelgas umfassende Füllung hat;
in dem Entladungsgefäß (1) angeordneten Elektroden (3), die jeweils mit
zumindest einem entsprechenden Stromleiter (4) verbunden sind, der durch eine
Quetschdichtung (2) nach außen tritt,
welche Stromleiter (4) jeweils einen ersten, verhältnismäßig dünnen
Glasüberzug (5) haben, der sich von der betreffenden Quetschdichtung (2) aus bis in das
Entladungsgefäß hinein erstreckt, und einen zweiten, verhältnismäßig dicken Überzug (6) aus
Kalk-Bariumglas, der an den ersten Überzug (5) anstößt und sich von der genannten
Quetschdichtung (2) aus bis aus dem Entladungsgefäß (1) heraus erstreckt, und
einem evakuierten Außenkolben (8), der das Entladungsgefäß (1) umgibt
und mit einem IR-Reflexionsfilter (7) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Glasüberzug (5) aus einem Glas
hergestellt ist, das die folgenden Bestandteile in Gew.-% umfasst:
SiO&sub2; 30-50; Al&sub2;O&sub3; 5-10; ZrO&sub2; 2-6, wobei die Gesamtmenge von Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2; 7-15 ist;
Li&sub2;O 1-4; Na&sub2;O 4-7; K&sub2;O 0-0,5; MgO plus CaO in einer Gesamtmenge von 8-12; SrO 3-9;
BaO 20-32; Rest < 1.
2. Niederdruck-Natriumentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass Al&sub2;O&sub3; plus ZrO&sub2; 10-15 Gew.-% des Glases des ersten Glasüberzuges (5)
bilden, und SiO&sub2; 30-40 Gew.-%.
3. Niederdruck-Natriumentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Glas des ersten Glasüberzuges (5) eine Zusammensetzung von SiO&sub2; 37,1
±3,0; Al&sub2;O&sub3; 8,1 ±1,0; ZrO&sub2; 4,0 ±0,5; Li&sub2;O 2,3 ±0,2; Na&sub2;O 6,2 ±0,6; K&sub2;O 0,06 ±0,05;
MgO 4,1 ±0,5; CaO 5,9 ±0,5; SrO 6,0 ±0,5; BaO 26,0 ±2; Rest 0,24 ±0,1 in Gew.-% hat.
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