EP0034113A1

EP0034113A1 - Elektrische Entladungslampe

Info

Publication number: EP0034113A1
Application number: EP81730009A
Authority: EP
Inventors: Béla Dr. Dipl.Ing. Kerekes
Original assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Current assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1981-01-23
Publication date: 1981-08-19
Also published as: DD156209A1; DE3167525D1; ES499273A0; BR8100689A; AR223093A1; ZA81274B; US4376905A; SU1138057A3; IN154885B; HU178836B; JPH0255905B2; JPS56128561A; ES8202185A1; EP0034113B1

Abstract

Bei einer elektrischen Entladungslampe mit einem Entladungsrohr aus einem Werkstoff mit keramischer oder kristalliner Struktur ist innerhalb des Entladungsrohres zweckmäßig an beiden Enden je eine Elektrode mit einer an die äußeren stromzuführenden Teile angeschlossenen Stromzuführung vorgesehen. Wenigstens eines der die Enden des Entladungsrohres abschließenden Abschlußglieder ist aus Keramik hergestellt. Die äußeren Stromleiter sind mit den Elektroden über eine durch das Keramikabschlußglied einzeln vakuumdicht hindurchgeführte, wenigstens aus zwei, oder aus mehreren Elementarfäden zweckmäßig aus Niobdraht hergestellte Stromzuführung elektrisch verbunden. Gegebenenfalls ist ein weiterer, mit dem Stromleiter elektrisch verbundener und durch das Keramikabschlußglied durchgeführter Elementarfaden, der zweckmäßig ein Draht ist, als Hilfselektrode und/oder als Stromzuführung der Hilfselektrode verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungslampe mit Keramikentladungsrohr, das ein keramisches Abschließorgan aufweist, durch welches zwei oder mehrere, aus elementaren Faden, zweckmäßig aus Drähten bestehende Stromzuführungen hindurchgeführt sind, und wo ein weiterer elementarer Leiter, zweckmäßig ein Draht als Hilfselektrode ausgebildet ist.
Bei bekannten elektrischen Entladungslampen mit Keramikrohr ist das Entladungsrohr an beiden Enden durch Metallscheiben abgeschlossen, die gleichzeitig als stromeinleitende Organe dienen. Eine solche Ausführung ist zum Beispiel in der US-PS Nr. 3 243 635 beschrieben.
Bei anderen elektrischen Entladungslampen mit Keramikrohr ist das Entladungsrohr an seinen zwei Enden mit je einem keramischen Abschließorgan abgeschlossen, und die Elektroden sind mit äusseren Stromzuführungen durch je einen gesonderten Stromleiter verbunden. Bei diesen bekannten elektrischen Entladungslampen, bei welchen das Entladungsrohr durch keramische AbschlieBorgane abgeschlossen ist, verursacht die Einlötung der Stromleiter in das Abschließorgan stets Probleme, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten das zu verlötenden Werkstoffe unterschiedlich sind. Eine Lösung hierfür ist in der US-PS Nr. 3 650 539 beschrieben. Bei dieser Lösung dient als StromzuführunG ein Metalldraht, der in eine Bohrung des Abschließorganes mit einem glasartigen Lötmaterial eingelötet ist. Zwecks Verringerung der Differenz swischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten wird zum aus Aluminiumoxid-Keramik bestehenden Abschließorgan ein Stromleiter aus Niob verwendet.
Die leistungserhöhung von elektrischen Entladungselementen mit Keramikentladungsrbohr hat zur Folge, daβ durch die innerhalb des Entladungsrohres angeordneten Elektroden ein grösserer Strom fließt, wodurch der Durchnesser des Stromleiters entsprechend erhöht sein muß.
In Hinsicht der Erhöhung des Durchmessers des Stromleiters taucht aber diejenige Schwierigkeit auf, daβ infolge den vergrösserten Querschnittes des Stromleiters die Wärmeleitung aus dem Entladungsraum in den Metallstromleiter ansteigt, wodurch der bei der Zündung entstandene "Wärmestoβ" in einen Stromleiter von gressen Querschnitt mit geringerem Wärmewiderstand plötzlich durchströmend, sowohl in der Keramik, wie auch in der Lötsone zwischen dem Metall-Stromleiter und dem Keramikabsohlieβorgan Beschädigungen, insbesondere Risse verursacht. Diese Erscheinung kommt umso intensiver vor, je grösser der durch den Stromleiter fliessende Strom ist, und desto grösser der Durchmesser des Stromleiters ist.
Diese Erscheinung wurde bereits von mehreren Fachkundigen entdeckt, und es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlageng, die schädlichen Spannungen in der Klebe- bzw. Lötzone zwischen Metallstromleiter und Keramikabschlieβorgan, die schädlichen Risse verursachen, zu vermeiden.
Eine Lösung, bei welcher das Entstehen von schädlichen Rissen, beziehungsweise eine Vermeidung derselben bei dünnwandigen Niobrohren vorgesehen ist, ist in der US-PS Nr. 3 363 134 beschrieben. Bei dieser Lösung versucht man die schädlichen Dilatationswirkungen, die durch die bei der Zündung entstehende hohe Temperatur entstehen, in wesentlichem durch Anwendung einer dünnwandiger Röhre mit Hilfe ihres Elastizität zu unterdrücken.
Die gleichen Probleme versucht man im Sinne der US-PS Nr. 3 992 642 derart zu lösen, daß man den Stromleiterteil, der an die Elektrode durch das Keramikabschließorgan angeschlossen und durch das Abschließorgan hindurchgeführt ist, in Form eines um die Achse der Lampe vorgesehene wendelförmige Biegung zu verlängern, wodurch die Wirkung des Wärmestoßes verzögert, bzw. kompensiert wird.
Beide Lösungen besitzen mehrere Nachteile; ein Nachteil der Lösung gemäß der US-PS Nr. 3 363 134 liegt darin, daß ein rohrförmig ausgebildete Stromzuleiter die infolge des Wärmestoßes auftretend Dilatationswirkung nicht beseitigt, sondern nur verringert. Ein anderer Nachteil liegt darin, daß die Anwendung eines Niobrohres, die Selbstkosten der Lampe derart erhöht, daß seine Wirtschaftlichkeit nicht mehr gesichert sein kann, weil der Preis eines Rohres im Vergleich zu dem eines Voldrahtes gleichen Gewichtes wenigstens beim Hundertfachen liegt. Die Lösung ist daher nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich nachteilig.
Der Nachteil der Lösung gemäß der US-PS Nr. 3 992 642 liegt darin, daß die Abmessungen eines wendelförmigen Stromleiters in der Lampe nur bis zu gegebenen Grenzen verlängert sein können, weil die inneren Abmessungen einer Lampe mit Keramikentladungsrohr, und die gegenseitige Entfernung der Elektroden die Anwandbarkeit der beschriebenen Ausführung beschränken, so daß die Wirkung des Wärmestoßes nicht in ganzem Masse kompensiert werden kann. Dazu kommt noch als Nachteil, daß die Herstellung der wendelförmigen Biegung und die Ausführung der sonderartig ausgebildeten Öse für den Anschluß der Elektrode kompliziert und schwierig sind.
Zielsetzung der Erfindung ist die Beseitigung der obengenannten Nachteile und die Schaffung einer Ausbildung, die bei Hochleistungslampen auch bei höherem Querschnitt der Stromleitungen die schädlichen Dilatationswirkungen, die durch Wärmestöße entstehen, beseitigt, und die in der Praxis eine leicht realisierbare Lösung bietet, und weiters auch wirtschaftlich, einfach, and betriebssicher ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die schädlichen Dilatationswirkungen, die bei Erhöhung des Querschnittes der durch das Keramikabschließorgan hindurchgeführten und in diese vakuumdicht eingelöteten Stromzuleiter - bedingt durch die Erhöhung der Leistung der Lampe - Risse in der Lötverbindung und selbst im Keramikabschließorgan verursachen nur dadurch beseitigt werden können, falle man den grösseren Querschnitt auf mehreren voneinander getrennte elementare Faden, zweck- mäßig aus Niobdraht bestehend verteilt, indem mehrere Elementardrähte verwendet werden.
Der Stromzuleiter gemäß der Erfindung ist demnach derart ausgebildet, daß die in das Abschließorgan eingelötete und durch dieses hindurchgehende elementare Faden an beiden Seiten des Abschließorganes elektrisch und auch wärmeleitend kurzgeschlossen sind, und daß gegebenenfalls ein weiterer elementarer Faden, zweckmäßig ein Niobdraht als Hilfselektrode ausgebildet ist. Die elementaren Faden, zweckmäßig Niobdrähte sind außerhalb des Entladungsraumes miteinander verflochten.
Das Wesen der Erfindung, bzw. einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Entladungslampen werden nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Figur 1 den Aufbau eines elektrischen Entladungslampe mit Keramikentladungsrohr gemäß der Erfindung, als komplette Montageeinheit, in einem Glaskolben untergebracht und mit Sockel versehen,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel in zwei Seitensichten und in Draufsicht, bei welchem die innerhalb des Entladungaraumes vorhandenen Elektroden mit jeweils aus vier elementaren Fäden, zweckmäßig aus Niobdrähten ausgebildeten äusseren Stromzuleitungen verbunden sind,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in zwei Seitensichten, bei welchem die aus vier elementaren Fäden, zweckmäßig aus Niob, hergestellte Stromzuleiter derart ausgeführt sind, daß zwei von den elementaren Fäden den äusseren Stromzuleiter mit der im Entladungsraum angeordneten Elektrode, und die übrigen zwei elementaren Fäden den äusseren Stromleiter mit einer ebenfalls im Entladungsraum befindlichen Hilfselektrode verbinden, und
Figur 4 zeigt im Schnitt und in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem drei elementare Fäden, die zweckmäßig aus Niobdraht hergestellt sind, und elementare Fäden eines durch das Keramikabschließorgan durchgehenden Stromzuleiters bilden, sowohl ausserhalb wie auch innerhalb des Entladungsraumes miteinadner verflochten bzw. verdrillt sind.

Die Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der Zeichnung näher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Entladungslampe als Beispiel, welche in einem mit Lampenseckel 7 versehenen, mit Inertgas gefüllten oder evakuisierten Glaskolben 4 ein Keramikentladungsrohr 3, dessen beide Enden durch aus Keramik bestehende Abschlußgliedes 8 verschlossen sind, enthält. Im Innenraum des Keramikentladungsrohres 3 sind beiderends Elektroden 11 vorhanden, zu welchen die Stromzuleitung durch aus Elementarfäden 10, zweckmäßig aus Niobdrähten, die einzeln vakuumdicht durch die Abschlußglieder 8 hindurchgeführt und außerhalb des Entladungsrohres miteinander verflochten bzw. verdrillt sind, bestehende Stromzuführungen 9 erfolgt. Zur elektrischen Verbindung der Stromzuführungen 9 zum Lampensockel 7 dienen an einem Ende des Keramikentladungsrohres 3 ein Stromzuführungsbügel 1 und ein im Glaskolben 4 durch einen Stützring 12 abgestützter längerer Halter 2, und am anderen Ende des Entladungsrohres ein mit einem kürzeren Halter 5 verschweißter oder verlöteter Stromzuführungsbügel 6.
In Figur 2 ist als Ausführungsbeispiel ein Ende einer elektrischen Entladungslampe mit Keramikentladungsrohr 3 gemäß der Erfindung ausführlich dargestellt. Durch das das Keramikentladungsrohr 3 abschliessende Keramikabschließglied 8 sind aus vier elementaren Fäden 10 aus Niobdraht bestehende Stromführungen 9 hindurchgeführt, deren je zwei Fäden mit der Elektrode 11 im Entladungsraum, sowohl elektrisch als auch wärmeleitend an ihrem U-förmig gebogenen Teil verbunden sind. Die aus dem Entladungsraum herausragenden vier elementaren Fäden 10, sind miteinander verdrillt, und sie bilden in Hinsicht der Festigkeit eine starre Anordnung.
Die Ausführung nach Figur 2 wird nachstehenderweise hergestellt:
An dem Keramikabschließglied 9 sind vier Bohrungen vorgesehen und zwei aus Niobdraht bestehende Elementarfäden 10, die vorher auf U-form gebogen sind, werden in jeweils zwei Bohrungen eingeführt und mit keramikartigem oder glasartigem Lötmittel vakaumdicht eingelötet. Die U-förmigen Elementarfäden 10 werden beiderseits mit der Elektrode 11 verschweißt. Die Elementarfäden 10, zweckmäßig Niobdrähte werden auf der anderen Seite des Keramikabschlußgliedes 8 an ihren freien Enden miteinander verdrillt. Auf diese Weise wird eine aus Elementarfäden 10, zweckmäßig aus Niobdrähten bestehende Stromzuführung 9 gebildet, die an beiden Baden des Keramikabsohlußgliedes 8 wärmeleitend und elektrisch vereinigt ist. Die auf diese Weise hergestellten Keramikabschlußglieder werden mit den Enden des Keramikentladungsrohres 3 vakuumdicht zusammengelötet. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel betragen bei einer Hochdruck-Natriumdampflampe von 220 V/400 W der innere Durchmesser des Keramikentladungsrohres 3 8 mm, der Durchmesser des verwendeten Niobdrähte 0,5 mm, und der Kerndurchmesser der Wolframelektrode 1,2 mm.
Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind durch das Keramikabschlußglied 8, das das Keramikentladungsrohr 3 abschließt, vier Stück Elementarfäden 10, die zweckmäßig aus Niobdraht hergestellt sind, hindurchgeführt. Von diesen werden je zwei Elementarfäden 10 innerhalb des Entladungsraumes elektrisch kurzgeschlossen, und U-förmig gebogen, undzwar so, daß ein Elementarfaden 10, der U-förmig gebogen und zweckmäßig aus Niob hergestellt ist, mit der Elektrode 11, und der andere ebenfalls U-förmig gebogene Elemeatarfaden 10 mit einer Hilfselektrode 13 elektrisch verbunden ist. Die aus dem Entladungsraum herausragenden freien Enden der Elementarfäden 10 werden ausserhalb des Entladungsraumes entsprechend paarweise verdrillt, und sie dienen als Stromzuführungen 9a bzw. 9.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die Stromzuführung 9 aus drei Stück Elementarfäden 10 hergestellt, die durch das Keramikabschlußglied 8, das das Keramikentladungsrohr 3 abschließt, hindruchgeführt sind. Diese sind zweckmäßig aus Niobdraht hergestellt, undzwar derart, daß die drei Stück Elementarfäden 10 an ihren in den Entladungsraum einragenden Enden an die Elektrode 11 angeschlossen sind. Die aus dem Entladungsraum herausragenden Enden der drei Elementarfäden 10 werden ausserhalb des Entladungsraumes miteinander verdrillt.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die eben-or beschriebenen Ausführungebeispiele begrenzt. Die Erifindung kann auch derart ausgeführt sein, daß nur zwei, oder nooh mehrere Elementarfäden, die zweckmäßig aus Hiobdraht bestehen, durch das Keremikabschluβgliedhindurchgeführt werden, und somit die elektrische Stromzuführungder Lampo bilden, wobei dies in zahlreichen Variationsmöglichkeiten verwirklicht sein kann. Dies ist insbesondere deshalb möglich, weil die Zahl der Elementarfäden und die Abmessungen dieser Fäden mit der Leistung der elektrischen Entladungslampe stark zusammenhängt und äusserst variabel ist.
Praktische Untersuchungen haben bewiesen, daS der Querschnitt der Elementarfäden über 0,28 mm² Zweckmäßigerweise nicht erhöht werden soll, besonders im Falle der Anwendung von Niobdraht, weil die schädliche Wirkung der entstehenden Wärmestöße, bei Anwendung von Drähten höherer Querschnitte in der Klebe- bzw. Lötzone im Keramikabschlußglied bereits Risse verursacht.
Die Stromzuführung kann im Sinne der Erfindung in Abhängigkeit von der Leistung der Lampe aus zwei, drei, vier, fünf, usw. Elementarfäden bestehen und in beliebiger Form ausgebildet.
Hinsichtlich der Erfindung ist die Anordnung der Elementarfäden, die die Stromzuführung bilden, in dem Keranikabschlußglied indifferent. Wesentlich ist nur, daß die Elementarfäden voneinander getrennt jeweils einzeln in das Keramikabschlußglied, abgesehen von derlrt ihrer Anordnung eingelötet werden. Die Zentierung der Elektroden, die Abstützung derselben, und ihre Verschweissung sind erleichtert, falls geradzahlige d.h. jeweils zwei oder vier use. Elementarfäden verwendet werden. Will man von den Elementarfäden einen oder mehrere als Stromzuführung für eine Hilfselektrode benützen, so ist in deisem Falle die Anwendung von Fäden ungerader anzahl vorteilhafter. In letzterem Falle kann man im Sinne der Erfindung, wie oben beschrieben, die Stromzufühung für die Hauptelektrode wenigstend aus zwei oder aus.mehreren Elementarfäden ausbilden. Der Durchmesser der die Stromzuführung bildenden Elementarfäden und das Profil derselben können innerhalb der genannten Grenzen frei gewählt werden. Es ist leicht einzusehen, daß der Elementarfaden im Entladungsraum, der an die Elektrode angeschlossen ist, nicht nur ü-förmig gebildet sein kann, sondern es können auch andere Formen zur Anwendung kommen. So können z.B. einzeln, separat stehende Elementarfäden in Querrichtung, zweckmäßig mit einer geraden Platte verschweißt, und auf diese Weise elektrisch und wärmeleitend vereinigt werden.

Claims

1. Elektrische Entladungslsampe mit einem länglichen Entladungsgefäß aus Keramik oder aus einem Werkstoff von kristalliner Struktur, insbesonere mit einem Keramikentladungsrohr, mit vorzugsweise an beiden Enden im Entladungsgefäß angeordneten Elektroden, die letzteren mit äusseren stromzuführenden Teilen verbindenden Stormzuführungen, wobei zumindest ein Ende des Entladungsgefäßes durch ein Keramikverschlußglied abgeschlessen ist, dadurch gekennzeiohaet, daß
die äutsaeres stromzuführenden Teile, insbesondere Strem- zuführungsbügem (1, 6) mit den zugehörigen Elektrode (11) mittels aus durch das Keramikabschlußglied (8) jeweils einzeln vakuumdicht eingebettet hiadnrehgefürten mindes- tens zwei Elementarfäden (10), zweckmäßig aus Niobdrähten bestehenden Stromzuführungen (9) elektrisch leitend verbanden eind, wobei ein Teil der durch das Keramikabschluß- glied (8) jeweils gesondert vakuumdicht hindurchgeführteb Elementarfäden (10),insbsondere Niobdrähte als Hilfselekt- roda (13) oder als separate Stromzuführung (9a) für eine Hilfselektrode (13) verwendet werden kann.

2. Elektrische Entladungalampe nach Anspruch l, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß
zumindest zwei der Elementarfäden (10) der Stromzuführungen (9) an beiden Seiten des Keramikabschluβgliedea (8) miteinander kurzgeschlossen sind.

3. Elektrische Entladunglampe nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elmentarfäden (10) der Stromzufühtung (13) bzw. der Hilfselektrode (13) außerhalb des Entladangsraumes mit- , einander verdrillt bzw. verflochten sind.

4. Elektrische Entladangslampe nach Ansprach 1,. dadurch gekennzeichnet , daß
die Elementarfäden (10), insbesondere Niobdrähte der Stromsuführungen (9) außerhalb und auch innerhalb des Entladungs raumes mitsinander verdrillt bzw. verflochten. sind.

5, Elektrische Entladungslampe nach Andpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daβ
zumindesi zwei Elementartäden (10), insbesondere Drähte der Stromsuführungen (9) innerhalb des Entladungsraumes U-Unförmig gebogen sind..

6. Elektrische Entladansslampe nach Andpruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß
zumindest zwei Elementarfäden (10) der stromozuführung (9) und der Elementarfaden (10) der Hilfselektrode (9a) in das Keramikabschlaßglied (8) an beliebigen Stellen und in beliebiger Anordnang vakuumdicht einselötet bzw. eingeklebt sind.

7. Elektrische Entladattgalampe nach Ansprach 1, dadurch gekennzeicknet daß
die Querschnstteform der Elementarfäden (10) der Stromzuführung (9) und der Hilfselektrode (13) kreis-, dreieck-, viereckförmig ist oder eine andere Gestalt aufweist, die Queraahnittefläche höchstens 0,3 mm² beträgt, und als Werkstoff Niob verwendet wird.