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EP0573880B1 - High pressure discharge lamp - Google Patents

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Info

Publication number
EP0573880B1
EP0573880B1 EP93108781A EP93108781A EP0573880B1 EP 0573880 B1 EP0573880 B1 EP 0573880B1 EP 93108781 A EP93108781 A EP 93108781A EP 93108781 A EP93108781 A EP 93108781A EP 0573880 B1 EP0573880 B1 EP 0573880B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stopper
discharge lamp
pressure discharge
lamp according
leadthrough
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93108781A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0573880A1 (en
Inventor
Dieter Dr. Hofmann
Stefan Dr. Jüngst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0573880A1 publication Critical patent/EP0573880A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0573880B1 publication Critical patent/EP0573880B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors
    • H01J61/366—Seals for leading-in conductors

Definitions

  • the invention is based on a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • EP-A-136 505 describes a high pressure sodium lamp in which a current lead-through made of niobium is sintered gas-tight into the stopper directly, that is to say without glass solder, due to the shrinking process of a green Al2O3 ceramic. This is possible because both materials have approximately the same coefficient of expansion (8x10 ⁇ 6K ⁇ 1).
  • this simple sintering technique is Can only be used for tubular bushings, since the natural elasticity of the tube is used. When using pens, however, such a technique would very quickly lead to leaks due to the lack of elasticity.
  • the first end of the discharge vessel can be closed with a pin-shaped feed-through using glass solder without difficulty.
  • the filling must first be introduced into the discharge vessel.
  • the second end is also fitted with a bushing and a glass solder ring is placed on the outside of the stopper.
  • This glass solder ring must now be heated in order to liquefy the solder so that it can fill the gaps between the plug and the bushing.
  • the heating of the second end indirectly results in an undesirable increase in the filling pressure inside the discharge vessel, as a result of which the already liquefied solder and the bushing itself are pressed outwards out of the stopper.
  • the quality of the meltdown depends crucially on the correct pressure increase.
  • the melting process is therefore so complicated that it cannot be automated and, moreover, a high scrap due to a shortened service life must be expected.
  • the object of the invention is to provide a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1, which achieves an acceptable life and which can be manufactured easily and reliably.
  • the basic advantage of the invention is that when the second end of the discharge vessel is sealed, the pressure increase can be avoided by means of a two-stage melting, in which a provisional seal is already carried out before the final sealing by means of glass solder.
  • a first section of the bushing facing the inside of the discharge vessel has at least one peripheral ridge with a shear edge which runs approximately transversely to the longitudinal direction of the bushing.
  • the outside diameter of this edge is originally larger than the diameter of the hole; a typical value is 10-20%.
  • tapered bore the widest diameter of which is adapted to the outside diameter of the still undamaged shearing edge and thus facilitates the threading of the current leadthrough, while the narrowest diameter is somewhat larger than the core diameter of the edge-carrying section of the leadthrough.
  • the core diameter is the diameter at the base of the ridge.
  • This provisional seal can also be improved by post-treatment.
  • a "green" ceramic is used as the stopper material
  • the preassembled unit can be subjected to a final sintering at temperatures around 1800-1900 ° C., similar to that described in EP-A-136 505.
  • the still green ceramic shrinks further on the passage in the area of the first section and thus improves the provisional seal.
  • the advantage of this technique is that the stopper material is sintered right from the start, which simplifies handling.
  • the temperatures required for welding (1200-1600 ° C) are significantly lower than for the sintering technology, so that the problem of evaporation no longer occurs.
  • connection technique described here can also be applied to the sealing of the first end, so that both current feedthroughs can be fastened in their plugs in the same way.
  • both current feedthroughs can be fastened in their plugs in the same way.
  • there is still no filling in the discharge vessel so that a simplified technique can be used.
  • the press fit can be dispensed with and the provisional sealing can only be done by sintering, because the necessary heating of the end of the vessel to higher temperatures has no consequences, because there is no need to fear the evaporation of the filling.
  • the invention is particularly well suited for ceramic metal halide discharge lamps Discharge vessel because it develops additional advantages here.
  • the overall length of such lamps is shorter than that of high-pressure sodium lamps, so that the vapor pressure inside would increase more strongly while the end of the vessel was being heated. A provisional sealing of the end of the vessel is therefore even more advantageous here.
  • the halide filling strongly corrodes both the niobium bushing and the glass solder used for sealing, so that no acceptable lifespan can be achieved without additional measures.
  • the sealing technique described here can ideally mitigate this problem when applied to both ends of the vessel. This is because the corrosion of the niobium bushing is less critical when using a solid pin instead of a tube with a thin wall.
  • the special highlight is that the arrangement according to the invention largely shields the glass solder against attack by the halide filling. Its corrosion is prevented or considerably delayed by the provisional sealing of the circumferential edges, with only a fraction of the entire glass solder surface being exposed to the filling in the event of a clever arrangement of the edges.
  • the ridges advantageously form one or more self-contained rings, in particular two or three, which are arranged one behind the other on the feedthrough in the vicinity of the end of the plug facing the discharge volume.
  • a particularly simple way of producing the burrs is to apply them a thread on the surface of the current feedthrough.
  • the resulting edge is not self-contained and therefore does not seal optimally. However, this can be compensated for by a larger number of thread turns (eg five or more), which considerably extend the distance for a potential leak.
  • the glass solder can also fill in the threads, so that the contact surface of the glass solder is extremely minimized.
  • flank angle defined as the angle between the flank and the normal to the surface of the bushing, should advantageously be less than 30 °.
  • the flanks can be designed symmetrically or asymmetrically in the manner of a sawtooth.
  • the height of the edge is preferably approximately 10% of the core diameter of the current leadthrough, the latter advantageously being chosen to be relatively small. A typical value is 0.8 to 1.3 mm.
  • the current feedthroughs according to the invention can be produced in one piece very easily on a precision-controlled lathe. However, it is also possible to assemble them from several parts.
  • the pins used as bushings can either be solid or hollow.
  • the stopper in which the bushing is attached can either be a separate ceramic molding, but it can also be an integral part of the discharge vessel.
  • the current feedthrough essentially consists of an edge-supporting first section facing the discharge and an adjoining edge-free second section facing away from the discharge, the first section also being able to be preceded by a likewise edge-free third section to which the electrode is attached. From the standpoint of corrosion prevention, it is particularly beneficial if the leadthrough is recessed into the plug.
  • the invention provides a high-pressure discharge lamp with a long service life, the tightness of which is not impaired even by the use of halide-containing fillings.
  • the discharge vessel is usually tubular, in particular cylindrical or bulged in the middle. It is often arranged in a one- or two-sided outer bulb.
  • the two leadthroughs 10 made of niobium (or tantalum) each hold electrodes 12 on the discharge side, consisting of an electrode shaft 13 and a helix 14 pushed on at the discharge end.
  • the discharge vessel is filled with an inert ignition gas, e.g. Argon, from mercury and additives to metal halides.
  • FIG. 2 shows the lead-through area at one end of the discharge vessel in detail.
  • the discharge vessel has a wall thickness of 1.2 mm at its end 9.
  • a cylindrical stopper 11 made of Al2O3 ceramic is inserted into the end 9 of the discharge vessel. Its outer diameter is 3.3 mm with a height of 5 mm.
  • a cylindrical niobium pin with a core diameter of 1.15 mm and a length of 12 mm, which essentially consists of two sections, is inserted as a leadthrough 10 first edge-supporting section 15 and an edge-free section 16.
  • the edge-supporting section 15 is arranged in the front part of the plug 11 facing the discharge, two ridges 17 on the first section 15 running as self-contained rings transverse to the longitudinal direction of the pin.
  • Each ridge 17 originally consists of two symmetrical flanks 18, the flank angle ⁇ of which is approximately 20 ° and which meet at a tip 19 (shown in broken lines), ie before being pressed in - in FIG. 3, the left side is shown enlarged.
  • the original outer diameter of the rings in the area of the tip 19 is 1.4 mm. However, since this tip 19 is sheared off when pressed in, there remains a blunt edge 20 which projects beyond the core diameter of the pin 10 and which is in intimate contact with the stopper 11.
  • flanks 18, 18 ' which are designed like sawtooths. While one flank 18 has a flank angle ⁇ of approximately 40 °, the second flank 18 ', viewed formally, has a flank angle of 0 °.
  • the edge-free second section 16 of the bushing 10 extends from the first section 15 to beyond the end face of the plug 11 facing away from the discharge, the capillary between the plug 11 and bushing 10 being sealed with a glass solder 21.
  • Materials known per se such as a mixture of aluminum and alkaline earth oxides, are suitable as glass solder. Particularly suitable materials are described, for example, in EP-A 60 582 and EP-A 230 080.
  • the bushing also has a third, also edge-free section 22, which connects to the edge-carrying section 15 on the discharge side and projects into the interior of the discharge vessel.
  • the electrode shaft 13 is butt welded to this section 22.
  • the bushing 23 is inserted in the plug 11 and consists only of two sections 24, 25, so that the electrode shaft 13 is now attached directly to the edge-bearing first section 24.
  • the ridges 26 here form a thread 27 with five turns.
  • the core diameter of the thread does not necessarily have to match the diameter of the edge-free section 25, it can also be chosen larger in order to optimize the tightness of both sections 24, 25. If a thread is used, the provisional seal is less good than for rings because the ridge does not run in a closed manner, which is why post-treatment by sintering or diffusion welding is recommended. In contrast, however, the final sealing is better because the glass solder 21, which seals the passage at the level of the edge-free section 25, can also run into the threads of the thread 27 and there additionally improve the sealing effect.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment which differs from that shown in FIG. 4 in that the bore 28 tapers conically towards the interior of the discharge vessel.
  • the bushing 23 can then be inserted very easily.
  • the edge-supporting section 29 consists either of a single ring (not shown) or particularly advantageously of a conical thread 30 which is adapted to the dimensions of the narrowest part of the bore 28.
  • a conical thread can also be used for bores with a constant diameter.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Description

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.

Es handelt sich dabei entweder um Natriumhochdrucklampen oder um Metallhalogenid-Entladungslampen, deren Farbwiedergabe dadurch verbessert ist, daß ein keramisches Entladungsgefäß benutzt wird das eine Erhöhung der Betriebstemperatur gestattet. Typische Leistungsstufen sind 100 - 250 W.These are either high pressure sodium lamps or metal halide discharge lamps, the color rendering of which is improved by using a ceramic discharge vessel which permits an increase in the operating temperature. Typical power levels are 100-250 W.

Keramische Entladungsgefäße und dafür entwickelte Einschmelztechniken sind von den Natriumhochdrucklampen her bekannt. Üblicherweise werden rohr- oder stiftförmige Durchführungen aus Niob oder auch Tantal verwendet, die mittels Glaslot in einen keramischen Endstopfen eingeschmolzen sind (GB-A-1 465 212 und EP-A-34 113). Aus den Schriften EP-A-87 830 und EP-A-271 877 ist es bekannt, bei der Verwendung von Glaslot zur Abdichtung der Durchführung das Weiterfließen des Glaslots zur Entladungsseite hin zu verhindern. In der ersten Schrift wird dies durch Anstauchen eines Niobrohrs oder durch Kratzer an einem Niobstift erzielt, in der zweiten Schrift wird ein Wendeldraht, der um das Niobrohr gewunden wird, eingesetzt.Ceramic discharge vessels and the melting techniques developed for them are known from high pressure sodium lamps. Tubular or pin-shaped bushings made of niobium or tantalum are usually used, which are melted into a ceramic end plug by means of glass solder (GB-A-1 465 212 and EP-A-34 113). From the documents EP-A-87 830 and EP-A-271 877 it is known to prevent the further flow of the glass solder to the discharge side when using glass solder for sealing the bushing. In the first script this is achieved by upsetting a niobium tube or by scratching a niobium pencil, in the second script a helix wire is used which is wound around the niobium tube.

In der EP-A-136 505 wird eine Natriumhochdrucklampe beschrieben, bei der eine Stromdurchführung aus Niob aufgrund des Schrumpfungsprozesses einer grünen Al₂O₃-Keramik direkt, also ohne Glaslot, gasdicht in den Stopfen eingesintert ist. Dies ist gut möglich, weil beide Materialien in etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten (8x10⁻⁶K⁻¹) besitzen. Diese einfache Sintertechnik ist allerdings nur bei rohrförmigen Durchführungen anwendbar, da dabei die natürliche Elastizität des Rohres ausgenutzt wird. Bei der Verwendung von Stiften würde eine derartige Technik wegen der fehlenden Elastizität jedoch sehr schnell zu Undichtigkeiten führen.EP-A-136 505 describes a high pressure sodium lamp in which a current lead-through made of niobium is sintered gas-tight into the stopper directly, that is to say without glass solder, due to the shrinking process of a green Al₂O₃ ceramic. This is possible because both materials have approximately the same coefficient of expansion (8x10⁻⁶K⁻¹). However, this simple sintering technique is Can only be used for tubular bushings, since the natural elasticity of the tube is used. When using pens, however, such a technique would very quickly lead to leaks due to the lack of elasticity.

Benutzt man andererseits ein Glaslot für die Abdichtung von stiftförmigen Durchführungen, so tritt folgendes Problem auf:On the other hand, if a glass solder is used to seal pin-shaped bushings, the following problem arises:

Das erste Ende des Entladungsgefäßes kann zwar ohne Schwierigkeiten mit einer stiftförmigen Durchführung unter Verwendung von Glaslot verschlossen werden. Vor dem Verschließen des zweiten Endes muß jedoch zunächst die Füllung in das Entladungsgefäß eingebracht werden. Anschließend wird auch das zweite Ende mit einer Durchführung bestückt und ein Glaslotring außen auf den Stopfen aufgelegt. Dieser Glaslotring muß nun erhitzt werden, um das Lot zu verflüssigen, so daß es die zwischen Stopfen und Durchführung vorhandenen Spalten ausfüllen kann. Das Aufheizen des zweiten Endes hat jedoch mittelbar eine unerwünschte Erhöhung des Fülldrucks im Innern des Entladungsgefäßes zur Folge, wodurch das bereits verflüssigte Lot und die Durchführung selbst aus dem Stopfen heraus nach außen gedrückt werden. Diesem Vorgang muß bisher durch eine sog. "Druckaufstockung" beim Abdichten des zweiten Endes begegnet werden. Darunter versteht man die Nachregelung des am Entladungsgefäß anliegenden Außendrucks entsprechend der Erhöhung des Innendrucks beim Einschmelzvorgang. Diese Druckaufstockung erfordert außerordentliches Fingerspitzengefühl.The first end of the discharge vessel can be closed with a pin-shaped feed-through using glass solder without difficulty. Before the second end is closed, however, the filling must first be introduced into the discharge vessel. Then the second end is also fitted with a bushing and a glass solder ring is placed on the outside of the stopper. This glass solder ring must now be heated in order to liquefy the solder so that it can fill the gaps between the plug and the bushing. The heating of the second end, however, indirectly results in an undesirable increase in the filling pressure inside the discharge vessel, as a result of which the already liquefied solder and the bushing itself are pressed outwards out of the stopper. So far, this process has to be countered by a so-called "pressure increase" when sealing the second end. This means the readjustment of the external pressure applied to the discharge vessel in accordance with the increase in the internal pressure during the melting process. This increase in pressure requires extraordinary sensitivity.

Die Qualität der Einschmelzung hängt entscheidend von der korrekt ausgeführten Druckaufstockung ab. Der Einschmelzvorgang ist daher so kompliziert, daß er nicht automatisiert werden kann und außerdem mit einem hohen Ausschuß infolge einer verkürzten Lebensdauer gerechnet werden muß.The quality of the meltdown depends crucially on the correct pressure increase. The melting process is therefore so complicated that it cannot be automated and, moreover, a high scrap due to a shortened service life must be expected.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine akzeptable Lebensdauer erreicht und die einfach und zuverlässig hergestellt werden kann.The object of the invention is to provide a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1, which achieves an acceptable life and which can be manufactured easily and reliably.

Diese Aufgaben werden durch eine Hochdruckentladungslampe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen finden sich in den Unteransprüchen.These objects are achieved by a high-pressure discharge lamp with the characterizing features of claim 1. Particularly advantageous designs can be found in the subclaims.

Der grundlegende Vorteil der Erfindung ist, daß bei der Abdichtung des zweiten Endes des Entladungsgefäßes die Druckaufstockung vermieden werden kann durch eine Zwei-Stufen-Einschmelzung, bei der vor dem endgültigen Abdichten mittels Glaslot bereits eine provisorische Abdichtung vorgenommen wird.The basic advantage of the invention is that when the second end of the discharge vessel is sealed, the pressure increase can be avoided by means of a two-stage melting, in which a provisional seal is already carried out before the final sealing by means of glass solder.

Die provisorische Abdichtung wird bereits beim Einführen der Durchführung in den Stopfen erzielt. Hierfür weist ein erster, dem Innern des Entladungsgefäßes zugewandter Abschnitt der Durchführung mindestens einen umlaufenden Grat mit einer Abscherkante auf, der in etwa quer zur Längsrichtung der Durchführung verläuft. Der Außendurchmesser dieser Kante ist ursprünglich größer als der Durchmesser der Bohrung; ein typischer Wert ist 10-20 %. Da das Material der Stromdurchführung relativ weich ist, ist es unter Anwendung eines genügend hohen Drucks möglich, die Stromdurchführung in die Bohrung einzuführen. Die Kanten werden dabei abgeschert, so daß ein strammer Preßsitz erzielt wird, wodurch das Entladungsgefäß provisorisch verschlossen ist.The provisional seal is already achieved when the bushing is inserted into the stopper. For this purpose, a first section of the bushing facing the inside of the discharge vessel has at least one peripheral ridge with a shear edge which runs approximately transversely to the longitudinal direction of the bushing. The outside diameter of this edge is originally larger than the diameter of the hole; a typical value is 10-20%. Because the material of the current feedthrough is relatively soft , it is possible to insert the current feedthrough into the bore using a sufficiently high pressure. The edges are sheared off, so that a tight press fit is achieved, whereby the discharge vessel is temporarily closed.

Besonders vorteilhaft wird dabei eine konisch zulaufende Bohrung verwendet, deren weitester Durchmesser dem Außendurchmesser der noch unbeschädigten Abscherkante angepaßt ist und so das Einfädeln der Stromdurchführung erleichtert, während der engste Durchmesser etwas größer als der Kerndurchmesser des kantentragenden Abschnitts der Durchführung ist. Als Kerndurchmesser wird der Durchmesser am Fußpunkt des Grates bezeichnet.It is particularly advantageous to use a tapered bore, the widest diameter of which is adapted to the outside diameter of the still undamaged shearing edge and thus facilitates the threading of the current leadthrough, while the narrowest diameter is somewhat larger than the core diameter of the edge-carrying section of the leadthrough. The core diameter is the diameter at the base of the ridge.

Diese provisorische Abdichtung kann zusätzlich durch eine Nachbehandlung noch verbessert werden. Hierfür bieten sich zwei Techniken an:
Bei Verwendung einer noch "grünen" Keramik als Stopfenmaterial kann die vormontierte Baueinheit einer Endsinterung bei Temperaturen um 1800-1900 °C unterworfen werden, ähnlich wie in der EP-A- 136 505 beschrieben. Dabei schrumpft die noch grüne Keramik auf die Durchführung im Bereich des ersten Abschnitts weiter auf und verbessert somit die provisorische Abdichtung. Bei dieser Technik ist es besonders vorteilhaft, wenn die Durchführung an der äußeren Stirnfläche des Stopfens nicht übersteht, damit ein Ausdampfen des Niobmaterials verhindert wird.This provisional seal can also be improved by post-treatment. There are two techniques for this:
If a "green" ceramic is used as the stopper material, the preassembled unit can be subjected to a final sintering at temperatures around 1800-1900 ° C., similar to that described in EP-A-136 505. The still green ceramic shrinks further on the passage in the area of the first section and thus improves the provisional seal. With this technique, it is particularly advantageous if the bushing on the outer end face of the stopper does not protrude, so that the niobium material is prevented from evaporating.

Eine Alternative besteht in einer Nachbehandlung durch Diffusionsschweißen. Darunter versteht man eine Verbindungstechnik, die zunächst voraussetzt, daß beide Schweißpartner unter hohem mechanischen Druck vorgepreßt sind, wie hier bereits beschrieben (s.o.). Die beiden Schweißpartner werden nun so lange im Vakuum erhitzt, daß eine Grenzflächendiffusion stattfinden und sich eine nur wenige Atomlagen dicke Verbindungsschicht bilden kann.An alternative is post-treatment by diffusion welding. It is understood as a joining technique that first assumes that both welding partners are pre-pressed under high mechanical pressure, as already described here (see above). The two welding partners are now heated in a vacuum for so long that an interface diffusion takes place and a connecting layer that is only a few atomic layers thick can form.

Der Vorteil dieser Technik besteht darin, daß das Stopfenmaterial bereits von Anfang an fertiggesintert ist, was die Handhabung vereinfacht. Zudem sind die beim Schweißen notwendigen Temperaturen (1200-1600 °C) deutlich niedriger als bei der Sintertechnik, so daß das Problem des Ausdampfens nicht mehr auftritt.The advantage of this technique is that the stopper material is sintered right from the start, which simplifies handling. In addition, the temperatures required for welding (1200-1600 ° C) are significantly lower than for the sintering technology, so that the problem of evaporation no longer occurs.

Die hier beschriebene Verbindungstechnik läßt sich auch auf die Abdichtung des ersten Endes anwenden, so daß also beide Stromdurchführungen auf die gleiche Weise in ihren Stopfen befestigt sein können. Im Unterschied zu den Verhältnissen beim Abdichten des zweiten Endes ist dann jedoch noch keine Füllung im Entladungsgefäß enthalten, so daß eine vereinfachte Technik angewendet werden kann. Dabei kann auf den Preßsitz verzichtet werden und die provisorische Abdichtung allein durch Einsintern erfolgen, denn die dafür notwendige Aufheizung des Gefäßendes auf höhere Temperaturen bleibt ohne Folgen, weil nicht das Verdampfen der Füllung befürchtet werden muß.The connection technique described here can also be applied to the sealing of the first end, so that both current feedthroughs can be fastened in their plugs in the same way. In contrast to the conditions when sealing the second end, however, there is still no filling in the discharge vessel, so that a simplified technique can be used. The press fit can be dispensed with and the provisional sealing can only be done by sintering, because the necessary heating of the end of the vessel to higher temperatures has no consequences, because there is no need to fear the evaporation of the filling.

Die Erfindung eignet sich besonders gut für Metallhalogenidentladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß, da sie hier zusätzliche Vorteile entwickelt.The invention is particularly well suited for ceramic metal halide discharge lamps Discharge vessel because it develops additional advantages here.

Zum einen ist die Baulänge derartiger Lampen kürzer als bei Natriumhochdrucklampen, so daß der Dampfdruck im Innern während des Erhitzens des Gefäßendes stärker ansteigen würde. Eine provisorische Abdichtung des Gefäßendes ist daher hier noch vorteilhafter.On the one hand, the overall length of such lamps is shorter than that of high-pressure sodium lamps, so that the vapor pressure inside would increase more strongly while the end of the vessel was being heated. A provisional sealing of the end of the vessel is therefore even more advantageous here.

Zum anderen hat sich gezeigt, daß die Halogenid-Füllung sowohl die Niobdurchführung als auch das zur Abdichtung verwendete Glaslot stark korrodiert, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen keine akzeptablen Lebensdauern erzielt werden können. Die hier beschriebene Abdichtungstechnik kann dieses Problem in idealer Weise entschärfen, wenn sie auf beide Gefäßenden angewandt wird. Denn die Korrosion der Niobdurchführung ist bei Verwendung eines massiven Stiftes anstatt eines Rohres mit dünner Wandstärke weniger kritisch. Der besondere Clou besteht jedoch darin, daß die erfindungsgemäße Anordnung das Glaslot weitgehend gegen einen Angriff der Halogenid-Füllung abschirmt. Dessen Korrosion wird durch die provisorische Abdichtung der umlaufenden Kanten verhindert bzw. erheblich verzögert, wobei im Fall einer geschickten Anordnung der Kanten überhaupt nur ein Bruchteil der gesamten Glaslotfläche der Füllung ausgesetzt ist.On the other hand, it has been shown that the halide filling strongly corrodes both the niobium bushing and the glass solder used for sealing, so that no acceptable lifespan can be achieved without additional measures. The sealing technique described here can ideally mitigate this problem when applied to both ends of the vessel. This is because the corrosion of the niobium bushing is less critical when using a solid pin instead of a tube with a thin wall. The special highlight, however, is that the arrangement according to the invention largely shields the glass solder against attack by the halide filling. Its corrosion is prevented or considerably delayed by the provisional sealing of the circumferential edges, with only a fraction of the entire glass solder surface being exposed to the filling in the event of a clever arrangement of the edges.

Vorteilhaft bilden die Grate ein oder mehrere in sich geschlossene Ringe, insbesondere zwei oder drei, die hintereinander an der Stromdurchführung in der Nähe des dem Entladungsvolumen zugewandten Endes des Stopfens angeordnet sind. Eine besonders einfache Möglichkeit zur Herstellung der Grate besteht im Aufbringen eines Gewindes an der Oberfläche der Stromdurchführung. Die dadurch entstehende Kante ist zwar nicht in sich geschlossen und dichtet daher nicht optimal ab. Dies kann jedoch durch eine größere Zahl der Gewindegänge (z.B. fünf oder mehr) wieder wettgemacht werden, die die Wegstrecke für eine potentielle Undichtigkeit erheblich verlängern. Im zweiten Schritt der Abdichtung kann dann das Glaslot zusätzlich auch die Gewindegänge ausfüllen, so daß die Angriffsfläche des Glaslots extrem minimiert ist.The ridges advantageously form one or more self-contained rings, in particular two or three, which are arranged one behind the other on the feedthrough in the vicinity of the end of the plug facing the discharge volume. A particularly simple way of producing the burrs is to apply them a thread on the surface of the current feedthrough. The resulting edge is not self-contained and therefore does not seal optimally. However, this can be compensated for by a larger number of thread turns (eg five or more), which considerably extend the distance for a potential leak. In the second step of the sealing, the glass solder can also fill in the threads, so that the contact surface of the glass solder is extremely minimized.

Eine besonders gute Abdichtung wird erzielt, wenn die beiden Flanken, die zusammen mit der Kante den Grat bilden, möglichst steil sind. Der Flankenwinkel, definiert als Winkel zwischen der Flanke und der Normalen auf die Oberfläche der Durchführung, sollte vorteilhaft weniger als 30° betragen. Die Flanken können symmetrisch oder auch nach Art eines Sägezahns unsymmetrisch gestaltet sein. Die Höhe der Kante (im Fall eines Gewindes kann sie auch als Gewindetiefe aufgefaßt werden) beträgt bevorzugt etwa 10 % des Kerndurchmessers der Stromdurchführung, wobei letzterer vorteilhaft relativ klein gewählt wird. Ein typischer Wert liegt bei 0,8 bis 1,3 mm.A particularly good seal is achieved if the two flanks that form the ridge together with the edge are as steep as possible. The flank angle, defined as the angle between the flank and the normal to the surface of the bushing, should advantageously be less than 30 °. The flanks can be designed symmetrically or asymmetrically in the manner of a sawtooth. The height of the edge (in the case of a thread, it can also be understood as a thread depth) is preferably approximately 10% of the core diameter of the current leadthrough, the latter advantageously being chosen to be relatively small. A typical value is 0.8 to 1.3 mm.

Die erfindungsgemäßen Stromdurchführungen lassen sich einteilig sehr einfach auf einer präzisionsgesteuerten Drehbank herstellen. Es ist jedoch auch möglich, sie aus mehreren Teilen zusammenzusetzen.The current feedthroughs according to the invention can be produced in one piece very easily on a precision-controlled lathe. However, it is also possible to assemble them from several parts.

Die als Durchführung verwendeten Stifte können entweder massiv oder auch hohl sein.The pins used as bushings can either be solid or hollow.

Der Stopfen, in dem die Durchführung befestigt wird, kann entweder ein separates keramisches Formteil sein, er kann jedoch auch integraler Bestandteil des Entladungsgefäßes sein.The stopper in which the bushing is attached can either be a separate ceramic molding, but it can also be an integral part of the discharge vessel.

Die Stromdurchführung besteht im wesentlichen aus einem der Entladung zugewandten kantentragenden ersten Abschnitt und einem sich daran anschließenden, der Entladung abgewandten kantenfreien zweiten Abschnitt, wobei dem ersten Abschnitt noch ein ebenfalls kantenfreier dritter Abschnitt vorgelagert sein kann, an dem die Elektrode befestigt ist. Vom Standpunkt der Korrosionsverhinderung her ist es besonders günstig, wenn die Stromdurchführung vertieft in den Stopfen eingesetzt ist.The current feedthrough essentially consists of an edge-supporting first section facing the discharge and an adjoining edge-free second section facing away from the discharge, the first section also being able to be preceded by a likewise edge-free third section to which the electrode is attached. From the standpoint of corrosion prevention, it is particularly beneficial if the leadthrough is recessed into the plug.

Mit der Erfindung steht eine Hochdruckentladungslampe mit langer Lebensdauer zur Verfügung, deren Dichtheit auch durch Verwendung von halogenidhaltigen Füllungen nicht beeinträchtigt wird. Das Entladungsgefäß ist üblicherweise rohrförmig, insbesondere zylindrisch oder in der Mitte ausgebaucht. Es ist häufig in einem ein- oder zweiseitigen Außenkolben angeordnet.The invention provides a high-pressure discharge lamp with a long service life, the tightness of which is not impaired even by the use of halide-containing fillings. The discharge vessel is usually tubular, in particular cylindrical or bulged in the middle. It is often arranged in a one- or two-sided outer bulb.

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Figur 1
eine Metallhalogenidentladungslampe, teilweise geschnitten
Figur 2 - 5
mehrere Ausführungsbeispiele des Einschmelzbereichs des Entladungsgefäßes im Schnitt
In Figur 1 ist schematisch eine Metallhalogenidentladungslampe mit einer Leistung von 150 W dargestellt. Sie besteht aus einem eine Lampenachse definierenden zylindrischen Außenkolben 1 aus Hartglas, der zweiseitig gequetscht 2 und gesockelt 3 ist. Das axial angeordnete Entladungsgefäß 8 aus Al₂O₃-Keramik ist in der Mitte 4 ausgebaucht und besitzt zylindrische Enden 9. Es ist mittels zweier Stromzuführungen 6, die mit den Sockelteilen 3 über Folien 5 verbunden sind, im Außenkolben 1 gehaltert. Die Stromzuführungen 6 sind mit stiftförmigen Durchführungen 10, die jeweils in einem Stopfen 11 am Ende des Entladungsgefäßes eingepaßt sind, verschweißt.The invention will be explained in more detail below with the aid of several exemplary embodiments. It shows
Figure 1
a metal halide discharge lamp, partially cut
Figure 2-5
several embodiments of the melting area of the discharge vessel in section
A metal halide discharge lamp with an output of 150 W is shown schematically in FIG. It consists of a cylindrical outer bulb 1 made of tempered glass that defines a lamp axis and is squeezed 2 and base 3 on two sides. The axially arranged discharge vessel 8 made of Al₂O₃ ceramic is bulged in the middle 4 and has cylindrical ends 9. It is held in the outer bulb 1 by means of two power supply lines 6, which are connected to the base parts 3 via foils 5. The power supply lines 6 are welded to pin-shaped bushings 10, which are each fitted in a stopper 11 at the end of the discharge vessel.

Die beiden Durchführungen 10 aus Niob (oder auch Tantal) haltern entladungsseitig jeweils Elektroden 12, bestehend aus einem Elektrodenschaft 13 und einer am entladungsseitigen Ende aufgeschobenen Wendel 14. Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht neben einem inerten Zündgas, z.B. Argon, aus Quecksilber und Zusätzen an Metallhalogeniden.The two leadthroughs 10 made of niobium (or tantalum) each hold electrodes 12 on the discharge side, consisting of an electrode shaft 13 and a helix 14 pushed on at the discharge end. The discharge vessel is filled with an inert ignition gas, e.g. Argon, from mercury and additives to metal halides.

In Figur 2 ist der Durchführungsbereich an einem Ende des Entladungsgefäßes im Detail gezeigt. Das Entladungsgefäß hat an seinem Ende 9 eine Wandungsdicke von 1,2 mm. Ein zylindrischer Stopfen 11 aus Al₂O₃-Keramik ist in das Ende 9 des Entladungsgefäßes eingesetzt. Sein Außendurchmesser beträgt 3,3 mm bei einer Höhe von 5 mm. In eine axiale Bohrung 7 des Stopfens, deren Durchmesser 1,2 mm beträgt, ist als Durchführung 10 ein zylindrischer Niob-Stift mit einem Kerndurchmesser von 1,15 mm und einer Länge von 12 mm eingesetzt, der im wesentlichen aus zwei Abschnitten besteht, einem ersten kantentragenden Abschnitt 15 und einem kantenfreien Abschnitt 16. Der kantentragende Abschnitt 15 ist im vorderen, der Entladung zugewandten Teil des Stopfens 11 angeordnet, wobei zwei Grate 17 am ersten Abschnitt 15 als in sich geschlossene Ringe quer zur Längsrichtung des Stiftes umlaufen. Jeder Grat 17 besteht ursprünglich, also vor dem Einpressen - in Figur 3, linke Seite vergrößert dargestellt -, aus zwei symmetrischen Flanken 18, deren Flankenwinkel α etwa 20° beträgt und die an einer Spitze 19 zusammentreffen (gestrichelt eingezeichnet). Der ursprüngliche Außendurchmesser der Ringe im Bereich der Spitze 19 beträgt 1,4 mm. Da diese Spitze 19 jedoch beim Einpressen abgeschert wird, verbleibt eine über den Kerndurchmesser des Stiftes 10 überstehende stumpfe Kante 20, die mit dem Stopfen 11 in innigem Kontakt steht.FIG. 2 shows the lead-through area at one end of the discharge vessel in detail. The discharge vessel has a wall thickness of 1.2 mm at its end 9. A cylindrical stopper 11 made of Al₂O₃ ceramic is inserted into the end 9 of the discharge vessel. Its outer diameter is 3.3 mm with a height of 5 mm. In an axial bore 7 of the stopper, the diameter of which is 1.2 mm, a cylindrical niobium pin with a core diameter of 1.15 mm and a length of 12 mm, which essentially consists of two sections, is inserted as a leadthrough 10 first edge-supporting section 15 and an edge-free section 16. The edge-supporting section 15 is arranged in the front part of the plug 11 facing the discharge, two ridges 17 on the first section 15 running as self-contained rings transverse to the longitudinal direction of the pin. Each ridge 17 originally consists of two symmetrical flanks 18, the flank angle α of which is approximately 20 ° and which meet at a tip 19 (shown in broken lines), ie before being pressed in - in FIG. 3, the left side is shown enlarged. The original outer diameter of the rings in the area of the tip 19 is 1.4 mm. However, since this tip 19 is sheared off when pressed in, there remains a blunt edge 20 which projects beyond the core diameter of the pin 10 and which is in intimate contact with the stopper 11.

Als Alternative (Fig. 3, rechte Seite) zu den symmetrischen Flanken 18 ist auch eine Ausführungsform möglich mit unsymmetrischen Flanken 18, 18', die sägezahnartig gestaltet sind. Während die eine Flanke 18 einen Flankenwinkel α von etwa 40° besitzt, weist die zweite Flanke 18', formal betrachtet, einen Flankenwinkel von 0° auf.As an alternative (FIG. 3, right side) to the symmetrical flanks 18, an embodiment is also possible with asymmetrical flanks 18, 18 ', which are designed like sawtooths. While one flank 18 has a flank angle α of approximately 40 °, the second flank 18 ', viewed formally, has a flank angle of 0 °.

Der kantenfreie zweite Abschnitt 16 der Durchführung 10 (s. Fig. 2) erstreckt sich vom ersten Abschnitt 15 bis über die von der Entladung abgewandte Stirnfläche des Stopfens 11 hinaus, wobei die Kapillare zwischen Stopfen 11 und Durchführung 10 mit einem Glaslot 21 abgedichtet ist. Als Glaslot eignen sich an sich bekannte Materialien, wie z.B. eine Mischung aus Aluminium- und Erdalkalioxiden. Speziell geeignete Materialien sind z.B. in der EP-A 60 582 und EP-A 230 080 beschrieben.The edge-free second section 16 of the bushing 10 (see FIG. 2) extends from the first section 15 to beyond the end face of the plug 11 facing away from the discharge, the capillary between the plug 11 and bushing 10 being sealed with a glass solder 21. Materials known per se, such as a mixture of aluminum and alkaline earth oxides, are suitable as glass solder. Particularly suitable materials are described, for example, in EP-A 60 582 and EP-A 230 080.

In dem hier angegebenen Ausführungsbeispiel weist die Durchführung auch noch einen dritten, ebenfalls kantenfreien Abschnitt 22 auf, der entladungsseitig an den kantentragenden Abschnitt 15 anschließt und bis in den Innenraum des Entladungsgefäßes hineinragt. An diesen Abschnitt 22 ist der Elektrodenschaft 13 stumpf angeschweißt.In the exemplary embodiment specified here, the bushing also has a third, also edge-free section 22, which connects to the edge-carrying section 15 on the discharge side and projects into the interior of the discharge vessel. The electrode shaft 13 is butt welded to this section 22.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 4) ist die Durchführung 23 in den Stopfen 11 vertieft eingesetzt und besteht lediglich aus zwei Abschnitten 24, 25, so daß der Elektrodenschaft 13 nunmehr direkt am kantentragenden ersten Abschnitt 24 angesetzt ist. Die Grate 26 bilden hier ein Gewinde 27 mit fünf Windungen. Der Kerndurchmesser des Gewindes (oder auch der Ringe) muß nicht notwendigerweise mit dem Durchmesser des kantenfreien Abschnitts 25 übereinstimmen, er kann auch größer gewählt werden, um die Dichtigkeit beider Abschnitte 24, 25 zu optimieren. Bei Verwendung eines Gewindes ist die provisorische Abdichtung weniger gut als bei Ringen, weil der Grat nicht in sich geschlossen umläuft, weshalb sich hier eine Nachbehandlung durch Sinterung oder Diffusionsschweißen anbietet. Demgegenüber ist jedoch die endgültige Abdichtung besser, weil das Glaslot 21, das die Durchführung in Höhe des kantenfreien Abschnitts 25 abdichtet, auch in die Gänge des Gewindes 27 hineinlaufen kann und dort die Abdichtungswirkung zusätzlich verbessert.In a further exemplary embodiment (FIG. 4), the bushing 23 is inserted in the plug 11 and consists only of two sections 24, 25, so that the electrode shaft 13 is now attached directly to the edge-bearing first section 24. The ridges 26 here form a thread 27 with five turns. The core diameter of the thread (or also of the rings) does not necessarily have to match the diameter of the edge-free section 25, it can also be chosen larger in order to optimize the tightness of both sections 24, 25. If a thread is used, the provisional seal is less good than for rings because the ridge does not run in a closed manner, which is why post-treatment by sintering or diffusion welding is recommended. In contrast, however, the final sealing is better because the glass solder 21, which seals the passage at the level of the edge-free section 25, can also run into the threads of the thread 27 and there additionally improve the sealing effect.

In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich gegenüber dem in Fig. 4 gezeigten dadurch unterscheidet, daß die Bohrung 28 zum Innenraum des Entladungsgefäßes hin konisch zuläuft. Die Durchführung 23 läßt sich dann sehr leicht einführen. Der kantentragende Abschnitt 29 besteht entweder aus einem einzigen Ring (nicht gezeigt) oder besonders vorteilhaft aus einem konischen Gewinde 30, das den Abmessungen des engsten Teils der Bohrung 28 angepaßt ist.FIG. 5 shows a further exemplary embodiment which differs from that shown in FIG. 4 in that the bore 28 tapers conically towards the interior of the discharge vessel. The bushing 23 can then be inserted very easily. The edge-supporting section 29 consists either of a single ring (not shown) or particularly advantageously of a conical thread 30 which is adapted to the dimensions of the narrowest part of the bore 28.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeipsiele beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein konisches Gewinde auch bei Bohrungen mit konstantem Durchmesser eingesetzt werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, individual features of the exemplary embodiments can be combined with one another. For example, a conical thread can also be used for bores with a constant diameter.

Claims (10)

  1. High-pressure discharge lamp having a ceramic, aluminium oxide discharge vessel (8) containing an ionizable filling and having two ends (9) which are sealed by ceramic stoppers (11), an electrical leadthrough (10) of niobium or a metal similar to niobium being disposed in a throughbore (7) of the stopper in each case, which leadthrough is connected, on the one hand, to an electrode (12) in the interior of the discharge vessel and, on the other hand, to an external electrical supply lead (6), characterized in that at least one of the two leadthroughs (10) is a pin which has two segments, with whose aid it is mounted in the stopper (11) in a gastight manner as a result of the fact that the first segment (15; 24; 29) has at least one fin (17; 26) extending round it and having a blunt edge (20) which projects towards the stopper (11) and which is formed as a result of the shearing-off of the tip (19) of the fin when it is pressed into the stopper (11) and is consequently in intimate contact with the stopper (11) by means of severe press-fitting, and as a result of the fact that the second segment (16; 25), which is disposed inside the stopper (11) further away from the discharge than the first segment, is joined to the stopper (11) by a glass solder (21).
  2. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that both leadthroughs (10) are fixed in position in their stoppers (11) in this way.
  3. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the leadthrough (10) is inserted into the stopper (11) on the side adjacent to the discharge in a countersunk manner.
  4. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the leadthrough is a cylindrical pin having a diameter of about 0.7 to 1.3 mm.
  5. High-pressure discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the fins form continuous rings (17).
  6. High-pressure discharge lamp according to Claims 1 to 4, characterized in that the fins form a thread (26).
  7. High-pressure discharge lamp according to Claim 4, characterized in that the original diameter of the pin in the region of the fins is about 20% greater than the diameter of the bore.
  8. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the fin has two descending flanks (18; 18') on two sides of the edge (20) whose flank angle is less than 30°.
  9. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the bore (28) of the stopper narrows towards the interior of the discharge vessel.
  10. High-pressure discharge lamp according to Claim 1 or 9, characterized in that the intimate contact is improved by the fact that the leadthrough (10; 23) is pressed into the stopper (11) and is then sintered in during an aftertreatment or joined to it by diffusion welding.
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