DE68927594T2 - Bogenkolben für Hochdruckmetalldampfentladungslampen, Lampe mit einem solchen Kolben und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Bogenröhren und insbesondere Bogenröhren, die in Hochdruckmetalldampfentladungslampen verwendet werden.
• Die Bogenröhre für eine Hochdrucknatrium (HPS) - Lampe besitzt typischerweise eine rohrförmige Hülle aus durchsichtigem polykristallinem Aluminiumoxid (PCA) oder Yttriumoxid, die an jedem Ende mit einem aus dem gleichen Material hergestellten keramischen Stopfen verschlossen ist. Durch diesen Stopfen ist ein Durchführungselement aus Niob hindurchgeführt (das hier auch als "Zuleitungt" bezeichnet wird). Das Durchführungselement kann in Form eines Rohrs oder eines Drahts vorliegen. Das Durchführungselement kann ferner anderweitige metallische Additive aufweisen, beispielsweise Zirkon. Das Durchführungselement erfüllt die Funktionen einer elektrischen Zuleitung und einer elektrischen Halterung. Der Endaufbau der Bogenröhre wird mittels eines Frittematerials hermetisch abgedichtet. Frittematerialien umfassen typischerweise Kalziumoxide und Aluminiumoxide. Sie können außerdem auch Dioxide von Barium, Magnesium, Bor, Strontium, Beryllium und/oder Yttrium einschließen.
• Stopfen für die Bogenröhren werden typischerweise in einer von drei herkömmlichen Gestalten gebaut, nämlich in monolithischer Gestalt, in Hutgestalt oder in Scheibengestalt. In der U.S.-A-4 713 580 werden Beispiele dieser drei herkömmlichen Gestaltungen beschrieben und dargestellt.
• Das zur Ausbildung der Dichtungen bei der Bogenröhre einer Hochdruckmetalldampfentladungslampe verwendete Frittematerial muß von einer Zusammensetzung sein, die nicht mit den Bestandteilen des Füllgases reagiert.
• Zusätzlich sollte sich das thermische Ausdehnungsverhalten des Frittematerials innerhalb bestimmter Toleranzen desjenigen bewegen, das für die Ausbildung der Verschlußstopfen für die Hülle und für das Durchführungselement verwendet wird, so daß die hergestellte Dichtung nicht aufgrund thermischer Zyklen bricht. Aus praktischen Gründen ist es wünschenswert, den Schmelzpunkt der als Abdichtungsmaterial verwendeten Fritte zu minimieren.
• Hochdruckmetalldampfentladungslampen vom HPS-Typ arbeiten bei Dichtungstemperaturen von etwa 700ºC. Obgleich solch eine Lampe einen sehr hohen Lumineszenzwirkungsgrad aufweist, ist die Farbe des Lichtausgangs für viele Anwendungen nicht zufriedenstellend. Demnach besteht ein Bedarf an einer Verbesserung der Farbe derartiger HPS-Lampen.
• Wegen des niedrigen Farbwiedergabeindexes (CRI) und der niedrigen Farbtemperatur von HPS-Lampen richteten sich vielfältige Forschungsbemühungen auf die Verbesserung der Farbe des Lichtausgangs der Lampe. Ein Technik zur Verbesserung der Farbe bestand darin, den Natriumdruck der Lampe zu erhöhen, was im Sinne einer Erhöhung des Gesamt-CRI wirkt. Beispiele dieser Technologie bei Lampen mit einem CRI von etwa 60 werden von Bhalla beschrieben (J. Illuminating Engineering Society, Vol 8, pp 202-206 (1979)). Diese Lampen vergrößern lediglich die korrelierende Farbtemperatur von Natriumlampen von etwa 2.100 K bis etwa 2.250 K. Diese kleine Verbesserung der Farbtemperatur war nicht von ausreichender Größe, um andere Nachteile zu kompensieren, die mit dieser Technik verbunden sind. Somit wurde die sich ergebende Lampe vom Markt nicht gut aufgenommen.
• Ein weiterer Versuch bestand darin, den Natriumdruck noch weiter anzuheben, was die Farbtemperatur auf etwa 2.700 K erhöht, doch ist bei einer solchen Lampe der Abfall der Effizienz steil. Um den Natriumdruck zu erhöhen, muß die Dichttemperatur erhöht werden. Für diesen Zweck entwickelte Frittematerialien werden in der U.S.-A-4 501 799 beschrieben. Diese Frittematerialien besitzen Schmelztemperaturen von mehr als 1.600ºC. Derartige Temperaturen sind viel höher als diejenigen konventioneller Frittedichtmaterialien, die Schmelztemperaturen von etwa 1.250ºC aufweisen. Ferner machen die in diesen Frittematerialien vorhandenen seltenen Erden dieselben teuer als Standardfrittematerialien, die alkalische Erdoxide als Komponenten aufweisen.
• Die US-A-4 409 517 beschreibt den Erhalt verbesserter Farbe bei Entladungslampen durch Verwendung keramischer Bogenröhren, die Metallhalogenide enthalten. Um Reaktion der Halogenidkomponenten der Füllung mit dem Durchführungselement aus Niob zu vermeiden, lehrt diese Druckschrift das Aufbringen eines halogenidresistenten Überzugs auf denjenigen Teil einer der Kupferzuleitungen, der sich in Kontakt mit der Lampenfüllung befindet. Die Beschichtung schützt die Zuleitung vor einer Reaktion mit den Halogeniddämpfen.
• Eine andere Technik zur Verbesserung der Farbe von Hochdrucknatriumentladungslampen besteht darin, zusätzliche strahlende Elemente in die Füllung autzunehmen. Diese Technik wurde ursprünglich in der U.S.-A-3 521108 beschrieben. Diese Lampen arbeiten typischerweise mit Dichtungstemperaturen von etwa 1.000ºC. Derartige Lampen fallen oft vorzeitig aus.
• Bei einem der Gründe für den Ausfall von Hochdruckmetalldampfentladungslampen vom HPS-Typ wird vermutet, daß er durch Reaktion zwischen dem Frittematerial und dem Natriumbestandteil der Lampenfüllung hervorgerufen wird. Als eine Lösung dieses Problems wird in der U.S.-A-4 545 799 die vollständige Eliminierung von Dichtungsfrittematerial aus dem Bogenröhrenaufbau einer Lampe solchen Typs beschrieben. Dieses Patent beschreibt den Aufbau einer Bogenröhrenhülle aus ungesintertem, komprimiertem keramischem Pulver, einem Einsatz aus ungesintertem, komprimiertem keramischem Pulver und einer Zuleitung, sowie das Sintern des Aufbaus in einem einzigen Schritt ohne die Zwischenlage irgendeiner Fritte. Ein solches Verfahren erfordert sowohl, daß die Elektroden durch die Zuführung eingesetzt und an derselben angeschweißt werden als auch, daß nach dem Sintern die Füllung durch die hohle Zuleitung zugegeben wird. Es wird keine dieser Herstellungsbeschränkungen gewünscht.
• Es ist aus der U.S-A-4 150 317 auch bekannt, eine Bogenröhre für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe zu schaffen, die eine rohrförmige keramische Hülle, eine chemische Füllung innerhalb der Hülle, einen
• Verschlußstopfen an jedem Ende der Hülle, der eine durchgehende Öffnung für die Aufnahme eines Durchführungselements besitzt, wobei das Durchführungselement eine von ihm vorstehende Elektrode aufweist, die durch die Öffnung des Verschlußstopfens hindurchtritt und derart ausgerichtet ist, daß die Elektrode in die rohrförmige keramische Hülle vorsteht, und wobei das Durchführungselement in den Verschlußstopfen mittels einer frittelosen Dichtung zwischen dem Verschlußstopfen und dem Durchführungselement eingedichtet wird, und ein Abdichtfrittematerial aufweist, das die Verschlußstopfen in die Enden der rohrförmigen keramischen Hülle eindichtet.
• Unter einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen aus einem keramischen Material bestehen und während des Aufheizens zur Bildung der frittelosen Dichtungen auf das Durchführungselement aufgeschrumpft worden sind.
• Es wurde festgestellt, daß die Leistung bevorzugter Bogenröhren, wie sie in Hochdruckmetalldampfentladungslampen verwendet werden, durch Erzeugung einer Unterbrechung oder eines Bruchs in der Kontinuität der Dichtungsfläche zwischen dem Durchführungselement und dem Frittematerial und um den gesamten Umfang zumindest eines Teils des Durchführungselements verbessert werden. Diese Unterbrechung der Grenzfläche von Durchführungselement/fritte elimiert und vorteilhafterweise verhindert die Bildung eines kontinuierlichen Weges, durch den in der Bogenröhre enthaltenes Füllgas aus der Bogenröhre entweichen kann.
• Unter einem weiteren Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenröhre für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe, des die folgenden Schritte aufweist: Bildung fritteloser Dichtungen zwischen Verschlußstopfen und Durchführungselementen für jedes Ende einer Bogenentladungshülle, permanentes Befestigen einer Elektrode am Durchführungselement jeder aus frittelosem Verschlußstopfen und Durchtrittselement bestehender Baugruppe, Abdichtung einer ersten Baugruppe aus frittelosem Verschlußstopfen und Durchführungselement, an der die Elektorde befestigt ist, an einem Ende der Bogenröhrenhülle unter Verwendung von Frittematerial, Deponieren einer chemischen Füllung in der an einem Ende abgedichteten Bogenröhrenhülle, und Abdichtung einer zweiten Baugruppe aus frittelosem Verschlußstopfen und Durchführungselement mit daran angebrachter Elektrode an dem anderen Ende der Bogenröhrenhülle unter Verwendung von Frittematerial, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen aus einem keramischen Material bestehen und daß die frittelosen Dichtungen jeweils durch Schrumpfen des keramischen Verschlußstopfens auf das Durchführungselement während des Brennens des keramischen Verschlußstopfens gebildet werden.
• Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Es zeigt:
• Fig. 1 und 2 bevorzugte Ausführungsformen der Endbaugruppen von Bogenröhren nach der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 3 ein Beispiel des Aufbaus einer Hochdruckmetalldampfentladungslampe.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die Leistung von in Hochdruckmetalldampfentladungslampen verwendeten Bogenröhren dadurch verbessert wird, daß man eine Grenzfläche zwischen dem Durchführungselement und der Dichtung aus Fritte rund um den Abschnitt des Umfangs des Durchführungselements eliminiert, das durch die Öffnung des Verschlußstopfens hindurchtritt. Die Grenzfläche einer herkömmlichen keramischen Bogenröhre zwischen Durchführungselement und Frittedichtung erstreckt sich typischerweise von dem Punkt, an dem das Durchführungselement in die Bogenröhre vorsteht, bis zu dem Punkt, wo das Durchführungselement vom Verschlußstopfen zum Äußeren der Bogenröhre hin vorsteht. Die Eliminierung einer solchen kontinuierlichen Grenzfläche zwischen Durchführungselement und Fritte bei Hochdruckmetalldampflampen, insbesondere solchen, die mit cold spot- Temperaturen von zumindest 900ºC arbeiten, inhibiert und vorteilhafterweise verhindert die Bildung eines kontinuierlichen Pfads aus dem Inneren der Bogenröhre nach außen, durch den in der Bogenröhre enthaltenes Füllgas entweichen kann.
• Die vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung einer Iötfreien und frittefreien hermetischen Abdichtung zwischen dem keramischen Verschlußstopfen und dem Durchführungselement eines keramischen Bogenröhrenaufbaus gerichtet.
• In Fig. 1 ist im Querschnitt die Endbaugruppe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der in Fig. 1 gezeigte Verschlußstopfen für die Bogenröhre ist von monolithischer Gestaltung. Gemäß Fig. 1 ist ein scheibenförmiger Verschlußstopfen 1 mittels einer frittelosen Dichtung mit dem Durchführungselement 2 verbunden. Am Durchführungselement 2 ist eine Elektrode 3 befestigt und steht in das Innere der Bogenröhre 5 vor. Die aus Verschlußstopfen und Durchführung bestehende Baugruppe ist durch geschmolzenes Frittematerial 7 an der Bogenröhrenhülle 6 angedichtet.
• Fig. 2 zeigt im Querschnitt die Endbaugruppe einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der für die Bogenröhre gemäß Fig. 2 verwendete Verschlußstopfen besitzt Hutgestalt. In Fig. 2 ist ein solcher hutförmiger Verschlußstopfen mittels einer frittelosen Dichtung mit dem Durchführungselement 2 verbunden. An dem Durchführungselement 2 ist eine Elektrode 3 befestigt und steht in das Innere der Bogenröhre 5 vor. Die Verschlußstopfen-Durchführungs-Baugruppe ist mittels geschmolzenen Frittematerials 7 an der Bogenröhrenhülle 6 angedichtet.
• In Übereinstimmung mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden zwischen den keramischen Verschlußstopfen und den Durchführungselementen für jedes Ende der Bogenröhrenhülle frittelose Dichtungen gebildet, wobei am Durchführungselement jeder frittelosen keramischen Verschlußstopfen- Durchführungselement-Baugruppe eine Elektrode befestigt ist. Eine frittelose keramische Verschlußstopfen-Durchführungselement-Baugruppe mit daran befestigter Elektrode ist unter Verwendung von Fritte mittels bekannter Techniken an der Bogenröhrenhülle angedichtet. Sodann wird der Bogenröhre Füllmaterial hinzugefügt und die andere frittelose keramische Verschlußstopfen- Durchführungselement-Baugruppe mit daran befestigter Elektrode wird unter Verwendung von Frittematerial mittels bekannter Techniken an der Bogenröhrenhülle angedichtet.
• Bezüglich des in der U.S.-A-4 545 799 Beschriebenen stellt die vorliegende Erfindung ein vereinfachtes Herstellungsverfahren dar.
• Die vorliegende Erfindung erleichtert vorteilhafterweise eine einfache Befestigung der Elektrode am Durchführungselement. Die Elektrode kann am Durchführungselement nach dem frittelosen Andichten des Durchführungselements am Verschlußstopfen befestigt werden, ohne daß man die Elektrode in das Zuführungselement einsetzen und an demselben anschweißen müßte, indem man durch ihre axiale Durchtrittsöffnung hindurch arbeitet.
• Zusätzlich erlaubt die vorliegende Erfindung das Hinzufügen der Füllung zur Bogenröhre nach dem Dichten eines Endes der Bogenröhre und vor dem Dichten des zweiten Endes der Bogenröhrenhülle.
• Im folgenden wird ein Beispiel eines bevorzugten Verfahrens zur Bildung eines frittelosen Dichtung zwischen dem Verschlußstopfen und dem Durchführungselement dargestellt. Ein solches bevorzugtes Verfahren zur Herstellung frittenloser keramischer Verschlußstopfen-Durchführungselement- Baugruppen umfaßt das Bilden eines zylindrischen keramischen Stücks mit den erforderlichen Rohabmessungen, Kalzinieren der Keramik zwecks Oxidation des Binders und Schaffung minimaler Festigkeit, und sodann hochgradiges Brennen auf eine Dichte nahe dem Maximum. Die "grüne" Keramik kann auf Größe gepreßt oder bearbeitet werden, und zwar von einem Rohstück nach isostatischem Pressen. Der Durchmesser des Loches, in den das Durchführungselement gesetzt wird, wird derart gewählt, daß eine vorbestimmte Interferenz mit der freien Schrumpfung der Keramik geschaffen wird. Die Bestimmung einer derartigen Interferenz ist für jemand mit normalen Fachkenntnissen Routine. Die Interferenz muß ausreichend groß sein, so daß sich die Keramik deformiert und an das Metall anpaßt, aber nicht so groß, daß sie die Form der Endkappe übermäßig verwerfen würde. Die Oberfläche des Durchführungselements ist höchst vorzugsweise frei von Einkerbungen und Unebenheiten, an die sich die Keramik nicht anpassen könnte.
• Während das Vorstehende für ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung einer frittelosen Abdichtung zwischen Verschlußstopfen und Durchführungselement repräsentativ ist, sind auf diesem Fachgebiet alternative Verfahren zur Bildung einer solchen Art von Dichtung bekannt und können stattdessen verwendet werden.
BEISPIEL 1
• Die zur Abdichtung jedes Endes der Bogenröhre verwendeten keramischen Verschlußstopfen wurden mittels einer frittelosen Dichtung mit Durchführungselementen verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Durchführungselemente mit einem äußeren Durchmesser von 3,96 mm (0,156 Zoll) bestehen aus Niob und 1 Gewichtsprozent Zirkon und waren grob poliert worden, um größere Unvollkommenheiten von ihren Oberflächen zu entfernen. Die keramischen Verschlußstopfen wurden isostatisch in die Form von Zigarren gepreßt, auf Größe bearbeitet und dann bei 1.350ºC kalziniert, um die 1,5% Polyvinylalkohol- und 0,5% Carbowax-Zusätze auszubrennen, die als Binder dem keramischen Pulver zugesetzt worden waren. Die Verschlußstopfen wurden während fünfzehn Minuten Feuerns bei 1.530 bis 1.840ºC in gereinigtem Argon auf die Durchführungselemente aufgeschrumpft. Die endgültigen Abmessungen der Stopfen betrugen 8,64 mm (0,34 Zoll) äußeren Durchmessers und 3,81 mm (0,15 Zoll) Dicke. Die Interferenz des Durchführungselements mit der freien Schrumpfung des Stopfenlochs wurde zu 4%, 7% oder 10% des ursprünglichen Lochdurchmessers gewählt (das heißt, der Lochdurchmesser würde sich bei zusätzlichen 0,20 mm, 0,36 mm oder 0,51 mm (jeweils 0,08 Zoll, 0,014 Zoll oder 0,020 Zoll) geschlossen haben, wenn die Zuleitung nicht vorhanden gewesen wäre). Die gebrannte Verbindung (Typ D genannt) der Verschlußstopfen umfaßt Aluminiumoxid, 1,7 % Yttriumoxid und 0,05 % Magnesia, die ursprünglich vor der Sprühtrocknung als Nitrate zugesetzt worden waren, um während des Sinterns des Stopfens eine signifikante Menge an flüssiger Phase zu erzeugen.
• Frittelose Verschlußstopfen-Durchführungselement-Baugruppen wurden an beide Enden von vier jeweils einen äußeren Durchmesser von 8,89 mm (0,350 Zoll) aufweisenden Bogenröhren in Standardmanier mit PF-Fritte dichtend angebracht. (Der hier verwendete Ausdruck "PF-Fritte" bezieht sich auf ein Dichtungsfrittematerial, das vordem Abdichten aus 45,6% Al&sub2;O&sub3;, 39,0 % CaO, 8,6 % BaO, 5,2% MgO und 1,6% B&sub2;O&sub3; besteht). Die Füllung für die Bogenröhre bestand aus 150 mg TI, 30 mg Cd und 20 kPa (150 Torr) Argon. Die Bogenröhren wurden in das Innere von evakuierten Quarzröhren gesetzt und in einem Rohrofen beheizt, so daß die Dichtungen bei 945 bis 955ºC gehalten wurden. Während der 1.375 Stunden auf Temperatur wurde keine Leckage der Füllung beobachtet. Es wurden auf die gleiche Weise vier Kontrollen durchgeführt, wurden jedoch die Stopfen mit den Zuleitungen mittels PF-Fritte verbunden, so begann die Füllung nach durchschnittlich 120 Stunden zu lecken und noch erheblich vor Ablauf von 1.000 Stunden war die gesamte Füllung verlorengegangen.
BEISPIEL 2
• Verschlußstopfen vom Hut-Typ, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, aus einem Scheibenabschnitt 8 und einem Hülsenabschnitt 9 (der hier auch als Hülse bezeichnet wird) wurden mit polierten Zuleitungen aus Nb/1% Zr mit äußeren Durchmessern von 2,16 mm (0,085 Zoll) oder 3,12 mm (0,123 Zoll) verbunden oder mit Nb-Draht mit einem Durchmesser von 1,02 mm (0,040 Zoll). Die Verschlußstopfen wurden zuerst für 5 Stunden in Luft bei 1.250ºC kalziniert und dann für zwanzig Minuten bei 1.860ºC in gereinigtem Argon durch Befeuern auf die Zuleitungen aufgeschrumpft. Sämtliche Verschlußstopfen besaßen 1,27 mm (0,05 Zoll) Hülsen und Stopfendicken von entweder 1,52 mm (0,06 Zoll) oder 4,32 mm (0,17 Zoll). Die Interferenz der Zuleitungen bewegte sich in Bereich von 1 % bis 10 %. Die Verschlußstopfen wurden hergestellt nicht nur nach der Typ-D- Formel sondern auch mit einer aluminiumoxidreichen Zusammensetzung (Typ A genannt), die weniger als 0,1 % Oxide als Sinterhilfen und Kornwachstumsverhinderer enthält. Der gebrannte Verschlußstopfen enthielt 0,05 % Magnesia bzw. Magnesiumoxid und 0,02 % Yttriumoxid. Im Hinblick auf die unterschiedliche Schrumpfung der Zusammensetzungen vom Typ D und Typ A wurden Toleranzen gelassen.
• Die frittelosen Verschlußstopfen-Durchführungselement-Baugruppen mit an den Durchführungselementen befestigten Elektroden wurden an jedem Ende von acht einen äußeren Durchmesser von 8,89 mm (0,350 Zoll) aufweisenden Bogenröhren mit PF-Fritte und einer Füllung aus 150 mg Dl, 30 mg Cd und 2,67 kPa (20 Torr) Argon angedichtet. Die vervollständigten Bogenröhren wurden wie im Beispiel 1 aufgeheizt, abgesehen davon, daß die Dichttemperatur 1.020ºC betrug. Vier Röhren gingen über 2.290 Stunden und vier wurden 3.220 Stunden gehalten, ohne jedes Anzeichen von Leckage. Eine Kontrollröhre begann bei gleicher Temperatur nach vierzig Stunden ihre Füllung abzugeben, d.h. zu lecken.
BEISPIEL 3
• Sechs Lampen wurden mit frittelos verbundenen Verschlußstopfen, wie in Fig. 2 gezeigt, hergestellt. Die bei dieser Testreihe verwendeten Verschlußstopfen wurden aus der vorgenannten Typ-D-Zusammensetzung gefertigt. Die Abmessungen der Verschlußstopfen nach dem Brennen betrugen 13,0 mm (0,51 Zoll) äußeren Durchmessers bei einer Dicke von 5,33 mm (0,21 Zoll). Drei Verschlußstopfenpaare besaßen 3% Interferenz und drei andere 6% Interferenz bezüglich des Nb/1% Zr- Durchführungselements. Die drei Verschlußstopfenpaare mit 3% Interferenz wurden als eine erste Gruppe und die drei Verschlußstopfenpaare mit 6% Interferenz als zweite Gruppe behandelt. Die mit zwei der Verschlußstopfenpaare in jeder Gruppe verwendeten Durchführungselemente wurden zur Entfernung von Oberflächenrauhigkeit poliert. Die mit den anderen Verschlußstopfenpaaren jeder Gruppe verwendeten Durchführungselemente wurden so eingesetzt, wie sie hergestellt worden waren. Jede Bogenröhre besaß eine Füllung aus 0,48 mg Na, 11,0 mg Hg, 15,4 mg Cd, 82,0 mg Tl, und einen Anfangsdruck von 4 kPa (30 Torr) Xe. Die PCA-Bogenröhren mit einem inneren Durchmesser von 10,3 mm (0,405 Zoll), einem äußeren Durchmesser von 12,3 mm (0,485 Zoll) und einer Hohlraumlänge von 56,9 mm (2,24 Zoll) wurden unter Verwendung von PF-Fritte und einem Standardfrittedichtverfahren an den frittelosen Verschlußstopfen- Durchführungselement-Baugruppen angedichtet. Die Lampen wurden bei 250 Watt betrieben und die Enden der Bogenröhren waren isoliert, so daß sich die Temperaturen im Bereich von 950 bis 1.000ºC bewegten.
• Keine der sechs Lampen zeigte nach 4.400 Betriebsstunden mit zwei Ein/Aus- Zyklen pro Tag irgendein Anzeichen, daß die Füllung leckte. Im Gegensatz dazu begannen anderweitig auf die gleiche Weise, jedoch mit einer gefritteten Dichtung zwischen dem Verschlußstopfen und dem Durchführungselement, hergestellte Lampen nach 1.000 Stunden unveränderlich zu lecken.
BEISPIEL 4
• Es wurden sieben Lampen nach dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren hergestellt, jedoch unter Verwendung verschiedener Interferenzen oder Materialien für die Stopfen, sowie nur 0,3 mg Natrium in der Füllung. Zwei Lampen wurden mit Material vom D-Typ und 1% Interferenz, zwei Lampen mit Material vom D-Typ und 11% Interferenz und drei Lampen mit Material vom A-Typ und 2% Interferenz hergestellt. Die 11 % Interferenz verursachten im Stopfen eine Ausbeulung, die dann für das Andichten an der Bogenröhre ebengeschliffen wurde. Diese Lampen hielten 1.500 Stunden durch, ohne daß irgendeine Leckage der Füllung aus der Bogenröhre in die äußere Hülle auftrat.
BEISPIEL 5
• Es wurde eine Lampe unter Verwendung von Verschlußstopfen des Hut-Typs hergestellt, welch letztere aus der vorgenannten D-Typ-Zusammensetzung gefertigt worden waren. Diese Verschlußstopfen wurden mit 2,16 mm (0,085 Zoll)- Durchführungselementen verbunden. Es wurden Verschlußstopfen mit einer Länge von 2,79 mm (0,11 Zoll) benutzt. Diese Verschlußstopfenhülsen endeten kurz vor der Schweißstelle zwischen dem Durchführungselement und dem die Elektrode haltenden Wolframstab. Diese Lampe überdauerte mehr als 1.000 Stunden ohne Leckage, wohingegen eine Kontrolllampe mit einer Dichtung aus gefrittetem Verschlußstopfen und Durchführungselement bereits nach 500 Stunden ausreichend Füllung verlor, um die Hülle der Lampe mit einem undurchsichtigen metallischen Film zu beschichten.
• Wenn Verschlußstopfen mit längeren Hülsen verwendet werden, besitzt die Hülse eine Tendenz, radiale Brüche zu entwickeln, die zu frühzeitigem Ausfall führen. Kurze Hülsen, wie sie beim Beispiel 2 verwendet wurden, ergeben keine Probleme. Es muß aufgepaßt werden, wenn die Hülsen länger als in diesem Beispiel sind. Viele Experimente haben gezeigt, daß der Widerstand gegen Brechen bzw. Platzen eine Funktion des Hülsendurchmessers, des Durchmessers des Durchführungselements, der Hülsenlänge und der Geradheit des Durchführungselements ist. Idealerweise sollte die Hülse ein dickes Längenverhältnis und eine kleine Interferenz bezüglich des Durchführungselements besitzen.
• Andere Geometrien, die ebenfalls eine direkte (oder frittelose) Verbindung eines Verschlußstopfens mit dem Durchführungselement und ein Anfritten dieser Anordnung an der Bogenröhre benützen, würden als innerhalb der Lehren der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden. Ein Beispiel hierfür ist die frittelose Dichtung eines scheibenförmigen Verschlußstopfens an einem Durchführungselement, wobei diese frittelose Anordnung mit Frittematerial unmittelbar in eine geradlinige Bogenröhre eingeschlagen worden ist.
• Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete keramische Dichtstopfen ist vorzugsweise aus einem Material aufgebaut, das gegen eine Reaktion mit dem Durchführungelement resistent ist, insbesondere gegen Reduktion irgendeiner seiner Komponenten, so daß die Füllung nicht längs der Oberfläche des Durchtrittselements einen Durchgang nach außen besitzt.
• Die Bogenröhre gemäß vorliegender Erfindung kann bei Hochdruckmetalldampfentladungslampen vom Natrium unter Hochdruck verwendendem Typ benutzt werden, oder beim Hochdruckmetalldampfmischtyp. Die Einzelheiten des Aufbaus dieser verschiedenen Lampentypen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Lichttechnik gut bekannt.
• Fig. 3 illustriert ein Beispiel einer Hochdruckmetalldampfentladungslampe vom Typ, der unter Hochdruck stehendes Natrium aufweist, auf die sich die Erfindung anwenden läßt. Die Lampe 51 besitzt eine Bogenröhre 59, die innerhalb einer evakuierten äußeren Glashülle 52, beispielsweise aus Borsilikatglas, gehalten ist, und Elemente für den elektrischen Anschluß der Lampe an eine nichtgezeigte Leistungsquelle aufweist, wie einen Lampensockel 53 mit einem Anschluß 54. In diese äußere Hülle und durch dieselbe hindurchtretend sind zur Schaffung elektrischer Verbindungen aus dem Inneren zum Äußeren der Glashülle elektrische Leiter 62, 63 eingesiegelt. Die eine Füllung aus Natrium, Quecksilber und einem Edelgas enthaltende Bogenröhre 59 ist innerhalb der äußeren Hülle mittels Stützelementen 58 abgestützt, wie in bekannter Weise durch einen metallischen Rahmen. Das Edelgas wirkt als Startgas und das Quecksilber wirkt als Puffergas, um den Gasdruck und die Betriebsspannung der Lampe auf ein praktisches Niveau zu heben. An jedem ihrer Enden in der Nachbarschaft der nichtgezeigten Elektroden können um die Bogenröhre 59 herum Wärmerückhaltelemente 55, 56 gewickelt sein, um dort den Wärmeunterschied gegenüber der Mitte der Bogenröhre zu reduzieren.
• Gemäß vorliegender Erfindung besitzt jedes Ende der Bogenröhre eine frittelose Abdichtung zwischen dem Verschlußstopfen und dem Durchführungselement.
• Die Dichtung zwischen der frittelosen Verschlußstopfen-Durchführungselement- Baugruppe mit einer am Durchführungselement befestigten Elektrode wird aus Dichtungsmittel gebildet, welches geschmolzenes Dichtungsmaterial aufweist, wie geschmolzene glaskeramische Fritte.
• Das abdichtende Frittematerial kann irgendeines der Dichtfrittematerialien sein, die typischerweise bei der Herstellung von Bogenröhren für Hochdrucknatriumdampfentladungslampen benutzt werden, beispielsweise ein auf alkalischen Erden beruhendes Dichtmaterial, welches Al&sub2;O&sub3;, CaO und BaO aufweist, mit Ersetzungen oder Hinzufügungen von SrO, Y&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, MgO und/oder B&sub2;O&sub3;.
• Eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vom Typ mit gesättigtem oder ungesättigtem Dampf sein. Die Mengen an Natrium und Quecksilber, die erforderlich sind, um entweder gesättigte oder ungesättigte Typen von Hochdrucknatriumlampen zu dotieren, sind dem Fachmann bekannt.
• Die meisten Hochdruckmetalldampfentladungslampen können in jedweder Position betrieben werden. Die Brennstellung besitzt keine signifikante Wirkung bezüglich der Lichtausbeute. Eine Hochdrucknatriumdampflampe kann ferner auf der Innenseite des äußeren Kolbens diffuse Beschichtungen aufweisen, um die Größe der Lichtquelle zu erhöhen oder die Leuchtkraft der Lichtquelle zu reduzieren. Die äußere Hülle kann ferner Getter 60, 61 einschließen.

Claims (13)

1. Entladungsröhre (5; 59) für eine Hockdruckmetalldampfentladungslampe mit einer rohrförmigen keramischen Hülle (6), einer chemischen Füllung innerhalb der Hülle, einem Verschlußstopfen (1) an jedem Ende der Hülle, wobei der Verschlußstopfen eine durchgehende Öffnung zur Aufnahme eines Durchführungselements (2) aufweist, das eine von ihm vorstehende Elektrode (3) besitzt, die sich durch die Öffnung des Verschlußstopfens hindurcherstreckt und derart ausgerichtet ist, daß sie sich in die rohrförmige keramische Hülle hineinerstreckt, und wobei das Durchführungselement in den Verschlußstopfen mittels einer frittenlosen Dichtung zwischen dem Verschlußstopfen und dem Durchführungselement eingesiegelt ist und wobei die dichtende Fritte (7) die Verschlußstopfen in die Enden der rohrförmigen keramischen Hülle einsiegelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen (1) aus einem keramischen Material bestehen und während des Brennens auf das Durchführungselement aufgeschrumpft worden sind, um die frittenlosen Abdichtungen zu bilden.

2. Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen (1) im wesentlichen aus Aluminiumoxid mit Zugaben von Yttriumoxid und Magnesiumoxid bestehen.

3. Entladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen (1) 0,05 % Magnesiumoxid und 0.02 % Yttriumoxod aufweisen.

4. Entladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen (1) 0,05 % Magnesiumoxid und 1,7 % Yttriumoxid aufweisen.

5. Entladungslampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung Natrium, Quecksilber und ein Startgas aufweist.

6. Entladungsröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung außerdem einen elementaren strahlenden Stoff aufweist.

7. Entladungsröhre nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung Quecksilber, Metallhalogenidadditive und ein Startgas aufweist.

8. Entladungsröhre nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Frittenmaterial vor dem Verschließen Al&sub2;O&sub3;, CaO und BaO aufweist.

9. Entladungsröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Frittenmaterial (7) vor dem Verschließen 47,0 % Al&sub2;O&sub3;, 37,0 % CaO und 16 % BaO aufweist.

10. Entladungsröhre nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Frittenmaterial (7) vor dem Verschließen Al&sub2;O&sub3;, CaO, BaQ, MgO und B&sub2;O&sub3; aufweist.

11. Entladungsröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Frittenmaterial (7) vor dem Verschließen 45,6 % Al&sub2;O&sub3;, 39,0 % CaO, 8,6 % BaO, 5,2 % MgO und 1,6 % B&sub2;O&sub3; aufweist.

12. Hochdruckmetalldampfentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Entladungsröhre (5; 59) besitzt, wie sie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Entladungsröhre (5; 59) für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe (51), das aus folgenden Schritten besteht:

Herstellen einer frittenlosen Abdichtung zwischen Verschlußstopfen (1) und Durchführungselementen (2) für jedes Ende einer rohrförmigen Entladungshülle (6), dauerhaftes Anbringen einer Elektrode (3) an dem Durchführungselement jeder frittenlosen Verschlußstopfen/Durchführungselement-Baugruppe, Einsiegeln einer ersten frittenlosen Verschlußstopfen/Durchführungselement-Baugruppe mit an ihr angebrachter Elektrode an einem Ende der rohrförmigen Entladungsröhre unter Verwendung von Frittenmaterial (7), Deponieren einer chemischen Füllung in der an einem Ende verschlossenen, rohrförmigen Entladungshülle, sowie Einsiegeln einer zweiten frittenlosen Verschlußstopfen/Durchführungselement- Baugruppe mit an ihr angebrachter Elektrode in das andere Ende der rohrförmigen Entladungsröhre unter Verwendung von Frittenmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen (1) aus keramischem Material bestehen und daß die frittenlosen Abdichtungen durch Aufschrumpfen der keramischen Verschlußstopfen auf die Durchführungselemente während des Brennens der keramischen Verschlußstopfen hergestellt werden.