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Patent Searching and Data


Title:
ELECTRODELESS HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP AND METHOD FOR PRODUCTION SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/084015
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a high-pressure discharge lamp which uses ceramic material such as A1203 as an electrodeless discharge vessel, said high-pressure discharge lamp having an opening at the end face, wherein said opening widens toward the outside, is closed by means of ball-like or disk-like plug, which is arranged in a depression at the outlet of the opening, and is sealed off by means of frit. The invention also relates to an associated production method.

Inventors:
BRAUN, Paul (Ratiborerstr. 14, Meitingen, 86405, DE)
STOCKWALD, Klaus (Kerschensteinerstr. 38, Germering, 82110, DE)
Application Number:
EP2010/070356
Publication Date:
June 28, 2012
Filing Date:
December 21, 2010
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM AG (Hellabrunner Str. 1, München, 81543, DE)
BRAUN, Paul (Ratiborerstr. 14, Meitingen, 86405, DE)
STOCKWALD, Klaus (Kerschensteinerstr. 38, Germering, 82110, DE)
International Classes:
H01J61/36; H01J9/40; H01J65/00
Foreign References:
US5592048A
US20010035720A1
US20100026184A1
US4501799A
US4980236A
US20090146543A1
EP0757375A1
Attorney, Agent or Firm:
OSRAM AG (Intellectual Property IP, Postfach 22 13 17, München, 80503, DE)
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Claims:
Ansprüche

Elektrodenlose Hochdruckentladungslampe, mit einem Entladungsgefäß, das rohrartig gestaltet ist und mit mindestens einer Stirnfläche ausgestattet ist, die eine Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung sich nach außen verbreitert, wobei ein kugelartiger oder scheibenartiger Stopfen selbstzentrierend in der Öffnung gehaltert ist, und wobei die Öffnung mittels Fritte abgedichtet ist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung einen ersten inne¬ ren Abschnitt aufweist, der konstanten Innendurch¬ messer besitzt, wobei sich nach außen ein zweiter Abschnitt anfügt, dessen Innendurchmesser sich nach außen verbreitert und dabei eine Senke bildet, in der ein kugelartiger Stopfen selbstzentrierend ge¬ haltert ist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung oder ein äußerer Abschnitt der Öffnung sich nach außen konisch ver¬ breitert und darin ein scheibenartiger Stopfen mit abgeschrägter Seitenwand selbstzentrierend gehal¬ tert ist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte Oxide von Selten¬ erdmetallen aufweist.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Seltenerdmetalle mindes- tens eines aus der Gruppe Tm, Ce, Dy, Y, Nd, zusam¬ men mit Aluminiumoxid und/oder Si02, verwendet sind .

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte eine AufSchmelztem¬ peratur von 1650 bis 1890°C aufweist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung im Entladungsgefäß Seltenerd-Halogenide enthält.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Edelgas aufweist, wobei das Edelgas Argon, Xenon, Krypton oder Neon oder Mischungen davon ist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Massendichte der Füllung aus Seltenerdmetall-Halogeniden zwischen 2 und 2000 yg/cm3 beträgt, wobei die Füllung insbesondere un¬ gesättigt ist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die Füllung außerdem Ha logenide von Na und/oder Li und/oder Cs aufweist.

11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Füllung außerdem mindestens ein Metallhalogenid aus der Gruppe der Metalle Ga, In, Zn, AI, Tl, Sn, Mn, Fe aufweist.

12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich mindestens eines der Elemente S, Se oder Te ent¬ hält .

13. Verfahren zum Verschließen eines Entladungsge¬ fäßes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

- Bereitstellen eines elektrodenlosen keramischen Entladungsgefäßes, das rohrförmig gestaltet ist und mindestens eine Stirnfläche mit Öffnung aufweist, die sich nach außen verbreitert; -Beaufschlagen des Entladungsgefäßes mit einer Fül¬ lung, die in die Öffnung eingeführt wird;

- Anbringen eines Frittematerials in der Öffnung;

- Auflegen eines kugelartigen oder scheibenartigen Stopfen selbstzentrierend in die Öffnung; -Erwärmen des Frittenmaterials , so daß die Öffnung mit dem Frittenmaterial verschlossen wird, wobei der Stopfen in die Fritte einsinkt.

Description:
Elektrodenlose Hochdruckentladungslampe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer elektrodenlosen Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenid- lampen. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckent- ladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß für die Allgemeinbeleuchtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Stand der Technik

Die US-A 2009/146543 beschreibt Plasma-Lampen. Sie ba ¬ sieren auf elektrodenlosen Hochdruckentladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß.

Die EP 757 375 zeigt ein Entladungsgefäß für eine elektrodenlose Hochdruckentladungslampe, bei der ein Ende ei ¬ nes rohrförmigen Entladungsgefäßes mittels Glaslot ver ¬ schlossen ist.

Darstellung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrodenlose Hochdruckentladungslampe gemäß dem Ober ¬ begriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine besonders sichere Abdichtung aufweist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lampe anzugeben. Diese erste Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Diese zweite Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk- male des Anspruchs 13 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Bei keramischen Entladungsgefäßen ohne Elektroden ist es besonders kritisch, ein Herstellverfahren, insbesondere Verschluss-Verfahren für eine keramische elektrodenlosen Entladungslampe, insbesondere mittlerer Leistung und für einen Betrieb im Vakuum-Außenkolben, zu finden.

Dabei sollen insbesondere ungesättigte Füllungssysteme verwendet werden, die bei Betriebstemperaturen entsprechend einer cold spot-Temperatur von mehr als 1050 °C vollständig verdampfen. Das Problem betrifft den Verschluss der Füllöffnung mit einem füllungsresistenten aufschmelzbarem Keramik-Gemisch für einen langzeitstabi- len Verschluss mit speziellem Verschlussteil.

Bisher sind keine Lösungen bei keramischen Gefäßen für ein Füll- und Verschluss-Verfahren sowie ein reproduzierbares Herstellverfahren bekannt.

Erfindungsgemäß ist jetzt das Entladungsgefäß aus Keramik. Es ist mit einer Rundöffnung versehen. Das Entladungsgefäß ist rohrartig, insbesondere direkt zylindrisch oder auch ausgebaucht.

Die als Abdichtmaterial verwendete Hochtemperatur- Keramikfritte, vereinfacht auch als Glaslot bezeichnet, besteht aus Mischungen aus Oxiden von Seltenen Erden, z.B. Thulium, Cer, Dysprosium, Yttrium, Neodym und Alumi- nium. Die Fritte hat dabei eine Zusammensetzung so, dass eine AufSchmelztemperatur von etwa 1650°C bis 1890°C er ¬ reicht wird.

Vorteilhaft ist die Nutzung eines kugelförmigen Ver- schlusskörpers mit einen Außendurchmesser AD, der größer als der Innendurchmesser ID ist. Insbesondere sollte gel ¬ ten AD = 1,2 bis 1,5 ID.

Bevorzugt werden Metallhalogenide verwendet, die als Fül ¬ lung für das Entladungsgefäß verwendet werden. Dabei sollte die Massendichte der Metallhalogenide auf Selte- nerd-Basis 2-2000 yg/cm 3 betragen. Insbesondere werden als Seltenerdhalogenide die Jodide, Bromide oder Chloride von Ce, Tm, Pr, Nd, Dy, Ho verwendet. Häufig sind diese kombiniert mit Halogeniden von Alkali-Metallen, insbeson- dere von Li, Na, Cs. Ggf. kommen Anteile von leichtflüch ¬ tigen Metallhalogeniden aus der Gruppe der Halogenide (Jodide, Bromide oder Chloride) des Ga, In, Zn, AI, Tl, Sn, Mn, Mg, Fe hinzu. Insbesondere können weitere Zusätze an S, Se, Te verwendet werden. Die Füllung ist bevorzugt ungesättigt.

Die Füllung weist außerdem Edelgas oder eine Edelgas- Mischung auf. Bevorzugt wird das Entladungsgefäß auch un ¬ ter der entsprechenden Edelgasatmosphäre verschlossen.

Das erfindungsgemäße Konzept zeichnet sich dabei vor al- lern durch folgende Vorteile aus:

Spaltfreiheit ;

Reproduzierbarkeit des Verschlusses; Chemische Stabilität. Es wird kein reines Metall verwendet, somit besteht die Möglichkeit deutlich aggressivere Füllungen zu verwenden, zusammen mit Halogeniden wie Br oder Cl .

Die neuartige Lampe zeichnet sich zudem durch Hochtempe- raturfestigkeit aus, da keine Kapillare notwendig ist.

Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer nume ¬ rierten Aufzählung sind:

1. Elektrodenlose Hochdruckentladungslampe, mit einem Entladungsgefäß, das rohrartig gestaltet ist und mit mindestens einer Stirnfläche ausgestattet ist, die eine Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung sich nach außen verbreitert, wobei ein kugelartiger oder scheibenartiger Stopfen selbstzentrierend in der Öffnung gehaltert ist, und wobei die Öffnung mittels Fritte abgedichtet ist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung einen ersten inne ¬ ren abschnitt aufweist, der konstanten Innendurch ¬ messer besitzt, wobei sich nach außen ein zweiter Abschnitt anfügt, dessen Innendurchmesser sich nach außen verbreitert und dabei eine Senke bildet, in der ein kugelartiger Stopfen selbstzentrierend ge ¬ haltert ist.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung oder ein äußerer

Abschnitt der Öffnung sich nach außen konisch ver ¬ breitert und darin ein scheibenartiger Stopfen mit abgeschrägter Seitenwand selbstzentrierend gehal ¬ tert ist. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte Oxide von Selten- erdmetallen aufweist.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Seltenerdmetalle mindes ¬ tens eines aus der Gruppe Tm, Ce, Dy, Y, Nd, zusammen mit Aluminiumoxid und/oder Si02, verwendet sind . Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte eine Aufschmelztem- peratur von 1650 bis 1890 °C aufweist. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung im Entladungsgefäß Seltenerd-Halogenide enthält. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Edelgas aufweist, wobei das Edelgas Argon, Xenon, Krypton oder Neon oder Mischungen davon ist. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Massendichte der Füllung aus Seltenerdmetall-Halogeniden zwischen 2 und 2000 yg/cm 3 beträgt, wobei die Füllung insbesondere ungesättigt ist. . Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung außerdem Halogenide von Na und/oder Li und/oder Cs aufweist. 11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung außerdem mindestens ein Metallhalogenid aus der Gruppe der Metalle Ga, In, Zn, AI, Tl, Sn, Mn, Fe aufweist.

12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich mindestens eines der Elemente S, Se oder Te enthält .

13. Verfahren zum Verschließen eines Entladungsgefäßes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Bereitstellen eines elektrodenlosen keramischen Entladungsgefäßes, das rohrförmig gestaltet ist und mindestens eine Stirnfläche mit Öffnung aufweist, die sich nach außen verbreitert;

-Beaufschlagen des Entladungsgefäßes mit einer Füllung, die in die Öffnung eingeführt wird;

- Anbringen eines Frittematerials in der Öffnung;

- Auflegen eines kugelartigen oder scheibenartigen Stopfen selbstzentrierend in die Öffnung; -Erwärmen des Frittenmaterials , so daß die Öffnung mit dem Frittenmaterial verschlossen wird, wobei der Stopfen in die Fritte einsinkt.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Entladungsgefäß für eine elektrodenlose Hochdruckentladungslampe ; Fig. 2 ein Detail der Abdichtung aus Figur 1 ;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abdichtung;

Figur 4 eine Lampe mit Außenkolben;

Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abdich- tung für das Entladungsgefäß.

Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch ein elektrodenloses Entladungs ¬ gefäß 1 aus Keramik, bevorzugt A1203. Es ist rohrartig gestaltet und bildet einen Zylinder 2 mit einer gegebenen Länge L und einem gegebenen Innendurchmesser ID. Der Zy ¬ linder ist an beiden Enden 3 mit einer Stirnfläche 4 ver ¬ sehen. Zumindest in einer Stirnfläche ist mittig eine Öffnung 5, um das Entladungsgefäß befüllen zu können.

Die Öffnung selbst ist rohrartig. Daran schließt sich au- ßen eine Senke 6 an, die ähnlich der Gestalt eines Kra ¬ terwalls ist. Dabei ist die Form der Aufweitung insbeson ¬ dere im Querschnitt einem Halbkreis 7 angepasst, wobei sich der Durchmesser der Öffnung in einem sanften Schwung verbreitert. Die Kurvenform der Verbreiterung ist so ge- wählt, daß ein kugelartiger Stopfen 10 in der Senke 6 lo ¬ cker eingepasst werden kann. In der Senke ist außerdem ein keramisches Glaslot 11 eingebracht, das die Öffnung zuverlässig abdichtet.

Das Glaslot enthält beispielsweise Oxide von Dy, Nd und AI. Ein weiteres konkretes Beispiel ist eine Zusammenset ¬ zung aus Dy203, A1203 und Si02 im Verhältnis von 46:51:3 Gew.-%. Bevorzugt ist ein Glaslot, das Oxide des Dy, AI und Si und/oder Nd aufweist, wobei der Anteil Dy 40 bis 55 Gew.-% beträgt.

Figur 2 zeigt das verschlossene Ende an der Stirnfläche im Detail. Das Entladungsgefäß enthält eine Füllung, die typisch Hg (3 bis 30 mg/cm 3 ) und 0,1 bis 1 mg/cm 3 Halogenid umfasst. Als Edelgas wird meist Argon unter einem Druck von 30 bis 300 hPa kalt verwendet.

Die Füllung ist insbesondere vom Typ neutralweiß (NDL) und weist Metallhalogenide der Seltenen Erden von Dy, Ho und Tm auf. Ein konkretes Ausführungsbeispiel sind 35 bis 46 Gew.-% CaJ2, 2 bis 5 Gew.-% NaJ, 10 bis 30 Gew.-% TU, 5 bis 15 Gew.-% DyJ3, 5 bis 15 Gew.-% HoJ3, 5 bis 15 Gew.-% TmJ3, sowie 0 bis 4 Gew.-% CeJ3. Ein weiteres konkretes Ausführungs-Beispiel einer Lampe hat ein Entladungsgefäß des Typs gemäß Figur 1 mit einem Innenvolumen IV = 0,27 cm 3 ; eine innere Länge von 21 mm und einen Innendurchmesser von ID = 4 mm. Die Füllung enthält typisch Nal 12 yg (44yg/cm 3 ); Dyl3 92yg (340 pg/ cm 3 ); TU 250yg (925yg/ cm 3 ); ZnI2 600pg (2220 pg/ cm 3 ); Inl 100yg (370 yg/ cm 3 ) und weist ferner eine Edelgas- Füllung von 300 hPa Ar auf. Diese Lampe wird mit 100 - 110 W Nominalleistung betrieben und hat eine Farbtempera ¬ tur von 4000K, 11 Olm/W, CRI 95 Ra, die Farbkoordinaten sind x = 0,382; y = 0,376. Diese Lampe ist dimmbar und kann bis herab zu 25% Lampenleistung gedimmt werden.

Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ent ¬ ladungsgef ßes 15. Dabei ist das Entladungsgefäß selbst bauchig geformt. Es hat jedoch zwei innere Stirnflächen 16, von denen eine eine Öffnung 17 aufweist, die mit einem kugelartigen Stopfen 10 aus A1203 verschlossen ist, wieder unter Zuhilfenahme eines hochschmelzenden Glaslots 11. Das Verfahren zum Verschließen des elektrodenlosen Entladungsgefäßes läuft wie folgt ab:

In einem ersten Schritt wird ein keramisches elektrodenloses Entladungsgefäß bereitgestellt, das rohrförmig gestaltet ist und mindestens eine Stirnfläche mit Öffnung aufweist, der außen eine Senke zugeordnet ist, die kra- terwallartig gestaltet ist.

Dann wird das Entladungsgefäß mit einer Füllung beaufschlagt unter Zuhilfenahme der Öffnung. Auf die Öffnung wird ein Frittenmaterial , also ein keramisches Glaslot, gelegt.

Dann wird ein kugelförmiger Stopfen auf die Senke gelegt. Die Fritte wird erwärmt, so daß sie in die Öffnung fließt, wobei die Kugel teilweise in der Fritte versinkt.

Statt einer Kugel kann auch ein Konus, eine Scheibe oder Halbschale o.ä. verwendet werden. Aufgrund der Senke ist ein derartiger Stopfen immer selbst zentrierend .

Figur 4 zeigt ein Entladungsgefäß 20, das mittels käfigartiger Drähte 21 in einem Außenkolben 22, der selbst evakuiert ist, gehaltert ist. Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines selbst zentrierenden Stopfens 25 in Form einer an der Seitenwand 26 abgeschrägten Scheibe. Diese ist in eine Öffnung 27 des Entladungsgefäßes eingesetzt, wobei die Öff- nung 27 in Richtung Entladungsvolumen konisch zuläuft. Möglich ist auch, dass nur ein äußerer Abschnitt konisch zuläuft und ein innerer Abschnitt der Öffnung einen kon ¬ stanten Innendurchmesser aufweist oder auch weniger stark konisch zuläuft.