Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen . Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß für die Allgemeinbeleuchtung.

Stand der Technik

Die EP 1 114 438 und WO 2006/077516 und WO 2008/075273 offenbart jeweils eine Hochdruckentladungslampe, bei der Iridium für die Abdichtung verwendet wird. Die Durchführung ist ein Stift oder ein Draht aus Iridium, wobei der Stift direkt im Ende des keramischen Entladungsgefäßes eingesintert ist. Der Draht ist als Wendel auf einen Kernstift aufgeschoben. Diese Konzepte haben sich allerdings in der Praxis nicht bewährt.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hoch- druckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine kurze Baulänge aufweist und einfach herzustellen ist und eine für kommerzielle Zwecke ausreichende Lebensdauer besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltun ^¬ gen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Lange Lebensdauern bei keramischen Lampen werden bisher durch lange Kapillaren an den Enden sichergestellt, in denen Durchführungen sitzen, die meist ein vorderes halo- genresistentes Ende aus Mo bzw. W aufweisen, und die hin ^¬ ten eine Durchführung aus Nb oder auch Cermet besitzen. Diese Technik ist zwar zuverlässig, jedoch aufwendig und mit langer Baulänge verknüpft um die erforderlichen nied ^¬ rigen Temperaturen im Bereich der Abdichtung zu erreichen .

Erfindungsgemäß wird eine zweiteilige Durchführung ver ^¬ wendet, deren äußeres Ende, wie bekannt, durch einen Nb- Stift oder ein niobähnliches Material realisiert wird. Damit ist ein Material gemeint, dessen thermischer Aus ^¬ dehnungskoeffizient im Bereich 6 bis 9*10 ^~6 1/K liegt und hochtemperaturstabil ist. Insbesondere eignet sich hier Re und Ta statt Nb oder darauf basierende Legierungen. Dieser ist in einer Kurzkapillare am Ende des Entladungs ^¬ gefäßes mittels Lot wie an sich bekannt eingeschmolzen. Die Elektrode, die vorne an die Durchführung angesetzt ist, basiert auf einem Schaft aus W, wie an sich bekannt. Sie hat einen Kopf, der eine Kugel oder eine Wendel auf- weist, wie ebenfalls vorbekannt.

Neuartig ist, dass die Durchführung ein kurzes vorderes Teil aufweist, das aus Iridium gefertigt ist. Es ist be ^¬ vorzugt eine Kugel, die in etwa den Durchmesser des Stifts, der hinten daran angesetzt ist, aufweist. Das vordere Teil ist bevorzugt kugelartig geformt und insbesondere entweder eine Kugel, oder hantelartig aus zwei oder auch mehr aneinandergesetzten Kugeln gebildet oder insbesondere eine Kugel oder Hantel mit einem stift ^¬ artigen Ansatz. Auf diese Weise wird zum einen ein hoher Verbrauch an dem teuren Material Iridium vermeiden und zum andern die Bearbeitung des schwer bearbeitbaren Mate- rials Iridium auf ein Minimum reduziert. Auch aus thermischen Gründen ist die Kugelform bevorzugt. Aus der DE 10200710045071 ist eine Abdichtung mit einer kugelartigen Verdickung im Bereich der Durchführung aus Gründen eines akustischen Resonanzbetriebs vorbekannt.

Der Teil der Durchführung, der aus Nb oder niobähnlichem Material gefertigt ist, und zumindest ein Teilbereich des vorderen Teilstücks aus Ir ist mit einem Hochtemperatur- Lot abgedichtet. Es handelt sich dabei um ein an sich be- kanntes Lot, siehe beispielsweise WO 2005/124823 oder auch das in WO 2003/096377 offenbarte Irdium-haltige Lot. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein Lot, das Oxide des Aluminium und von mindestens einem Selten-Erd-Metall wie Dy enthält. Insbesondere handelt es sich dabei um eine eutektische Mischung, die man auch als Hochtemperatur-Fritte bezeichnen kann.

Die Durchführung ist jeweils mit der Elektrode ver ^¬ schweißt .

Dabei ist bevorzugt mindestens die zum Nb-Stift weisende Halbkugel des vorderen Teils der Durchführung mit dem Lot oder der Fritte überdeckt.

Das Lot kann jedoch auch einen größeren Bereich des vorderen Teils überdecken.

Es können für das vordere Teil der Durchführung auch meh- rere kugelartige Teile aneinandergereiht werden. Bevor ^¬ zugt werden die kugelartigen Teile über Kuppenverschmel ^¬ zungen miteinander verbunden.

Das Entladungsgefäß ist bevorzugt aus Aluminiumoxid wie PCA o.ä. gefertigt, wie an sich bekannt. Es kann integra- le Enden oder auch separate Stopfen aufweisen. Statt Nb kann auch ein anderes ähnlich sich verhaltendes Material verwendet werden, insbesondere Ta oder Re oder ein Mate ^¬ rial, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sich um weniger als 20% von dem des Nb unterscheidet, bezogen auf eine Temperatur von 1100 K. Ggf. kann auch ein Cermet verwendet werden. Diese Materialien werden zusammenfas ^¬ send Nb-Material genannt.

Als Füllung wird bevorzugt eine ungesättigte Füllung ver- wendet, die also im Betrieb vollständig in die Dampfphase übergetreten ist.

Typisch ist eine Wattage von 70 bis 150 W, wobei die Lam ^¬ pe hohe Stabilität und gute Dimmeigenschaften zeigt. Ein Ir-Draht als vorderes Teilstück lässt sich in die Kapil- lare direkt einsintern. Allerdings sind die bisher damit realisierten Lebensdauern für eine kommerzielle Anwendung noch zu kurz .

Bevorzugt ist ein vorderes Teilstück, das mit an eine Ku ^¬ gel oder an eine Hantel angesetztem kurzen Ir-Stift aus- gestattet ist. Dies führt zu einer Stabilisierung der Ausrichtung der Durchführung. Der Clou dabei ist, die Einschmelzlänge des Glaslots bis zum Ir-Stift zu verlän ^¬ gern. Bei Anwendung einer ungesättigten Hg-freien Füllung h ab e n s i ch F r i t t e n de s T yp s Aluminium- oxid/Thuliumoxid/Aluminat und Aluminiumoxid/Yttriumoxid besonders gut bewährt. Die Einschmelzung gelingt bei ^¬ spielsweise mittels IR-Laser oder W-Wendel-Heizung .

Das kugelartig geformte vordere Bauteil aus Ir ist der Schlüssel, um eine Hochtemperatur-Abdichtung unter Anwen- dung von Temperaturen von mindestens 1550°C auf lange Zeit dicht zu halten.

Das Entladungsgefäß ist bevorzugt bauchig, oval, ellip ^¬ tisch, tonnenförmig oder ähnlich einem Rugby-Ball geformt und hat insbesondere ein hohes Aspektverhältnis von min ^¬ destens 2. Typisch erlaubt die neuartige Abdichtungstech ^¬ nik eine Verkürzung der Baulänge des Entladungsgefäßes gegenüber der üblichen Kapillarenabdichtung um 30 bis 60%. Typische Füllungen enthalten NaJ, CaJ2, und Seltenerd- Metalle wie insbesondere CeJ3 und ggf. PrJ3 sowie ErJ3. Hinzu kommen beispielsweise HgJ2, TU und ggf. MnJ2. Auch andere Halogene wie Chlor oder Brom sind für die Haloge ^¬ nide geeignet. Im Falle Hg-freier Lampen verwendet man als Füllung insbesondere ZnJ2, Inj, TU, NaJ und SEJ3 in Mischung, SE steht hier für Selten-Erd-Metall . Dabei wird als Edelgas insbesondere Xe allein oder in Kombination mit anderen Edelgasen, insbesondere Argon, verwendet. Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer nume ^¬ rierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, der ein Entladungsvolumen umgibt, wobei eine Füllung im Entladungsvolumen untergebracht ist, wobei das Ent- ladungsgefäß mit einem Ende ausgestattet ist, das rohrförmig ist, insbesondere eine Kapillare, und in dem eine zweiteilige Durchführung mittels Glaslot ab ^¬ gedichtet ist, wobei an die Durchführung eine Elektro ^¬ de angesetzt ist, die in das Entladungsvolumen hinein- ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung aus einem vorderen und hinteren Teilstück zusammengesetzt ist, wobei das hintere Teilstück aus Nb-Material und das vordere Teilstück aus Iridium gefertigt ist. 2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass das vordere Teilstück in Richtung zum hinteren Teilstück halbkugelartig ausgebildet ist, und insbesondere das vordere Teilstück im wesentlichen kugelähnlich geformt ist. 3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass das vordere Teilstück als Kugel oder eine Aneinanderreihung mehrerer Kugeln oder als Kugel mit Stiftansatz ausgebildet ist.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Glaslot sich vom Ende des Rohrs bis mindestens zu einem Teilbereich des vorderen Teils erstreckt .

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass das Glaslot sich mindestens bis zu einem halbkugelartig dem hinteren Teilstück zugewand ^¬ ten Teilbereich des vorderen Teilstücks erstreckt.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass das Glaslot ein Hochtemperaturlot auf Basis von Oxiden des Aluminium, insbesondere unter Einschluss von Aluminaten, und der Sei ten-Erd-Metalle ist . 7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass die Füllung Metallhalogenide um- fasst .

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Füllung Hg umfasst.

9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass der Durchmesser des vorderen Teil ^¬ stücks quer zur Lampenachse im Bereich 0,35 bis 1,2 mm beträgt, und insbesondere mindestens 0,5 mm beträgt. 10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der Einschmelz ^¬ zone zwischen 0,5 und 4 mm beträgt, insbesondere min ^¬ destens 0 , 8 mm.

Figuren

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

Fig. 1 eine Hochdruckentladungslampe mit Entladungsgefäß mit separatem Außenkolben;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für den Bereich der

Abdichtung an einem Ende; Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für den Bereich der Abdichtung an einem Ende;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für den Bereich der Abdichtung an einem Ende. Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch eine Metallhalogenidlampe 1. Sie besteht aus einem Entladungsgefäß 2 aus PCA, in das zwei Elektroden 3 eingeführt sind. Das Entladungsgefäß hat einen zentralen Teil 5 und zwei Enden. An den Enden sitzen zwei Kurz-Kapillaren oder Rohrstücke 6. Die Lampe hat eine Längsachse A.

Das Entladungsgefäß 2 ist von einem Außenkolben 7 umge ^¬ ben. Das Entladungsgefäß 2 ist im Außenkolben mittels ei ^¬ nes Gestells, das eine kurze und lange Stromzuführung 8a und 8b beinhaltet, gehaltert. Am Außenkolben sitzt ein Schraubsockel 9.

Das Entladungsgefäß enthält eine Füllung, die typisch Hg (3 bis 30 mg/cm ³ ) und 0,1 bis 1 mg/cm ³ Metallhalogenide umfasst. Als Edelgas wird typisch Argon unter einem Druck von 30 bis 300 hPa kalt verwendet.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den Be ^¬ reich der Abdichtung an einem Ende 6. Die Elektrode 3 mit einem Kopf, der als Wendel 10 ausgebildet ist, und einem Schaft 11 aus W, ist an eine Kugel 12 aus Iridium ange- setzt und dort mittels Laser verschweißt. Die Kugel ist das vordere Teilstück einer Durchführung 14. Deren hinteres Teilstück ist ein Stift 15 aus Nb . Das hintere Teil ^¬ stück ist an das vordere Teilstück 12 angeschweißt. Ein Hochtemperaturlot 19, bevorzugt ein eutektisches Gemisch aus Aluminiumoxid und Dy203 oder anderer Seltener Erde, ist in die Kapillare, die das Ende 6 bildet, eingefüllt. Es erstreckt sich von außen bis hin zu der Kugel 12 und reicht dort mindestens bis zum Äquator der Kugel, quer zur Achse A der Lampe. Statt Nb kann für das hintere Teilstück auch ein anderes Nb-ähnliches Material entsprechend der folgenden Tab. 1 verwendet werden. Dort sind vier Metalle mit PCA vergli ^¬ chen. Angegeben ist der thermische Ausdehnungskoeffizient TAK bei einer Betriebstemperatur von 1130 K und die prozentuale Differenz zu Nb .

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das vordere Teilstück der Durchführung aus zwei aneinan- dergesetzten Kugeln 12a, 12b besteht, die über Kuppenverschmelzung miteinander verbunden sind. Dabei werden die sich berührenden Kuppen zweier Kugeln beim Schweißen aufgeschmolzen .

Die Kugeln sind in ihrer Querdimension gerade etwa so breit wie der Durchmesser des hinteren Teilstücks 15. Der Durchmesser des Schafts 11 der Elektrode ist in aller Re ^¬ gel dagegen etwas kleiner, und zwar in einer Größenordnung von typisch 20-30% bzw. passend zur Wattage der Hochdruckentladungslampe . Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das vordere Teilstück der Durchführung aus einer Kugel 20 besteht, an die in Richtung zum Schaft hin ein Stiftansatz 21 angeformt ist, dessen Querabmessung in etwa dem Durchmesser des Schafts 11 entspricht und bevorzugt höchstens 10 bis 20% größer ist. Die Längsdimension des Stiftansatzes 21 ist in aller Regel 30 bis 70% des Durch ^¬ messers einer Kugel 20.

Typische Durchmesser für die Kugel 12, 20 sind 0,3 bis 1,2 mm. Der Wert hängt von der Wattage der Lampe ab. Für eine typische 100 W-Lampe ist ein typischer Wert des Durchmessers der Kugel 0,7 mm.

Die Länge der Einschmelzzone AX, also der axiale Bereich, in dem sich das Lot mindestens in die Kapillare er- streckt, liegt bei typisch 0,8 bis 4 mm. Ein typischer Wert für eine 100 W-Lampe ist 1,5 bis 2,5 mm.

Die Fritten bestehen typisch aus Mischungen verschiedener Seltener Erd-Oxide wie Dy203 zusammen mit Aluminiumoxid, wobei Aluminate wie beispielsweise Dy2A15012 zugemischt sein können. Des weiteren können geringe Anteile an Si02 zugemischt sein, typisch ist ein Anteil von 1 bis 15%.

Die vorgestellte Abdichtungstechnik eignet sich sowohl für Hg-haltige als auch Hg-freie Füllungen.

Die Füllung enthält typisch Jodide des Na, Ce, Tm, Dy und/oder Tl sowie auch des Ca. Metallhalogenide anderer Metalle sind dabei natürlich nicht ausgeschlossen.

Eine Obergrenze für die Querabmessung des kugelartigen vorderen Teilstücks ist 1,2 mm, wenn man eine Leistung bis 1000 W zugrunde legt. Typisch ist ein Anwendung für Leistungen zwischen 20 und 400 W, insbesondere 75 bis 150 W.

Gut geeignet ist das Durchführungssystem mit dem Iridium- haltigen vorderen Teilstück insbesondere für Wattagen von 150 bis 1000 W.

Ein besonderer Vorteil der neuen Verschlusstechnik ist, daß sie auf Standard-Herstellmaschinen eingeführt werden kann. Dabei wird das Abdichten mittels Verschließen durch Laserbestrahlung vorgenommen.