專利名稱：帶有陶瓷放電容器的金屬鹵化燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及帶有陶瓷放電容器的金屬鹵化燈，特別涉及具有功率至少為70W的、優選功率從100W至1000W以上的金屬鹵化燈。
背景技術：
歐洲專利申請EP-A587238公開了一種帶有陶瓷放電容器的金屬鹵化燈，其中，縱向延伸的填料毛細管中的兩部分絕緣套管借助玻璃焊劑在填料的不是放電端的一端上密封。絕緣套管的外部件由有滲透性的材料(鈮銷)組成，內部件由對鹵化物穩定的材料(例如鎢或鉬銷)組成。依據圖8，內部件可以具有利用螺旋件將銷纏繞的包裹物。然而，該文獻中提出的方案只適用最大150W的較小功率。因為缺少熱膨脹系數的配合，當功率較高和與此相應的溫度交變負荷較高時，常常導致陶瓷毛細管壁中躍遷。這些躍遷隨著鉬銷直徑的增大而增加。WO95/28732中也介紹了一種類似的解決方案。
為提高燈功率(最高400W左右)，迄今為止使用了同樣在EP-A587238中介紹的另一種解決方案，即用金屬陶瓷部件代替內部的鉬銷部件。其熱膨脹系數可以根據要求調整其他金屬件和陶瓷件之間的熱膨脹系數。用金屬陶瓷的解決方案的缺點是，不僅價格高，而且由此取得的焊接連接強度不夠。此外，金屬陶瓷和填充物的成分之間由于很高的工作溫度會產生化學反應。
對于更高的燈功率來說，迄今為止還根本沒有出現令人滿意的方案。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種帶有陶瓷放電容器的金屬鹵化燈，其絕緣套管這樣設計，使它不僅適用較小功率的燈，而且特別也適用于有更大功率的燈(典型的是150至400W)，從而第一次有一個統一的可供使用的基本方案。
該目的通過本發明的特征得以實現。
一般來說，隨著功率的增長，絕緣套管的直徑增大，因此，填料毛細管的內徑也要加大。盡管如此，為了有效阻止密封區內躍遷，因此開發出另一種解決方案。
具體來說，涉及帶有特別是由氧化鋁構成的陶瓷放電容器的金屬鹵化燈，其中，放電容器具有兩個末端，用陶瓷填料封閉(對此應理解為單獨件或者在放電容器上整體構成的部件)，陶瓷填料各自含有拖長的毛細管(以下稱為填料毛細管)；其中，導電絕緣套管穿過該填料毛細管真空密封，它們與放電相關由內部件和外部銷形的部件組成。絕緣套管在填料外面用玻璃焊劑封閉。在絕緣套管上，內部固定帶其電極體的電極，電極體伸入放電容器的內部。
絕緣套管的內部件包括由對鹵化物穩定的金屬(優選鉬或鎢或其合金)構成的銷，其直徑最大為0.5mm，銷由相同或者相同效果材料的多層，優選雙層螺旋線包住。無論是為芯銷還是為多層螺旋線，優選材料鉬。該材料的主要優點是，各元件(芯銷和螺旋線)的絕對膨脹有處于臨界值以下的很小的絕對尺寸，以至于在封閉后和即使在燈工作期間，封閉區內也不會出現斷裂。由于多層螺旋線，電極系保持柔韌，以至于可以通過降低工作時或者封閉過程期間的膨脹應力。
重要的是，在封閉過程后冷卻時，由于絕緣套管，特別是螺旋線和環繞的陶瓷，也就是毛細管和傳送其壓力的熔融陶瓷/玻璃焊劑有不同的膨脹系數，所有這些螺旋線的幾何形狀都處于壓縮應力下。這些應力必須通過螺旋線壓入芯銷而形成的一次塑性變型才能降低。其優點是有盡可能小的接觸面。
作為雙層或者多層構成的螺旋線的特別作用是，通過外層壓入內層，降低應力的作用可以第二次和非常有效地得到充分利用。因為螺旋線比實心的芯線更容易變形。如果螺旋線的外層相對于內層相反纏繞，由于產生具有很高壓力接觸的對稱交叉點，所以這種作用原理特別有效。與此相應，也適用于多層。
如果使用纏繞的螺旋線替代多層，也可以同樣有效地降低應力。在這種情況下，因為可以選擇纏繞線的直徑略小于螺旋線內線的直徑，芯線和螺旋線內線上的接觸面區域內甚至產生特別高的壓力。纏繞線優選的直徑w為螺旋線內線直徑W的30至70％。
在燈工作時，由于密封位置上工作溫度較低(與封閉溫度相比)，應力比封閉過程時的應力要小。這些應力因此可以通過部件的彈性變形得到降低。塑性變形在這里會導致過早泄漏。
絕緣套管的外部件在其處于填料毛細管內的長度上用玻璃焊劑密封。此外，連接在其上的絕緣套管內部件的區域在小部分長度(約1至2mm)上由玻璃焊劑密封。在此方面，對延長使用壽命重要的因素是，內部件具有的外部尺寸相當于毛細管內徑的至少0.8倍，最大0.98倍。
其他重要前提是，芯銷的最大直徑小于恒等的0.5mm，螺旋線層的直徑最大相當于芯銷的直徑。每層的優選直徑小于芯銷的直徑。但是兩層的直徑不必相同。
燈的優選功率在100和1000W之間，但也可以是更大的功率(2000W和更高)以及更小的功率(例如70W)。
如果用D表示芯線的直徑，用d表示螺旋線的直徑以及用K表示毛細管的內徑，那么首先適用0.8K≤S≤0.98K。
在此方面，S為絕緣套管內部件的總直徑，因此，一般S＝D+nd，其中n為形式上的層數。在雙層情況下，因此S＝D+4d。依據本發明證明，如果對芯銷的直徑適用0.16K≤D≤0.40K就會達到可靠的封閉。
此外，對螺旋線的直徑d適用0.10K≤d≤0.195K。
在兩個螺旋層(d1和d2)有不同直徑的情況下，對上述公式適用d1+d2＝2d。其他表達是計算有效平均直徑d。一般在多層情況下它可以通過d1+...+dn＝nd表達，從而適用d＝(d1+...+dn)/n。
在另一可選擇的方式可在從150W開始使用的實施方式中，芯線采用纏繞的螺旋線纏繞。原則上這里適用芯線直徑D，螺旋線直徑W和纏繞線直徑wS＝D+2(W+2w)帶邊界條件D＞(W+2w)。
由于芯線必須厚于纏繞的螺旋線，因此該邊界條件取決于纏繞技術，。
上面給出的D和d區域在這里也適用。
適用w優選0.04K＜w＜0.1K。
在從600W(特別是1000W和更高)起的大功率情況下，會出現依據上述公式的最大直徑可能高于0.5mm，但是，考慮到持久密封應該避免出現這種情況。在這些情況下，最好是使用改型的螺旋線，方法是或者在雙層上置入第三層，或者不是由單-螺旋線(single-coiled，sc)，而是由雙-螺旋線(coiled-coil，cc或者纏繞線)組成一層，已選擇類似于上面所述的構成。
在雙層結構特別適用100至1000W的功率0.25K≤D≤0.30K。
此外，螺旋線的直徑d適用0.12K≤d≤0.15K。
芯銷的直徑優選最高為0.35mm。
螺旋線和芯銷之間相互確定的關系式如下(0.90K-D)/4≤d≤(0.96K-D)/4。
本發明使用兩部分的絕緣套管，由外部件和內部件組成，前者在熱膨脹下與(氧化鋁)-陶瓷配合，使H2和O2能滲透(特別是鈮銷或管，但也可以使用鉭)，用玻璃焊劑覆蓋和密封，后者鹵化物穩定，僅在其外端上部分用玻璃焊劑覆蓋和封閉。內部件為鉬或者高熔點的鎢構成的非常細的線。鎢可以具有錸添加物，在表面或者熔合或者電鍍。錸可以提高鎢的高溫容許負荷和耐腐蝕性。與此相反，鉬特別適用于含水銀填充物，鎢適用于無水銀填充物。鎢也特別適用于70W起的較小功率的燈。
內部件一側與外部件(鈮銷釘或者鈮管)連接，另一側與電極連接。
填料可以是單體，也可以是多體結構。例如，本身可以公知的方式，填料毛細管由環形填料件包圍。
最后，與現有技術相反，外部件置入填料毛細管內多深沒有影響。為可靠密封，僅需要2mm的最小深度。由于受熱原因，最大置入深度優選不超過填料毛細管長度的50％。
外部件在其處于填料毛細管的長度上完全封閉在玻璃焊劑內，內部件在約1至2mm的長度上處于其外端上。重要的是，鈮銷由于填充物的腐蝕作用，鈮完全由玻璃焊劑覆蓋。
下面借助多個實施例對本發明作詳細說明。其中圖1是帶陶瓷放電容器的金屬鹵化燈示意圖；
圖2詳細示出圖1中的燈端區；圖3示出圖1中的燈端區的另一個實施例；圖4和5示出圖1中的燈端區的另一個實施例。
具體實施例方式
圖1示出功率為150W的金屬鹵化燈。它由確定燈軸線的圓柱形石英玻璃外罩1組成，外罩兩側擠壓(2)并插入管座(3)。軸向設置的Al2O3陶瓷放電容器4的形狀為圓柱或者凸點，并具有兩個末端6。放電容器借助兩條箔8與管座3連接的引線7支撐在外罩1中。引線7與絕緣套管9，10焊接，后者各自與放電容器末端6的端填料12配合。填料件為細長的毛細管12(填料毛細管)。放電容器的末端6和填料毛細管12相互直接燒結。
絕緣套管9，10分別由兩個部件組成。外部件13分別為鈮銷，伸入毛細管12大約四分之一的長度之中。內部件14在毛細管12的內部延伸到放電體積。內部件14在放電側固定電極15，電極由鎢電極體16和在電極體放電側末端上凸點的螺旋17組成。絕緣套管的內部件14，確切地說是專用芯銷，分別與電極體15以及絕緣套管的外部件13焊接。
放電容器的填充物除了惰性點火氣體，例如，氬外，還由水銀和金屬鹵化物等添加物組成。也可以使用例如無水銀的金屬鹵化物-填充物，其中，作為點火氣體優選氙，特別是可以選擇明顯高于1.3bar的高壓。
圖2詳細示出圖1中的放電容器端區。作為絕緣套管9，10使用的系統，由作為帶有直徑為A的外部件13的鈮銷(或者也可以是管)和作為內部件14組成部分的細鉬銷18(直徑B，對此參見下面的表1)組成，內部件上有兩層各自的線徑為C的鉬螺旋20。毛細管12的總長度約為17mm，鈮銷13的線徑為D，內部件14的線徑為E，填料毛細管的內徑為F。
鈮銷13在放電側與鉬芯銷18對接焊接。在放電側上，芯銷18以相同方式焊接在電極體16上。
鈮銷13置入填料毛細管12中約3mm深，并借助玻璃焊劑19密封。在此方面重要的是，玻璃焊劑完全覆蓋該鈮銷，內部件的端點(1至2mm)也由玻璃焊劑覆蓋。
表1
在依據圖2的150W-燈的實施例中，使用附表1的尺寸。在同樣方式中，也為250W和400W的功率給出了優選尺寸。
表2為各功率級列出了毛細管的典型內徑以及芯銷18(D)和螺旋20(d)的最小和最大允許直徑。在此方面，采用兩層各自相同的直徑，常常是最簡單和最佳的解決辦法。但是，兩層的直徑也可以不同，特別是可以選擇外層的直徑明顯小于(30％和以上)內層的直徑。
表2
*)不能滿足2層螺旋的條件，因此使用3層螺旋或者可選擇的結構。
表3
*)不能滿足2層螺旋的條件，因此使用3層螺旋或者可選擇的結構。
表4
*)雙層螺旋情況下沒有優化方案此外，在不同功率的表3中，為表2中討論的數值給出了優選的范圍。最后在表4中分別為具體功率值給出了D和d的優化值。
在高功率情況下，預先規定的條件部分再也不能毫無問題地得到滿足，在這些情況下，也可以采用可選擇的技術。
最簡單的選擇，是如圖3所示使用另一層螺旋線21。在為1000W燈使用的這種三層螺旋線21中，芯線直徑為0.35mm，螺旋線直徑為0.29mm。
這種技術的其他實施例在表5中列出，其中，給出了功率、毛細管的內徑和芯銷和螺旋線的直徑。當然，各層的直徑在這里也可以是不同的。
表5三層螺旋線實施例
總之，由此也可以取得類似的效果，即取代多層螺旋，采用單層或者雙層中的雙螺旋的螺旋線(cc)。雙螺旋的螺旋線的單層在此方面相當于單層螺旋線的大致三層。在此方面，形式上起到中間層作用的螺旋線的芯線，通常具有大于纏繞在其上的構成最內層和外層線的直徑。
圖4示出原理。1000W燈的鉬芯線25直徑為0.35mm。安裝在其上的cc-螺旋線(一層)具有直徑(形式上的中間層)0.35mm的內銷26(螺旋線的芯線)和直徑0.25mm的纏繞在其上的線，它因此形式上構成內層和外層27和28。表6中給出了這種高瓦數燈的多個實施例。
表6單層cc-螺旋線實施例D＝內芯線；W＝芯線-螺旋線；w＝螺旋線
雙螺旋的螺旋線的雙層大致相當于單層螺旋線的形式上的六層。在此方面，各層的直徑不同。
依據圖5，在芯線30上裝有一雙層cc-螺旋，其中，每層為帶芯線的雙螺旋(cc)。兩層的尺寸可以不同。第一層具有第一個芯銷31(形式上它因此構成第二層)，環繞它纏繞有螺旋，它們因此構成第一和第三層32和33。以相同方式，第二層具有第二個芯銷34(形式上的第五層)，環繞它纏繞有螺旋，它們因此構成第四和第六層35和36。
在表7中，為不同的瓦特數給出了芯銷和雙螺旋線的尺寸。后者用于兩層。
表7雙層cc-螺旋線實施例D＝內芯線；W＝芯線-螺旋線；w＝螺旋線
在表8中，為150-400W給出了芯銷和纏繞螺旋線(一層cc-螺旋線)的尺寸。后者在該實施例中在芯銷上僅為一層。具體實施例為帶絕緣套管的150W的燈，絕緣套管具有鉬部件，其中芯線具有0.3mm的直徑，而螺旋線具有0.13mm直徑的內纏繞線，它用直徑0.07mm的細線纏繞。因此，形式上產生帶有任意數量交叉點的三層螺旋線。這種實施方式的優點特別是，芯線只與螺旋線有接觸點，而在sc-樣式情況下，內層具有芯線上連續的接觸面。該實施例與圖4的圖示相應。
表8單層cc-螺旋線實施例D＝內芯線；W＝芯線-螺旋線；w＝螺旋線
在正常情況下，所有層均緊密纏繞。然而，不排除各匝保持微小間距(最高間距為線直徑的20％)。螺距系數過大的缺點是，這些間隙對填充物具有附加的不希望出現的死容積。
權利要求
1.金屬鹵化燈，帶有陶瓷放電容器(4)，其中，放電容器具有兩個末端(6)，它們用陶瓷填料封閉，陶瓷填料各自含有帶內徑K的細長毛細管(12)，以下稱為填料毛細管；其中，導電絕緣套管(9，10)穿過該填料毛細管(12)，它們與放電相關由內部件(14)和外部件(13)組成，并在外面用玻璃焊劑(18)封閉，使絕緣套管的外部件在其處于填料毛細管中的長度上用玻璃焊劑封閉，而連接在其上的絕緣套管內部件的區域在1至2mm的小部分長度上由玻璃焊劑封閉；其中，在絕緣套管上固定帶電極體(15)的電極(14)，電極體伸入放電容器的內部；其中，內部件的外徑S根據內徑K確定，其特征在于，內部件(14)為一組合件，包括直徑為D的芯銷(18)，其上安裝至少兩層的螺旋線，帶有螺旋線的有效直徑d，其中，滿足下列關系式0.8K≤S≤0.98K；d≤D；D最大≤0.5mm0.16K≤D≤0.40K；0.10K≤d≤0.195K。
2.按權利要求1所述的金屬鹵化燈，其特征在于，螺旋線的兩層由單線構成。
3.按權利要求2所述的金屬鹵化燈，其特征在于，兩層反向相互纏繞。
4.按權利要求2所述的金屬鹵化燈，其特征在于，適用0.12K≤d≤0.195K。
5.按權利要求2所述的金屬鹵化燈，其特征在于，適用0.25K≤D≤0.30K，0.12K≤d≤0.15K。
6.按權利要求2所述的金屬鹵化燈，其特征在于，D≤0.35mm。
7.按權利要求2所述的金屬鹵化燈，其特征在于，適用(0.90K-D)/4≤d≤(0.96K-D)。
8.按權利要求2所述的金屬鹵化燈，其特征在于，第一和第二層的線直徑相等。
9.按權利要求1所述的金屬鹵化燈，其特征在于，螺旋線包含三層。
10.按權利要求1所述的金屬鹵化燈，其特征在于，螺旋線包含至少本身雙纏繞的一層，其中，帶有直徑W的內線由帶有直徑w的纏繞線纏繞，從而因此形式上取得三層的W+2w的厚度。
11.按權利要求10所述的金屬鹵化燈，其特征在于，螺旋線包含雙纏繞兩層，從而因此形式上取得六層。
12.金屬鹵化燈，帶有按權利要求1所述的陶瓷放電裝置，其特征在于，陶瓷放電裝置由Al2O3組成。
13.金屬鹵化燈，帶有按權利要求1所述的陶瓷放電裝置，其特征在于，內部件(14)的成分主要由金屬鉬和鎢組成。
14.金屬鹵化燈，帶有按權利要求1所述的陶瓷放電裝置，其特征在于，外部件(13)為鈮銷或者管。
全文摘要
帶有陶瓷放電容器(4)的金屬鹵化燈，其中，放電容器具有兩個末端(6)，它們用陶瓷填料封閉，陶瓷填料各自含有帶內徑為K的細長毛細管(12)，以下稱為填料毛細管；其中，導電絕緣套管(9，10)穿過該填料毛細管(12)，它們與放電相關，由內部件(14)和外部件(13)組成，并在外面用玻璃焊劑(18)這樣封閉，使絕緣套管的外部件在其處于填料毛細管中的長度上用玻璃焊劑封閉；其中，在絕緣套管上固定帶電極體(15)的電極(14)，電極體伸入放電容器的內部；其中，內部件的外徑S根據內徑K確定；其中，內部件(14)為一組合件，包括直徑D的芯銷(18)，其上安裝至少雙層的螺旋線，帶有螺旋線的有效直徑d，其中，滿足下列關系式0.8K≤S≤0.98K；d≤D；D
文檔編號H01J61/82GK1450589SQ0313123
公開日2003年10月22日 申請日期2003年4月3日 優先權日2002年4月3日
發明者R·許廷格爾, S·約恩斯特, R·克拉姆, D·朗 申請人:電燈專利信托有限公司