CN101171661A - 用于高强度放电灯的电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于高强度放电灯的电极，这种电极至少包括电极头(2)和电极基部(1)，电极头(2)具有球形形状，其中，在垂直于电极的纵向轴线的方向，电极头(2)的尺寸大于在电极头(2)与电极基部(1)之间的过渡的电极基部(1)的尺寸，且将球形电极顶端(3)布置在电极头(2)上，电极顶端在垂直于电极的纵向轴线的方向的最大尺寸小于电极头(2)的最大尺寸。将圆柱形突出物(4)布置在电极顶端(3)上，这种圆柱形突出物在垂直于电极的纵向轴线的方向具有小于连接电极顶端(3)的最大尺寸。可用一体式坯料制造这种电极。

Description

用于高强度放电灯的电极

技术领域

本发明涉及用于高强度放电灯的电极，这种电极至少包括电极头和电极基部，电极头具有球形形状，其中，在垂直于电极的纵向轴线的方向，电极头的尺寸大于在电极头与电极基部之间的过渡的电极基部的尺寸，且将球形电极顶端布置在电极头上，电极顶端在垂直于电极的纵向轴线的方向的最大尺寸小于电极头的最大尺寸。

除了其它的灯之外，还由于高强度放电灯(HID灯)尤其是UHP(超高性能)灯的光学性能的原因而优选将它们用于投射目的。在本发明的上下文中，词语UHP灯(Philips)还包括由其它制造商制造的UHP型灯。

背景技术

高强度放电灯通常具有两个电极，其中一个电极形成阳极和/或一个形成阴极。通常将这些电极布置成在放电室内在灯的纵向轴线上相互相对，放电室位于灯管中。

这些电极中的每一个具有位于它们的自由端的电极头和位于它们的另一端的电极基部，电极基部永久性地连接到灯。在灯的运行期间，大量的热通过这种连接(热桥)从电极传递到灯。由于热传导的原因，热就进入灯管的密封区域中，灯管的密封用于将电极固定到灯。并不能够将并不希望的该区域的石英材料的再结晶消除，尤其是在密封或所称的箍缩。

放电灯密闭密封并进行填充，尤其是以公知的方式用惰性气体、汞和卤素填充。在电极的相对部分之间，弧光放电在放电室中产生，其中，电弧用作高强度放电灯的光源。

通过内电极将电力引入，优选这些内电极用钨制成。通常将这些电极通过钼箔连接到外镇流器。

例如，可从US 6,552,499 B2获知用于HID或UHP灯的电极，这些电极带有球形电极头，电极头具有球形电极顶端。球形电极头尤其用作热缓冲器，以对从电极顶端到电极基部中的热传递产生影响。

在所描述的电极中，由于电极头所形成的热电弧的原因而导致的电极头材料的熔化，所以在灯的最初时间期间在电极头的自由端自动形成电极顶端。

例如，可将这个过程描述如下：

由于电弧的形成，所以电极材料的原子蒸发并且在等离子体中被电离。这些钨离子在电场的影响下淀积在电极的表面上并形成材料结块。这些材料结块具有如介于100与500μm之间的尺寸且在位置与尺寸方面并不稳定，因此，电弧的位置受到影响。这就可能导致并不希望的位移，即随着时间的推移而改变的电弧的位置。在电极表面上的这种材料结块的移动导致相对于大致垂直于灯轴线的平面的极大位移的情况下尤为如此。若在该位置的表面适当地大，那么甚至可形成多个这种材料结块，而且这通常还会导致电弧的极大的不稳定。这引起光强度的波动，这些波动具有很大的破坏性，尤其是在用于投射目的的UHP灯的运行期间尤为如此。

WO 03/001563公开了用于HID和UIP灯的电极，这些电极带有球形电极头，这些电极头具有位于电极头的自由端的圆锥形电极顶端。现已证明这些圆锥形电极顶端限制形成以在圆锥形顶端的表面上移动的材料结块的能力。这种圆锥形形状旨在避免材料结块在球形电极头的表面上形成并在该表面上移动。

通过将两个部分连接起来用技术上复杂的方式产生这些带有圆锥形顶端的电极。这就要求在将这两个非常小的部分连接在一起时将这两个部分非常精确地定位和保持。

通过局部熔化然后冷却一体式圆柱形坯料来用电极基部和球形电极头制造连续电极的第一部分。然后就该第一部分连接到第二部分，且电极顶端的圆锥形部分在该过程中或之后形成。在下一个步骤中，将圆柱形部分的余下部分与电极分离。

而且，这种解决方案限制灯的设计可能性，因为球形电极头的直径通常受到内灯管的直径的限制；该直径通常为约2mm。

以垂直于电极的纵向轴线的方向的电极头具有大于电极的连接的电极基部的尺寸，尤其是大于在电极头与电极基部之间的过渡的电极基部的尺寸，这些电极头要求用作热缓冲器和热辐射器，以减少通过电极基部从电极头到灯中的热传递。

这些电极头通常呈球状或球形，但在本发明的上下文中并不仅限于这些形状。

这些电极尤其是在以垂直于电极的纵向轴线的方向大于某种尺寸或大小的电极的一种缺陷在于在灯的运行期间，一个或多个电极顶端在电极头上自动形成，且这些电极顶端并不稳定。

在相互相对布置在轴上尤其是灯的纵向轴线上的两个电极的情形中，以垂直于纵向轴线的方向的尺寸尤为重要。

这是因为在机械方面不稳定的电极顶端(材料结块)也在它们各自的位置上不稳定，即可及时在不同点在垂直于灯轴线的不同位置发现这些电极顶端。灯的工作寿命受到这些不稳定的电极顶端的“移动”的不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于前面所描述的类型的高强度放电灯的电极和对应的带有改进的工作寿命的高强度放电灯，以减少不稳定的电极顶端(材料结块)的并不希望的“移动”并因此而改进高强度放电灯的电弧的稳定性。这种电极的设计应允许电极的简单而又有成本效率的制造。本发明还提供方法，这些方法允许以有效而有成本效率的方式的这些电极的大规模工业制造。

本发明的目的通过权利要求1所主张的特征来实现。

对于本发明而言，将圆柱形突出物布置在电极顶端上是必要的，这种圆柱形突出物在垂直于电极的纵向轴线的方向具有小于连接的电极顶端的最大尺寸，且可用一体式坯料来制造这种电极。

利用根据本发明的解决方案，确定在灯的运行期间由电弧熔化的电极(甚至是带有大的电极头，即尤其是电极头的最大尺寸大于400μm的电极)的区域的尺寸，以使这种尺寸并不导致工作寿命的任何降低。可优化由电弧熔化的以垂直于灯轴线方向的电极区域的最小尺寸而并无功能上的损害。

而且，由于电极的至少两个区域的出现，可进行电极的其它设计，并因此而可进行灯管几何结构的其它设计，即电极顶端和电极头的其它设计，其中，电极顶端和电极头中的每一个具有热缓冲功能。

作为示例，由于电极顶端的出现，就减小电极头的直径，而具有相当的整体热缓冲能力。

这些电极头、电极顶端和缓冲元件(若有的话)用常规的电极材料制成并特别设计为固态。

在本发明的上下文中，词语“球形”与外部轮廓中的差异相关，即与球的形状不同，但也与往往仅在实际上使用完整的球的形状的部分有关。

可用目前所公知的方法制造电极的部分，如电极头和电极基部、电极头和电极顶端或电极顶端和突出物。

例如，还可利用公知的焊接和激光技术的方法。

优选将至少一个缓冲元件布置在电极头与电极基部之间，该至少一个缓冲元件具有球形形状，且在垂直于电极的纵向轴线的方向具有小于电极头的最大尺寸和大于电极基部的最大尺寸。这样就进行电极和灯的几何结构的其它设计。

出于本发明的另一个实施例的原因，优选电极顶端直径的值介于1700μm与300μm之间。

还优选突出物具有200μm至1500μm的最大轴向尺寸和200μm至1000μm的直径，特别优选介于300μm与600μm之间。

本发明的目的还通过权利要求1所主张的制造电极的方法来实现。

还优选通过将一体式圆柱形坯料局部熔化然后冷却来制造电极头。

本发明的目的还通过权利要求1所主张的包括至少一个电极的HIP灯来实现。

附图说明

将通过参考示于附图中的实施例的示例对本发明进行进一步的描述，但本发明并不仅限于这些实施例。

图1示出了根据本发明的电极的示意性截面图。

图2示出了带有缓冲元件的根据本发明的电极的另一个实施例的示意性截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电极的示意性截面图，其中，电极的纵向轴线是对称轴，用虚线示出。用于高强度放电灯即功率消耗为130W的UHP灯的电极包括电极头2和电极基部1。电极头2在垂直于电极的纵向轴线的方向具有大于位于电极头2的过渡的电极基部1的最大尺寸。球形旋转对称的电极头2的直径即最大尺寸为1.4mm；位于电极头的过渡的圆柱形电极基部1的直径为0.4mm。连接电极头2的是球形对称电极顶端3，电极顶端3在垂直于电极的纵向轴线的方向的最大尺寸为0.7mm，因此小于电极头2的直径。

朝向电极的自由端连接电极顶端3的是圆柱形旋转对称的突出物4。突出物4的直径为0.4mm，因此小于在垂直于电极的纵向轴线的方向的电极顶端3的最大尺寸。突出物4具有300μm的轴向尺寸。

用钨制成的电极用圆柱形杆制造，利用公知的焊接和激光技术的方法在这种杆的适当的点同时将杆加热并熔化，例如，利用多个激光器，在这种方法中，这种杆绕着其对称轴旋转。在冷却之后得到球形结构，这种球形结构是随后的电极头。之后就这种球形结构的一部分以相当的方式加热和冷却，这样就以所示出的方式形成电极头2和电极顶端3的形状。

在灯的第一次运行之前，突出物4的形状对应于最初的杆的形状，即呈圆柱形。

在约几百小时的运行之后，突出物4的形状已经改变；表面已经至少部分地被除去并展示出材料结块。

图2示出了带有缓冲元件5的根据本发明的电极的示意性截面图。

与图1不同，电极还具有缓冲元件5，缓冲元件5布置在电极头2与电极基部1之间。缓冲元件具有球形形状并具有小于电极头2(1.4mm)的最大直径(0.8mm)和大于电极基部1(0.4mm)的最大直径。

本发明已考虑到了下面的用于确定电极头的尺寸的规则：

1.5×d(4)＜d(3)＜2.5×d(4)

式中：

d(3)是电极顶端3的最大直径，且

d(4)是突出物4的最大直径。

这种定尺规则确保有这种电极顶端3的小的径向尺寸，这种小的径向尺寸仅对形成材料结块是可能的，这种材料结块仅允许以径向方向的极小的位移。电极顶端3的理想的缓冲行为尤其是在所称的预备阶段的缓冲行为并不受到不利的影响。

本发明已考虑到了下面的用于确定电极顶端的尺寸的规则(同样也适用于缓冲元件5)：

d(3)＜d(2)，尤其是1.5×d(3)＜d(2)，且

1.2×d(4)＜d(2-3)，尤其是1.5×d(4)＜d(2-3)。

式中：

d(2)是电极头2的最大直径

d(3)是电极顶端3的最大直径

d(4)是突出物4的最大直径，且

d(2-3)是在从电极顶端3至电极头2的过渡的最大径向尺寸。

Claims (11)

1.一种用于高强度放电灯的电极，所述电极至少包括电极头(2)和电极基部(1)，所述电极头(2)具有球形形状，其中，在垂直于所述电极的纵向轴线的方向，所述电极头(2)具有大于在所述电极头(2)与所述电极基部(1)之间的过渡的所述电极基部(1)的尺寸，且在所述电极头(2)上布置有球形电极顶端(3)，所述电极顶端在垂直于所述电极的所述纵向轴线的方向具有小于所述电极头(2)的最大尺寸，其特征在于：将圆柱形突出物(4)布置在所述电极顶端(3)上，所述圆柱形突出物在垂直于所述电极的所述纵向轴线的方向具有小于所述连接的电极顶端(3)的最大尺寸，且可用一体式坯料制造所述电极。

2.如权利要求1所述的电极，其特征在于：在所述电极头(2)与所述电极基部(1)之间布置至少一个缓冲元件(5)，所述缓冲元件(5)具有球形形状，且在垂直于所述电极的所述纵向轴线的方向具有小于所述电极头(2)的最大尺寸和大于所述电极基部(1)的最大尺寸。

3.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述电极头(2)具有介于700与3000μm之间的最大尺寸。

4.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述电极顶端(3)的直径值介于1700μm与300μm之间。

5.如权利要求1所述的电极，其特征在于：以旋转对称方式形成所述突出物(4)的形状且所述突出物(4)具有圆柱形形状。

6.如权利要求5所述的电极，其特征在于：

所述突出物(4)具有至多200至1500μm的轴向尺寸，优选介于200与800μm之间，以及

具有200μm至1000μm的直径。

7.一种制造如权利要求1所述的电极的方法，其中，以旋转对称方式形成所述突出物(4)的形状且所述突出物(4)具有圆柱形形状，且可用一体式坯料制造所述电极。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：通过局部熔化然后冷却一体式圆柱形坯料来制造所述电极头(2)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：在制造所述电极头(2)的方法步骤之后，通过局部熔化然后冷却所述一体式电极材料来制造所述电极顶端(3)和/或所述电极顶端(3)和缓冲元件(5)。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：局部熔化所述一体式圆柱形坯料是通过激光熔化过程来进行的。

11.一种HID灯，所述HID灯包括如权利要求1至6中的任何一项所述的至少一个电极。

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