CN1922713B - 高压放电灯的电极系统 - Google Patents

Abstract

高压放电灯的电极系统(13)包括至少一个杆状柄(4)，该柄具有一个设于放电侧的自由端部附近的作为头部的螺旋灯丝(5)和一个与其连接的连接部件(8)，其中在该连接部件(8)上设有一个包封的绕组(11)，其中螺旋灯丝和绕组通过一个间距段(24)相互连接。

Description

高压放电灯的电极系统

技术领域

本发明涉及一种高压放电灯的电极系统。在此尤其是指含有水银和/或钠的高压放电灯的电极。应用范围例如为金属卤化灯、另一种尤其是钠高压灯。

背景技术

由EP 587 238和WO 95/28732已知一种高压放电灯的电极系统，其中应用了电极和引线，其中在电极柄上设有一个螺旋灯丝。同时在引线上设有一个包封的绕组。它部分用来改善密封和防止受腐蚀，但尤其是在陶瓷放电容器时螺旋灯丝装满毛细管里的死点容积；此外通常使用的钼的热膨胀系数更好地适合于Al₂O₃。螺旋灯丝常常由钨制成，以便在放电附近经受住高温。对于绕组来说更确切地取决于与玻璃焊料的相容性，因此这里大多应用钼丝。一般引线比柄更坚实而且相应地所述绕组由比螺旋灯丝粗得多的丝制成。通常对于小于大约100W的低瓦数的电极系统来说常常分为三部分，其中引线设计成两个部分，即具有一个连接部件用于由钼杆构成的电极柄和一个铌杆作为端头。较高功率的灯往往有三个部分或四个部分，它们作为连接件大多使用一种销钉状的金属陶瓷部件。

发明内容

本发明的任务是提出一种电极系统，用该电极系统可以改善高压放电灯的工作性能而且尤其也可以实现更好的光通量性能和日常维护性能。

本发明提供一种用于高压放电灯的电极系统，该电极系统至少包括一个电极，该电极具有一个杆状柄，该柄在该柄的放电侧的自由端部附近设有一个螺旋灯丝和一个与该柄连接的连接件，而且其中在连接件上设置了一个包封该连接件的绕组，其特征在于，在所述电极上，螺旋灯丝和绕组相互通过一个在螺旋灯丝和绕组之间建立刚性连接的机构连接起来，从而在螺旋灯丝和绕组之间存在固定间距。

本发明还给出了特别有利的设计方案。

另一项任务是提出一种具有一种这样的电极系统的灯。该任务通过具有至少一个按照本发明的电极系统的高压放电灯来解决，其中灯具有一个带有两个端部的放电容器，其中这样一种电极系统装入放电容器的端部中的一个或两个里，并且其中所述电极系统包括电极柄和引线。

按照本发明，在螺旋灯丝和绕组之间建立一种刚性连接，它改善了质量并使灯的性能有更好的可再现的结果。因此在螺旋灯丝和绕组之间存在一种固定的距离关系，使得反正必需的对绕组的精确的调整就自动地引起了对螺旋灯丝的精确调整。一种这样的逻辑联系由于本身完全不同的对螺旋灯丝和绕组的要求特性以前并没有加以考虑。

对于本发明的基本原理来说，电极系统如何准确地构成并不起什么作用。它一般至少包括一个电极柄和一个连接件，该电极柄有一个设计成螺旋灯丝的头部。至少在连接件的一个部分上设有一个包封的绕组。

连接件一端可以整体上与电极柄连接。而整体形成的部件大多包括一个由钨制成的杆。

然而连接件也可以是一个单独的部件。在这种情况下往往在结构上与装在连接件上的引线的一个部分合起来。连接件通常由钼、钨或金属陶瓷制成。在这种情况下连接件的直径往往显著大于(直到150％)或者甚至远远大于(直到40％)电极柄的直径。按照本发明的方案可以按照如下加以考虑：当螺旋灯丝和绕组的直径有很大差别时这两个部件由单独的工件制成，它们相互连接起来。一种典型的刚性连接例如可以通过焊接、钎焊或卷绕来实现。

若电极柄和连接件的直径选择得并不过份地不同而且相互相差不大于50％，尤其是甚至包括等于20％，那么本发明就显示出特别的优点。同时螺旋灯丝和绕组通过一种所谓的绕组中断部分相互连接起来。这种技术的优点是：螺旋灯丝和绕组在一个工作过程中就直接卷装到电极系统上，而且不象以前通常必须单独制成，然后还要费力地单独装上。因此这项新技术在电极系统和因此制成的高压放电灯的降低成本和改善质量方面都是一种量的飞跃。

本发明使业界尤其能够简化装有电极的陶瓷放电容器的制造并使之更廉价。同时具有小功率的灯的开发也就尤其成为注目点。因为简单和可靠的加工方法可以首次在加工时实现小的公差，尤其是范围从20至75W的小功率时。

通常的电极系统分成三个部分并包括一个由钨制成的电极柄和一个分成两部分的引线，该引线具有一个由钼制成的连接件，在连接件上装有绕组，还有一个由铌制成的端头。连接件往往也由一种导电的金属陶瓷制成，该金属陶瓷由具有如本身已知的大致相同分额的钼和Al₂O₃构成。这种实施方式通常宁可用于直到150W的小功率。在连接件上的绕组可以通过另外一个绕组来修正。该另一绕组可以具有与第一绕组大致相同的性能并在第一绕组上构成由相同材料制成的补充的第二层，或者也可以由其它材料制成，或者作成在原来绕组上的缠绕金属丝用于改善稳定性。

较高功率(150至400W)用的另一种实施方式应用一种分成四个部分的电极系统，其中在通常由钼制成的连接件和通常由铌制成的端头之间装有一个中间段，大多为金属陶瓷。

一般使通常分成两部分至四个部分的电极系统的各个不同的组成部分焊接或者钎焊或者机械连接，例如通过卷边或插接。

按照本发明的电极系统既可应用在陶瓷的也可用在玻璃制成的用于高压放电灯的放电容器里。放电容器一端或者两端封闭不起什么作用。若是单端压缩变形就使电极弯曲。使电极在放电容器里在其柄上固定住，例如通过一个引线，该引线是柄的一部分或者装于其上面，其中该引线在一个陶瓷的毛细管里密封住，如本身已知的那样，或者以挤压方式或者以熔化方式。

在电极柄上的螺旋灯丝可以与柄平齐地封闭，或者也可以突出或缩回。

因此电极的加工可以特别简单。原始材料例如包含一个连续绕组、绕组段和绕组的中断部分。第一绕组段可以构成螺旋灯丝(W)，一个相邻的通过一个所谓绕组中断部分(U)间隔开的第二绕组段可以构成绕组(W)。原则上一个这样的所谓WUW-绕组可以制成具有任意长度，尤其是具有任意长度的卷绕段和绕组中断部分并可以应用它。

具有至少一个电极系统的一种典型的灯具有至少一个放电容器，它含有金属蒸气，尤其是水银和/或钠，其中放电容器由玻璃或陶瓷制成。优选涉及功率为20至400W的相对低功率的灯。但并不排除高功率的灯，例如直到2000W。

用于制造电极系统的优选的制造方法也可以进一步修改，从而应用一种由具有不同直径的两个部分组成的芯部杆来代替一种连续的芯部杆，后者一起解决了柄和连接件的任务。

将连续绕组切成部段优选借助于金属线腐蚀或者通过应用激光脉冲来实现。一种这样的绕组具有良好的尺寸稳定性。螺旋灯丝可以不再滑动。螺旋灯丝在芯部杆上保持平齐地封闭。此时在载荷强烈时排除了螺旋灯丝的落下。

此外产生了一种规定的热传递。电极参数在一个生产批次中现在是相同的，使得对于所有的灯来说在螺旋灯丝和柄之间的接触和因此在灯起动之后开始的热传递实际上也是相同的。用于固定螺旋灯丝的单独的机构，例如象在DE-A 198 08 981中所述的突出部分那样，现在就不再需要了。新的制造方法的另外一个优点是电极由于不再推移而不能再弯曲了。极端受保护的加工引起了在电极部位里不再伸出接头，从而改善了灰度特性和电弧稳定性。

用新的制造方法可以加工极简单的，也是由两个部分组成的电极系统，这些电极系统对于很小的功率来说也是尺寸稳定的。对于具有螺旋灯丝的20W的灯来说至今还没有合理的大规模的制造方法。

因此也可以设置专门的构件，它们起到电极系统的前段的作用，并且具有高度的对称性。对称的电极系统或者说构成前段的构件的优点在于：由此使将电极系统的组成部分相互连接起来的第一或唯一的焊接布置在离放电电弧更远处，因而使过热的焊接点和折断电极头的问题最小化。

在高功率时，例如150至600W，现在可以用一种成本经济的三部件设计方案来代替费事的四部件设计方案，因为前段的长度可以确定，因此这里也可以使焊接接头移出热区。另外一个优点是：在较冷的地区可以应用更好适应的金属陶瓷。以前对于大功率来说不可能用三部件设计方案，因为一方面金属陶瓷材料的热稳定性不够，而且反过来由于根据这种措施而引起的在毛细管里大的死点容积而禁止使芯部杆延长一直至引线里。另一方面也不可以使用钼杆，因为这样密封起的作用不够。一种由钼制成的大杆在热膨胀系数方面与毛细管的陶瓷很不匹配。

具有螺旋灯丝和绕组的一种电极系统的新的制造方法使制造更加简单和成本经济并使得自动化更加容易。

新的电极很好地适合于借助于激光来制造。通常对于这种加工来说使用一种Nd-YAG(钕-钇铝石榴石)激光器。激光器可以用作切割工具或者用于材料加工，尤其是剥蚀。首先实现一种特别直的无毛刺的切割，其次可以在电极尖端上以简单的无接触的方式实现一个突出的芯部杆。激光器的另外一种应用领域是：可以使距离段的横截面面积完美地局部减小。这种局部的剥蚀用于减小在螺旋灯丝和绕组之间的热影响。同时既减小了金属丝的高度也减小了其宽度。优选使高度减小，因为这样在这个位置上可以使直径减小。至一个陶瓷放电容器的毛细管的距离因此就加大了，这减小了产生裂纹的危险。

另外一种应用可能性是减小绕组的厚度，其方法是补充地减小最后线圈的高度。因此在端部上有利地改善了可焊性并使嵌入在这里包围住连接杆的熔融陶瓷里进行得更好。

通常高度降低30％至65％，这在直到100W的小功率时尤其是重要的。

连接件尤其可以设有附加的缠绕线圈。该线圈可以单独地制成并且可能的话后续推装上。但它也可以直接由绕组的金属丝整体地制成。所述附加的线圈可以是单层或者双层的并作成单绕线圈或双绕线圈。另一种方案是单层的缠绕线圈(Umspinnungsgewickel)。

附图说明

以下要根据多个实施例对发明详细叙述。附图所示为：

图1：一种高压放电灯的剖视图；

图2：另一种高压放电灯的剖视图；

图3：图2所示的电极系统的剖视图；

图4至13：电极系统的其它的实施例。

具体实施方式

图1概略示出一个金属卤化灯1的局部，它具有两端封闭的陶瓷放电容器2，功率为150W。电极3由杆4组成，它们作为电极柄具有连续恒定的直径。直径大约为500μm。在离杆的放电侧尖端为0.3mm的距离处在该柄4上装有一个直径为180μm的螺旋灯丝5。在放电容器2里装入有金属卤化物填充物。放电容器的端部6借助于毛细管7封闭住，该毛细管紧紧围住一个分成两部分的引线8，9，该引线由一个内连接件8和一个外端头9构成。端头9是一个铌杆。

图2详细示出放电容器2的一端。端头9借助于玻璃焊料10密闭在毛细管7里。连接件8由钼制成。连接件是一个杆(遮盖住)，它由一个钼制成的绕组11包封起来。连接件8的直径远远大于起到柄的作用的电极的芯部杆4的直径。该位于柄上用作电极头的螺旋灯丝5通过一个绕组中断部分12与绕组11连接，该绕组中断部分包括一个或多个线圈。线圈数量优选为1至3。

图3概略示出图2详细示出的灯的一个电极系统13的另一种实施例。它由一根通长的杆4组成，杆同时起到柄和连接件的作用。在放电侧的端部上设有一个螺旋灯丝5，它包括大约6圈金属丝并平齐地切断。引线侧的端部上设有一个由钨制成的同一金属丝的绕组11。它包括大约30个线圈。螺旋灯丝5和绕组11整体地制成并通过包括一个线圈的绕组中断部分12连接起来。螺旋灯丝和绕组之间的距离大约相当于螺旋灯丝5长度的三倍。

通常，螺旋灯丝和绕组之间的距离优选随着功率而提高。

图4中示出类似于图3构造的电极系统13，但螺旋灯丝5和绕组11并不是整体的，而是分开的。绕组11由钼制成，因为这种金属最适合用来匹配于毛细管7的陶瓷的热膨胀系数。这种电极系统当然由于钼的熔点相对较低不允许承载太大。换句话说这种系统良好地适合于直到100W的功率，但只是有条件的。其它适合于电极系统的材料为钨、钽和铼，它们可以单独使用或者组合使用。必要时一种材料用作在另一种材料上的涂层。绕组11的金属丝直径明显小于螺旋灯丝5的直径，以便使死点容积尽可能地小。螺旋灯丝和绕组通过一个焊接点S在绕组中断部分的端部上相互连接。

电极系统13通过如下方法而完成：在连接件8上还焊接上引线的由铌制成的端头9，其直径明显较大。绕组的直径和铌杆的直径大致同样大小。

在一种优选的实施方式中热匹配问题的解决办法在于：绕组由一种适合的材料组合制成。这尤其适合于高负荷的灯。在图5中示出电极系统13的一个部分，其中相对于毛细管材料的热膨胀系数的匹配问题的解决办法是：在由钨制成的并且如图3所示那样与螺旋灯丝整体构成的实际的绕组11上设有一个第二绕组14，它由钼组成。绕组14通常由于死点容积的最小化由比较细的金属丝-一般要细20％至50％-制成。

图6示出一种电极系统的一个部分，该电极系统应用一个标准构件作为在电极系统的放电端部上的前段20。该标准构件由一根金属芯线21构成，芯线构成了连接件的柄和与其连接的第一部段。螺旋灯丝22装在柄的第一端部上，也就是说尤其使螺旋灯丝22与柄平齐地封闭。具有与螺旋灯丝22相同长度的绕组23同样也平齐地装在柄的第二端部上，其中在它们之间设有一个绕组中断部分24。由于螺旋灯丝22和绕组23长度相同，所述构件是对称的，这大大简化了在加工中的应用，因为由于对称就不必注意装入时构件的指向。换句话说，螺旋灯丝和绕组此处是同样的部件，它们相互可以更换。

图7示出所述前段20如何接装到引线的其它组件上。在此，前段20与一个由金属陶瓷制成的中间部分或中间段25焊接，该中间段用一个单独的绕组26包封起来。接装在上面的端头27由铌制成，同样也通过焊接接装上。在电极和引线之间的常规界限也就是说有利于结构上的优点而取消了。

这种布置的特殊的优点是：这里绕组23和中间部分25分开的绕组26的外径不必同样大，因为前段20的几何形状和材料可以按螺旋灯丝22的需要进行优化，而中间部分25则针对毛细管里的包络和密封作用来进行优化。

图8a和8b示出一种电极系统30，其中展示了在螺旋灯丝35和绕组39之间固定间距的优点。前段31按图8a所示新的样式设计。相反，连接件32和终端33可以是传统的，也就是说例如使一个钼绕组39设置于一个钼杆34a上(虚线)并与一个端头33，即由铌制成的杆焊接。这里应用一种前段31，它按图8a所示由一个由钨制成的柄34构成，在该柄上装有一个由钨制成的螺旋灯丝35。但附带地还在柄34上卷绕一个绕组中断部分36，它一直伸到柄的后端部37。

按照图8b可以使该前段31与传统的连接件32焊接起来。很概略示出的焊接连接点38不仅连接芯部杆34和34a，而且也将绕组中断部分36与绕组39连接。这里同样可以使几何形状和材料由于前段和中间部分之间的脱开而针对相应特定的要求进行优化。

图9示出一种电极系统13，其中结构单元具有一个芯部杆4作为柄以及整体构成的连接件。螺旋灯丝5如同通常那样位于柄4的放电侧端部上，而绕组11比隐藏在里面的连接件4’更长，因此在连接件的背面端部上可以将端头推入空腔15里并且然后卷边。因此可以取消焊接过程。

图10示出图9所示方案的替代方案，其中唯一的区别是在连接件4’的后面端部上接有一个附加的绕组中断部分16，就是说没有芯部杆。在该实施例中将端头装在空腔15里并被绕组中断部分16卷边。

图11示出一种电极系统13，它具有一种分成三部分的结构：一个不对称的具有连续的芯部杆4的前段17，该芯部杆构成柄和连接件的第一部分。在其上面是一个短的螺旋灯丝18和一个长的绕组19。接着该绕组19焊接一个外面包围有钼绕组的金属陶瓷杆28，在钼绕组上面又焊接了一个端头29。焊接点分别用38表示。

图12示出一个前段35，其中绕组中断部分40具有两个线圈长。螺旋灯丝14的外径和绕组29的外径之间的比值这里为1∶3，在该绕组里可以配入一个尺寸合适的中间件。

70W的灯是标注尺寸的一个具体例子，其中柄21的直径为250μm，卷绕在其上面的用于螺旋灯丝和绕组的金属丝的直径为150μm。由此加工成的对称的前段(参见图6和7)其螺旋灯丝22的长度为1.1mm，绕组中断部分24(1圈)的长度为1.8mm，而绕组23的长度又是1.1mm。接装于上面的用钼丝26缠绕的中间部分25长度为8.5mm，其芯部杆的直径为400μm，卷绕金属丝的直径为140。接装于上面的由铌制成的端头27的长度为16.8mm并由一根直径为730μm的铌杆组成。

一种35W灯的标注尺寸规定为：铌杆27的直径为610μm；中间部分的钼芯部杆25的直径为300μm，所缠绕的钼丝26直径为130μm；起到电极柄和连接件的连续部分作用的芯部杆21的直径为154μm；在该芯部杆21上卷绕一个由直径为122μm的金属丝制成的螺旋灯丝22、绕组中断部分24和绕组23。

150W灯的标注尺寸规定如下：铌杆27的直径为880μm；中间部件的钼芯部杆25的直径为540μm，所缠绕的钼丝26直径为150μm；起到电极柄和连接件的连续部分作用的芯部杆21的直径为500μm；在该芯部杆21上卷绕一个由直径为180μm的金属丝制成的螺旋灯丝22、绕组中断部分24和绕组23。

连接件的直径DA可达柄直径DS的50％至400％。

通常可以使分开的螺旋灯丝和绕组相互刚性连接起来，其方法是使绕组中断部分的端部与绕组或螺旋灯丝的开头焊接起来，此时绕组中断部分或者整体地接在绕组上或者在螺旋灯丝上。绕组中断部分也可以替代地与螺旋灯丝和绕组分开，那就需要两个焊接点。也可以用一种纯机械的刚性连接来代替焊接或者钎焊等等，例如通过将绕组中断部分穿入可能弯曲的螺旋灯丝或绕组的端部，类似于卤化物白炽灯所已知的技术。

绕组中断部分也可以是直的距离段41，它例如通过焊接点42插入在螺旋灯丝5和绕组11之间，参见图13，用以代替一种螺旋形卷绕的绕组中断部分。

图14示出一个实施例，其中芯部金属丝21被一个绕组中断部分24缠绕，它部分地是一个完好的金属丝部段24u，部分地是一个直径已被剥蚀至大约60％的金属丝段24r，这可以借助于激光加工最简单地来实现。按此方式抑制了热流从电极头部向后。图15示出一种替代方案，它原则上为图9所示，然而不同的是：这里绕组中断部分均匀地在侧面收缩(41)或者单侧收缩(42)。两者又可以借助于激光，但也可以机械地进行加工。

图16示出：绕组11的端头部分45，也就是说位于远离放电的端部上，可以具有减小的直径，以便使绕组部位最优化，该部位与熔融陶瓷或玻璃焊料10相接触，为了更好地理解参见图2。杆4和绕组中断部分12以及螺旋灯丝5则对应于图2中所示的布局。此处部件45处高度的剥蚀最好也用激光器来实现。

Claims (23)

1.用于高压放电灯的电极系统(13)，至少包括一个电极，该电极具有一个杆状柄(4)，该柄在该柄的放电侧的自由端部附近设有一个螺旋灯丝(5)和一个与该柄(4)连接的连接件(8)，而且其中在连接件上设置了一个包封该连接件的绕组(11)，其特征在于，在所述电极上，螺旋灯丝(5)和绕组(11)相互通过一个在螺旋灯丝和绕组之间建立刚性连接的机构连接起来，从而在螺旋灯丝和绕组之间存在固定间距。

2.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述连接件的直径DA为柄的直径DS的50％至400％。

3.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述螺旋灯丝(5)和绕组(11)是分开的部分，它们相互通过用作所述机构的距离段刚性地连接起来。

4.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述螺旋灯丝(5)和绕组(11)是整体构成的结构单元，该结构单元包括所述机构。

5.按权利要求4所述的电极系统，其特征在于，所述螺旋灯丝和绕组通过一个绕组中断部分(24)作为所述机构相互连接起来。

6.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述连接件是一个单独的部件。

7.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述连接件是柄的一个整体构成的延长部分。

8.按权利要求7所述的电极系统，其特征在于，至少所述柄由高熔点的导电材料制成。

9.按权利要求7所述的电极系统，其特征在于，至少所述柄由钨或钽单独制成或主要由钨或钽制成。

10.按权利要求6所述的电极系统，其特征在于，所述连接件单独由材料钼、铌、导电金属陶瓷中的一种制成，或主要由这些材料中的一种或由钼或者铌的一种合金制成。

11.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述螺旋灯丝

(5)和绕组(11)由同一种材料制成。

12.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述螺旋灯丝和绕组由钼和/或钨制成。

13.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述螺旋灯丝和绕组具有相同的螺距。

14.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述电极系统包括一个前段，通过螺旋灯丝(22)和绕组(23)具有相同的长度，在前段中螺旋灯丝和绕组相互对称。

15.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，在绕组(11)上或者其中一个部分上设置至少一个其它的绕组或缠绕包。

16.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述连接件基本上具有与柄相同的直径，它们直径的相互偏差小于30％。

17.按上述权利要求之一所述的电极系统，其特征在于，所述机构的直径局部减小。

18.按权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述绕组(11)在远离放电的端部上具有减小的直径。

19.具有至少一个按权利要求1所述的电极系统的高压放电灯，其中灯具有一个带有两个端部的放电容器(2)，其中这样一种电极系统装入放电容器的端部中的一个或两个里，并且其中所述电极系统包括电极柄和引线。

20.按权利要求19所述的高压放电灯，其特征在于，所述连接件是引线的第一部分。

21.按权利要求20所述的高压放电灯，其特征在于，所述引线还包括终端的第二部分。

22.按权利要求19所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器(2)由陶瓷制成。

23.按权利要求21所述的高压放电灯，其特征在于，所述第二部分是一个铌杆。

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