DE10137794B4 - Elektrode für Hochdruckentladungslampen und Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Abstract

Elektrode für Hochdruckentladungslampen, wobei die Elektrode (1) aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metalllegierung besteht und an ihrem entladungsseitigen Ende eine Stirnfläche (1a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (1a) mit mindestens einer nadelartigen Erhebung (3) versehen ist, deren Dicke oder Durchmesser erheblich kleiner als die Dicke oder der Durchmesser der Elektrode (1) ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Hochdruckentladungslampe mit derartigen Elektroden.
• I. Stand der Technik
• Eine derartige Elektrode ist beispielsweise in der US 4,275,329 beschrieben. Die in dieser Schrift offenbarte Elektrode ist für den Einsatz in einer Miniatur-Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe vorgesehen. Sie besitzt einen Molybdänschaft, der mit einem dünneren Wolframstift verschweißt ist. Das freie Ende des Wolframstiftes weist eine entladungsseitige Stirnfläche auf, die gemäß einem Ausführungsbeispiel auch sphärisch ausgebildet sein kann. Der Wolframstift ist ferner von einer Wendel umgeben.
• Die DE 32 21 084 C2 offenbart eine elektrische Entladungsvorrichtung zur Erzeugung von Licht oder für die chemische Synthese mit durch Dielektrikum voneinander getrennten Entladungselektroden.
• Die 197 38 574 A1 beschreibt eine Wolframelektrode für eine Hochdruckentladungslampe mit einer konisch zulaufenden Spitze und ein Herstellungsverfahren für diese Elektrode.
• Die DE 25 35 922 offenbart eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Elektroden, deren entladungsseitige Enden unterhalb der Lampenlängsachse liegen.
• Die EP 0 703 600 B1 beschreibt eine Hochdruckentladungslampe mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Kathode einen zylindrischen Grundkörper aufweist, der sich zu einer Spitze verjüngt.
• II. Darstellung der Erfindung
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Elektrode für Hochdruckentladungslampen bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Elektrode soll beim Einsatz in Hochdruckentladungslampen eine verringerte Verlustleistung und erhöhte Lebensdauer der Hochdruckentladungslampen gewährleisten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
• Die erfindungsgemäße Elektrode besteht aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metalllegierung, beispielsweise aus Wolfram oder aus einer Wolframlegierung. Die entladungsseitige Stirnfläche der erfindungsgemäßen Elektrode ist mit mindestens einer nadelartigen Erhebung versehen, deren Dicke oder Durchmesser erheblich kleiner als die Dicke oder der Durchmesser der Elektrode ist.
• Es hat sich gezeigt, dass der Entladungsbogen in der Hochdruckentladungslampe bevorzugt an einer der nadelartigen Erhebungen ansetzt. Mittels der mindestens einen nadelartigen Erhebung kann der Ansatzpunkt des Entladungsbogens auf der Stirnfläche der Elektrode beeinflusst werden. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass der Entladungsbogen an einer nadelartigen Erhebung ansetzt, ist die erfindungsgemäße Elektrode vorteilhafterweise mit zahlreichen nadelartigen Erhebungen ausgestattet. Durch den Ansatz des Entladungsbogens an einer der nadelartigen Erhebungen werden die Verlustleistung und die Temperatur der Elektrode deutlich gesenkt. Die Elektrodentemperatur erreicht nicht einmal mehr den Schmelzpunkt des Elektrodenmaterials. Insbesondere ist die mindestens eine nadelartige Erhebung thermisch und mechanisch stabil und besitzt eine hohe Stromtragfähigkeit. Außerdem verringert die mindestens eine nadelartige Erhebung die Elektronenaustrittsarbeit des Elektrodenmaterials derart, dass keine Emittermaterialien benötigt werden, um Elektronen für die Gasentladung in der Lampe freizusetzen. Insbesondere ist kein Thoriumoxid erforderlich, um eine gute Zündwilligkeit der Hochdruckentladungslampe zu gewährleisten. Die Form der mindestens einen nadelartigen Erhebung hat keinen Einfluss auf ihre Funktion, sondern nur ihre Abmessungen. Die Dicke bzw. der Durchmesser der mindestens einen nadelartige Erhebung muss wesentlich kleiner als die Dicke oder der Durchmesser der Elektrode sein, vorteilhafterweise um mindestens eine Größenordnung kleiner, um einen deutlichen Effekt zu zeigen. Bewährt haben sich Elektroden, deren nadelartige Erhebungen eine Dicke bzw. einen Durchmesser im Bereich von 0,01 mm bis 0,1 mm und eine Länge bzw. Höhe im Bereich von 0,03 mm bis 0,3 mm besitzen.
• Die erfindungsgemäße Elektrode ist vorzugsweise als Stiftelektrode ausgebildet, die in niederwattigen, an Wechselspannung oder rechteckförmiger Spannung betriebenen Hochdruckentladungslampen eingesetzt wird. Um die thermische Trägheit der Elektrode zu erhöhen, ist die erfindungsgemäße Stiftelektrode vorteilhafterweise mit einer koaxial angeordneten Elektrodenwendel versehen. Die erfindungsgemäße Elektrode hat sich insbesondere auch in Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen bewährt.
• II. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung des entladungsseitigen Endes einer erfindungsgemäßen Elektrode
• 2 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Ausschnittes der entladungsseitigen Stirnfläche der in 1 abgebildeten Elektrode
• 3 eine schematische Darstellung einer Hochdruckentladungslampe mit den erfindungsgemäßen Elektroden
• Die Elektrode gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Verwendung in einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 W vorgesehen. Diese Elektrode ist als Stiftelektrode ausgebildet und besteht aus Wolfram, insbesondere aus einem zylindrischen Wolframstift 1. Der Durchmesser des Wolframstiftes 1 beträgt 0,25 mm. Das entladungsseitige Ende der Stiftelektrode 1 weist eine abgerundete bzw. konvex gewölbte Stirnfläche 1a auf, während das andere Ende in bekannter Weise mit einer als Stromzuführung dienenden, gasdicht im Entladungsgefäßende eingebetteten Molybdänfolie verschweißt ist. Die entladungsseitige Stirnfläche 1a ist mit zahlreichen nadelartigen Erhebungen 3 ausgestattet, die wie Stacheln von der Stirnfläche abstehen. Die nadelartigen Erhebungen 3 haben eine Dicke von ungefähr 0,02 mm und eine Länge bzw. Höhe von ungefähr 0,05 mm. Der Entladungsbogen 2 setzt an einer der nadelartigen Erhebungen 3 an. Die Herstellung der nadelartigen Erhebungen erfolgt beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens oder durch Aufbringen von Wolframpulver geeigneter Korngröße, beispielsweise 20 μm, auf die Stirnfläche mit Hilfe eines Binders und anschließender Entfernung des Binders durch einen Glühprozeß, oder auch durch Spleißen des entladungsseitigen Endes des Wolframstiftes 1.
• Zwei derartige, diametral angeordnete Elektroden 4, 5 werden in der oben erwähnten Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe verwendet, um eine Gasentladung in dem Entladungsgefäß 6 der Lampe zu generieren. Der Abstand der beiden Elektroden 4, 5 beträgt 4,2 mm. Die Lampe wird an einem Vorschaltgerät mit einem rechteckförmigen Strom von 400 Hz und 0,4 A betrieben. Das rotationselliptische Entladungsgefäß 6 besteht aus Quarzglas und besitzt einen Durchmesser von 3 mm und eine Länge von 7 mm. Die im Entladungsgefäß 6 eingeschlossene ionisierbare Füllung besteht im Betriebszustand der Lampe aus 50 bar Xenon, 20 bar Quecksilber und Zusätzen von Natriumjodid sowie Scandiumjodid. Bei dieser Lampe wird mittels der nadelartigen Erhebungen die Temperatur an den Stirnflächen der Elektroden 4, 5 auf 2350 K gegenüber 2900 K bei unbehandelten Elektroden gesenkt. Entsprechend wird auch die Verlustleistung in den Elektroden von 3,4 W auf 2,4 W reduziert. Dementsprechend ist auch der alterungsbedingte Lichtstromrückgang bei den Lampen mit den erfindungsgemäßen Elektroden geringer als bei den Lampen mit unbehandelten Elektroden. Nach 2000 Betriebsstunden betrug der Lichtstromrückgang bei den Lampen mit den erfindungsgemäßen Elektroden 22% gegenüber 35% bei den Lampen mit den unbehandelten Elektroden gemäß dem Stand der Technik.

Claims (8)

1. Elektrode für Hochdruckentladungslampen, wobei die Elektrode (1) aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metalllegierung besteht und an ihrem entladungsseitigen Ende eine Stirnfläche (1a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (1a) mit mindestens einer nadelartigen Erhebung (3) versehen ist, deren Dicke oder Durchmesser erheblich kleiner als die Dicke oder der Durchmesser der Elektrode (1) ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke oder der Durchmesser der mindestens einen nadelartigen Erhebung (3) um mindestens eine Größenordnung kleiner als die Dicke oder der Durchmesser der Elektrode (1) ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke oder der Durchmesser der mindestens einen nadelartigen Erhebung (3) einen Wert im Bereich von 0,01 mm bis 0,1 mm besitzt.
4. Elektrode nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge bzw. die Höhe der mindestens einen nadelartigen Erhebung (3) einen Wert im Bereich von 0,03 mm bis 0,3 mm besitzt.
5. Elektrode nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) als Stiftelektrode ausgebildet ist.
6. Elektrode nach Anspruch 5 mit einer koaxial zur Stiftelektrode angeordneten Elektrodenwendel.
7. Hochdruckentladungslampe mit mindestens einer Elektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche.
8. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7.