DE102005013760A1

DE102005013760A1 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrode und Entladungslampe mit einer derartigen Elektrode

Info

Publication number: DE102005013760A1
Application number: DE102005013760A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Becker; Jianping Dr. Liu
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-09-28
Also published as: CN101147225A; JP2008533689A; US20090015163A1; CN101147225B; DE502006003811D1; EP1861862A1; EP1861862B1; DE112006001333A5; JP4918688B2; WO2006099849A1

Abstract

Offenbart sind eine Entladungslampe mit zumindest einer Elektrode sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode. Erfindungsgemäß ist das Gefüge eines Abschnitts (30) der Elektrode (20, 22) mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, zumindest teilweise umgewandelt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Entladungslampe mit einer derartigen Elektrode.
Derartige mit einer Elektrodenspitze versehene Elektroden finden beispielsweise in Entladungslampen Verwendung. Das Verfahren zur Elektrodenherstellung besteht im Wesentlichen aus der pulvermetallurgischen Herstellung eines Elektrodenrohlings, einem Sinterprozess und dem anschließenden mechanischen Umformen des Rohlings auf den gewünschten Elektrodendurchmesser. Das Umformen der Rohlinge erfolgt beispielsweise durch Walzen auf einer Mehrfachwalze oder durch Hämmern auf Rundhämmermaschinen. Hierbei wird der Durchmesser des Rohlings unter gleichzeitiger Längung des Materials reduziert. Für Elektroden mit kleinerem Durchmesser wird der Rohlingdurchmesser ab etwa 4 mm durch einen Ziehprozess weiter verringert. Es hat sich gezeigt, dass das Ziehen auf dünne Durchmesser eine längsgerichtete Faserstruktur und dadurch eine extreme Störung der Gefügestruktur innerhalb der Elektrode verursacht, da die Korngrenzenstrukturen parallel zur Längsachse des Rohlings verlaufen und zwar nicht nur im Bereich des Elektrodenschaftes sondern auch im Bereich der Elektrodenspitze. Nach dem Erzeugen der Elektrodenspitze durch aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Formgebungsverfahren, wie beispielsweise durch Rundschleifen oder chemisches Abtragen mündet die Korngrenzenstruktur an der schrägen Fläche der Elektrodenspitze.

Zur Verbesserung der Korngrenzenstruktur im Bereich der Elektrodenspitze ist es aus der DE 197 38 574 A1 der Anmelderin bekannt, die Elektrodenspitze durch radiales Umformen, beispielsweise mittels profilierten Hämmerbacken auszubilden. Diese Lösung ermöglicht eine der Kontur der Elektrodenspitze folgende Korngrenzenstruktur, da die Elektrodenspitze nicht durch mechanisches oder chemisches Abtragen erzeugt wird. Nachteilig bei derartigen Elektroden ist, dass die endgültige Gefüge- struktur und Reinheit der Elektrodenspitze erst beim Betrieb der Lampe aufgrund einer durch die Temperatureinwirkung der Gasentladung verursachten Rekristallisation des Gefüges erreicht wird. Das heißt, am Anfang der Betriebsdauer weisen derartige Elektroden eine langkristalline, faserartige Gefügestruktur auf, die zu schlechten Zündeigenschaften und einem ungünstigen Bogenansatz führen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode sowie eine Lampe mit einer derartigen Elektrode zu schaffen, bei denen gegenüber herkömmlichen Lösungen ein verbessertes Betriebsverhalten ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Lampe mit einer derartigen Elektrode durch die Merkmalskombination des Anspruchs 4 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, wird das Gefüge zumindest eines Abschnitts der Elektrode mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, zumindest teilweise umgewandelt. Aufgrund der Temperatureinwirkung der hochenergetischen Strahlung auf diesen Elektrodenabschnitt vereinigen sich die faserförmigen, langkristallinen Gefügebereiche zu kompakten, dichten Einheiten – mit anderen Worten – eine definierte Rekristallisation des Gefüges des Elektrodenabschnitts findet statt. Diese Rekristallisation bewirkt ein grobkristallines Gefüge im Bereich dieses Elektrodenabschnitts. Dadurch weist dieser Elektrodenabschnitt eine dem Betriebszustand der Lampe im Wesentlichen entsprechende Gefügestruktur und Reinheit auf. Der vorgenannte Elektrodenabschnitt umfasst vorzugsweise das entladungsseitige Ende der Elektrode. Die vorgenannte Gefügestruktur des entladungsseitigen Endes der Elektrode bleibt dadurch im Betrieb der Lampe stabil und es werden gute Zündeigenschaften sowie ein guter Bogenansatz gewährleistet. Dadurch ermöglicht die erfindungsgemäße Elektrodenspitze gegenüber dem Stand der Technik gemäß der EP 0 858 098 B1 bereits am Anfang der Lebensdauer der Lampe ein optimales Zündverhalten und eine gute Lichtbogenausbildung. Weiterhin wird aufgrund der Temperatureinwirkung eine hohe Reinheit der Elektrode erreicht.

Vorzugsweise wird das Kristallgefüge durchgängig umgewandelt. Dadurch liegt auch nach längerem Betrieb der Entladungslampe eine definierte, grobkörnige Gefügeoberfläche des Elektrodenabschnitts vor.

Die erfindungsgemäße Entladungslampe hat zumindest eine Elektrode, die zumindest einen Abschnitt aufweist, dessen Gefüge mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, zumindest teilweise umgewandelt ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Elektrodenabschnitt ein dem Betriebszustand der Entladungslampe im Wesentlichen entsprechendes Gefüge aufweist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat dieser Elektrodenabschnitt ein grobkristallines Gefüge.

Vorzugsweise hat dieser Elektrodenabschnitt eine dem Betriebszustand der Lampe im Wesentlichen entsprechende Reinheit. Dadurch werden Schwärzungen im Entladungsgefäß auf ein Minimum reduziert und die Lebensdauer der Entladungslampe wesentlich verlängert.

Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist dieser Elektrodenabschnitt mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung hergestellt.

Bei dem vorgenannten Elektrodenabschnitt handelt es sich vorzugsweise um das entladungsseitige Ende der Elektrode. Die Erfindung wirde vorzugsweise auf stabförmige Wolframelektroden, insbesondere für Hochdruckentladungslampen angewandt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Entladungslampe und
2 eine vergrößerte Darstellung einer Elektrode aus 1.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Hochdruckentladungslampe 1, wie sie beispielsweise in Fahrzeugscheinwerfern oder Projektoren Verwendung findet. Diese besitzt ein Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas mit einem Innenraum 4 und zwei diametral angeordneten, abgedichteten Endabschnitten 6, 8, die als Glaseinschmelzungen 10, 12 ausgebildet sind und jeweils eine Stromzuführung 14 aufweisen, die mit gasdicht in den Glaseinschmelzungen 10, 12 der Entladungslampe 1 eingebetteten, etwa rechteckigen Molybdänfolien 16, 18 verschweißt sind. In den Innenraum 4 ragen zwei diametral angeordnete, etwa stiftförmige Elektroden 20, 22 aus mit ThO₂ dotiertem Wolfram, die jeweils mit einer der Molybdänfolien 16, 18 verschweißt sind und zwischen denen sich während des Lampenbetriebs eine Gasentladung ausbildet. In dem Innenraum 4 des Entladungsgefäßes 2 ist eine ionisierbare Füllung eingeschlossen, die aus hochreinem Xenongas und mehreren Metallhalogeniden besteht. Die Elektroden 20, 22 haben jeweils einen in der Glaseinschmelzung 10 bzw. 12 eingebetteten als Elektrodenschaft 24 ausgebildeten ersten Endabschnitt 26. An einem zweiten Endabschnitt 28 sind die Elektroden 20, 22 mit einer Elektrodenspitze 30 versehen. Das Gefüge der Elektrodenspitzen 30 ist mittels hochenergetischer Strahlung zumindest teilweise umgewandelt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die hochenergetische Strahlung mittels Laser in die Elektrodenspitzen 30 eingebracht. Aufgrund der Temperatureiniwirkung der Laserstrahlung auf der Elektrodenspitze 30 vereinigen sich die faserförmigen, langkristallinen Gefügebereiche zu kompakten, dichten Einheiten – mit anderen Worten – eine definierte Rekristallisation des Gefüges der Elektrodenspitze 30 findet statt. Die Rekristallisation bewirkt ein relativ grobkristallines Gefüge im Bereich der Rekristallisation bewirkt ein relativ grobkristallines Gefüge im Bereich der Elektrodenspitze 30. Dadurch weist diese eine dem Betriebszustand der Entladungslampe 1 im Wesentlichen entsprechende Gefügestruktur und Reinheit auf. Diese Gefügestruktur der Elektrodenspitze 30 bleibt im Betrieb der Lampe 1 stabil und hat gute Zündeigenschaften sowie einen vorteilhaften Bogenansatz. Die erfindungsgemäße Elektrodenspitze 30 ermöglicht gegenüber dem Stand der Technik gemäß der EP 0 858 098 B1 bereits am Anfang der Lampenlebensdauer ein optimales Zündverhalten und eine gute Lichtbogenausbildung. Weiterhin wird aufgrund der Temperatureinwirkung der Laserstrahlung eine hohe Reinheit der Elektroden 20, 22 erreicht.
Gemäß 2, die eine vergrößerte Darstellung der Elektrode 20 aus 1 zeigt, verjüngt sich der zylindrische Elektrodenschaft 24 kegelstumpfförmig zu der Elektrodenspitze 30, deren Kegelmantelfläche 32 entladungsseitig in einer etwa kreisförmigen Stirnfläche 34 mündet. Dadurch wird ein guter Bogenansatz der Entladungslampe 1 erreicht. Die Elektrodenspitze 30 wird mittels der Laserstrahlung während der Gefügeumwandlung hergestellt und besitzt die in 1 erläuterte Gefügestruktur.
Die erfindungsgemäße Elektrode 20, 22 ist nicht auf die beschriebene Formgebung der Elektrodenspitze 30 durch Laserstrahlung beschränkt, vielmehr kann die Elektrodenspitze 30 mittels jeder aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Umformtechnik, insbesondere durch Schleifen, Ätzen, Hämmern oder dergleichen in beliebigen geometrischen Formen ausgebildet sein. Außerdem kann das entladungsseitige Ende 30 der Elektroden 20, 22 auch verdickt anstatt zugespitzt ausgebildet sein. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Gefügeumwandlung des Elektrodenabschnitts 30 vor oder nach dem Verschweißen der Elektrode 20, 22 mit der Molybdänfolie 16, 18 erfolgen.
Offenbart sind eine Lampe 1 mit zumindest einer Elektrode 20, 22, die einen Elektrodenschaft 24 und ein entladungsseitiges Elektrodenende 30 aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Elektrode 20, 22. Erfindungsgemäß ist das Gefüge eines Abschnitts der Elektroden mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung zumindest teilweise umgewandelt.

1: Lampe
2: Entladungsgefäß
4: Innenraum
6: Endabschnitt
8: Endabschnitt
10: Glaseinschmelzung
12: Glaseinschmelzung
14: Stromzuführung
16: Molybdänfolie
18: Molybdänfolie
20: Elektrode
22: Elektrode
24: Elektrodenschaft
26: Endabschnitt
28: Endabschnitt
30: Elektrodenspitze
32: Kegelmantelfläche
34: Stirnfläche

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (20, 22) für eine Entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge zumindest eines Abschnitts (30) der Elektrode (20, 22) mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung zumindest teilweise umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gefüge durchgängig umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt ein Ende (30) der Elektrode (20, 22) ist.
Entladungslampe mit zumindest einer Elektrode (20, 22), dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge zumindest eines Abschnitts (30) der Elektrode (20, 22) mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, zumindest teilweise umgewandelt ist.
Entladungslampe nach Anspruch 4, wobei der Abschnitt (30) ein dem Betriebszustand im Wesentlichen entsprechendes Gefüge aufweist.
Entladungslampe nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Abschnitt (30) ein grobkristallines Gefüge aufweist.
Entladungslampe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Abschnitt (30) eine dem Betriebszustand der Lampe (1) im Wesentlichen entsprechende Reinheit aufweist.
Entladungslampe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Abschnitt (30) mittels hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung hergestellt ist.
Entladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Abschnitt das entladungsseitige Ende (30) der Elektrode (20, 22) ist.
Entladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Elektrode (20, 22) als stabförmige Wolframelektrode ausgebildet ist.