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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Elektrodengestell für eine Entladungslampe
sowie eine Entladungslampe, insbesondere eine Quecksilberniederdruck-Entladungslampe.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Herstellen eines Elektrodengestells für eine Entladungslampe.
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Stand der Technik
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Leuchtstofflampen
müssen mit einer hochreinen Gasfüllung hergestellt
werden, um den Anforderungen an eine lange Lebensdauer und eine
hohe Effizienz gerecht zu werden. Da die Prozesszeiten zur Einbringung
des Füllgases aber relativ kurz sind, stellt dies eine
große Herausforderung dar.
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In
der Lampenindustrie werden zur Erreichung einer hohen Reinheit der
Gasfüllung (beispielsweise Argon, Neon, Krypton, Xenon)
verschiedene Gettersysteme eingesetzt. In der Produktion der Leuchtstofflampen
besitzt beispielsweise Wasserstoff ein sehr hohes Schädigungspotential.
Bereits geringe Spuren von Wasserstoff können zu einer
deutlichen Verringerung der Lebensdauer der Lampe führen.
Die hohen Stoßquerschnitte für unelastischen Elektronenstoß im
Bereich bis zur Dissoziationsenergie von etwa 4,5 eV führt
zur Elektronenvernichtung und dadurch zu schlechten Effizienzen der
Lampen.
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Größere
Konzentrationen von Wasserstoff führen zum Anstieg der
Brennspannung und schließlich zum Erlöschen der
Entladung. Dieser Effekt wird bei Niederdruckgasentladungslampen
zum sicheren Abschalten der Lampe am Lebensdauerende genutzt. Es
wird ein Metallhydrid in die Lampe eingebracht, das bei Überhitzung
am Ende der Lampe Wasserstoff freisetzt und die Lampe dadurch abschaltet.
Dies ist beispielsweise aus der
EP 0 755 173 A2 bekannt. Presskörper
in Form von Kapseln aus einem Metallhydridmaterial werden dort an
einem Elektrodengestell oder einem aus Glasmaterial ausgebildeten
Tellerfuß an dem der Elektrode des Elektrodengestells abgewandeten
Ende ausgebildet. Die Presskörper werden dabei jedoch nicht
direkt mit den Stromzuführungen eines Elektrodengestells
verbunden, sondern über Trägerstifte und darin
integrierte elektrisch isolierende Glaskugeln daran befestigt.
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Gettersysteme
wie z. B. Aluminium-, Barium- oder Magnesiumlegierungen werden durch
Hochfrequenzerhitzung aktiviert. Die dabei entstehenden reaktiven
Dämpfe können Verunreinigungen aus des Gasphase
aufnehmen und binden (Adsorption oder chemische Bindung). Die an
der freien, inneren Lampenoberfläche niedergeschlagenen
Dämpfe können auch während der Lampenlebensdauer
auftretende Verunreinigungen bis zu ihrer maximalen Aufnahmekapazität
binden.
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Darüber
hinaus ist eine Reihe von nicht verdampfenden Gettern bekannt. Die
Aktivierung erfolgt hierbei jedoch ebenfalls in einem eigenen separaten Prozessschritt.
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Ein
Nachteil der metallischen Getter ist, dass die Gettermaterialen
bereits während der Verarbeitung Gase auf nehmen, wodurch
nachfolgend die Getterkapazität in der fertigen Lampe gemindert
wird.
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Anstelle
der metallischen Gettermaterialen ist auch der Einsatz von besonders
feinkörnigen Metallhydridpulver bekannt, welchen teilweise
Wolframpulver zugemischt wird, das ein Zusammensintern des feinen
Pulvers während des Aktivierungsprozesses vermeiden soll.
Auch hier werden die Materialien als Presskörper in das
Gasentladungsgefäß eingebracht. Die Aktivierung
erfolgt ebenfalls in einem gesonderten Prozessschritt, wobei dann
dabei Wasserstoff entweicht, der aus dem Gasentladungsgefäß abgepumpt
wird.
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Bei
den bekannten Ausgestaltungen kann jedoch nur ein begrenzter Grad
der Gasreinheit erreicht.
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Darstellung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrodengestell sowie
eine Entladungslampe, und ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodengestells
zu schaffen, bei welchem bzw. bei welcher eine Verbesserung der
Gasreinheit im Entladungsgefäß erreicht werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Elektrodengestell, welches die Merkmale nach
Anspruch 1 aufweist, eine Entladungslampe, welche die Merkmale nach
Anspruch 14 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach
Anspruch 15 aufweist, gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Elektrodengestell für
eine Entladungslampe umfasst eine erste und eine zweite Stromzuführung,
welche mit einer Elektrode verbunden sind. Darüber hinaus
umfasst das Elektrodengestell ein Metallhydridma terial, welches an
dem Elektrodengestell angeordnet ist. Das Metallhydridmaterial ist
als Paste ausgebildet bzw. in einem Pastenmaterial enthalten.
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Durch
diese Ausgestaltung des Metallhydridmaterials kann eine verbesserte
und flexiblere Anbringung an dem Elektrodengestell an spezifisch
geeigneten Stellen ermöglicht werden, so dass dadurch auch
eine Verbesserung der Gasreinheit in der Entladungslampe erreicht
werden kann. Es ist somit nicht mehr erforderlich, einen separaten
Presskörper zu erzeugen und am Entladungsgefäß zu
platzieren, bei dem aufgrund der Ausgestaltung und Formgebung lediglich
eingeschränkte Anbringungspositionen gegeben sind.
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Das
Metallhydridmaterial in Form als Paste kann somit vorzugsweise auch
an Positionen angebracht werden, wo es keine elektrisch isolierende
Anbringung zu den Stromzuführungen und dergleichen aufweist.
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Vorzugsweise
weist das Metallhydridmaterial Titan und/oder Zirkonium und/oder
Hafnium auf.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Paste hochviskos ausgebildet ist.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Paste Haft- und/oder Bindemittel aufweist
und zusammen mit dem Metallhydridmaterial zur Bildung der Paste vor
dem Aufbringen auf das Elektrodengestell in ein Lösungsmittel
eingebracht ist.
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Das
Hydrid oder die Hydridmischung wird somit unter Zugabe von Haft-
und/oder Bindemitteln in ein Lösungsmittel eingebracht
und vor Einbau des Elektrodengestells und so mit auch der Elektrode
in den Lampenkörper auf einen spezifischen Teil des Elektrodengestells
aufgebracht.
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Vorzugsweise
ist das Lösungsmittel Wasser. Insbesondere ist vorgesehen,
dass das Bindemittel ein rheologisches Additiv ist. Insbesondere
ist dieses rheologische Additiv auf der Basis eines hochgereinigten,
leicht dispergierbaren Smektits ausgeführt. Ein derartiges
rheologisches Additiv ist beispielsweise Bentone®.
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Vorzugsweise
beträgt die mittlere Korngröße des Metallhydridmaterials
zwischen 55 μm und 65 μm, insbesondere 60 μm.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Metallhydridmaterial
nanokristallin ist und eine Korngröße kleiner
110 mm, insbesondere kleiner 100 mm, aufweist.
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Insbesondere
ist die Paste zumindest bereichsweise direkt auf ein die Stromzuführungen
verbindendes elektrisch isolierendes Element aufgebracht. Dieses
elektrisch isolierende Element ist vorzugsweise ein von den Enden
der Stromzuführungen beabstandet angeordneter und aus Glasmaterial ausgebildeter
Pfropfen, welcher üblicherweise auch als Glasperle bezeichnet
ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass dieses Element ein an den der Elektrode
abgewandten Enden ausgebildeter Tellerfuß aus einem Glasmaterial ist.
Dieser Tellerfuß ist üblicherweise um die Enden der
Stromzuführungen ausgebildet, welche den der Elektrode
zugewandten Enden gegenüberliegend sind.
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Vorzugsweise
ist die Paste zumindest bereichsweise direkt auf eine Stromzuführung
aufgebracht und somit direkt in Kontakt mit den Materialen der Stromzuführung.
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Insbesondere
ist die Paste zumindest bereichsweise direkt auf zumindest einer
Stromzuführung und/oder auf ein die Elektrode klemmendes
Teil und/oder auf einem Anlauf-Amalgam-Träger und/oder
auf zumindest einem Ende der Elektrode, insbesondere einem emitterfreien
Ende der Elektrode, aufgebracht.
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Vorzugsweise
sind somit verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
gegeben, die je nach Anwendungsbereich vorteilhaft eingesetzt werden
können. So kann einerseits vorgesehen sein, dass die Aufbringung
in Form einer hochviskosen Paste erfolgt, wobei hier bevorzugt Titanhydrid-Pulver
in Wasser als Lösungsmittel eingebracht ist, und als Binder
das rheologische Additiv zugegeben ist. Diese Paste wird bevorzugt
auf die Glasperle zwischen den Stromzuführungen der Elektrode
oder bei Lampen mit einem Tellerfuß auf dem Glasteller,
indem die Stromzuführungen eingebettet sind, aufgebracht.
Dabei wird vorzugsweise ein Kontakt mindestens zu einer der beiden
Stromzuführungen hergestellt. Bevorzugt wird hier grobkörnigeres
Material mit mittlerer Korngröße von 60 μm
verwendet. Hierdurch kann insbesondere bei Kompaktleuchtstofflampen
eine deutlich verbesserte Lampenlebensdauer erreicht werden.
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Demgegenüber
kann als weitere Ausführung vorgesehen sein, dass die Paste
nicht auf der Glasperle oder dem Tellerfuß, sondern möglichst
nah an der Elektrode aufgebracht ist, und beispielsweise an den
Stromzuführungen direkt angebracht ist und dies an Stellen
der Stromzuführungen, die nah oder benachbart zu der Elektrode
angeordnet sind.
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Darüber
hinaus kann auch vorgesehen sein, dass dieses Material zusätzlich
oder anstatt dazu an den Wendelklemmun gen, oder bei Lampen mit Amalgamtechnologie
auf dem Anlauf-Amalgam-Träger, dem so genannten „Flag” angeordnet
ist. Insbesondere bei Kaltstart-Lampen wird diese Paste bevorzugt
auf den emitterfreien Enden der Wendel bzw. der Elektrode aufgebracht.
Es kann hier vorzugsweise auch ein sehr feinkörniges Material
verwendet werden, welches bevorzugt nanokristallines Material mit
Korngrößen kleiner 100 mm aufweist. An Stelle einer
hochviskosen Paste auf Wasserbasis kann das feinkörnige
Material auch in Form einer niedrigviskosen Suspension aufgesprüht
werden, wie es beispielsweise bei AlZr-Gettern erfolgt. Bevorzugt
werden bei dieser Ausführung weitere Zusätze zur
Verbesserung der Haftung auf dem Elektrodengestell zugegeben, beispielsweise
geringe Zusätze von Aluminiumpulver.
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Ganz
allgemein betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Elektrodengestell
für eine Entladungslampe mit einer ersten und einer zweiten Stromzuführung,
welche mit einer Elektrode verbunden sind, und einem Metallhydridmaterial,
welches an dem Elektrodengestell angeordnet ist, wobei das Metallhydridmaterial
als Suspension, insbesondere niedrigviskose Suspension, auf dem
Elektrodengestell angebracht, insbesondere aufgesprüht
ist.
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In
diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass vorteilhafte Ausgestaltungen
gemäß dem ersten Aspekt eines erfindungsgemäßen
Elektrodengestells auch als vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen
Elektrodengestells gemäß dem zweiten Aspekt anzusehen
sind.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Entladungslampe, insbesondere
eine Quecksilberniederdruck-Entladungslampe, mit zumindest einem Elektrodengestell
gemäß den genannten Aspekten der Erfindung oder
einer vorteilhaften Ausgestaltung davon.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines
Elektrodengestells für eine Entladungslampe, bei welchem
Metallhydridmaterial als Paste oder als Suspension auf das zumindest
zwei Stromzuführungen einer Elektrode aufweisende Elektrodengestell
aufgebracht wird.
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Durch
den Einsatz von Hydriden oder Hydridmischungen als Gettermaterialien
bei Entladungslampen, insbesondere Quecksilberniederdruck-Entladungslampen,
kann die Gasreinheit der Lampen deutlich verbessert werden, wodurch
auch eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer dieser
Lampe erreicht werden kann. Durch die Aufbringung des Hydrid oder
der Hydridmischung als Paste direkt auf das Elektrodengestell entfällt
die aufwendige Herstellung eines Presskörpers. Es ist keine
eigene Vorrichtung zur Fixierung des Presskörpers in der Lampe
nötig, und die Platzierung in der Lampe wird dadurch vereinfacht.
Darüber hinaus kann die Aktivierung der Hydride als separater
Prozessschritt entfallen, da dazu die Wärmeentwicklung
der Elektrodenwendel während des Emitter-Formiervorgangs, üblicherweise
Zersetzung von Barium-, Calcium- und Strontiumcarbonaten zu den
entsprechenden Oxiden unter Freisetzung von CO und CO2 genutzt
werden kann. Die getrocknete Hydridpaste ist der Strahlungswärme
der Elektrode ausgesetzt, wodurch bei der Formierung der Emitterpaste
gleichzeitig zumindest ein Teil des Wasserstoffs aus dem Hydrid
oder der Hydridmischung freigesetzt wird, und der entstandene Wasserstoff
zusammen mit den Emitter-Zerfallsprodukten durch Spülen
und/oder Abpumpen aus der Lampe entfernt wird. Dadurch liegt in
der fertigen Lampe mindestens ein Teil der eingebrachten Hydridpaste
in metallischer Form vor und kann Verunreinigung aus dem Lampenfüllgas
aufnehmen.
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Je
nach Anforderungen an die Lampe bezüglich der Temperaturbelastung
im Lampenbetrieb und der so genannten End of Life-Absicherung (Absicherung
am Lebensende der Lampe) kann durch geschickte Auswahl der Hydridart
und der Hydridkorngröße auch eine kombinierte
Getter- und Abschaltwirkung der Lampe mittels der Hydridpaste erreicht werden.
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Für
die oben genannte erste Ausführung kann vorzugsweise eine
Titanhydridpaste mit mittlerer Korngröße von 60 μm
verwendet werden, die bereits bevorzugt zur End of Life-Absicherung
bei Kompaktleuchtstofflampen eingesetzt werden kann. Die Paste wird
seitlich auf die Glasperle zwischen den zwei Stromzuführungen
jeder Elektrode aufgebracht. Damit ist sie der Wärmebelastung
bei der Herstellung des Lampenkörpers, welche einen Quetschprozess umfasst,
und der Strahlungswärme der Elektrode während
des Formierungsprozesses ausgesetzt. Es wird vorzugsweise zusätzlich
zumindest ein Kontakt zu mindestens einer der Stromzuführungen
hergestellt, um durch die Wärmeleitung über die
Stromzuführung die Temperatur des Materials zu erhöhen und
dadurch die Wasserstoffabgabe während des Formierungsprozesses
und die Aufnahme von Verunreinigungen während des Lampenbetriebs
zu verbessern. Da das Material im Gegensatz zu anderen bekannten
Ausführungen als Gettermaterial sehr grobkörnig
ist, wird der Wasserstoff nur teilweise ausgetrieben. Dadurch werden
sowohl die End-of-Life-Funktion (Abschaltung der Lampe am Lebensdau erende
durch Wasserstoff-Freisetzung bei Überhitzung der Elektrode)
als auch die Getterwirkung des Materials gewährleistet.
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Die
teilweise Wasserstoffverarmung des Metallhydridmaterials tritt bevorzugt
in den äußeren Bereichen des Pastenkörpers
auf, die der Wärmestrahlung der Elektrode am stärksten
ausgesetzt sind. Dadurch kann gleichzeitig verhindert werden, dass
der Rest-Wasserstoff aus der Paste bereits durch die Temperaturbelastung
im normalen Lampenbetrieb vorzeitig freigesetzt wird und zum Frühausfall
der Lampe führt.
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Bei
der oben genannten zweiten Ausführung wird vorzugsweise
die Hydridpaste nur zur Lebensdauerverlängerung eingesetzt,
weil bei der Lampe keine End of Life-Funktion benötigt
wird. Es kann daher sehr feinkörniges, bevorzugt nanokristallines
Material eingesetzt werden, das dann möglichst nah an der
Elektrode aufgebracht ist. Dadurch kann eine vollständige
Freisetzung des Wasserstoffs während des Formierungsprozesses
erreicht werden, wobei durch die größere Oberfläche
und die höhere Temperatur des wasserstofffreien Gettermaterials
im Lampenbetrieb die Aufnahmefähigkeit für Füllgasverunreinigung
gegenüber dem grobkörnigen Material erhöht
wird. Insbesondere bei Kaltstart-Lampen, bei denen die Elektrodenwendeln
vor dem Zünden der Gasentladung nicht vorgeheizt wird,
ist die Aufbringung des Materials auf die emitterfreien Wendelenden
und somit der Enden der Elektrode zu bevorzugen, da dort zusätzlich
die Elektrode vor Schädigung beim Lampenstart (Abtragung
eines Wolfram-Drahts durch Sputtern) geschützt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Elektrodengestells; und
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Elektrodengestells.
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Bevorzugte Ausführung
der Erfindung
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
ein Elektrodengestell 1 gezeigt, welches einer Quecksilberniederdruck-Entladungslampe
zugehörig ist. Das Elektrodengestell 1 erstreckt
sich zumindest bereichsweise in einen Entladungsraum im Inneren
eines Entladungsgefäßes.
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Das
Elektrodengestell 1 umfasst eine erste Stromzuführung 2 und
eine zweite Stromzuführung 3. Durch diese Stromzuführung 2 und 3 ist
eine Elektrode 4 gehalten. Dazu sind an den Enden 6 und 8 der
Stromzuführungen 2 bzw. 3 Klemmelemente 11 und 12 angeordnet,
mittels denen die Elektrode 4 an ihren Enden 14 und 15 gehalten
ist. Das Mittelteil 13 der Elektrode 4 ist mit
einer Emitterpaste versehen, wohingegen die Endstücke 14 und 15 ohne
eine derartige Emitterpaste versehen sind.
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Das
Elektrodengestell 1 umfasst darüber hinaus ein
elektrisch isolierendes Element 9, welches aus Glasmaterial
ausgebildet ist und als Glasperle bezeichnet wird, und welches beabstandet
zu den oberen Enden 6 und 8 sowie auch zu den
unteren Enden 5 und 7 der Stromzuführungen 2 bzw. 3 angeordnet
ist und sich zwischen den beiden Stromzuführungen 2 und 3 erstreckt
und diese miteinander verbindet.
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Das
Elektrodengestell 1 umfasst darüber hinaus ein
Metallhydridmaterial, welches als Paste 10 im Ausführungsbeispiel
sowohl direkt auf dem Element 9 als auch direkt auf der
Stromzuführung 3 ausgebildet ist.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Paste 10 als
hochviskose Paste ausgebildet, wobei die Paste aus Metallhydridmaterial
vorzugsweise Titanhydrid-Pulver aufweist und in Wasser als Lösungsmittel
eingebracht ist, wobei als Bindemittel ein rheologisches Additiv
auf der Basis eines hochgereinigten, leicht dispergierbaren Smektits
vorgesehen ist. Das Metallhydridmaterial ist ein grobkörniges
Material mit mittlerer Korngröße von 60 μm.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass das Elektrodengestell 1 darüber
hinaus einen Tellerfuß oder einen Glasteller aufweist,
welcher die Stromzuführungen 2 und 3 an
den Enden 5 und 7 umgibt, so dass die Stromzuführungen
an diesen Enden 5 und 7 in diesen Tellerfuß eingebettet
sind. Auch daran kann zusätzlich oder anstatt dazu die
Paste 10 direkt aufgebracht sein.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Elektrodengestells 1 gezeigt,
welches ebenfalls in einer Quecksilberniederdruck-Entladungslampe
angeordnet ist.
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Im
Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 ist
hier vorgesehen, dass die das Metallhydridmaterial aufweisende Pastenmaterial
als Paste 16 einerseits und als Paste 17 andererseits
an den Stromzuführungen 2 und 3 direkt
aufgebracht ist. Wie in der Darstellung gemäß 2 gezeigt
ist, ist dabei eine Aufbringung an den Stromzuführungen
zwischen dem Element 9 und den Klemmungen 11 und 12 vorgesehen,
so dass die Pasten 16 und 17 möglichst nahe
an der Elektrode 4 positioniert sind.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Pasten 16 und 17 zusätzlich
oder anstatt der gezeigten Ausführungen in 2 auch
an den Klemmungen 11 und/oder 12 direkt aufgetragen
sind.
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Ebenso
kann vorgesehen sein, dass diese Pasten 16 und 17 direkt
zusätzlich oder anstatt dazu auf den Endstücken 14 und 15 und
somit an den emitterfreien Endstücken der Elektrode 4 ausgebildet sind.
Dies ist besonders bei Kaltstart-Lampen vorteilhaft.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführung kann als Metallhydridmaterial
ein sehr feinkörniges Material verwendet werden, welches
bevorzugt nanokristallines Material mit Korngrößen
kleiner 100 nm ist. Außer in Form einer hochviskosen Paste 16 bzw. 17 auf vorteilhafter
Weise Wasserbasis als Lösungsmittel kann das feinkörnige
Material auch in Form einer niedrigviskosen Suspension aufgesprüht
werden. Vorteilhafterweise wird bei dieser Aufsprühung
ein weiterer Zusatz zur Verbesserung der Haftung auf der Elektrode 4 bzw.
beim Elektrodengestell 1 zugegeben, wobei als Zusatz besonders
vorteilhaft Aluminiumprüfer ist.
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Beispielhaft
ist in 2 auch ein Tellerfuß 18 eingezeichnet,
auf dem das Pastenmaterial auch aufgetragen sein kann.
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Darüber
hinaus kann auch vorgesehen sein, dass bei Lampen mit Amalgamtechnologie
die Paste auf dem Anlaufamalgam-Träger aufgebracht sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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