DE102018207038A1

DE102018207038A1 - Elektrode für eine entladungslampe, entladungslampe und verfahren zum herstellen einer elektrode

Info

Publication number: DE102018207038A1
Application number: DE102018207038.5A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Winzek
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2019-11-07
Also published as: JP6976461B2; JP2021521608A; EP3791417A1; CN112088416A; WO2019214875A1; US20210050207A1; US11164736B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode (10, 10a, 10b) für eine Entladungslampe (12), wobei die Elektrode (10, 10a, 10b) einen Grundkörper (14) mit einem eine Stirnfläche der Elektrode (10, 10a, 10b) bereitstellenden Elektrodenplateau (16) aufweist, wobei der Grundkörper (14) in einer Längserstreckungsrichtung (L) der Elektrode (10, 10a, 10b) durch das Elektrodenplateau (16) begrenzt ist. Weiterhin weist die die Elektrode (10, 10a, 10b) eine in zumindest einem vom Elektrodenplateau (16) verschiedenen ersten Bereich (18) des Grundkörpers (14) angeordnete Beschichtung (20) zur Erhöhung einer Wärmeemission auf. Zudem weist die Elektrode (10, 10a, 10b) mindestens einen zumindest bereichsweise zusammenhängenden, sich zumindest zum Teil in der Längserstreckungsrichtung (L) bis zum Elektrodenplateau (16) verlaufenden Freibereich (22) des Grundkörpers (14) auf, in welchem die Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist, und wobei der erste Bereich (18) in Umfangsrichtung der Elektrode (10, 10a, 10b) an zumindest einen Abschnitt des Freibereichs (22) angrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode einen Grundkörper mit einem eine Stirnfläche der Elektrode bereitstellenden Elektrodenplateau aufweist, wobei der Grundkörper in einer Längserstreckungsrichtung der Elektrode durch das Elektrodenplateau begrenzt ist. Darüber hinaus weist die Elektrode eine in zumindest einem vom Elektrodenplateau verschiedenen ersten Bereich des Grundkörpers angeordnete Beschichtung zur Erhöhung einer Wärmeemission auf. Zur Erfindung gehören auch eine Entladungslampe mit einer solchen Elektrode sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Entladungslampe.
Beim Betrieb von Entladungslampen wird zwischen den Elektroden ein Plasmaentladungsbogen erzeugt, der elektromagnetische Strahlung abstrahlt. Die Elektroden bestehen zumeist aus Wolfram, da Wolfram ein widerstandsfähiges, erst bei sehr hohen Temperaturen schmelzendes Material ist. Insbesondere bei Kurzbogenlampen, bei denen die Elektroden stark belastet sind, entstehen hohe Elektrodentemperaturen. In der Folge kommt es an den Elektrodenspitzen zur Verdampfung von Elektrodenmaterial, das sich auf der Innenseite des Lampenkolbens niederschlägt und dadurch zur Trübung des Kolbens führt. Diese Trübung bewirkt zwangläufig einen unerwünschten Rückgang der Strahlstärke im Laufe der Brenndauer und begrenzt infolgedessen auch die Lebensdauer der Entladungslampe.
Da der Dampfdruck jedes Stoffes mit steigender Temperatur exponentiell zunimmt, lässt sich durch eine Absenkung der Elektrodenspitzentemperaturen der Dampfdruck und folglich der Materialabtrag an den Elektrodenspitzen effizient reduzieren und damit letztlich auch die Kolbenschwärzung verringern. Eine solche Temperaturabsenkung kann durch eine emissionserhöhende Beschichtung, insbesondere die oben bezeichnete Beschichtung zur Erhöhung einer Wärmeemission, der Elektrode erzielt werden. Derartige Beschichtungen sind zum Beispiel in der DE 10 2009 021 235 A1 beschrieben. Beispielsweise kann also die Mantelfläche einer solchen Elektrode beziehungsweise deren Wolframgrundkörper mit einer solchen Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission versehen werden.
Bei Kurzbogen-Entladungslampen, sowohl ohne Quecksilber, zum Beispiel Xenongasentladungslampen, auch OSRAM XBO®-Lampen genannt, die zum Beispiel für Filmprojektoranwendungen geeignet sind, als auch solchen mit Quecksilber, wie zum Beispiel Quecksilberkurzbogenlampen, die auch OSRAM HBO®-Lampen genannt werden, und die aufgrund ihrer Lichtemission im UV-Bereich zum Beispiel zur lithografischen Strukturierung von Halbleitern geeignet sind, kommt es häufig beim Zünden bzw. unmittelbar nach dem Zünden (einige Sekunden) vor, dass die Ladungsträgerdichte im Plasma nicht genügt, um einen stabilen Entladungsbogen zwischen den Spitzen der Elektroden auszubilden. In diesem Fall setzt der Bogen vorzugsweise an von den Elektrodenplateaus weiter entfernten Stellen auf den Elektroden an. In vielen Fällen setzt der Bogen dann an einer der Elektroden auf dem Plateau und bei der gegenüberliegenden Elektrode am Konus oder Mantel der Elektrode an. Es kann aber auch vorkommen, dass der Bogen bei beiden Elektroden entfernt vom Elektrodenplateau ansetzt.
Wie beschrieben werden die Elektroden in Entladungslampen mit thermisch stark belasteten Elektroden zumindest teilweise mit einer die Wärmeabstrahlung verstärkenden Beschichtung versehen. Diese Beschichtung hält jedoch dem mit gewisser Häufigkeit vorkommenden, auf der Beschichtung ansetzenden Bogen nicht Stand. Es kommt dann zur partiellen Zerstörung der Beschichtung.
Erst nach wenigen Sekunden bis hin zu circa 30 Sekunden sind genügend Ladungsträger im Plasma vorhanden, so dass sich der Bogen innerhalb von circa 1 Sekunde nahe an die Elektrodenspitzen zusammenziehen kann. Liegt auf dem Weg zum Plateau ein beschichteter Bereich, so wird der Plasmabogen oft noch aufgehalten und zerstört dort lokal die Beschichtung.
Zudem bleibt in den ersten Minuten nach der Zündung der Lampe der Entladungsbogen bei vielen Lampentypen noch neben dem Elektrodenplateau auf dem Konus der konusförmigen Kathoden stehen, bevor er sich endgültig zwischen die Elektroden bewegt und dann von Kathodenplateau zu Anodenplateau verläuft. In diesem Stadium bleibt der Bogen dann häufig am Konus und zwar am Rand der Beschichtung haften und zerstört dort den Rand der Beschichtung.
Eine Zerstörung der Beschichtung hat den Effekt, dass somit die Effizienz der Förderung der Wärmeemission effektiv reduziert wird, was wiederum die Lebensdauer der Lampe verringert. Ein noch größerer Nachteil besteht jedoch vor allem darin, dass das abgedampfte Material der Beschichtung mit Wolfram reagiert, was zu einem Abdampfen von Wolframoxid führt, welches zu einem Niederschlag auf dem Kolben und dies wiederum zur Trübung oder Schwärzung des Kolbens führt. Hierdurch reduziert sich die Lebensdauer der Lampe noch drastischer. Um eine Zerstörung der Beschichtung zu verhindern, könnten auch Beschichtungen verwendet werden, die diesem Szenario gegenüber robuster sind. Solche Beschichtungen, zumindest die bisher bekannten, haben jedoch den großen Nachteil, dass diese einerseits teurer sind und andererseits in Bezug auf ihre emissionserhöhenden Eigenschaften deutlich weniger effizient sind. Diese geringere Effizienz in Bezug auf die emissionserhöhenden Eigenschaften wirkt sich wiederum negativ auf die Lebensdauer der Lampe aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Elektrode für eine Entladungslampe, eine Entladungslampe und ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode bereitzustellen, mittels welchen eine Erhöhung der Lebensdauer einer Entladungslampe ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode für eine Entladungslampe, durch eine Entladungslampe und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Entladungslampe mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Elektrode für eine Entladungslampe weist dabei einen Grundkörper mit einem eine Stirnfläche der Elektrode bereitstellenden Elektrodenplateau auf, wobei der Grundkörper in einer Längserstreckungsrichtung der Elektrode durch das Elektrodenplateau begrenzt ist. Darüber hinaus weist die Elektrode eine in zumindest einem vom Elektrodenplateau verschiedenen ersten Bereich des Grundkörpers angeordnete Beschichtung zur Erhöhung einer Wärmeemission auf. Des Weiteren weist die Elektrode mindestens einen zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, zusammenhängenden, sich zumindest zum Teil in der Längserstreckungsrichtung bis zum Elektrodenplateau verlaufenden Freibereich des Grundkörpers auf, in welchem die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist, wobei der erste Bereich in Umfangsrichtung der Elektrode an zumindest einen Abschnitt des Freibereichs angrenzt.
Durch diesen Freibereich, in welchem also die emissionserhöhende Beschichtung nicht angeordnet ist, wird einem Endladungsbogen vorteilhafterweise ein Weg zum Elektrodenplateau bereitgestellt, den dieser nehmen kann, wenn er weiter entfernt vom Elektrodenplateau ansetzt, um zum Elektrodenplateau zu gelangen ohne dabei die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission zu zerstören. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass ein auf der Elektrode ansetzender Endladungsbogen, zumindest wenn dieser nicht direkt am Elektrodenplateau ansetzt, dazu neigt, im beschichtungsfreien Freibereich anzusetzen anstatt in einem Bereich, in welchem die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission vorhanden ist, da die Ladungsträgerdichte im Bereich des Grundkörpers, welcher üblicherweise metallisch, insbesondere aus Wolfram, ist, größer ist als im Beschichtungsbereich. Eine solche Struktur in der Beschichtung, nämlich der mindestens eine Freibereich, erlaubt es somit vorteilhafterweise, dass der Plasmabogen der Entladungslampe in einer Entfernung vom Elektrodenplateau auf der Elektrode ansetzen kann, ohne auf die Beschichtung zu treffen und zudem, dass der Plasmabogen auf dem Weg zur Elektrodenspitze, nämlich dem Elektrodenplateau, die Beschichtung nicht überschreiten muss, wodurch vorteilhafterweise eine Schädigung der Beschichtung verhindert wird. Wenn eine Beschädigung der Beschichtung verhindert wird, so wird gleichzeitig auch eine Trübung oder Schwärzung des Kolbens bedingt durch ein Abdampfen von Wolframoxid verhindert, was wiederum die Lebensdauer des Entladungslampe erhöht. Vor allen Dingen lassen sich zudem nunmehr auch Beschichtungen verwenden, die zwar nicht sonderlich robust gegenüber einem ansetzenden Entladungsbogen sind, was sie durch die Erfindung nunmehr auch nicht sein müssen, jedoch eine besonders hohe Effizienz in Bezug auf die Erhöhung der Wärmeemission aufweisen, was sich ebenfalls positiv auf die Lebensdauer auswirkt, wie dies eingangs bereits beschrieben wurde. Durch das Vorsehen eines zusammenhängenden und zum Elektrodenplateau verlaufenden Freibereichs auf dem Grundkörper, in welchem keine Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission angeordnet ist, wird damit auf besonders einfache, kostengünstige und effiziente Weise eine Erhöhung der Lebensdauer einer Entladungslampe, in welcher eine erfindungsgemäße Elektrode verwendet wird, ermöglicht.
Zudem kann die Elektrode auch mehrere solcher zum Elektrodenplateau verlaufender zusammenhängender Freibereiche aufweisen. Wenn die Elektrode mehrere solcher Freibereiche aufweist, so sind dem Bogen vorteilhafterweise alternative Ansatzstellen geboten, was wiederum die Wahrscheinlichkeit für eine Schädigung oder partielle Zerstörung der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmemission minimiert. Die mehreren Freibereiche können dabei bevorzugt äquidistant voneinander angeordnet sein.
Die Elektrode kann dabei im Allgemeinen als Anode oder auch als Kathode ausgebildet sein. Weiterhin ist die Elektrode vorzugsweise rotationssymmetrisch um eine in der Längserstreckungsrichtung verlaufende Rotationsachse ausgebildet. Im Fall, dass die Elektrode als Kathode ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass der Grundkörper einen zylinderförmigen Abschnitt und einen sich in der Längserstreckungsrichtung zum Elektrodenplateau hin anschließenden, sich verjüngenden konischen Abschnitt, dessen Spitze durch das Elektrodenplateau gebildet ist, aufweist. Ist die Elektrode als Anode ausgebildet, so kann der Grundkörper auch nur einen zylinderförmigen Abschnitt aufweisen, dessen eines Ende, das heißt eine Grundfläche des Zylinders, durch das Elektrodenplateau gebildet ist. Alternativ kann der zylinderförmige Abschnitt sich auch etwas in Richtung des Elektrodenplateaus verjüngen.
Weiterhin ist der Grundkörper vorzugsweise zum Großteil aus Wolfram gebildet, insbesondere im Wesentlichen vollständig aus Wolfram. Insbesondere kann der Grundkörper vollständig bis auf optionale Dotierungen des Wolframmaterials, zum Beispiel mit Thorium und/oder Kalium, bzw. bis auf optionale in der Wolframmatrix enthaltene karbidische und/oder oxidische Phasen beispielsweise von Seltenerdmetallen, aus Wolfram bestehen. Die Dotierung kann zum Beispiel kleiner als 4 Gewichts-Prozent sein. Durch Dotierungen lässt sich zum Beispiel die Elektronenemissivität der Elektrode erhöhen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der erste Bereich in Umfangsrichtung der Elektrode an zumindest einen Abschnitt des Freibereichs angrenzt. Der erste Bereich mit der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission ist also vorzugsweise auf der Oberfläche des Grundkörpers in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung an den Freibereich angrenzend angeordnet. Mit anderen Worten erstreckt sich der Freibereich in Umfangsrichtung nicht vollständig um die Elektrode herum, sondern durchläuft in der Längserstreckungsrichtung den ersten Bereich mit der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission zumindest zum Teil. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Fläche des zweiten Bereichs mit der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission und damit die Wärmeemission an sich zu maximieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Freibereich streifenförmig mit einer Breite von mindestens 1 Millimeter ausgebildet. Dadurch, dass der streifenförmige Freibereich mindestens 1 Millimeter breit ist, kann vorteilhafterweise eine Beschädigung des entlang des Freibereichs verlaufenden Randes der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission verhindert werden, wenn der ansetzende Entladungsbogen entlang des Freibereichs läuft, da auch der Entladungsbogenansatz eine gewisse Breite beziehungsweise einen gewissen Durchmesser aufweist, der jedoch 1 Millimeter nicht überschreitet. Vorzugsweise liegt die Breite des streifenförmigen Freibereichs zwischen 1 Millimeter und 5 Millimetern, besonders bevorzugt zwischen 2 und 3 Millimetern. Gerade bei einer Breite zwischen 2 und 3 Millimetern kann besonders effizient verhindert werden, dass der entlanglaufende Entladungsbogen den Randbereich der emissionserhöhende Beschichtung zerstört und gleichzeitig kann der Freibereich dadurch flächenmäßig so klein wie möglich gehalten werden, wodurch größere Flächen für die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemissionen zur Verfügung stehen, was eine besonders effiziente Erhöhung der Wärmeemission erlaubt.
Der Freibereich verläuft weiterhin von einem Anfangspunkt bis zum Elektrodenplateau, insbesondere nicht notwendigerweise gradlinig, wobei der Freibereich in dieser Verlaufsrichtung eine Länge aufweist, die größer ist als seine Breite, wobei die Breite so definiert ist, dass diese lokal senkrecht auf der Verlaufsrichtung steht. Der Anfangspunkt stellt also das dem Elektrodenplateau abgewandte Ende des Freibereichs dar. Weiterhin kann der Anfangspunkt im Allgemeinen an beliebiger vom Elektrodenplateau verschiedener Stelle des Grundkörpers angeordnet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Freibereich streifenförmig mit einer Länge ausgebildet, die mindestens so groß ist, wie die Hälfte eines maximalen Durchmessers der Elektrode senkrecht zu ihrer Längserstreckungsrichtung. Die Hälfte des maximalen Durchmessers der Elektrode stellt dabei eine charakteristische Größe dar, da der Entladungsbogen, wenn dieser nicht direkt am Elektrodenplateau ansetzt sondern entfernt davon, überwiegend in einer Entfernung vom Elektrodenplateau ansetzt, die größer ist als die Hälfte des maximalen Durchmessers der Elektrode. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn der mindestens eine Freibereich eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist, wie die Hälfte des maximalen Durchmessers der Elektrode, vorzugsweise noch länger, da so ein nicht am Elektrodenplateau ansetzender Entladungsbogen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit auf dem Freibereich ansetzen kann. Der Freibereich kann aber auch deutlich länger sein, und sich zum Beispiel über den gesamten Grundkörper der Elektrode bis zu dessen dem Elektrodenplateau gegenüberliegenden Ende erstrecken. Dies ist besonders vorteilhaft, da so die Wahrscheinlichkeit, dass ein nicht auf dem Elektrodenplateau aufsetzender Entladungsbogen auf dem Freibereich aufsetzt, weiter erhöht wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft der mindestens eine Freibereich geradlinig entlang der Längserstreckungsrichtung. Mit anderen Worten verläuft der Freibereich vom Anfangspunkt bis zum Elektrodenplateau so, dass dieser auf der kürzest möglichen Verbindungslinie zwischen diesem Anfangspunkt und dem Elektrodenplateau verläuft. Eine solche gradlinige Ausbildung hat den großen Vorteil, dass dies die Herstellung der Elektrode stark vereinfacht, wie dies später im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert wird.
Nichtsdestoweniger kann es aber auch vorgesehen sein, dass der mindestens eine Freibereich zumindest zum Teil spiralförmig um die Längserstreckungsrichtung zum Elektrodenplateau verläuft. Mit anderen Worten muss der Freibereich also nicht gradlinig zum Elektrodenplateau verlaufen, sondern es sind prinzipiell beliebige Verlaufsmöglichkeiten denkbar. Jedoch ist es bevorzugt, wenn der mindestens eine Freibereich zumindest zum Teil spiralförmig um die Längserstreckungsrichtung verläuft, dass dieser höchstens einmal die Längsachse der Elektrode umläuft. Hierdurch lässt sich die Gefahr, dass der Entladungsbogen auf seinem Weg zum Elektrodenplateau dennoch einen beschichteten Bereich überspringt beziehungsweise durchläuft, gering halten. Außerdem wird bei einem möglichst gradlinigen Verlauf des Freibereichs die für den Freibereich benötigte Gesamtfläche minimiert, was wiederum mehr Fläche für die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemissionen zur Verfügung stellt.
Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission auf mindestens der Hälfte einer Gesamtoberfläche des Grundkörpers angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders effiziente Wärmeabfuhr im Betrieb der Entladungslampe, in welchem die Elektrode Anwendung findet, erreicht werden. Die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission kann aber auch auf durchaus mehr als der Hälfte der Gesamtoberfläche des Grundkörpers angeordnet sein, zum Beispiel auf mindestens 60 Prozent, auf mindestens 70 Prozent, auf mindestens 80 Prozent oder auch auf mindestens 90 Prozent. Der Grundkörper der Elektrode kann auch vollständig bis auf den mindestens einen Freibereich sowie bis auf das Elektrodenplateau mit der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission beschichtet sein. Hierdurch lässt sich die Effizienz der Wärmeabfuhr maximieren.
Vorzugsweise ist die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission als Teilchenverbund-Beschichtung aus einer Matrix-Schicht und in die Matrix-Schicht eingelagerten Partikeln ausgebildet. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission eine keramische Substanz aufweist, und insbesondere zu mindestens 10 Volumenprozent aus der keramischen Substanz gebildet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders thermisch beständige Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission bereitstellen.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission eine Matrix-Schicht aus ZrO₂ mit eingelagerten Wolfram-Partikeln aufweist, insbesondere wobei die Wolfram-Partikel zwischen 2 Volumenprozent und 40 Volumenprozent der Beschichtung bereitstellen. Eine solche Beschichtung hat sich als besonders effizient bezüglich der Erhöhung der Wärmeemission gezeigt. Insbesondere zeigt sich diese Effizienz gerade bei Elektrodentemperaturen im Bereich von 1000 Grad Celsius und mehr. Als Matrixwerkstoffe kommen neben ZrO₂ auch andere in Betracht. Der Schmelzpunkt solcher Werkstoffe sollte möglichst hoch sein, bevorzugt größer als 2000 Grad Celsius, besonders bevorzugt größer als 2500 Grad Celsius. Geeignete Werkstoffklassen sind unter anderem Oxide, Fluoride, Carbide und Nitride, beispielsweise auch MgF₂, SiC beziehungsweise AIN. Als besonders geeignet für eine oxidische Matrix-Schicht hat sich jedoch ZrO₂ erwiesen, da es eine hohe mechanische Stabilität mit hoher Transparenz verbindet. Die Matrix verleiht der Metallstruktur der eingelagerten Wolframpartikel Stabilität. Diese kann durch Zugabe von Y₂O₃ und/oder MgO weiter erhöht werden. Alternativ kann die Matrix-Schicht auch nur aus Y₂O₃ beziehungsweise MgO anstelle von ZrO₂ bestehen.
Die Dicke der Matrix-Schicht und damit auch der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission selbst kann zum Beispiel im Bereich zwischen 1 Mikrometer und 1 Millimeter liegen, besonders bevorzugt zwischen 10 Mikrometer und 300 Mikrometer. Der Volumenanteil der Metallpartikel, nämlich der Wolframpartikel, liegt besonders bevorzugt zwischen 5 und 30 Prozent, insbesondere zwischen 5 und 15 Prozent.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrode eine Wolframbeschichtung auf, die in zumindest einem an einem dem Elektrodenplateau zugewandten Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission angrenzenden zweiten Bereich des Grundkörpers angeordnet ist.
Die Wolframbeschichtung kann beispielsweise aus aufgesintertem Wolframpulver bestehen. Die Anordnung der Wolframbeschichtung zwischen der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission und dem Elektrodenplateau hat den Vorteil, dass ein am Rand des Elektrodenplateaus ansetzender Bogen, nicht die in der Nähe befindliche Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission schädigt. Diese Wolframbeschichtung sorgt dafür, dass der Bogen vorzugsweise dort ansetzt und die thermisch weniger belastbare Beschichtung zur verbesserten Wärmeabstrahlung unbeschadet lässt. Zusätzlich bewirkt auch die Wolframbeschichtung eine Erhöhung der Wärmeemission, wenngleich auch in geringerem Ausmaß wie die keramische Beschichtung, oder im Allgemeinen die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission.
Beispielsweise kann der mindestens eine zweite Bereich, das heißt der Bereich, in welchem diese Wolframbeschichtung angeordnet ist, einen in einer Umfangsrichtung der Elektrode, das heißt um die Elektrodenachse herum verlaufenden ringförmigen, insbesondere in der Umfangsrichtung geschlossenen oder unterbrochenen bzw. nicht geschlossenen, Bereich darstellen. Dieser ringförmige Bereich kann sich also direkt an den Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission in Richtung des Elektrodenplateaus anschließen. Dadurch kann eine Zerstörung des Randes der Beschichtung effektiv verhindert werden.
Dieser Schutz ist jedoch auch gegeben, wenn die Wolframbeschichtung partiell aufgetragen wird und somit nicht durchgehend in Umfangsrichtung der Elektrode am Rand der Beschichtung angeordnet ist. Mit anderen Worten kann es auch vorgesehen sein, das der Grundkörper mehrere zweite Bereiche aufweist, die jeweils an den Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission angrenzend und zueinander in Umfangsrichtung der Elektrode beabstandet angeordnet sind, wobei die Wolframbeschichtung in einem jeweiligen der zweiten Bereiche angeordnet ist. Da die Wolframbeschichtung metallisch, die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission jedoch zum Großteil einen nicht metallischen Matrixwerkstoff aufweist, zieht der Entladungsbogen als Ansatzstelle die zweiten Bereiche mit der metallischen Wolframbeschichtung vor und meidet somit automatisch die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission. Das Auftragen der Wolframbeschichtung in nur einem einzelnen zusammenhängenden zweiten Bereich ist jedoch besonders vorteilhaft, da dies aufgrund der einfacheren Herstellung besonderes kostengünstig ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine zweite Bereich eine Breite aufweist, die sich vom Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission in Richtung des Elektrodenplateaus erstreckt und die mindestens 0,5 Millimeter beträgt. Durch diese Mindestbreite kann ein besonders effektiver Schutz des Randes der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission gewährleistet werden.
Ob sich der mindestens eine zweite Bereich mit dem Freibereich zum Teil überschneidet oder nicht, d.h. ob die auf den Grundkörper aufgesinterte, zusätzliche Wolframbeschichtung auch zum Teil im Freibereich angeordnet ist oder nicht, ist dabei für das Wandern des Entladungsbogen von der Ansatzstelle zum Elektrodenplateau unerheblich.
Somit ist es also denkbar, dass, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, sich ein Teil des mindestens einen zweiten Bereichs mit einem dem Elektrodenplateau zugewandten Ende des Freibereichs überscheidet, so dass die Wolframbeschichtung zumindest teilweise in zumindest einem Teil des Endes des Freibereichs angeordnet ist. Der Freibereich kann also zum Beispiel in Richtung des Elektrodenplateaus verlaufen und in die Wolframbeschichtung zum Schutz des Randes der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission münden. Ein auf den Freibereich in Richtung des Elektrodenplateaus wandernder Entladungsbogen wird somit automatisch auf die Wolframbeschichtung zum Schutz des Rands Schutz des Randes der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission geführt und gelangt von dieser aus direkt zum Elektrodenplateau, sodass der Entladungsbogen beim Zusammenziehen in vorteilhafterweise durch keine Beschichtung behindert wird und damit auf dem Weg zum Elektrodenplateau nicht aufgehalten wird, wodurch auch die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission vollkommen unbeschadet bleibt.
Alternativ können die Wolframbeschichtung und der Freibereich auch so angeordnet sein, dass der mindestens eine zweite Bereich, in welchem die Wolframbeschichtung angeordnet ist, und der Freibereich sich nicht überschneiden, so dass keine zusätzliche Wolframbeschichtung im Freibereich des Grundkörpers angeordnet ist. Auch hierdurch kann der an einer vom Elektrodenplateau entfernt ansetzende Entladungsbogen einfach und ungehindert zum Elektrodenplateau gelangen ohne die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission zu zerstören. Zudem ermöglicht diese Variante auch eine besonders einfache Herstellung der Elektrode.
Die Erfindung betrifft auch eine Entladungslampe mit einer erfindungsgemäßen Elektrode oder einer ihrer Ausgestaltungen.
Insbesondere kann die Entladungslampe auch zwei der erfindungsgemäßen Elektroden oder zwei ihrer Ausgestaltungen aufweisen, wobei dann vorzugsweise eine der Elektroden als Anode und eine als Kathode ausgebildet ist.
Die Elektroden können dabei in einem Lampenkolben der Entladungslampe angeordnet sein, wobei dieser Lampenkolben mit einem Gasgemisch gefüllt ist. Die Entladungslampe kann zudem wie die eingangs beschriebenen Lampen ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Entladungslampe als XBO-Lampe, zum Beispiel als Xenon-Kurzbogenlampe ausgebildet sein. XBO-Lampen emittieren Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich und werden beispielsweise bei der klassischen und digitalen Filmprojektion eingesetzt. Die Entladungslampe kann auch als HBO-Lampe ausgebildet sein, insbesondere als Quecksilberkurzbogenlampe, bei welcher der Kolben mit einem Quecksilber aufweisenden Gasgemisch gefüllt ist. Solche Lampen emittieren Licht zumindest zum Teil im UV-Bereich und können zum Beispiel bei der lithografischen Strukturierung von Halbleitern verwendet werden.
Die für die erfindungsgemäße Elektrode und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Entladungslampe und ihre Ausführungsformen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Entladungslampe, wobei ein Grundkörper mit einem eine Stirnfläche der Elektrode bereitstellenden Elektrodenplateau bereitgestellt wird, wobei der Grundkörper in einer Längserstreckungsrichtung der Elektrode durch das Elektrodenplateau begrenzt ist. Des Weiteren wird der Grundkörper in zumindest einem vom Elektrodenplateau verschiedenen ersten Bereich des Grundkörpers mit einer Beschichtung zur Erhöhung einer Wärmeemission derart beschichtet, dass mindestens ein Freibereich bereitgestellt wird, der zumindest zum Teil in der Längserstreckungsrichtung bis zum Elektrodenplateau verläuft, und in welchem die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist, und der erste Bereich in Umfangsrichtung der Elektrode an zumindest einen Abschnitt des Freibereichs angrenzt.
Auf diese Weise lässt sich der Freibereich, in welchem die Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist, auf besonders einfache und kostengünstige Weise erzeugen. Auch hier gelten die für die erfindungsgemäße Elektrode und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Elektrode. Zudem ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode und ihren Ausführungsformen genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens durch weitere korrespondierende Verfahrensschritte.
Besonders vorteilhaft zeigt sich hierbei eine Ausführungsform der Elektrode, bei welcher der Freibereich streifenförmig und gradlinig in der Längserstreckungsrichtung zum Elektrodenplateau verläuft. Dadurch lässt sich das Beschichtungsverfahren besonders einfach gestalten. Nichtsdestoweniger lässt sich durch dieses Herstellungsverfahren ein Freibereich bereitstellen, der zumindest zum Teil nicht gradlinig, zum Beispiel spiralförmig, verläuft.
Weiterhin kann das Beschichten mit der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission durch Aufsintern auf dem Grundkörper erfolgen. Auch die oben beschriebene Wolframbeschichtung, die in mindestens einem zweiten Bereich angrenzend an den Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission angeordnet ist, kann in einem entsprechenden Herstellungsschritt durch Aufsintern von Wolframpulver in den entsprechenden zweiten Bereichen bereitgestellt werden.
Somit lassen sich auf besonders einfache, kostengünstige und zeiteffiziente Weise Elektroden bereitstellen, die eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer von Entladungslampen ermöglichen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Elektrode für eine Entladungslampe mit einem beschichtungsfreien, gradlinig zum Elektrodenplateau verlaufenden Freibereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Elektrode mit einem spiralförmig zum Elektrodenplateau verlaufenden Freibereich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Elektrode mit einer partiell aufgetragenen Wolframbeschichtung am Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission; und
4 eine schematische Darstellung einer Entladungslampe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrode 10 für eine Entladungslampe 12 (vergleiche 4) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Elektrode 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kathode 10a ausgebildet. Sie kann in analoger Weise aber auch als Anode 10b (vergleiche 4) ausgebildet sein. In diesem Beispiel weist die Elektrode 10 also einen Grundkörper 14 auf. Dieser weist wiederum ein eine Stirnfläche der Elektrode 10 bereitstellendes Elektrodenplateau 16 auf. Dabei wird der Grundkörper 14 in einer Längserstreckungsrichtung L, die parallel zur Elektrodenachse A verläuft, durch das Elektrodenplateau 16 begrenzt.
Der Grundkörper 14 setzt sich in diesem Beispiel aus einem zylindrischen Abschnitt 14a und einem kegelförmigen beziehungsweise konusförmigen Abschnitt 14b zusammen. Die Elektrode 10 kann aber auch beliebig anders geformt sein, zum Beispiel wenn diese als Anode 10b ausgebildet ist, wie in 4 dargestellt. In diesem Beispiel entfällt im Wesentlichen der konusförmige Abschnitt 14b und das Elektrodenplateau 16 schließt sich im Wesentlichen unmittelbar an den zylinderförmigen Abschnitt 14a an.
Zur Verbesserung der thermischen Strahlleistung ist die Oberfläche in einem vom Elektrodenplateau 16 verschiedenen ersten Bereich 18 des Grundkörpers 14 mit einer Beschichtung 20 zur Erhöhung der Wärmeemission beschichtet. Vorzugsweise stellt diese Beschichtung 20 eine Teilchenverbund-Beschichtung aus einer ZrO₂-Matrix-Schicht mit eingelagerten Wolfram-Partikeln dar. Dazu kann zum Beispiel eine Pulvermischung aus 10 Volumenprozent Wolfram und 90 Volumenprozent ZrO₂ aufgesintert werden.
Im Betrieb einer Entladungslampe, zum Beispiel wie der in 4 dargestellten Entladungslampe 12, bildet sich letztendlich zwischen den jeweiligen Elektrodenplateaus 16 der Kathode 10a und der Anode 10b ein entsprechender Entladungsbogen aus.
Beim Zünden von Kurzbogen-Entladungslampen kommt es häufig vor, dass die Ladungsträgerdichte im Plasma nicht genügt, um von Anfang an einen stabilen Entladungsbogen zwischen den Spitzen der Elektroden 10 auszubilden. In diesem Fall setzt der Bogen zunächst an von den Elektrodenplateaus 16 weiter entfernten Stellen auf den Elektroden 10 an. Dabei kommt es bei herkömmlichen Elektroden sehr häufig vor, dass dieser Bogen auf der emissionserhöhenden Beschichtung ansetzt, was solche Beschichtungen in der Regel partiell zerstört, zudem zu einer verstärkten Trübung oder Schwärzung des Kolbens führt und insgesamt zu einer Reduktion der Lebensdauer der Entladungslampe.
Um dies zu verhindern, ist nun vorteilhafterweise ein Freibereich 22 auf dem Grundkörper 14 vorgesehen, in welchem die Beschichtung 20 zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist. Dieser Freibereich 22 ist streifenförmig ausgebildet und erstreckt sich zumindest zum Teil in Richtung der Längserstreckungsrichtung L als zusammenhängende Fläche bis zum Elektrodenplateau 16. Im Allgemeinen weist dieser Freibereich 22 eine Länge LF auf, sowie eine lokal dazu senkrecht stehende Breite B, wie in 1 dargestellt. Die Länge LF ist dabei größer als die Breite B. Vorzugsweise ist die Länge LF des Freibereichs 22 mindestens so groß wie die Hälfte des Durchmessers D der Elektrode 10, insbesondere bezogen auf den breitesten Bereich der Elektrode 10 bzw. bezogen auf den zylindrischen Abschnitt 14a.
In diesem hier in 1 dargestellten Beispiel erstreckt sich der Freibereich 22 streifenförmig gradlinig über die gesamte Länge der Elektrode 10 bis zum Elektrodenplateau 16. Der Freibereich 22 kann aber auch kürzer ausgebildet sein. Zudem ist es bevorzugt, dass die Breite B des Freibereichs 22 mindestens 1 Millimeter, vorzugsweise mindestens 2 Millimeter, insbesondere zwischen 2 Millimeter und 5 Millimeter beträgt.
Somit bekommt der Entladungsbogen vorteilhafterweise die Möglichkeit, im Freibereich 22 und somit direkt auf der thermisch belastbaren Oberfläche des Grundkörpers 14 der Elektrode 10, der im Wesentlichen aus Wolfram gebildet ist, anzusetzen. Durch diesen zum Elektrodenplateau hin verlaufenden Streifen 22 wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass der Entladungsbogen beim Zusammenziehen zwischen den Elektrodenspitzen durch keine Beschichtung 20 behindert wird und damit auf dem Weg zum Elektrodenplateau 16 nicht aufgehalten wird. Um dem Bogen alternative Ansatzstellen zu bieten, können auch mehrere solcher Streifen, insbesondere solcher Freibereiche 22, vorgesehen werden.
Somit kann vorteilhafterweise der Entladungsbogen auf dem Weg von der Bogenansatzstelle zum Elektrodenplateau 16 entlangstreifen, ohne die wärmeabstrahlende Beschichtung 20 zu zerstören. Durch den flächenmäßig geringen Freibereich 22 wird die Effizienz der Wärmeemission, die durch die Beschichtung 20 gefördert wird, nicht bzw. nur geringfügig beeinträchtigt.
Damit der Bogen in der zweiten Hochlaufphase, in den ersten Minuten nach der Zündung auch nicht den Rand 20a der Kathodenbeschichtung, das heißt der Beschichtung 20 zur Erhöhung der Wärmeemission, nahe dem Plateau 16 zerstört, ist der Beschichtungsrand 20a insbesondere im Bereich nahe des Kathodenplateaus, oder im Allgemeinen des Elektrodenplateaus 16, noch mit einer Beschichtung aus aufgesintertem Wolframpulver, also einer Wolframbeschichtung 24 versehen. Diese sorgt dafür, dass der Bogen vorzugsweise dort ansetzt, und die thermisch weniger belastbare Beschichtung 20 zur verbesserten Wärmeabstrahlung unbeschadet lässt.
Diese Wolframbeschichtung 24 hat vorzugsweise eine Mindestbreite BW von mindestens 0,5 Millimetern, die sich vom Rand 20a der Beschichtung 20 in Richtung des Elektrodenplateaus 16 erstreckt. Weiterhin sind in dem in 1 dargestellten Beispiel, der Freibereich 22 wie beschrieben gradlinig verlaufend, und die Wolframbeschichtung 24 ist ringförmig um die Achse A verlaufend in einem zweiten Bereich 26 des Grundkörpers 14 angeordnet, wobei der Freibereich 22 auch die Wolframbeschichtung 24 durchläuft und somit ihre ringförmige Struktur unterbricht. Sowohl der Freibereich 22 als auch die Wolframbeschichtung 24 können jeweils auch andere Formen annehmen, ohne dabei ihre Funktion zu verlieren. Dies wird nun anhand von 2 und 3 näher erläutert.
2 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Elektrode 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere kann die Elektrode 10 wie zu 1 beschrieben bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede ausgebildet sein. In diesem Beispiel ist der Freibereich 22 in Richtung der Längserstreckungsrichtung L der Elektrode 10 zumindest zum Teil spiralförmig ausgebildet, insbesondere im Bereich des konusförmigen Abschnitts 14b des Grundkörpers 14. Bei einer derart spiralförmigen Ausbildung des Freibereichs 22 ist es jedoch bevorzugt, dass der Freibereich 22 die Elektrodenachse A höchstens einmal vollständig umläuft, um dem Entladungsbogen einen möglichst einfachen Weg zum Elektrodenplateau 16 zu bieten. Die wendelförmige Struktur des Freibereichs 22 in der Nähe des Elektrodenplateaus 16 mündet dabei wiederum direkt in die Wolframbeschichtung 24 zum Schutz des Randes 20a der Beschichtung 20, wobei die Wolframbeschichtung 24 auch hier wiederum in einem zweiten zusammenhängenden Bereich 26, welcher in einer geöffneten Ringform um die Elektrodenachse A verläuft, angeordnet ist.
Die Funktion dieser Wolframbeschichtung 24 ist jedoch auch gegeben, wenn diese Wolframbeschichtung 24 partiell aufgetragen wird, wie dies in 3 dargestellt ist. 3 zeigt dabei wiederum eine Elektrode 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, die insbesondere wiederum wie zu 1 beschrieben ausgebildet sein kann, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. Diese Unterschiede beschränken sich insbesondere hierbei nur auf die Ausbildung beziehungsweise Anordnung der Wolframbeschichtung 24. Diese ist in diesem Beispiel nun in mehreren voneinander separierten zweiten Bereichen 26 angeordnet, die um die Achse A der Elektrode 10 herum verlaufend und angrenzend an den Rand 20a der Beschichtung 20 zur Erhöhung der Wärmeemission angeordnet sind.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Entladungslampe 12, die in diesem Beispiel als Hochdruckentladungslampe in Kurzbogentechnik ausgebildet ist. Die Entladungslampe 12 weist weiterhin zwei Elektroden 10 gemäß von Ausführungsbeispielen der Erfindung auf, wovon eine als Anode 10b und eine als Kathode 10a ausgebildet ist. Dabei können die Kathode 10a und/oder die Anode 10b wie zu 1 bis 3 beschrieben ausgebildet sein. Die Anode 10b unterscheidet sich von der Kathode 10a zusätzlich durch ihre Formgebung, wie aus 4 ersichtlich ist. Insbesondere weist die Anode 10b einen deutlich größeren Durchmesser D auf, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 4 Zentimetern, während die Kathode 10a einen deutlich kleineren Durchmesser D aufweist, vorzugsweise im Bereich kleiner oder bis maximal 3,0 Zentimetern, besonders bevorzugt bis maximal 2,5 Zentimetern.
Weiterhin weist die Entladungslampe 12 die für eine solche Lampe üblichen Komponenten, wie ein Entladungsgefäß 28, einen Entladungsraum 30, der mit einem Gasgemisch gefüllt ist, und in welchem sich die Elektroden 10 befinden, und weitere Komponenten auf. Die jeweiligen Elektrodenplateaus 16 der Anode 10b und der Kathode 10a sind dabei einander zugewandt und die Elektrodenachsen A liegen in etwa auf einer Linie, das heißt die Kathode 10a und die Anode 10b sind koaxial zueinander angeordnet. Beide Elektroden 10 können wie zuvor beschrieben einen Freibereich 22 aufweisen. Diese jeweiligen Freibereiche 22 sind vorzugsweise auf der gleichen Seite in Bezug auf die Achse A angeordnet, verlaufen also zum Beispiel beide oben auf der Anode 10b und oben auf der Kathode 10a oder beide unten in Bezug auf die beiden Elektroden 10, oder auf jeder beliebigen Seite, jedoch immer auf der gleichen in Bezug auf die jeweilige Achse A und/oder Längserstreckungsrichtung L der Anode 10b und der Kathode 10a. Wenngleich der Entladungsbogen häufig bei einer der beiden Elektroden 10 beim Zünden auf dem Elektrodenplateau 16 ansetzt und nur bei der anderen der beiden Elektroden, häufig der Kathode, am Konus oder Mantel der Elektrode 10 ansetzt, so kann es in weniger häufigen Fällen dennoch auftreten, dass der Bogen bei beiden Elektroden 10 entfernt vom Plateau 16 ansetzt. In diesem Fall erleichtert die gleichseitige Anordnung des Freibereichs 22 das Zusammenziehen des Bogens, und die Wahrscheinlichkeit, dass dieser die Beschichtung 20 berührt oder diese überschreitet wird zusätzlich reduziert.
Insgesamt werden so eine Elektrode, eine Entladungslampe und ein Herstellungsverfahren bereitgestellt, die es vorteilhafterweise ermöglichen, durch besonders kostengünstige Maßnahmen, nämlich durch einen sich zum Elektrodenplateau hin erstreckenden Freibereich, die Lebensdauer der Entladungslampe weiter zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

10: Elektrode
10a: Kathode
10b: Anode
12: Entladungslampe
14: Grundkörper
14a: zylindrischer Abschnitt
14b: konusförmiger Abschnitt
16: Elektrodenplateau
18: erster Bereich
20: Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission
20a: Rand der Beschichtung zur Erhöhung der Wärmeemission
22: Freibereich
24: Wolframbeschichtung
26: zweiter Bereich
28: Entladungsgefäß
30: Entladungsraum
A: Elektrodenachse
B: Breite des Freibereichs
D: Durchmesser der Elektrode
BW: Breite der Wolframbeschichtung
L: Längserstreckungsrichtung der Elektrode
LF: Länge des Freibereichs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009021235 A1 [0003]

Claims

Elektrode (10, 10a, 10b) für eine Entladungslampe (12), wobei die Elektrode (10, 10a, 10b) aufweist: - einen Grundkörper (14) mit einem eine Stirnfläche der Elektrode (10, 10a, 10b) bereitstellenden Elektrodenplateau (16), wobei der Grundkörper (14) in einer Längserstreckungsrichtung (L) der Elektrode (10, 10a, 10b) durch das Elektrodenplateau (16) begrenzt ist; und - eine in zumindest einem vom Elektrodenplateau (16) verschiedenen ersten Bereich (18) des Grundkörpers (14) angeordnete Beschichtung (20) zur Erhöhung einer Wärmeemission; dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10, 10a, 10b) mindestens einen zumindest bereichsweise zusammenhängenden, sich zumindest zum Teil in der Längserstreckungsrichtung (L) bis zum Elektrodenplateau (16) verlaufenden Freibereich (22) des Grundkörpers (14) aufweist, in welchem die Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist, wobei der erste Bereich (18) in Umfangsrichtung der Elektrode (10, 10a, 10b) an zumindest einen Abschnitt des Freibereichs (22) angrenzt.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freibereich (22) streifenförmig mit einer Breite (B) von mindestens 1 mm ausgebildet ist.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freibereich (22) streifenförmig mit einer Länge (LF) ausgebildet ist, die mindestens so groß ist, wie die Hälfte eines maximalen Durchmessers (D) der Elektrode (10, 10a, 10b) senkrecht zu ihrer Längserstreckungsrichtung (L).
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freibereich (22) geradlinig entlang der Längserstreckungsrichtung (L) verläuft.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freibereich (22) zumindest zum Teil spiralförmig um die Längserstreckungsrichtung (L) verläuft.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission auf mindestens der Hälfte einer Gesamtoberfläche des Grundkörpers (14) angeordnet ist.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission eine keramische Substanz aufweist, und insbesondere zu mindestens 10 Volumenprozent aus der keramischen Substanz gebildet ist.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission eine Matrix-Schicht aus ZrO₂ mit eingelagerten Wolfram-Partikeln aufweist, insbesondere wobei die Wolfram-Partikel zwischen 2 Volumenprozent und 40 Volumenprozent der Beschichtung (20) bereitstellen.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10, 10a, 10b) eine Wolframbeschichtung (24) aufweist, die in zumindest einem an einem dem Elektrodenplateau (16) zugewandten Rand (20a) der Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission angrenzenden zweiten Bereich (26) des Grundkörpers (14) angeordnet ist.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (26) einen in einer Umfangsrichtung der Elektrode (10, 10a, 10b) ringförmigen, insbesondere in der Umfangsrichtung geschlossenen oder nicht geschlossenen, Bereich (26) darstellt.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (14) mehrere zweite Bereiche (26) aufweist, die jeweils an den Rand (20a) der Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission angrenzend und zueinander in Umfangsrichtung der Elektrode (10, 10a, 10b) beabstandet angeordnet sind, wobei die Wolframbeschichtung (24) in einem jeweiligen der zweiten Bereiche (26) angeordnet ist.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Bereich (26) eine Breite (BW) aufweist, die sich vom Rand (20a) der Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission in Richtung des Elektrodenplateaus (16) erstreckt und die mindestens 0,5 mm beträgt.
Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des mindestens einen zweiten Bereichs (26) sich mit einem dem Elektrodenplateau (16) zugewandten Ende des Freibereichs (22) überschneidet, so dass die Wolframbeschichtung (24) zumindest teilweise in zumindest einem Teil des Endes des Freibereichs (22) angeordnet ist.
Entladungslampe (12) mit mindestens einer Elektrode (10, 10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (10, 10a, 10b) für eine Entladungslampe (12) mit den Schritten: - Bereitstellen eines Grundkörpers (14) mit einem eine Stirnfläche der Elektrode (10, 10a, 10b) bereitstellenden Elektrodenplateau (16), wobei der Grundkörper (14) in einer Längserstreckungsrichtung (L) der Elektrode (10, 10a, 10b) durch das Elektrodenplateau (16) begrenzt ist; und - Beschichten des Grundkörpers (14) in zumindest einem vom Elektrodenplateau (16) verschiedenen ersten Bereich (18) des Grundkörpers (14) mit einer Beschichtung (20) zur Erhöhung einer Wärmeemission; dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörpers (14) mit der Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission derart beschichtet wird, dass mindestens ein zumindest zum Teil in der Längserstreckungsrichtung (L) bis zum Elektrodenplateau (16) verlaufender Freibereich (22) bereitgestellt wird, in welchem die Beschichtung (20) zur Erhöhung der Wärmeemission nicht angeordnet ist, und der erste Bereich (18) in Umfangsrichtung der Elektrode (10, 10a, 10b) an zumindest einen Abschnitt des Freibereichs (22) angrenzt.