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Die Erfindung betrifft eine Elektroden-Anordnung
für eine
Entladungslampe sowie eine Entladungslampe, die eine derartige Elektroden-Anordnung
umfasst.
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Herkömmlicherweise weist eine Entladungslampe
einen Kolben auf, bei welchem an die beiden Enden einer Leuchtröhre, welche
einen Emissionsraum bildet, hermetisch abschließende Röhren angrenzend angeordnet
sind. Innerhalb der Leuchtröhre
dieses Kolbens sind ein Paar Elektroden (Anode und Kathode) gegenüberliegend
angeordnet und zugleich beispielsweise Edelgas sowie Quecksilber
eingefüllt.
Die Elektroden sind jeweils im Spitzenbereich eines Elektrodenträgers, welcher
sich entlang der Röhrenachse
von der hermetisch abschließenden Röhre des
Kolbens in Richtung auf die Leuchtröhre erstreckt, befestigt und
werden von diesem abgestützt.
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Als Maßnahme für ein Befestigen der Elektrode
am Spitzenbereich des Elektrodenträgers ist ein Verfahren bekannt,
bei welchem man am Ende der Elektrode einen offenen konkaven Teil
bildet, in welchen über
ein Pufferbauteil der Spitzenbereich des Elektrodenträgers durch
eine Passung eingebaut wird.
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Nachfolgend wird dieses Verfahren
konkret beschrieben:
Wie in 5(a) gezeigt,
wird am Ende 50b einer Elektrode 50 ein sich verjüngender
konkaver Teil 50a in der Weise gebildet, dass er sich öffnet und
in Richtung auf die Spitze der Elektrode 50 seinen Durchmesser
verkleinert. Zugleich verarbeitet man den Spitzenbereich 51a eines
Elektrodenträgers 51 in eine
Form, welche dem konkaven Teil 50a der Elektrode 50 angepasst
ist, das heißt,
sich in der Weise verjüngt,
dass sein Durchmesser sich in Richtung auf die Spitze verkleinert.
Ferner bildet man auf der Umfangsfläche dieses Spitzenbereiches 51a ein
Pufferbauteil 52.
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Als nächstes steckt man, wie in 5(b) gezeigt, in den konkaven Teil 50a der
Elektrode 50 den Spitzenbereich 51a des Elektrodenträgers 51 ein. Ferner
bringt man, wie in 5(c) ge zeigt, den
Spitzenbereich 51a des Elektrodenträgers 51 in der Weise
in einen Presssitz, dass der gesamte Spitzenbereich 51a in
den konkaven Teil 50a der Elektrode 50 aufgenommen
wird. Dadurch wird das Pufferbauteil 52 zwischen dem Spitzenbereich 51a und
dem konkaven Teil 50a flachgedrückt. Der Spitzenbereich 51a des
Elektrodenträgers 51 wird
in den konkaven Teil 50a der Elektrode 50 durch
Einpassung eingebaut und befestigt.
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Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise
in der Japanischen Offenlegungsschrift 2001-23566 (entspricht
US 6,459,202 B1 ) in Zusammenhang
mit
7 beschrieben.
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Bei einem derartigen Verfahren hat
man jedoch folgende Nachteile:
Das Pufferbauteil 52 wird
dadurch gebildet, dass man den Spitzenbereich 51a des Elektrodenträgers 51 mit einer
Molybdänfolie,
einer Tantalplatte oder dergleichen umwickelt. Die Regulierung der
Dicke des Pufferbauteils 52, das heißt, die Regulierung der Dicke, der
Wicklungszahl sowie der Wickelposition der zu verwendenden Molybdänfolie,
der Tantalplatte oder dergleichen, erfolgt durch wiederholte Versuche
des Herstellers. Man hatte jedoch den Nachteil, dass die Einpassung
der Elektrode 50 und des Elektrodenträgers 51 Streuungen
unterliegt und dass die Passgenauigkeit gering ist.
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Der Spitzenbereich 51a des
Elektrodenträgers 51,
welcher in den konkaven Teil 50a der Elektrode 50 durch
Einpassen eingebaut wird, ist auch aus den folgenden Gründen sich
verjüngend
gebildet:
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- – im
Zusammenhang mit der Regulierung der Dicke des Pufferbauteils 52,
das heißt,
der Dicke, der Wicklungszahl, der Wickelposition und dergleichen
der zu verwendenden Molybdänfolie,
der Tantalplatte oder dergleichen; und
- – die
Innenseite der konkaven Teils 50a der Elektrode 50 ist
sich verjüngend
gebildet.
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Im Fall, dass der Spitzenbereich 51a in
den konkaven Teil 50a schräg eingesteckt wird, muss die Achse
Y des Elektrodenträger 51 eigentlich
mit der Achse X der Elektrode 50 übereinstimmen. Es gab jedoch
Fälle,
in welchen die Achsen voneinander abweichen.
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Die Erfindung wurde gemacht, um die
vorstehend beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik zu beseitigen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Elektroden-Anordnung
für eine
Entladungslampe anzugeben, bei welcher man die Spitze des Elektrodenträgers in
einen konkaven Teil, welcher sich am Ende der Elektrode öffnet, sicher
mit einer äußerst großen Passge nauigkeit
einpassen kann, bei welcher man ferner Streuungen der Passgenauigkeit
unter den Entladungslampen beseitigen kann und bei welcher die Achse
des Elektrodenträgers
mit der Achse der Elektrode zuverlässig zur Übereinstimmung gebracht werden
kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Elektroden-Anordnung
für eine
Entladungslampe, welche eine Elektrode aufweist, die von einem Elektrodenträger abgestützt wird,
dadurch gelöst,
dass die Elektrode am Ende einen sich öffnenden konkaven Teil aufweist,
welcher einen ersten konkaven Teil mit einem kleineren Durchmesser
besitzt, der sich auf der Innenseite der Elektrode befindet, und
einen zweiten konkaven Teil mit einem größeren Durchmesser, der sich
an diesen ersten konkaven Teil anschließt und sich auf der Seite des
Elektrodenendes befindet, dass ferner in dem zweiten konkaven Teil ein
im Wesentlichen zylindrisches metallisches Pufferbauteil angeordnet
ist, dessen Innenumfangsfläche
zur Elektrodenachse parallel verläuft, dass die Spitze des Elektrodenträgers als
zylindrischer Teil ausgebildet ist, an welchen ein sich verjüngender
Teil anschließt,
dass der zylindrische Teil des Elektrodenträgers innerhalb des ersten konkaven
Teils der Elektrode angeordnet ist, und dass der Elektrodenträger in der
Weise in die Elektrode eingepasst ist und diese Elektrode abstützt, dass
der sich verjüngende
Teil das Pufferbauteil flachdrückt.
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Die Aufgabe wird außerdem durch
eine Entladungslampe gelöst,
welche eine erfindungsgemäße Elektroden-Anordnung
umfasst.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Elektroden-Anordnung
sind in den Unteransprüchen
beschreiben.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Entladungslampe
anhand einer Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung der Anordnung einer erfindungsgemäßen Entladungslampe;
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2(a) bis (d) jeweils eine schematische Darstellung
des Vorgangs, mit dem an der Spitze eines erfindungsgemäßen Elektrodenträgers eine
Anode passgenau befestigt wird;
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Pufferbauteils, welches bei der
Passungsanordnung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung verwendet
wird;
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4 eine
schematische Darstellung der Passungsanordnung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung
und
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5(a) bis (c) jeweils eine schematische Darstellung
des herkömmlichen
Vorgangs, bei welchem an der Spitze des Elektrodenträgers eine
Anode passend befestigt wird.
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1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Beispiels der Anordnung
einer erfindungsgemäßen Entladungslampe.
Ein Kolben 10 dieser Entladungslampe ist aus Quarzglas
gebildet und besteht aus einer ellipsoiden Leuchtröhre 11 sowie
aus hermetisch abschließenden
Röhren 12,
welche sich in der Weise anschließen, dass sie sich von den
beiden Enden der Leuchtröhre 11 nach
außen erstrecken.
An einer der Leuchtröhre 11 angenäherten Stelle
der jeweiligen hermetisch abschließenden Röhre 12, welche sich
an die Leuchtröhre 11 anschließt, ist
ein zusammengezogener Teil 12a gebildet, bei welchem der
Durchmesser eines Teils der hermetisch abschließenden Röhre 12 verkleinert
ist.
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Innerhalb der Leuchtröhre 11 des
Kolbens 10 sind eine Anode 13 sowie eine Kathode 14 gegenüberliegend
angeordnet, welche jeweils aus Wolfram bestehen und welche jeweils
an der Spitze eines aus Molybdän
bestehenden zylindrischen Elektrodenträgers 15 passgenau
befestigt und gehalten sind.
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Der jeweilige Elektrodenträger 15 erstreckt sich
innerhalb der jeweiligen hermetisch abschließenden Röhre 12 entlang derselben.
Sein Ende steht über
die hermetisch abschließende
Röhre 12 über. Am äußeren Ende
der hermetisch abschließenden Röhre sind
diese und der Elektrodenträger 15 aneinander
angeschweißt,
wodurch ein hermetisch verschlossener Siegelbereich 17 gebildet
wird.
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Innerhalb der hermetisch abschließenden Röhre 12 ist
ein Hülsenbauteil 16 aus
Quarzglas, welches eine Durchgangsöffnung 19 aufweist,
die dem Außendurchmesser
des Elektrodenträgers 15 angepasst
ist, in einem Zustand angeordnet, in welchem es vom Elektrodenträger 15 durchdrungen wird.
Dieses Hülsenbauteil 16 wird
von dem zusammengezogenen Teil 12a abgestützt, welcher
einen Teil der hermetisch abschließenden Röhre bildet.
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Innerhalb der Leuchtröhre 11 des
Kolbens 10 sind Einfüllgas,
welches aus einem Edelgas wie Xenon, Argon, Krypton oder dergleichen
bzw. aus einem Gasgemisch hiervon besteht sowie bei Bedarf ein Emissionsstoff
wie Quecksilber oder dergleichen eingefüllt.
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Der Druck des Einfüllgases
liegt bei der Einfüllung
beispielsweise bei 0.1 atm bis 10 atm. Im Fall einer Verwendung
von Quecksilber als Emissionsstoff liegt die Einfüllmenge
beispielsweise bei einem Gewicht pro Innenvolumen der Leuchtröhre 11 des Kolbens 10 von
0.5 mg/cm3 bis 60 mg/cm3.
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Nachfolgend wird anhand von 2(a) bis (d) der
Ablauf beschrieben, mit welchem der Elektrodenträger in die Elektrode eingepasst
wird.
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Wie in 2(a) gezeigt,
weist die Anode 13 einen konkaven Teil 13a auf,
welcher sich am Ende 13b öffnet. Dieser konkave Teil 13a besteht
aus einem ersten zylindrischen konkaven Teil 131a mit einem
kleineren Durchmesser, welcher sich auf der Innenseite der Elektrode
befindet, sowie aus einem zweiten zylindrischen konkaven Teil 132a mit
einem größeren Durchmesser,
der sich an diesen ersten konkaven Teil 131a anschließt und sich
auf der Seite des Elektrodenendes befindet. Das heißt, der
Innendurchmesser des ersten konkaven Teils 131a ist kleiner
als der Innendurchmesser des zweiten konkaven Teils 132a.
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Die Spitze des Elektrodenträgers 15 ist
als zylindrischer Teil 15a gebildet, an welchen sich ein sich
verjüngender
Teil 15b anschließt,
dessen Durchmesser sich in Richtung auf das hintere Ende des Elektrodenträgers 15 vergrößert. An
den sich verjüngenden
Teil 15b schließt
sich ein Rumpf 15c an. Der Außendurchmesser des zylindrischen
Teils 15a ist kleiner als der Innendurchmesser des ersten
konkaven Teils 131a.
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Ein Pufferbauteil 20, wie
es in 3 gezeigt wird,
ist ein aus metallischem Tantal bestehendes, im Wesentlichen zylindrisches
Bauteil, welches teilweise in Achsrichtung mit einem Spalt 22 versehen
ist und welches eine im Wesentlichen C-förmige Querschnittsform aufweist.
Die Innenumfangsfläche
des Pufferbauteils 20 ist mit 21 bezeichnet.
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Wie in 2(b) gezeigt,
wird dieses Pufferbauteil 20 von außen in den zweiten konkaven
Teil 132a gedrückt
und in einem plastisch verformten Zustand eingebaut. Der Innendurchmesser
dieses Pufferbauteils 20 ist größer als der Außendurchmesser des
zylindrischen Teils 15a des Elektrodenträgers 15 und
kleiner als der Außendurchmesser
des Rumpfs 15c des Elektrodenträgers 15. Die Innenumfangsfläche 21 des
Pufferbauteils 20 verläuft
parallel zur Achse X der Elektrode.
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Als nächstes werden, wie in 2(c) gezeigt, in den konkaven Teil 13a der
Anode 13 der zylindrische Teil 15a des Elektrodenträgers 15 sowie der
sich verjüngende
Teil 15b eingeschoben.
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Der erste konkave Teil 131a ist
auf der Achse X der Elektrode 13 gebildet. Andererseits
ist der zylindrische Teil 15a des Elektrodenträgers 15 auf
der Achse Y des Elektrodenträgers 15 gebildet.
Wenn der zylindrische Teil 15a in den ersten konkaven Teil 131a eingeschoben
wird, wird zwischen dem zylindrischen Teil 15a und dem
ersten konkaven Teil 131a eine Lücke gebildet. Da diese Lücke sehr
schmal ist, fungiert der erste konkave Teil 131a als Führung beim
Einschieben des zylindrischen Teils 15a. Der zylindrische
Teil 15a befindet sich dadurch in der Mitte des ersten
konkaven Teils 131a. Als Folge davon kann man den Elektrodenträger 15 zentrieren,
und die Achse Y des Elektrodenträgers 15 und
die Achse X der Anode 13 stimmen überein.
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Ferner wird, wie in 2(d) gezeigt,
der Elektrodenträger 15 dadurch
in die Anode 13 passgenau eingebaut, dass in den konkaven
Teil 13a der Anode 13 der zylindrische Teil 15a des
Elektrodenträgers 15 und
der sich verjüngende
Teil 15b tiefer eingedrückt
werden.
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Dieser Sachverhalt wird nachfolgend
konkret beschrieben.
Wie in 4 gezeigt,
verläuft
die Innenumfangsfläche 21 des
Pufferbauteils 20 zur Achse X der Elektrode 13 parallel.
Der Winkel a, welcher durch den sich verjüngenden Teil 15b des
Elektrodenträgers 15 und die
Innenumfangsfläche 21 gebildet
wird, ist deshalb im Gesamtumfang konstant. Wenn der sich verjüngende Teil 15b in
das Pufferbauteil 20 eingedrückt wird, wird der sich verjüngende Teil 15b an
die Innenumfangsfläche 21 des
Pufferbauteils 20 mit einer sich im Wesentlichen gleichmäßig nach
außen
richtenden Kraft gedrückt.
Bei dem Pufferbauteil 20 wird die Seite seiner Innenumfangsfläche 21 durch
den sich verjüngenden
Teil 15b im Wesentlichen gleichmäßig flachgedrückt, wodurch
der Elektrodenträger 15 in die
Anode 13 sicher und zugleich mit einer großen Passgenauigkeit
eingepasst wird.
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Das Pufferbauteil 20 wird,
wie in 3 gezeigt, eine
bestimmte Form aufweisend maschinell hergestellt. Pufferbauteile 20 weisen
deshalb kaum individuelle Unterschiede untereinander auf.
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Da herkömmlicherweise bei dem Vorgang der
Umwickelung des Spitze des Elektrodenträgers mit einer Metallfolie
die Dicke, die Wicklungszahl sowie die Wickelposition nach den Erfahrungen
des Herstellers bestimmt wurden, gab es Streuungen der Passgenauigkeit
zwischen dem Elektrodenträger und
der Elektrode bei jeder Entladungslampe. Erfindungsgemäß kommt
es auf Erfahrungen des Herstellers nicht an, und das Pufferbauteil 20 wird
mit einer bestimmten Form in den zweiten konkaven Teil 132a eingebaut.
Dadurch gehen individuelle Unterschiede zwischen den Zuständen, in
welchen zwischen dem sich verjüngenden
Teil 15b des Elektrodenträgers 15 und dem zweiten
konkaven Teil 132a das Pufferbauteil 20 flachgedrückt wird,
verloren. Bei jeder Entladungslampe kann man somit die Streuungen
der Passgenauigkeit zwischen dem Elektrodenträger und der Elektrode beseitigen
und die Passgenauigkeit konstant halten.
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Vorstehend wurde zwar die Anode 13 beschrieben.
Die Kathode 14 weist jedoch dieselbe Anordnung und somit
denselben Effekt sowie dieselbe Wirkung auf.
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Versuchsbeispiel
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Entsprechend der Anordnung gemäß 2(a) bis (d) wurden
unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen insgesamt zehn Baugruppen
hergestellt, wobei jede Baugruppe aus der Anode 13, dem
Elektrodenträger 15 und
dem Pufferbauteil 20 besteht.
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(Anode 13)
Material:
Wolfram
Durchmesser: 15 mm
Länge in Achsrichtung: 27 mm
Innendurchmesser
des ersten konkaven Teils : 3.2 mm
Länge in Achsrichtung des ersten
konkaven Teils 131a: 7.0 mm
Innendurchmesser des zweiten
konkaven Teils 132a: 3.8 mm
Länge des zweiten konkaven Teils 132a in
Achsrichtung: 5.0 mm
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(Elektrodenträger 15)
Material:
Wolfram
Außendurchmesser
des zylindrischen Teils 15a: 3.0 mm
Länge des
zylindrischen Teils 15a in Achsrichtung: 5.0 mm
Neigung
des sich verjüngenden
Teils 15b: 3 mm/10 mm
Länge des sich verjüngenden
Teils 15b in Achsrichtung. 3.3 mm
Außendurchmesser
des Rumpfs 15c: 4.0 mm
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(Pufferbauteil 20)
Material:
Tantal
Außendurchmesser:
3.78 mm
Innendurchmesser: 3.2 mm
Dicke: 0.29 mm
Länge in Achsrichtung:
5.0 mm
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Unter Verwendung der Anode 13,
des Elektrodenträgers 15 sowie
des Pufferbauteils 20 wurde nach den in 2(a) bis (d) gezeigten Vorgängen der Elektrodenträger 15 in
den konkaven Teil 13a der Anode 13 mit einer Kraft
von ca. 1 Tonne passgenau eingebaut.
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Um das Maß der Passung zwischen der
Anode 13 und dem Elektrodenträger 15 zu messen, wurde
die Kraft zum Herausziehen des Elektrodenträgers 15 aus der Anode 13 (Zugfestigkeit)
gemessen. Sie lag in jedem Fall bei ca. 250 kgf bis 350 kgf. Man
hat folgendes bestätigt:
Zwischen
den Produkten gab es nur geringe Streuungen der Passgenauigkeit.
Ferner war die Passgenauigkeit zwischen der Anode 13 und
dem Elektrodenträger 15 äußerst groß.
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Vergleichsversuch
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Entsprechend der in 5(a) bis (c) gezeigten Anordnung wurden unter den
nachfolgend beschriebenen Bedingungen insgesamt zehn Baugruppen
hergestellt, wobei jede Baugruppe aus einer Anode 50, einem
Elektrodenträger 51 und
einem Pufferbauteil 52 besteht.
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(Anode 50)
Material:
Wolfram
Durchmesser: 15 mm
Länge in Achsrichtung: 27 mm
Neigung
des konkaven Teils 50: 0.06 mm/20 mm
Durchmesser des
Spitzenbereiches des konkaven Teils 50: 4.06 mm
Durchmesser
der Öffnung
auf der Seite des Endes 50b des konkaven Teils 50:
4.1 mm
Länge
des konkaven Teils 50 in Achsrichtung: 12 mm (Elektrodenträger 51)
Material:
Wolfram
Durchmesser der Spitze des Spitzenbereiches 51a: 3.9
mm
Neigung des Spitzenbereiches 51a: 0.06 mm/20 mm
Länge des
Spitzenbereiches 51a in Achsrichtung: 16 mm
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(Pufferbauteil 52)
Material:
Tantalfolie
Höhe:
10 mm
Breite: 6 mm
Dicke: 0.05 mm
Wicklungsmethode:
1.5 Windungen
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Unter Verwendung der Anode 50,
des Elektrodenträgers 51 und
des Pufferbauteils 52 wurde nach den in 5(a) bis (c) gezeigten Vorgängen der Elektrodenträger 51 in
den konkaven Teil 50a der Anode 50 mit einer Kraft
von ca. 1 Tonne passgenau eingebaut.
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Um das Maß der Passung zwischen der
Anode 50 und dem Elektrodenträger 51 zu messen, wurde
die Kraft zum Herausziehen des Elektrodenträgers 51 aus der Anode 50 (Zugfestigkeit)
gemessen. Sie lag in einem Bereich von 40 kgf bis 250 kgf. Zwischen
den Produkten gab es große
Streuungen. Die Passgenauigkeit zwischen der Anode und dem Elektrodenträger war
im Vergleich zur Passgenauigkeit zwischen der Anode und dem Elektrodenträger bei
der Erfindung geringer.
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Wie vorstehend beschrieben wurde,
wird bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung
der zylindrische Teil des Elektrodenträgers in den ersten konkaven
Teil mit einem kleineren Durchmesser der Elektrode eingeschoben,
in dem zweiten konkaven Teil mit einem größeren Durchmesser wird das
zylindrische metallische Pufferbauteil angeordnet und der Elektrodenträger in den
konkaven Teil der Elektrode in der Weise passgenau eingebaut, dass
die Seite der Innenumfangsfläche
dieses Pufferbauteils vom sich verjüngenden Teil des Elektrodenträgers flachgedrückt wird.
Der Elektrodenträger
wird deshalb in der Elektrode sicher und zugleich in einem Zustand, in
welchem eine äußerst große Passgenauigkeit
aufrechterhalten wird, befestigt. Ferner werden die Streuungen der
Passgenauigkeit unter den Entladungslampen beseitigt. Dadurch, dass
der erste konkave Teil der Elektrode beim Einschieben des Elektrodenträgers in
die Elektrode als Führung
beim Einstecken des zylindrischen Teils des Elektrodenträgers fungiert,
wird der zylindrische Teil entlang der Mitte des ersten konkaven
Teils befestigt. Man kann deshalb die Achse des Elektrodenträgers mit
der Achse der Elektrode zuverlässig
zur Übereinstimmung
bringen.