DE112008003969B4

DE112008003969B4 - Elektrode für eine Entladungslampe, entsprechendes Herstellungsverfahren und entsprechende Entladungslampe

Info

Publication number: DE112008003969B4
Application number: DE112008003969.0T
Authority: DE
Inventors: Markus Stange
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2028-09-06
Also published as: CN102144276B; JP2012502412A; DE112008003969A5; CN102144276A; US8502439B2; TW201015610A; WO2010025769A1; TWI467628B; US20110163655A1

Abstract

Elektrode (10) für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode (10) einen Stift (12) und eine an einem Ende des Stifts (12) durch Überschmelzen einer Elektrodenwendel angeordnete Masse (16) umfasst, wobei der Stift (12) aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze größer gleich 30 ppm ist, wobei die gefügestabilisierenden Zusätze Kalium und/oder Thorium umfassen, wobei die Elektrodenwendel (14) aus reinem Wolfram besteht, das Zusätze höchstens bis zu einer Konzentration von 20 ppm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) nicht in die Schmelzzone der Elektrodenwendel (14) reicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe, insbesondere Hochdruckentladungslampe, wobei die Elektrode einen Stift und eine an einem Ende des Stifts durch Überschmelzen einer Elektrodenwendel angeordnete Masse umfasst, wobei der Stift aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der Zusätze größer gleich 30 ppm, bevorzugt größer 60 ppm, besonders bevorzugt 80 ppm ist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Entladungslampe.
Stand der Technik
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte thermisch hochbelastbare Elektrode, links vor dem Überschmelzen der Elektrodenwendel, rechts nach dem Überschmelzen, jeweils in einer Querschnittsdarstellung, wie sie beispielsweise zum Erreichen einer guten Maintenance bei Hochdruckentladungslampen eingesetzt werden. Dabei wird sowohl für den Stift 12 als auch für die Elektrodenwendel 14 hochreines Wolfram verwendet, d. h. Wolfram mit Zusätzen deren Konzentration kleiner gleich 20 ppm ist. Dadurch ergibt sich jedoch der Nachteil einer niedrigen Rekristallisationstemperatur, wodurch die Elektroden bei höheren Temperaturen, insbesondere im Betrieb der Lampe, sehr leicht brüchig werden. Das Überschmelzen einer Elektrodenwendel zur Erzeugung einer thermisch kompakten Masse 16 ist bereits bekannt aus der DE 1 170 542 . Ein Ausschuss aufgrund der bekannten Brüchigkeit wird in Kauf genommen bzw. durch möglichst stoßfreies Handling vermieden. Ein Einsatz zum Beispiel als Autolampe ist daher mit derartigen Elektroden nicht möglich.
2 zeigt eine weitere, aus dem Stand der Technik bekannte, gattungsgemäße Elektrode, bei der Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen, beispielsweise Kalium, verwendet wird, wobei die Konzentration der Zusätze sowohl in dem für den Stift verwendeten als auch in dem für die Elektrodenwendel verwendeten Material größer gleich 30 ppm ist. Wenngleich die Brüchigkeit reduziert ist, wirken sich diese Zusätze negativ auf die Lebensdauer der Lampe aus. Außerdem lassen sich gefügestabilisierte Elektrodenwendeln nur sehr schwer überschmelzen, da die stabilisierenden Zusätze zur Bildung von Lunkern 18 führen. Gegenwärtig werden derartige Elektroden in Anwendungen mit hoher Stoßwahrscheinlichkeit, beispielsweise Autolampen, eingesetzt und deren Beschränkungen der Lebensdauer in Kauf genommen.
JP S57-043 352 A offenbart eine Metallhalogenid-Entladungslampe mit zwei Elektroden. Die Elektroden sind jeweils als Stift ausgebildet, auf dem eine Wendel fixiert ist. Die Elektrodenwendel besteht aus reinem Wolfram. Der Elektrodenstift besteht aus Wolfram, das 2% Thorium enthält.
US 2003/0 020 394 A1 offenbart eine Kurzbogen-Hochdruck-Entladungslampe. Die Elektrode weist einen Stift auf, an dessen Ende eine Wendel angeordnet ist.
Durch teilweises Aufschmelzen des Stifts und der Wendel ist das Elektrodenende zu einer Halbkugel geformt.
US 2006/0 208 635 A1 offenbart eine HID (High Intensity Discharge) Lampe. Die Elektrode besteht aus Wolfram, das mit Kalium dotiert ist, um das Kornwachstum während des Lampenbetriebs zu stabilisieren.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine gattungsgemäße Elektrode bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass eine Elektrode bereitgestellt wird, die sich durch eine möglichst gute Maintenance sowie eine möglichst lange Lampenlebensdauer bei möglichst großer Bruchfestigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 9. Außerdem wird Schutz beansprucht für eine Entladungslampe mit einer solchen Elektrode.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn der Stift aus gefügestabilisiertem Wolfram hergestellt wird, um die notwendige Bruchfestigkeit bereitzustellen, und eine Elektrodenwendel aus möglichst reinem Wolfram verwendet wird, um ein einfaches Überschmelzen ohne Lunkerbildung bei guter Maintenance zu ermöglichen. Wird eine derartige Elektrodenwendel und ein derartiger Stift verwendet, erhält man eine Elektrode, die sich einerseits durch hohe Bruchfestigkeit andererseits durch eine gute Maintenance sowie eine lange Lebensdauer auszeichnet. Ein Einsatz in mechanisch belasteten Lampen ist ohne Weiteres möglich.
Als für die Elektrodenwendel ausreichend rein wird Wolfram betrachtet, das höchstens 20 ppm Zusätze, umfassend sowohl unerwünschte Zusätze, d. h. Verunreinigungen als auch funktionale Zusätze, aufweist. Besonders bevorzugt ist die Konzentration der Zusätze der Elektrodenwendel kleiner gleich 5 ppm, noch bevorzugter kleiner gleich 1 ppm. Dadurch wird eine bruchfeste Elektrode mit einer hochreinen Bogenansatzzone für die Bogenentladung und damit eine besonders gute Performance bereitgestellt.
Für eine ausreichende Gefügestabilisierung des Stiftmaterials ist das dafür verwendete Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätze versehen. Dabei kommen insbesondere Kalium und/oder Thorium in Betracht. Die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze beträgt mindestens 30 ppm, besser 60 ppm, noch besser 80 ppm.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrode reicht der Stift nicht in die Schmelzzone der Elektrodenwendel. Dadurch wird sichergestellt, dass die kompakte thermische Masse, die durch Überschmelzen gebildet wird, nur sehr wenige Anteile des Stifts und damit nahezu keine Zusätze umfasst. Der Überschmelzvorgang kann zur Ausbildung einer größeren kompakten thermischen Masse geändert, insbesondere verlängert, werden. Eine große kompakte thermische Masse führt zu einer besonders guten Performance der Elektrode.
Bevorzugt reicht der Stift nicht in einen vorderen, stiftabgewandten Bereich der Elektrodenwendel. Dadurch wird besonders einfach sichergestellt, dass in der kompakten thermischen Masse nahezu keine Anteile des Stifts und damit idealerweise keine Zuschläge enthalten sind.
Bevorzugt umfasst die Elektrodenwendel zwischen 3 und 20 Wicklungen, wobei der Stift mindestens nicht in das vordere stiftabgewandte Viertel, bevorzugt nicht in das vordere, stiftabgewandte Drittel, der Wicklungen reicht.
Dabei können die Wicklungen der Elektrodenwendel zumindest zum Teil in einer Lage angeordnet sein. Die Wicklungen der Elektrodenwendel können jedoch zusätzlich oder alternativ, d. h. zumindest zum Teil, in mindestens zwei Lagen übereinander angeordnet sein. Bevorzugt wird der stiftabgewandte Teile der Elektrodenwendel einlagig, der dem Stift zugewandte Teil der Elektrodenwendel zwei- oder mehrlagig ausgebildet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Form der kompakten thermischen Masse beeinflussen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Elektrode vorgestellte bevorzugte Ausführungsform und ihre Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden nunmehr Beispiele von Elektroden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine erste, aus dem Stand der Technik bekannte Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a)), rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b)), jeweils in Querschnittsdarstellung;
2 eine zweite, aus dem Stand der Technik bekannte Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a)), rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b)), jeweils in Querschnittsdarstellung;
3 eine weitere Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a)), rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b)), jeweils in Querschnittsdarstellung; und
4 eine erfindungsgemäße Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a)), rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b)), jeweils in Querschnittsdarstellung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
3 zeigt eine Elektrode 10. In der Darstellung von 3a ist zu erkennen, dass die Elektrodenwendel 14 am Ende des Stifts 12 angeordnet ist, wobei der Stift 12 komplett durch die Elektrodenwendel 14 hindurchragt. Während der Stift 12 aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der Zusätze größer gleich 30 ppm, besser 60 ppm, noch besser 80 ppm ist, besteht die Elektrodenwendel 14 aus reinem Wolfram, das Zusätze in einer Konzentration von höchstens 20 ppm, bevorzugt höchstens 5 ppm, noch bevorzugter höchstens 1 ppm, aufweist. Aus der Darstellung von 3b ist zu entnehmen, wie durch Überschmelzen der Elektrodenwendel 14 eine kompakte thermische Masse 16 erzeugt wird, die damit eine hochreine Bogenansatzzone für die Bogenentladung bildet.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode 10 reicht der Stift 12 nicht in einen vorderen, stiftabgewandten Bereich 20 der Elektrodenwendel 14. Dieser stiftabgewandte Bereich 20 beträgt bevorzugt ein Viertel, noch bevorzugter ein Drittel der Elektrodenwendel 14. Wie aus einem Vergleich der 4b und 3b hervorgeht, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführungsform von 4 die Ausbildung einer größeren kompakten thermischen Masse 16 ohne dass der Anteil der Zusätze in dieser kompakten thermischen Masse 16 über einen vorgebbaren Schwellwert hinausgeht.
Wird für den Anteil des Stifts 12 in dieser kompakten thermischen Masse 16 eine vorgebbare Schwelle gesetzt, um den Anteil der Zusätze unter einem bestimmten Wert zu halten, so ist offensichtlich, dass sich bei der Ausführungsform gemäß 4 eine größere kompakte thermische Masse 16 erzeugen lässt als bei der Ausführungsform von 3. Die Ausführungsform von 4 zeichnet sich daher durch eine noch bessere Maintenance aus.
Das Überschmelzen kann beispielsweise durch Bogenentladung, Elektronenstrahl, Laser, Plasma usw. erfolgen.

Claims

Elektrode (10) für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode (10) einen Stift (12) und eine an einem Ende des Stifts (12) durch Überschmelzen einer Elektrodenwendel angeordnete Masse (16) umfasst, wobei der Stift (12) aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze größer gleich 30 ppm ist, wobei die gefügestabilisierenden Zusätze Kalium und/oder Thorium umfassen, wobei die Elektrodenwendel (14) aus reinem Wolfram besteht, das Zusätze höchstens bis zu einer Konzentration von 20 ppm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) nicht in die Schmelzzone der Elektrodenwendel (14) reicht.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze des Stifts (12) größer gleich 60 ppm, bevorzugt größer gleich 80 ppm, ist.
Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Zusätze der Elektrodenwendel (14) kleiner gleich 5 ppm, bevorzugt kleiner gleich 1 ppm, ist.
Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) nicht in einen vorderen, stiftabgewandten Bereich (20) der Elektrodenwendel (14) reicht.
Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenwendel (14) zwischen 3 und 20 Wicklungen umfasst, wobei der Stift (12) mindestens nicht in das vordere, stiftabgewandte Viertel, bevorzugt nicht in das vordere, stiftabgewandte Drittel, der Wicklungen reicht.
Elektrode (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Elektrodenwendel (14) zumindest zum Teil in einer Lage angeordnet sind.
Elektrode (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Elektrodenwendel (14) zumindest zum Teil in mindestens zwei Lagen übereinander angeordnet sind.
Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überschmelzen derart ausgelegt ist, dass eine kompakte thermische Masse (16) gebildet wird, wobei der Anteil des Stifts (12) in dieser kompakten thermischen Masse (16) kleiner gleich 15%, bevorzugt kleiner gleich 1%, ist.
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (10) für eine Entladungslampe, folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen eines Stifts (12) aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen, wobei die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze größer gleich 30 ppm ist und wobei die gefügestabilisierenden Zusätze Kalium und/oder Thorium umfassen; b) Anordnen einer Elektrodenwendel (14) an einem Ende des Stifts (12), wobei die Elektrodenwendel (14) aus reinem Wolfram besteht, das Zusätze höchstens bis zu einer Konzentration von 20 ppm aufweist; und c) Überschmelzen der Elektrodenwendel (14) derart, dass eine am Ende des Stifts (12) angeordnete Masse (16) entsteht und der Stift (12) nicht in die Schmelzzone der Elektrodenwendel (14) reicht.
Entladungslampe mit einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8.