DE19757152A1

DE19757152A1 - Elektrode für Entladungslampen

Info

Publication number: DE19757152A1
Application number: DE19757152A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eggers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2017-12-21
Also published as: EP1048052B1; DE59811521D1; US6437509B1; WO1999033090A1; ATE268503T1; DE19757152C2; EP1048052A1; JP2001527272A

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Entladungslampen mit einem mindestens teilweise von einem Festkörper umschlossenen Stift.

Elektroden der eingangs genannten Art werden in Entladungslampen verwendet, um bei einer Gasenentladung Elektronen abzugeben oder aufzunehmen. Die Elektroden enthalten jeweils einen Stift, von dessen freiem Ende Elektronen jeweils austreten oder an diesem Ende in den Stift eintreten, wobei der Stift in der Nachbarschaft seines freien Endes in der Regel teilweise von einem Kühlkörper umschlossen ist, der meistens aus einem um den Stift gewickelten Draht gebildet ist. Dabei hat es sich gezeigt, daß sowohl das Anbringen eines derartigen, aus einem gewickelten Draht gebildeten Kühlkörper auf dem Stift als auch eine robuste Fixierung des Kühlkörpers an dem Stift nur unter hohem technischen Aufwand zu erreichen ist, wobei die Ergebnisse bezüglich einer festen Fixierung des Kühlkörpers an dem Stift nicht zufriedenstellend sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Elektrode für Entladungslampen zu schaffen, bei der der Kühlkörper auf einfache Weise auf den Stift aufgebracht ist und unter Herstellung einer robusten Einheit fest mit dem Stift verbunden ist.

Für eine Elektrode der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch erreicht, daß der Festkörper aus einem hochschmelzenden Material gebildet ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode wird durch das Merkmal, daß der Festkörper aus einem hochschmelzenden Material gebildet ist, erreicht, daß der auch die Funktion eines Kühlkörpers innehabende Festkörper als massiver Block herstellbar ist, der sowohl aufgrund seiner Materialbeschaffenheit als auch seiner Abmessungen mit dem Stift fest verbindbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper dabei aus einem Material gebildet, das einen Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C aufweist.

Vorzugsweise ist der Festkörper aus Wolfram gebildet.

Der Festkörper ist vorzugsweise in der Form eines Zylinders ausgebildet, in den eine axiale Bohrung eingebracht ist. Die axiale Bohrung ist dabei so bemessen, daß der Stift der Elektrode in die Bohrung einbringbar ist. Nach dem Einbringen des Stiftes in die axiale Bohrung des Festkörpers ist der Festkörper mit dem Stift mittels einer Mehrzahl unterschiedlicher Methoden zu einer festen Einheit verbindbar, wie weiter unten ausgeführt wird. Die Bohrung ist dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode mittels eines Lasers, insbesondere eines Nd:YAG-Lasers in den Zylinder eingebracht.

Gemäß einer wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Teil-Festkörper zusammengesetzt. Dadurch wird erreicht, daß auch besonders lange erfindungsgemäße Elektrodenkörper herstellbar sind, die aufgrund einer begrenzten Eindringtiefe eines Laserstrahls in einstückiger Form nicht herstellbar sind.

Gemäß einer anderen wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist das festkörperseitige Ende des Stiftes mit dem es umschließenden Ende des Festkörpers verschweißt. Dieses Verschweißen wird vorzugsweise mittels eines Lasers, insbesondere Nd:YAG- oder CO₂-Lasers durchgeführt und bewirkt, daß das gemeinsame Ende des Stiftes und des ihn umschließenden Festkörpers in Form einer konvexen Kuppe ausgeführt ist, deren Randbereich in den Festkörper übergeht. Eine derart gebildete Kuppe der erfindungsgemäßen Elektrode weist den Vorteil auf, daß sie besonders effektiv und verschleißfest ist.

Gemäß einer wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper mit mindestens einer Querbohrung versehen. Wird eine solche Querbohrung vor Einbringen einer Axialbohrung in einen Festkörper eingebracht, so ermöglicht sie einen Abzug derjenigen Verdampfungspartikel nach außen hin, die beim Einbringen der Axialbohrung mittels Lasers entstehen. Die Bildung einer Axialbohrung mittels Laserstrahlen ist dabei aufgrund des so bewirkten schnellen Entweichens der Dampfpartikel aus dem von Laserstrahlen durchdrungenen Bereich besonders wirkungsvoll. Des weiteren wird durch das Einbringen einer Querbohrung in einen Festkörper die Möglichkeit geschaffen, den Festkörper an einer weiteren Fixstelle als der Kuppe mit dem Stift zu verschweißen. Alternativ wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, den Festkörper unter Ausnahme einer Verschweißung der Kuppe lediglich an denjenigen Stellen mit dem Stift zu verschweißen, an denen Querbohrungen vorgesehen sind. Das Verschweißen dieser Fixstellen wird vorzugsweise ebenfalls mittels Laserstrahlen durchgeführt. Das Einbringen von Querbohrungen in den Festkörper ermöglicht des weiteren ein Einbringen bzw. Deponieren von Emissionspasten in den Querbohrungen. Emissionspasten sind dabei generell solche Stoffe, die eine Elektronenemission der Elektrode fördern. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode erfüllt der Festkörper somit neben einer Kühlfunktion auch die Funktion einer erhöhten Elektronenemission. Die Emissionspaste enthält dabei beispielsweise Thoriumoxyd.

Die Bohrung des Festkörpers der erfindungsgemäßen Elektrode weist vorzugsweise einen Innendurchmesser auf, der größer als der Durchmesser des Stiftes ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper und dem Stift mit Hilfe einer Schmelze ausgefüllt ist. Die Schmelze enthält dabei vorzugsweise Molybdän. Es kommen aber auch Tantal, Niob, Titan oder Platin in Betracht. Dadurch ist jeweils eine robuste Verbindung zwischen dem Festkörper und dem Stift geschaffen. Alternativ zu einer Schmelze kann der Festkörper mittels einer Mehrzahl von außen auf ihn einwirkenden Stempel mechanisch so weit geschrumpft werden, daß er in eine mechanisch feste Verbindung mit dem Stift tritt.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper vorzugsweise an einem oder mehr Fixpunkten mit dem Stift verschweißt, wobei der entsprechende Schweißvorgang vorzugsweise durch Laserstrahlung erzeugt ist. Auch durch ein insbesondere an einer Mehrzahl von Fixpunkten erfolgten direkten Verschweißens des Festkörpers mit dem Stift, im Bereich gemeinsamer äußerer Berührungskanten oder im Bereich von Querbohrungen, ist eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Festkörper und dem Stift ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Elektrode wird anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche Entladungslampe in einer Quer schnittsansicht;

Fig. 2 eine herkömmliche Elektrode in einer Seitenansicht;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Elektrode in einer Querschnittsansicht;

Fig. 4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der er findungsgemäßen Elektrode in einer Querschnitts ansicht;

Fig. 5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Elektrode in einer Querschnittsansicht;

Fig. 6 eine schematisch Darstellung einer Vorrichtung zum Stempeln eines erfindungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Ansicht von oben;

Fig. 7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Ansicht von vorne, nach einem Stempeln mittels der in Fig. 6 gezeigten Stempelvorrichtung;

Fig. 8 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Quer schnittsansicht;

Fig. 9 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Quer schnittsansicht;

Fig. 10 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Quer schnittsansicht;

Fig. 11 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Quer schnittsansicht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Entladungslampe 10 sind zwei Elektroden 11, 11' innerhalb eines Quarzglaskolbens 12 so angeordnet, daß jeweils ein Ende, das auch als Elektrodenstift 13, 13' bezeichnet wird, in dem Glaskolben 12 verschweißt ist. Die Elektroden 11, 11' sind dabei sich gegenüberstehend an entgegengesetzten Enden des Kolbens 12 angeordnet. Die Elektrodenstifte 13, 13' sind über Molybdänfolien 14, 14' mit Molybdänstiften 15, 15' verbunden, die jeweils zum Stromanschluß vorgesehen sind. Die Molybdänfolien 14, 14' wirken dabei als Stromzuführungselemente innerhalb des Glaskolbens zu den Elektrodenstiften 13, 13'. Die Elektroden 11, 11' weisen jeweils ein auch "Tip" genanntes freies Elektrodenende 16, 16' auf, wobei zwischen den Elektrodenenden 16, 16' ein Elektronenaustausch derart stattfindet, daß das jeweils eine Elektrodenende Elektronen emittiert und das jeweils andere Elektrodenende einen Eingang für Elektronen bildet. Die Elektroden 11, 11' sind jeweils im Bereich ihrer Enden 16, 16' von einem Elektrodenkörper bzw. Kühlkörper 17, 17' umschlossen.

In Fig. 2 ist eine herkömmliche Elektrode 11, wie sie in einem Entladungskolben 12 gemäß Fig. 1 Verwendung findet, in einer Seitenansicht dargestellt. Der Elektrodenkörper bzw. Kühlkörper 17 ist dabei aus einem um den Elektrodenstift 13 gewickelten Draht gebildet, dessen Enden 17a und 17b freiliegen. Der Draht kann dabei, so wie in der Figur dargestellt, zweilagig in jeweils unterschiedlichen Richtungen gewickelt sein.

Bei der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Elektrode 11 ist anstelle eines in Fig. 2 dargestellten Drahtwickels 17 ein hohlzylindrischer Massivkörper 17 als Elektrodenkörper bzw. Kühlkörper um dem betreffenden Teil 18 des Elektrodenstiftes 13 vorgesehen. Der Elektrodenkörper 17 ist dabei insgesamt als massiver Block eines Festkörpers hergestellt, der aus einem hochschmelzenden Material gebildet ist. Die in Fig. 3 dargestellte Elektrode 11 weist ein freies Elektrodenende 16 auf.

Bei der in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemäßen Elektrode 11 bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Bauelemente, wie bei der in Fig. 3 dargestellten Elektrode. Im Unterschied zur letzteren weist die in Fig. 4 dargestellte Elektrode 11 jedoch kein gesondertes Elektrodenende 16 auf.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 4 dargestellten Elektrode 11 das "bündige" Elektrodenende 16a mittels Laser mit dem Elektrodenkörper 17 verschweißt, so daß ein Elektrodenende 16b gebildet ist, dessen Durchmesser im Gegensatz zu dem in Fig. 3 dargestellten Elektrodenende 16 nach außen hin halbkugelförmig ausgebildet ist, und auf den Durchmesser des Elektrodenkörpers 17 vergrößert ist. Dadurch ist eine halbkugelförmige Kuppe gebildet, wobei der Lichtbogen in der Lampe sich jeweils die kürzeste Strecke zwischen den Elektroden sucht und bei halbkugelförmig ausgebildeten Kuppen jeweils an deren höchstem Punkt ansetzt, wohingegen er bei ebenen Enden auf der entsprechenden Fläche hin und herwandern kann, was zu einem unruhigen Licht führt. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist deshalb eine besonders hohe Konstanz der abgegebenen Lichtintensität zu verzeichnen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung zum Stempeln von Elektroden ist eine Mehrzahl von Stempeln 20, 21, 22, 23, 24, 25 konzentrisch um eine Elektrode 11 angeordnet. Die Stempel 20 bis 25 sind mittels einer nicht dargestellten Mechanik mit hohem Druck reziprozierbar in Pfeilrichtung bewegbar, wobei die im Querschnitt dargestellte Elektrode 11 im Mittelpunkt der Stempel 20 bis 25 so angeordnet ist, daß die Stempel 20 bis 25 jeweils zu im wesentlichen gleichen Zeitpunkten auf den Elektrodenkörper 17 der Elektrode 11 aufliegen und anschließend unter Aufbringung einer jeweils gleichen Kraft den Elektrodenkörper 17 in Richtung auf den Elektrodenstift 18 drücken, wobei unter Deformierung sowohl des Elektrodenkörpers 17 als auch des Elektrodenstiftes 18 der Elektrodenkörper 17 mit dem Elektrodenstift 18 zu einer Einheit zusammengedrückt wird, wie dies bei einer entsprechenden, im Querschnitt dargestellten Elektrode 11 in Fig. 7 gezeigt ist.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Elektrodenkörper 17 mittels Tantal als Lotmasse mit dem Elektrodenstift 18 verlötet bzw. verschweißt. Das Verlöten bzw. Verschweißen von Elektrodenkörper 17 mit dem Elektrodenstift 18 ist ein alternatives Verfahren gegenüber dem in Fig. 6 dargestellten Verfahren zum dauerhaften, festen Verbinden eines Elektrodenkörpers 17 mit einem Elektrodenstift 18.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode weist die Bohrung des Festkörpers 17 einen Innendurchmesser auf, der größer als der Durchmesser des Stiftes 16 ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper 17 und dem Stift 16 mit Hilfe einer Schmelze ausgefüllt ist. Die Schmelze enthält Molybdän.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode weist der Elektrodenkörper 17 Querbohrungen 20, 20' auf. Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Elektrodenkörper 17 in den Querbohrungen 20, 20' mit dem Elektrodenstift 13 verschweißt, um eine verbesserte Haftung auf dem Elektrodenkörper 13 aufzuweisen.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Elektrodenkörper 17 aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Teil-Festkörper 17', 17'', 17''' und 17'''' zusammengesetzt ist. Zwischen diesen Teil-Festkörpern sind Aussparungen 22 vorgesehen.

Die Anmessungen der Aussparungen 22 können auch größer oder kleiner als in der Figur dargestellt ausgebildet sein.

Claims

1. Elektrode für Entladungslampen mit einem mindestens teilweise von einem Festkörper umschlossenen Stift, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper aus einem hochschmelzenden Material gebildet ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C aufweist.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper aus Wolfram gebildet ist.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper als Zylinder ausgebildet ist, in den eine axiale Bohrung eingebracht ist.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mittels eines Lasers eingebracht ist.

6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Nd:YAG-Laser ist.

7. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das festkörperseitige Ende des Stiftes mit dem es umschließenden Ende des Festkörpers verschweißt ist.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen des Endes des Stiftes mit dem Festkörper mittels eines Lasers durchgeführt ist.

9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Nd:YAG-Laser oder ein CO₂-Laser ist.

10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Teil-Festkörper zusammengesetzt ist.

11. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper mindestens eine Querbohrung aufweist.

12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die mindestens eine Querbohrung eine Emissionspaste eingebracht ist.

13. Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionspaste Thoriumoxyd enthält.

14. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Festkörper eine Bohrung eingebracht ist, deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Stiftes ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper und dem Stift mit Hilfe einer Schmelze ausgefüllt ist.

15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze Molybdän enthält.

16. Elektrode nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper eine Bohrung aufweist, deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Stiftes ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper und dem Stift mittels einer Mehrzahl von von außen einwirkenden Stempeln mechanisch geschrumpft ist.

17. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper an einem oder mehr Fixpunkten mit dem Stift verschweißt ist.

18. Elektrode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Fixpunkt mittels Laserstrahlen erzeugt ist.