DE19808981A1

DE19808981A1 - Elektrode mit Wendelaufsatz

Info

Publication number: DE19808981A1
Application number: DE19808981A
Authority: DE
Inventors: Johann Pfaffel
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-09
Also published as: EP0940840B1; HU9900267D0; HU221944B1; JP4188480B2; EP0940840A1; US6201349B1; JPH11288690A; DE59907671D1; CA2262099A1; HUP9900267A3; HUP9900267A2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Elektrode gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Elektroden für Hochdruck entladungslampen, aber auch um Halterungen für den gewendelten Leuchtkörper einer Glühlampe.

Stand der Technik

Aus der US-A 5 451 837 ist bereits eine Elektrode für Hochdruckentladungs lampen bekannt, bei der der Kernstift eine symmetrische Einkerbung oder einen symmetrischen Wulst aufweist. Damit soll ein besserer Halt für die aufgeschobene Wendel gewährleistet werden. Nachteilig an dieser Kon struktion ist, daß sie für kleine Lampenleistungen kaum geeignet ist. Denn dort werden sehr kleine Kernstifte eingesetzt, die dementsprechend schwie rig mechanisch zu bearbeiten sind.

Aus der WO 95/30237 ist eine Hochdruckentladungslampe für kleine Lam penleistungen bekannt, deren Elektrode mit einem unrunden Kernstift aus gestattet ist. Die irregulären oder auch symmetrischen Deformationen des Kernstifts erstrecken sich über den gesamten Bereich des Kernstifts, auf den die Wendel aufgeschoben ist. Sie müssen aufwendig mittels eines Schleifpro zesses hergestellt werden. Ein derartiger Kernstift ist sehr schwierig herzu stellen, wenn man bedenkt, daß der Durchmesser des Kernstifts lediglich in der Größenordnung von 150 bis 700 µm liegt. Die mechanische Bearbeitung eines derart kleinen Kernstifts durch den beschriebenen Schleifprozeß ist sehr aufwendig und mit hohem Ausschuß behaftet.

Aus der US-A 4 812 710 ist eine Halogenglühlampe bekannt, deren Elektro den als innere Stromzuführungen den doppelt gewendelten Leuchtkörper haltern. An den- Enden der Stromzuführungen sind symmetrische An flachungen ausgebildet, über die das Ende des Leuchtkörpers aufgeschoben ist. Diese Anordnung ist schwer zu automatisieren.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die leicht und schonend her stellbar ist und eine sehr zuverlässige Halterung der aufgeschobenen Wendel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängi gen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Elektrode ist aus hochschmelzendem, elektrisch lei tendem Material, bevorzugt Wolfram, gefertigt, aber auch Molybdän oder Tantal kommt in Frage. Die Elektrode besteht aus einem Kernstift, der nor malerweise zylindrischen Querschnitt besitzt, aber auch elliptisch oder ab geflacht sein kann. Auf das Ende dieses Kernstifts ist ein Wendelkörper auf geschoben. Er kann an der Spitze des Kernstifts überstehen oder auch davor schon enden. Dieser Wendelkörper kann bei Hochdruckentladungslampen entweder den Wärmehaushalt der Elektrode regulieren oder er dient als Hal terung für ein zwischen die Windungen des Wendelkörpers eingebrachtes Emittermaterial. Im Falle einer Glühlampe, bevorzugt einer Halogenglüh lampe, ist die Elektrode als innere Stromzuführung ausgebildet. Der aufge schobene Wendelkörper ist hier das Ende des Leuchtkörpers.

Erfindungsgemäß ist am Kernstift seitlich und beabstandet von der Spitze eine über den Durchmesser des Kernstifts überstehende Warze ausgebildet. Ein typischer Wert für den Überstand der Warze ist 10 µm. Dabei ist der Wendelkörper mit mindestens einer Windung bis hinter die Warze auf den Kernstift aufgeschoben.

Vorteilhaft ist eine zweite Warze auf der der ersten Warze gegenüberliegen den Seite des Kernstifts angeordnet. Dadurch wird der Halt des Wendelkör pers verbessert. Bevorzugt ist die zweite Warze gegenüber der ersten Warze versetzt angeordnet und zwar so, daß der Abstand zwischen den beiden Warzen in der Längsachse gemessen auf die Geometrie des Wendelkörpers abgestimmt ist. Wenn der Wendelkörper ohne Steigung gewickelt ist, so daß die einzelnen Windungen sich berühren, ist die Versetzung der zweiten Warze um einen halben Drahtdurchmesser des Wendelkörpers besonders geeignet. Wenn der Wendelkörper mit Steigung gewickelt ist, so daß die ein zelnen Windungen beabstandet sind, empfiehlt es sich, daß die beiden War zen um eine halbe Steigung des Wendelkörpers gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise ist immer gewährleistet, daß der Wendelkörper zwischen den beiden Warzen einrastet und dort optimal gehaltert wird.

Im Prinzip können bei einem relativ langen Wendelkörper auch mehr als zwei Warzen verwendet werden.

Eine besonders sichere Halterung wird bei einer Elektrode für eine Hoch druckentladungslampe erzielt, wenn die Warze(n) in etwa mittig zum Wen delkörper angeordnet ist bzw. sind. Der Wendelkörper ist dabei einfach ge wendelt und besteht aus etwa vier bis zehn Windungen. Die Selbsthaltekraft eines derartigen Wendelkörpers durch Federwirkung ist relativ gering. Hier ist ein relativ hoher Überstand der Warze über die Oberfläche des Kernstifts bevorzugt. Ein typischer Wert ist 10 bis 30 µm.

Für Halogenglühlampen werden oft als Wendelkörper die doppelt gewen delten Enden des Leuchtkörpers verwendet. Diese besitzen eine große Fe derwirkung mit hoher Selbsthaltekraft, so daß hier ein relativ geringer über stand (5 bis 10 µm) ausreicht.

Dieses auf Warzen am Kernstift basierende Haltesystem ist besonders geeig net für Lampen kleiner Leistung, beispielsweise zwischen 35 und 150 W. Bei diesen Lampen sind die Elektroden sehr klein und nur schwer mechanisch zu bearbeiten. Typische Durchmesser des Kernstifts liegen etwa bei 150 bis 1000 µm. Das hier vorgestellte Haltesystem ist aber prinzipiell auch für grö ßere Durchmesser des Kernstifts, beispielsweise bis 5 mm, noch geeignet. Der Drahtdurchinesser des Wendelkörpers liegt bevorzugt bei etwa 10 bis 50% vom Durchmesser des Kernstifts.

Damit der Wendelkörper einen sicheren Halt auf dem Kernstift hat, emp fiehlt es sich, daß der Überstand der Warze über den Kernstift etwa 5 bis 30 µm beträgt. Der Durchmesser des Drahtes für den Wendelkörper liegt in der Größenordnung von etwa 50 bis 500 µm. Während bei bekannten Halte techniken, die auf einer Querschnittsänderung des Kernstifts basieren, der Umfang des Kernstifts unverändert bleibt oder stark vergrößert wird, wird er bei der erfindungsgemäßen Haltetechnik effektiv nur wenig vergrößert und zwar um etwa 3 bis 10%. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Haltetechnik ist dabei, daß die Verwendung zweier versetzter Warzen, deren Abstand auf die Windungen des Wendelkörpers abgestimmt sind, es gestat tet, eine optimale Haltewirkung ohne großen Kraftaufwand zu erzielen. Das Auffädeln des Wendelkörpers ist leicht und zuverlässig durchführbar. Insge samt kann diese Haltetechnik sehr leicht automatisiert werden und ist mit wenig Ausschuß behaftet. Weil die Vergrößerung des Umfangs des Kernstifts im Bereich der einzelnen Warze relativ klein gehalten werden kann, ist es möglich, sie durch einen einfachen Kunstgriff zu erzeugen.

Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektrode wie oben beschrieben besteht darin, daß ein Kernstift seitlich mit einem Laser strahl beschossen wird, so daß das Material des Kernstifts lokal schmilzt und eine Warze bildet, wobei anschließend der Wendelkörper über die Warze hinaus auf den Kernstift aufgeschoben wird. Dieses Verfahren kann leicht so modifiziert werden (beispielsweise mittels eines Strahlteilers), daß ein Kern stift gleichzeitig von zwei Seiten mit einem Laserstrahl beschossen wird, so daß zwei Warzen gebildet werden. Der Laserstrahl, i.a. ein Nd:YAG-Laser hoher Leistung und mit einer Wellenlänge von 1064 nm, wird dabei auf die für die Bildung der Warze vorgesehene Stelle des Kernstifts fokussiert. Die Leistung des Lasers wird so eingestellt, daß das Material des Kernstifts schmilzt und sich aufgrund der Oberflächenspannung eine Kuppe (Warze) bildet, die oft in einer Vertiefung liegt. Bei dieser Bearbeitungstechnik wird das Material des Kernstifts weder abgetragen noch hinzugefügt. Es wird le diglich umgeschichtet. Die um die Warze herum ausgebildete Vertiefung ist jedoch so schmal, daß der Wendelkörper die Vertiefung nicht bemerkt, aber statt dessen den Überstand der Warze sehr wohl spürt.

Bei den bekannten Einkerbungen und Anflachungen am Kernstift muß der Wendelkörper in die dadurch erzeugten Vertiefungen des Kernstifts einge drückt werden. Die Einkerbungen bzw. Anflachungen sind symmetrisch, so daß wegen der Versetzung der Windungen der Wendel nur ein Teil des Wendelkörpers in der Einkerbung bzw. Anflachung gut verankert wird. Im Gegensatz dazu ist jetzt der Durchmesser des Kernstifts mehr punktförmig durch die Warze vergrößert. Der aufgeschobene Wendelkörper kann leicht über die Warze gleiten, wenn er mit entsprechender Kraft auf den Kernstift aufgebracht wird. Die dafür benötigte Kraft kann gemessen und ausgewertet werden und als Prüfmaß für eine evtl. Aussortierung verwendet werden. Im Falle zweier beabstandeter Warzen wird eine besonders gute. Verzahnung des Wendelkörpers mit dem Kernstift erreicht, denn hier findet eine Ab stimmung zwischen Kernstift und Geometrie des Wendelkörpers statt.

Die erfindungsgemäße Haltetechnik ermöglicht eine berührungsfreie und damit besonders schonende Behandlung des Kernstifts bei der Bildung der Warzen. Dies ist gerade bei Verwendung von Wolfram als Material von gro ßem Vorteil, da Wolfram bekanntlich sehr brüchig ist. Der Formschluß zwi schen Kernstift und Wendelkörper kann - insbesondere wegen der Verzah nung bei zwei Warzen- ebenfalls ohne großen Kraftaufwand erfolgen. Ein typischer Wert der aufzuwendenden Kraft ist etwa 10 N. Eine hohe Bean spruchung des brüchigen Kernstifts wird also zweimal vermieden: das erste Mal bei der Schaffung der Warze, das zweite Mal beim Aufschieben des Wendelkörpers.

Ein typischer Wert für den Materialumsatz bei der Bildung einer Warze ist etwa 20% des betroffenen scheibenförmigen Volumens. Bei größeren Werten des Durchmessers des Kernstifts nimmt dieser Wert ab. Über einen gewissen Wertebereich des Durchmesser kann dieser Wert des Materialumsatzes durch eine erhöhte Laserleistung nachgeregelt werden. Typische Werte der Laserleistung liegen bei 5 bis 50 J.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele nä her erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hochdruckentladungslampe, im Schnitt

Fig. 2a eine Elektrode für die Lampe der Fig. 1, im Schnitt

Fig. 2b den Kernstift der Elektrode in Draufsicht, aber leicht gedreht ge gen die Darstellung der Fig. 2a

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrode für eine Hoch druckentladungslampe

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe mit einer Elek trode

Fig. 5 eine Darstellung des Herstellverfahrens zur Schaffung von War zen

Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist eine Metallhalogenidlampe 1 mit einer Leistung von 35 W ge zeigt mit einem zweiseitig verschlossenen Entladungsgefäß 2 aus Keramik. In die Stopfen 3 sind mittels Glaslot 4 zwei äußere Stromzuführungen 5 ab gedichtet, die mit Elektroden 6 im Innern des Entladungsgefäßes verbunden sind. Die Elektroden 6 bestehen aus Kernstiften 7, auf die ein Wendelkörper 8 aufgeschoben ist. Beide Komponenten bestehen aus Wolfram. Der Durch messer des Kernstifts beträgt 150 µm, der des Wendelkörpers 8 ist 50 µm.

Fig. 2a zeigt eine vergrößerte Darstellung der Elektrode 6. Der Wendelkör per 8 besteht aus vier einander berührenden Windungen, die an der Spitze des Kernstifts 7 aufgeschoben sind. Sie werden durch zwei Warzen 9a, 9b gehalten, die seitlich am Kernstift überstehen und zwischen der zweiten und dritten Windung den Wendelkörper fixieren. Der Abstand der beiden War zen 9 voneinander, in Längsrichtung des Kernstifts gesehen, ist d/2, also der halbe Drahtdurchmesser d des Wendelkörpers. Der Überstand der Warzen am Kernstift ist etwa 15 µm.

In Fig. 2b ist ein Kernstift 7 ähnlich Fig. 2a, aber noch ohne Wendelkör per, gezeigt. Er ist leicht gegenüber der Darstellung der Fig. 2a gedreht. Dadurch ist erkennbar, daß hier die Warze 9 großflächig von einer schmalen Vertiefung 10 umgeben ist.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Elektrode, bei der der Wendelkörper 8 lediglich durch eine Warze 9 auf dem Kernstift 7 gehalten wird. Der Überstand der Warze am Kernstift ist etwa 30 µm. Diese Ausfüh rungsform ist vor allem bei großen Durchmessern (bevorzugt mindestens 500 µm) des Kernstifts sinnvoll.

In Fig. 4 ist eine Halogenglühlampe 15 gezeigt mit einer Leistung von 75 W. Im Kolben 16 ist ein doppelt gewendelter Leuchtkörper 17 durch ein Ge stell 18 in der Mitte gehaltert. Die doppelt gewendelten Enden 19a des Leuchtkörpers sind über ein ungewendeltes Zwischenstück 19b an den leuchtenden Abschnitt 19c angesetzt. Die Enden sind auf V-förmig gebogene Elektroden 20, die als innere Stromzuführungen fungieren, aufgeschoben und werden dort durch eine (oder auch zwei) Warze(n) 21 gehaltert. Der Durchmesser der Elektrode ist 550 µm, der Durchmesser des Primärgewen dels des Leuchtkörper ist 200 µm. Der Überstand der Warze 21 am Kernstift ist 20 µm. Im Falle zweier Warzen ist der Überstand je 10 µm.

In Fig. 5 ist das Prinzip der Herstellung der Warzen gezeigt. Der Kernstift 7 mit einem Durchmesser von 200 µm wird mit einem Nd:YAG-Laser 25 von zwei gegenüberliegenden Seiten mit einer Energie von 5 J bestrahlt. Der La serstrahl 26 wird mittels einer Linse 27 auf den Kernstift 7 fokussiert. Zur Erzeugung einer Warze wird ein Laserpuls von ca. 6 µs Zeitdauer eingesetzt.

Claims

1. Elektrode aus hochschmelzendem, elektrisch leitendem Material, beste hend aus einem Kernstift (7) mit aufgeschobenem Wendelkörper (8), dadurch gekennzeichnet, daß am Kernstift (7) seitlich und beabstandet von der Spitze eine über den Durchmesser des Kernstifts überstehende Warze (9) ausgebildet ist, wobei der Wendelkörper (8) mit mindestens einer Windung hinter der Warze (9) angeordnet ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Warze (9b) auf der der ersten Warze (9a) gegenüberliegenden Seite des Kernstifts angeordnet ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Warze gegenüber der ersten Warze versetzt angeordnet ist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verset zung um einen halben Drahtdurchmesser des Wendelkörpers bzw. um eine halbe Steigung des Wendelkörpers erfolgt.

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch messer des Kernstifts etwa 150 bis 5000 µm beträgt.

6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Über stand der Warze über den Kernstift etwa 5 bis 30 µm beträgt.

7. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Elektrode (6) für eine Hochdruckentladungslampe (1) die War ze(n) in etwa mittig zum Wendelkörper angeordnet ist bzw. sind.

8. Lampe mit einer Elektrode nach Anspruch 1.

9. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernstift (7) seitlich mit einem Laserstrahl (26) beschossen wird, so daß das Material des Kernstifts lokal schmilzt und eine Warze bildet, wobei anschließend der Wendelkörper über die Warze hinaus auf den Kernstift aufgeschoben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernstift (7) gleichzeitig von zwei Seiten mit einem Laserstrahl (26) beschossen wird, so daß zwei Warzen gebildet werden.