DE19852703A1

DE19852703A1 - Entladungslampe hoher Intensität mit behandelter Elektrode

Info

Publication number: DE19852703A1
Application number: DE19852703A
Authority: DE
Inventors: Robert J Karlotski; Timothy L Kelly; Galina Zilberstein
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 1999-07-22
Also published as: US5905340A; NL1010416A1; NL1010416C2

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Lampen, insbesondere elektrische Entladungslampen hoher Intensität (HID-Lampen). Speziell befaßt sich die Erfindung mit dem Einschmelzen einer Elektrode in eine HID-Lampe.

Das Abdichten einer 35 Watt-Fahrzeug-HID-Lampe ist schwierig. Die Lampe ist klein und der Betriebsdruck kann sechzig Atmosphären erreichen. Die Betriebstemperatur der Quetschdichtungen ist erheblich höher als diejenige einer herkömmlichen Metallhalogenidlampe. Es ist bekannt, daß thorisiertes Wolfram eine bessere Abdichtung mit Quarzlampenhüllen herstellen kann als nicht thorisiertes Wolfram. Ferner hat thorisiertes Wolfram bessere Elektronenemissionseigenschaften. Es wurde jedoch festgestellt, daß in der Anode vorhandenes Thorium während des Lampenbetriebs auf die Kathode übertragen wird. Die Übertragung von Thorium zur Kathode ruft eine sich ständig ändernde Thoriumverteilung auf der Kathode hervor. Der Bogen wandert somit auf der Kathode von Stelle zu Stelle, während er den Punkt sucht, der am emissivsten ist. Der wandernde Bogen macht die Verwendung einer thorisierten Elektrode bei einer optischen Anwendung, beispielsweise bei einer Lichtquelle in einem Scheinwerfer, schwierig oder unakzeptabel. Es ergibt sich somit ein Erfordernis, Lampendichtungen ohne die Verwendung thorisierter Elektroden zu verbessern.

Normalerweise reißt der innere Stab während des Kühlens oder des Lampenbetriebs über seine Länge vom Hüllenkörper ab, was einen schmalen Riß zwischen dem inneren Stab und dem Hüllenkörper hinterläßt. Daraufhin kann Füllmaterial längs der Staboberfläche in dem Riß dorthin wandern, wo der Stab und die Folie miteinander verschweißt sind. Dieser Prozeß kann durch ein elektrisches oder mechanisches Pumpen von Füllmaterial in den vorderen Rand des Risses verstärkt werden. Die Füllmaterialien werden dadurch von dem internen Lampenprozeß abgezogen. Ferner kann das Füllmaterial auch mit der Folie, dem Stab und dem Quarz reagieren, um Verbindungen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungscharakteristiken zu bilden. Diese Materialien können langsam im Sinne eines weiteren Öffnens des Risses wirken, und durch einen schrittweisen Fortgang kann dies auf diese Art und Weise einen Bruch der Lampendichtung und deshalb einen Lampenausfall verursachen. Elektrisches Pumpen längs der Staboberfläche wirkt im Sinne einer kontinuierlichen Zufuhr von Materialien für diese Reaktionen. Ferner kann auch die ungleichmäßige Adhäsion an dem inneren Stab Risse hervorrufen, die sich aus dem anfänglichen Zustand längs des inneren Stabs fortpflanzen, um sich bis zur Oberfläche der Quarzquetschdichtung zu erstrecken. Diese Risse rufen einen Verlust der hermetischen Abdichtung hervor und damit einen Lampenausfall. Es besteht somit die Aufgabe, eine Ausdehnung von Rissen an Elektroden und die daraus resultierenden Lampenausfälle zu blockieren.

Thorisierte Elektroden erlaubten eine geradlinige Spaltung zwischen der inneren Elektrode und dem angrenzenden Quarz, durch die Risse davon abgehalten wurden, sich zur Oberfläche hin auszubreiten und zu Lampen zu führen, welche leckten. Demnach ergab der Entschluß zur Verwendung unthorisierter Wolframelektroden bzw. von Elektroden, für die Wolfram verwendet wurde, welches gute Einschmelz- bzw. Bindungseigenschaften aufwies, die anschließend normal behandelt bzw. verwendet wurden, Risse längs des inneren Elektrodenstabs, die sich zur Oberfläche hin ausbreiteten. Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer HID-Lampe nach dem Stand der Technik, die mit Wolfram vom gute Bindungseigenschaften aufweisenden Typ hergestellt wurde, mit Rissen rund um den inneren Elektrodenstab. Die Lampe ist eine für eine Kfz-HID-Lampe typische Miniatur-HID-Lampe. Fig. 2 zeigt eine künstlerische Darstellung des Rißbereichs der Fig. 1. Die Risse sind als von dem inneren Elektrodenstab hinweg sich ausbreitend dargestellt in der Art und Weise, die zu einer Verlängerung und dann zur Verbindung mit der Außenfläche führen. Eine inakzeptable Anzahl dieser Lampen würde Leckagen entwickeln und ausfallen. Somit bestand ein Bedarf an HID-Lampen mit inneren Elektroden aus Wolfram vom Bindungstyp mit einer Abdichtung bzw. Einsiegelung, die nicht in der Art und Weise reißen würde, daß eine Leckage entstünde. Dies gilt insbesondere für Lampen sehr hohen Drucks, sowie für Lampen mit sehr hohen thermischen Gradienten über ihre Abdichtungen. Diese beiden Faktoren sind bei Miniatur-HID-Lampen vorhanden.

Aus einer Hülle mit einer Wandung, die eine Außenseite und ein eingeschlossenes Volumen definiert, läßt sich eine verbesserte Entladungslampe bilden. Eine erste Elektrode mit einem äußeren Stababschnitt, der mit einer zwischengeschalteten Einsiegelungsfolie verbunden ist, die wiederum mit einem Innenstab aus Wolfram verbunden ist, läßt man sich von der Außenseite auf eingesiegelte Art und Weise durch die Wand erstrecken und in Kontakt mit dem eingeschlossenen Volumen treten. Ein Teil des inneren Wolframstabs ist in eine Hülse bzw. ein Jacket aus Hüllenmaterial eingesiegelt, die sich durch einen schmalen Riß von der Hülle trennen kann, der sich zwischen der Hülse und der Hülle erstreckt. Eine zweite Elektrode erstreckt sich ebenfalls von der Außenseite her auf abgedichtete Art und Weise durch die Wand, um mit dem eingeschlossenen Volumen in Kontakt zu treten. Zur Vervollständigung der Lampe ist in dem eingeschlossenen Volumen ein Füllmaterial angeordnet.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer HID-Lampe nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Ansicht des Rißmusters in Fig. 1 nach dem Stand der Technik.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer HID-Lampe nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Detailansicht des verbesserten Rißmusters in Fig. 3

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer HID-Lampe. Die Entladungslampe 10 ist aus einer Hülle 12, einer ersten Elektrode 14 (Anode), einer zweiten Elektrode 16 (Kathode) und einem Füllmaterial 18 aufgebaut.

Die Hülle 12 wird aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt, das derart ausgewählt ist, daß es sich durch Quetschung dichten läßt. Quarz und Hartglas sind Beispiele des bevorzugten Materials. Die bevorzugte Hülle 12 besitzt die Form eines an beiden Enden abgedichteten Rohrs zur Definition eines dazwischen eingeschlossenen Volumens.

Die bevorzugte erste Elektrode 14 besitzt einen inneren Stab 20, eine zwischengeschaltete Einsiegelfolie 22 und einen äußeren Stab 24. Der innere Stab 20 ist aus Wolfram oder einer Legierung desselben hergestellt, wie es in der Technik allgemein bekannt ist. Das bevorzugte Material für den inneren Stab ist ein Wolfram, das keine erhebliche Menge an oberflächenoxidiertem Glas bildet, wenn es an Quarz oder Glas angesiegelt wird. Eine erhebliche Menge an Oxidglas würde es dem inneren Stab 20 gestatten, sich längs ihrer Berührungsfläche von der Hülle 12 zu trennen. Reines Wolfram ist akzeptabel, ebenso wie eine gering dotierte Legierung desselben, beispielsweise ein mit Kalium dotiertes oder ein nicht durchhängendes Wolfram, bei welchen die Dotierung aus einem Material besteht und in einer Menge vorliegt, bei denen die Dotierung nicht in den Entladungsstrom eintritt. Beispielsweise kann sie kleiner sein als etwa 100 ppm. Wolframsorten, die nicht durchhängen, sind in der Technik der Lampenherstellung allgemein bekannt. Dotierstoffe wie Thoriumoxid, Hafniumoxid, Scandiumoxid, Rhenium oder andere Elemente, die mit dem Quarz oberflächenoxidierte Glase bilden können oder in den Entladungsstrom gelangen, werden nicht bevorzugt. Dies dient dazu, jedwede Bogen- bzw. Entladungswanderung und die Bildung jedweder Glasoxide zu vermeiden. Das reine, nicht zu einem Durchhängen führende, sowie andere Wolframlegierungen oder dotierte Wolframe, die keine oberflächenoxidierte Glase bilden, wenn sie in Quarz oder Glas eingeschmolzen werden, oder, wenn sie mit Quarz oder Glas versiegelt werden, sich mit ihnen verbinden, sowie nicht dazu tendieren, während des Kühlens von innen abzuspalten, sind geeignet. Die Wolframe, die sich demnach qualifizieren, werden im folgenden wegen ihrer Fähigkeit, sich mit Quarz oder Glas zu verbinden und sich nicht von ihnen abzuspalten, "Wolframe mit Schmelzverbindungseigenschaften" (bonding type tungstens) genannt.

Der innere Wolframstab 20 wird vorzugsweise bei hoher Hitze, hohem Vakuum und über eine ausgedehnte Zeitspanne wärmebehandelt. Die Wärme, das Vakuum und die Zeit reichen in ihrer Kombination aus, sämtliche Restmaterialien oder das meiste von ihnen zu entfernen, die in oder auf dem inneren Stab 20 existieren und anderenfalls in der Lage wären, während des Quetschdichtens auszugasen. Es gibt einigen Handlungsspielraum zwischen der Wärmebehandlungstemperatur, der Größe des Vakuums und der Behandlungszeit, um ausgasende Materialien zu entfernen. Je höher die Wärmebehandlungstemperatur ist (niedriger als der Schmelzpunkt des inneren Stabes 20), desto weniger Vakuum oder weniger Behandlungszeit wird benötigt. In gleicher Weise ist, je größer das Vakuum, desto niedriger die erforderliche Wärmebehandlungstemperatur oder desto kürzer die Behandlungszeit. Ferner sind, je länger die Behandlungszeit, desto niedriger die Temperatur und das Vakuum, die benötigt werden. Aus Bequemlichkeitsgründen ist es im allgemeinen einfacher, die Temperatur bis zu einem Punkt etwas unterhalb des Schmelzpunktes des inneren Wolframstabes 20 anzuheben. Dies verstärkt die Evaporisation oder das Ausgasen anderweitiger Materialien auf oder in dem inneren Elektrodenstab 20. Im allgemeinen ist es umso besser, je höher das Vakuum ist, das erreicht werden kann. Die Gesamtzeit für die Wärme- und Vakuumbehandlung wird dann abgekürzt. In Kombination erlauben es die Wärme, das Vakuum und die Behandlungszeit allen Materialien, die anderenfalls für ein Ausgasen während der Quetschdichtung zur Verfügung stünden, ausgebacken und von dem inneren Stab 20 abgesaugt zu werden. Bei Tests wurde festgestellt, daß allein schon Behandlungen mit großer Hitze von 2350°C in hohem Vakuum zu verbesserten Dichtungen führen.

Die praktische Erfahrung hat der Anmelderin gezeigt, daß die Wärmebehandlung heiß genug und lang genug sein sollte, um eine teilweise oder vollständige Rekristallisation des inneren Stabes 20 hervorzurufen. Eine teilweise Rekristallisation wird für besser als gar keine, eine vollständige Rekristallisation hingegen für am besten gehalten. Rekristallisation ist eine Form des Kornwachstums, die in bearbeiteten Metallen stattfindet und zu einem Wachstum einiger Kristalle auf Kosten anderer zusammen mit einem Lösen von Restspannungen führt. Die Rekristallisation eines Wolframdrahts (-stabs) hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, bewegt sich jedoch typischerweise zwischen 2100°C und 2400°C. Für einen Musterdraht bzw. -stab mit einer besonderen Verformungsgeschichte wird es eine charakteristische Rekristallisationstemperatur geben. Es wird angenommen, daß die große Hitze und eine verstärkte interne Mobilität während des Kornwachstums und der Rekrisallisation die meisten, wenn nicht alle, ausgasungsfähigen Materialien dazu veranlaßt, ausgetrieben zu werden. Die Rekristallisationstemperatur ist wahrscheinlich die höchste Temperatur, die das Wolfram seit seiner Bildung erfährt, demnach erreicht die Rekristallisation die beste Entfernung von ausgasungsfähigen Materialien seit der Bildung. Die Rekristallisationstemperatur ist sodann etwas wie ein Übergangspunkt im Fortschreiten von lediglich einer geringen Wirksamkeit zu einer wesentlichen Wirksamkeit bei der Schaffung innerer Elektrodenstäbe, die in Miniatur- Hochdruck-HID-Lampen signifikant besser funktionieren. Eine Rekristallisation verringert Restspannungen und kann andererseits die Elektrodenoberfläche im Sinne der Erzielung einer spannungsverringerten oder spannungsfreien Verbindung mit dem Material der Hülle 12 verbessern. Dies stimmt nicht mit dem Ausgasen überein, da die Rekristallisation das meiste durch Ausgasen erbringt.

Der wärmebehandelte innere Stab 20 wird sodann mit der zwischengeschalteten Einsiegelfolie 22 verschweißt. Die bevorzugte Einsiegelfolie 22 kann irgendeine der üblichen Folien vom Molybdäntyp sein, auch dotiert, geformt oder behandelt, wie dies in der Technik allgemein bekannt ist. Die Einsiegelfolie 22 kann auch in gleicher Weise wärmebehandelt werden, obgleich dies nicht für nötig gehalten wird.

Die Einsiegelfolie 22 wird sodann an den äußeren Stab 24 angeschweißt. Der äußere Stab 24 kann aus Wolfram oder anderen Materialien hergestellt werden, wie dies in der Technik bekannt ist. Der äußere Stab 24 kann in gleicher Weise wärmebehandelt werden, doch wird dies nicht für erforderlich gehalten. Der bevorzugte äußere Stab 24 ist aus mit Nickel beschichtetem Stahl hergestellt.

Die zweite Elektrode 16 kann von jedweder Form sein, um jedoch den besten Gebrauch von der ersten Elektrode 14 zu machen, wird die bevorzugte zweite Elektrode 16 in gleicher Weise hergestellt wie die erste Elektrode 14.

Das Füllmaterial 18 kann aus irgendeiner der bekannten Lampenfüllkombinationen bestehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Metallhalogenidmischung gewählt.

Sodann wird eine erste Elektrode 14 in einem Hüllenrohling angeordnet, gewöhnlich einem Rohrabschnitt, so daß nach der Siegelung der innere Stab 20 mit dem in Verbindung steht, was das definierte eingeschlossene Volumen werden wird. Bei der bevorzugten Konstruktion wird die erste Elektrode derart angeordnet, daß sie eine Anode in einer Gleichstromentladungslampe wird. Der Hüllenrohling wird zumindest in dem an die Einsiegelfolie 22 angrenzenden Bereich bis in den plastischen Zustand aufgeheizt und gequetscht oder vakuumgesiegelt, um mit der Einsiegelfolie 22 versiegelt zu sein. Ein Teil des Materials der aufgeheizten Hülle 12 breitet sich über und rund um den Innenstab 20 aus und dichtet gegenüber demselben ab. In gleicher Weise breitet sich ein Teil des Materials der aufgeheizten Hülle 12 über und rund um den äußeren Stab 24 aus und dichtet mit demselben ab. Wenn das Material der aufgeheizten Hülle 12 abkühlt, bleibt es zum größten Teil in Anlage längs des inneren Wolframstab s 20. Spannungsentlastungsrisse werden dann im wesentlichen von der Berührungsfläche zwischen dem Stab 24 und der Quarzhülle 12 hinwegverlagert.

Fig. 4 zeigt eine detaillierte Darstellung des verbesserten Rißmusters für die Lampe in Fig. 3. Es versteht sich, daß die Rißbildung bei Quarz in irregulärer Weise stattfindet und von Muster zu Muster variiert. Mit den wärmebehandelten Elektroden hergestellte Lampen besitzen oft ein vielsagendes Rißmuster. Häufig erstreckt sich ein Riß 26 von dem inneren Stab 20 weg und kann sich dann weiter längs des inneren Stabs 20 erstrecken, jedoch etwas abgesetzt von demselben. Der Riß 26 kann sich sodann zu dem inneren Stab 20 zurückerstrecken und dabei einen elliptischen, sphärischen oder gleichartigen Materialabschnitt definieren, der an dem Abschnitt des inneren Stabs 20 befestigt ist und diesen umgibt, sowie an dem inneren Stab 20 angesiegelt ist. Der bevorzugte Riß 26 ist sodann im allgemeinen glatt. Der bevorzugte Riß 26 führt allgemein zurück zum Elektrodenstab 20 und wird sodann abgeschnitten, abgebunden oder ist auf andere Weise intern selbst verbunden, und es ist unwahrscheinlich, daß er sich bis zur Außenfläche erstreckt. Der bevorzugte Riß ist gewöhnlich nicht aufgesplittert oder spiralförmig. Das bevorzugte Rißmuster besitzt gewöhnlich nicht eine Vielzahl von Kanten, bzw. Kanten, die in verschiedene Richtungen führen und sich bis zur Außenfläche erstrecken könnten. Der bevorzugte Riß 26, wie ein solcher, der ein elliptisches oder sphärisches Hüllenmaterialvolumen definiert, definiert letztlich grob einen inneren Bereich des Materials der Hülle 12, der rund um den inneren Stab 20 angesiegelt bzw. mit dem letzteren verbunden ist und der als Hülse 28 (jacket) bezeichnet wird. Da der Riß 26 eine Hülse 28 in der allgemeinen Form eines amerikanischen Footballs definiert (irregulär, jedoch allgemein glatt und auf dem inneren Wolframstab 20 axial zentriert), wird der Riß ein "Football-Riß" genannt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Risses 26 ist ein äußerer Bereich des Materials der Hülle 12 angeordnet und stellt den Hauptkörper der Hülle 12 dar. Alternativ hierzu kann der Riß 26 auch längs der Innenwand des eingeschlossenen Volumens entstehen und dabei einen abgeschnittenen, stumpfförmigen Football bilden. In beiden Fällen gibt es jedoch gewöhnlich ein Segment des Hüllenmaterials, nämlich die Hülse bzw. das Jacket 28, die bzw. das mit einem Längenabschnitt des inneren Stabs 20 verbunden ist.

Sodann wird das Füllmaterial 18 in den Bereich eingebracht, der zu dem definierten eingeschlossenen Volumen wird. Die zweite Elektrode 16 wird in der Hülle 12 positioniert und der angrenzende Bereich des Rohlings der Hülle 12 wird sodann aufgeheizt, während das Füllmaterial 18 in dem definierten Volumen gehalten wird, beispielsweise dadurch, daß man es mit flüssigem Stickstoff an Ort und Stelle eingefriert. Sodann wird die an der zweiten Einsiegelfolie anliegende Hüllenwand aufgeheizt und mit der zweiten Einsiegelfolie der zweiten Elektrode 15 versiegelt.

Sobald die Lampe 10 abgedichtet ist, ist der innere Stab 20 sodann zum größten Teil fest in einer Hülse 28 des Materials der Hülle 12 eingeschlossen. Zwar kann das Füllmaterial 18 während des Lampenbetriebs in den Riß 26 hineinwandern, jedoch ist die Interaktion zwischen dem Füllmaterial und den Wänden des Risses 26 inert. Es gibt somit wenig oder kein elektronisches oder mechanisches Pumpen oder ein ähnliches Oberflächenzusammenwirken, um die aktive Wanderung des Füllmaterials 18 in den abgesetzten Riß 26 zu fördern. Es wird angenommen, daß weniger Füllmaterial 18 in den Riß 26 eintritt und sich weniger durch den Riß 26 hindurch bewegt, um auf die Verbindung zwischen dem inneren Stab 20 und der Einsiegelfolie 22 zu treffen. Somit steht weniger Füllmaterial 18 zur Verfügung, um mit dem Innenstab 20 und der Einsiegelfolie 22 zu reagieren. Demnach hält die Dichtung länger und verlängert die Betriebsdauer der Lampe.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wurde ein Wolfram verwendet, das nicht durchhängt, wie z. B. Sylvania NS-55, das eine Phosphordotierung von 60 bis 70 ppm für den Innenstab aufweist. Der Innenstab wurde in einen Vakuumofen verbracht und unter Vakuum wärmebehandelt. Bei einem Verfahren wurde die Elektrode auf 2450°C aufgeheizt und für eine Stunde so gehalten. Die gesamte Länge der inneren Wolframelektrode wurde rekristallisiert. Die bevorzugte Vakuumwärmebehandlung wurde für 2400°C und dreißig Minuten bei etwa 5 × 10^-6 Torr ausgelegt. Die Wärmebehandlung reichte aus, um eine Rekristallisation und ein vollständiges Ausgasen des Wolframinnenstabes hervorzurufen, dessen Mikrostruktur sodann bei Hochtemperaturbetrieb stabil ist. Die Wärmebehandlung reichte aus, um sämtliche ausgasungsfähigen Komponenten aus der Wolframinnenelektrode auszutreiben. Die Wärmebehandlung könnte in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, beispielsweise in einem Edelgas. Wird die Wärmebehandlung in Wasserstoff durchgeführt, werden durch eine Wasser und Wolfram bildende chemische Reaktion Oberflächenoxide entfernt. Es wird bevorzugt, eine Vakuumwärmebehandlung durchzuführen; die Oberflächenoxide werden dabei durch physikalische Verdampfung entfernt.

Es wurden Innenstäbe aus Wolframtypen (NS-55 und NS-86) hergestellt, die nicht durchhängen. Eine Gruppe wurde ohne Rekristallisation behandelt. Eine zweite Gruppe wurde für dreißig Minuten bei 2400°C und etwa 5 × 10^-6 Torr gehalten, während eine dritte Gruppe für eine Minute bei 2450°C und 4,5 × 10^-4 Torr behandelt wurde. Die Analyse zeigt, daß die erste Gruppe noch Oxidgruppen auf der Oberfläche hatte, jedoch die zweite und die dritte Gruppe nicht. Die erste Gruppe hatte eine faserige Morphologie behalten, während die zweite Gruppe voll rekristallisiert und die dritte Gruppe teilweise rekristallisiert war. In einem ähnlichen Test wurde die Mikrohärte gezogener Stäbe gemessen und im Durchschnitt bei 596 (Knoop-Skala) festgestellt. Im Vakuum bei 1600°C für dreißig Minuten befeuerte Stäbe besaßen einen Durchschnitt von 531. Mit 2400°C während dreißig Minuten vakuumbeheizte Stäbe besaßen einen Durchschnitt von 390. Bei 2450°C während dreißig Minuten befeuerte Vakuumstäbe, sowie andere, die während sechzig Minuten behandelt wurden, wurden als vollständig rekristallisiert festgestellt, wobei bei den länger beheizten bzw. befeuerten Stäben die Kristalle lediglich ein wenig größer waren. Einige Beispiele aus der dreißig Minuten-Feuerung zeigten eine Rekristallisation von 99 Prozent mit lediglich einiger weniger fibröser Reststruktur. Andererseits zeigte die Morphologie bei beiden Gruppen vollständig rekristallisierten Wolframs große Ausdehnungen von Einzelkornwolfram.

Der wärmebehandelte innere Stab wurde sodann an eine Molybdänfolie angeschweißt und diese Molybdänfolie an einen äußeren Stab aus nickelbeschichtetem Stahl. Die Lampe 10 wurde sodann in Übereinstimmung mit üblichen Montageprozessen für Miniatur-HID-Lampen zusammengesetzt, und zwar unter Verwendung bekannter Methoden und Materialien. Diese Lampen besitzen typischerweise Hüllen von etwa drei Zentimetern Länge und fünf Millimetern Durchmesser, sowie Metallhalogenidfüllungen mit mehr als fünf Atmosphären (kalt) an Xenon. Hier wurden etwa acht Atmosphären (kalt) Xenon verwendet, was einen heißen Betriebsdruck von etwa sechzig Atmosphären ergibt.

Bei der Überprüfung von Lampen nach der Abdichtung wurde häufig ein vielsagendes Rißmuster gesehen. Dabei war der innere Wolframstab nicht längs der Berührungsfläche zwischen dem Innenstab und der Hülle von dem Material der Hülle weggebrochen bzw. gerissen. Statt dessen besaß der Innenstab eine Hülse bzw. ein Jacket aus anhaftendem Hüllenmaterial, das längs der Innenelektrodenstäbe hängt. Der Riß erstreckte sich rund um den die Hülse bzw. das Jacket bildenden Brocken aus Füllmaterial. Etwa siebzig oder achtzig Prozent (70%-80%) der mit wärmebehandelten Elektroden hergestellten Lampen besaßen ein solches Football-Rißmuster. Etwa zwanzig bis dreißig Prozent (20%-30%) der am besten aussehenden Lampen schienen keinen Football-Riß zu haben, doch wird angenommen, daß tatsächlich der Football- Riß vorhanden ist, jedoch bezüglich des inneren Elektrodenstabs einen sehr flachen Winkel aufweist. Es handelt sich dann dabei um einen sehr dünnen Football-Riß, der lediglich eine schmale Abdeckung eines Teils des inneren Elektrodenstabes ausmacht. Die Lampen mit schmalen Football-Rissen sehen zwar besser aus, scheinen jedoch keine besseren Prüfungsergebnisse zu erbringen als Lampen mit volleren Football-Rissen.

Die Wärmebehandlung steuert somit den Hüllenriß derart, daß dieser eine reguläre Form aufweist, die, mit Ausnahme ihrer beiden Enden, von dem inneren Elektrodenstab abgesetzt ist. Erstens erstreckt sich der Riß nicht in den Folienbereich hinein. Zweitens bleibt der Riß sozusagen bei sich selbst und erstreckt sich nicht bis zur Hüllenoberfläche. Da der Riß gegenüber der Elektrode verlagert ist, gibt es nur eine reduzierte chemische Interaktion mit dem Stab. Somit wird weniger Material aus dem Lampenprozeß verloren. Ferner ist elektrisches Pumpen des Füllmaterials längs der Staboberfläche gestoppt. Der für chemische Interaktion mit dem inneren Stab zur Verfügung stehende Bereich wird in hohem Maße verringert, falls nicht eliminiert.

Als ein Ergebnis der wärmebehandelten Elektroden wurden Ausfälle durch Anodenrisse in hohem Maße reduziert. Während der Herstellung von tausenden Lampen mit wärmebehandelten Anoden wurde kein Anodendichtungsausfall bekannt. Es gab lediglich eine verdächtige Lampe, die wies jedoch zusätzliche Defekte auf. Einige Lampen besitzen einen Riß, der sich von der äußeren Endkante der inneren Elektrode erstreckt, aber dies ist am kalten Ende des Stabes. Es gibt dort weniger Wärmeausdehnungsspannung und es ist schwierig für Füllmaterialien, derart zu wandern, daß sie solch einen tief angeordneten Riß erreichen könnten. Als Ergebnis wird insgesamt ein signifikant höherer Prozentsatz in der Herstellung befindlicher Lampen nunmehr die Fertigstellung erreichen, was den Ausschuß erheblich reduziert. Es wird erwartet, daß sich die durchschnittliche Lebensdauer in gleicher Weise verbessert. Die offenbarten Betriebsbedingungen, Abmessungen, Konfigurationen und Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, es lassen sich andere geeignete Konfigurationen und Verhältnisse bei der Ausführung der Erfindung verwenden.

Während gezeigt und beschrieben wurde, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, wird es den Fachleuten deutlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen derselben durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Entladungslampenelektrode (14) zur Einsiegelung in eine Lampenhülle (12), mit einem inneren Wolframabschnitt (20), der aus einem für das Einschmelzen geeigneten Wolfram hergestellt ist, das zumindest in dem Abschnitt der Elektrode, die an der Lampenhülle anliegt, keine ausgasenden Komponenten aufweist.

2. Entladungslampenelektrode (14) zur Einsiegelung in eine Lampenhülle, bestehend aus einer Elektrode, die einen inneren Wolframabschnitt (20) aufweist, der aus einem Wolfram mit guten Einschmelzeigenschaften hergestellt und mit Wärme behandelt ist, um zumindest in dem Abschnitt der Elektrode, der an der Lampenhülle anliegt, die Wolframoberfläche zu rekristallisieren.

3. Entladungslampe (10) mit

a) einer Hülle (12), die eine Wand aufweist, welche eine Außenseite und ein eingeschlossenes Volumen definiert,
b) einer ersten Elektrode (14), die einen äußeren Stababschnitt (24) aufweist, der mit einer zwischengeschalteten Einsiegelfolie (22) verbunden ist, die wiederum mit einem inneren Wolframstab (20) verbunden ist, der aus einem Wolfram mit guten Verbindungseigenschaften hergestellt ist, wobei sich die Elektrode (14) von der Außenseite her in eingesiegelter Weise durch die Wand erstreckt, um mit dem eingeschlossenen Volumen in Verbindung zu stehen, und der innere Wolframstab (20) zumindest in dem an der Hülle anliegenden Abschnitt der Elektrode keine ausgasenden Komponenten besitzt,
c) einer zweiten Elektrode (16), die sich von der Außenseite in eingesiegelter Weise durch die Wand erstreckt, um mit dem eingeschlossenen Volumen in Verbindung zu stehen, und
d) einem in dem eingeschlossenen Volumen angeordneten Füllmaterial (18).

4. Entladungslampe (10) nach Anspruch 3, bei welcher der innere Wolframstab (20) wärmebehandelt worden ist, um die Wolframoberfläche zumindest in dem an die Hülle (12) angrenzenden Abschnitt der Elektrode zu rekristallisieren.

5. Entladungslampe (10) nach Anspruch 4, bei welcher der innere Wolframstab (20) im Vakuum wärmebehandelt worden ist.

6. Entladungslampe (10), bestehend aus

a) einer Hülle (12), die eine Wand aufweist, welche eine Außenseite und ein eingeschlossenes Volumen definiert,
b) einer ersten Elektrode (14), die einen äußeren Stababschnitt (24) aufweist, der mit einer zwischengeschalteten Einsiegelfolie (22) verbunden ist, die wiederum mit einem inneren Wolframstab (20) verbunden ist, der aus einem Wolfram mit guten Verbindungseigenschaften hergestellt ist, wobei sich die Elektrode (14) von der Außenseite her in eingesiegelter Weise durch die Wand erstreckt, um mit dem eingeschlossenen Volumen in Verbindung zu stehen, wobei ein Abschnitt des inneren Wolframstabs (20) in eine Hülse (28) des Hüllenmaterials eingesiegelt ist, die durch einen schmalen, sich zwischen der Hülse (28) und der Hülle (12) erstreckenden Riß (26) von der Hülle getrennt ist,
c) einer zweiten Elektrode (16), die sich in abgedichteter Weise von der Außenseite her durch die Wand erstreckt, um mit dem eingeschlossenen Volumen in Verbindung zu treten, und
d) einem in dem eingeschlossenen Volumen angeordneten Füllmaterial (18).

7. Lampe (10) nach Anspruch 6, bei welcher die innere Elektrode (20) wärmebehandelt worden ist, um im wesentlichen sämtliches ausgasungfähige Material auszugasen.

8. Lampe (10) nach Anspruch 6, bei welcher die innere Elektrode (20) wärmebehandelt worden ist, um eine Rekristallisation des Elektrodenstabs hervorzurufen.

9. Verfahren zur Herstellung einer Entladungslampe (10) mit einer Hülle (12), einer ersten Elektrode (14), einer zweiten Elektrode (16) und einem Füllmaterial (18), bestehend aus den folgenden Schritten:

a) Herstellung der ersten Wolframelektrode (14),
b) Wärmebehandlung der ersten Wolframelektrode (14) während einer ausreichend langen Zeit bei einer ausreichend hohen Temperatur und bei einem ausreichend hohen Vakuum, um ein Ausgasen von im wesentlichen sämtlichem ausgasungsfähigen Material hervorzurufen,
c) Ansiegeln der Hülle (12) an der ersten Elektrode (14) einschließlich des Abschnitts, der keine ausgasungsfähigen Komponenten aufweist, und
d) Füllung und Abdichtung der Lampe durch anderweitig bekannte Verfahren.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Wärmebehandlungszeit und die Temperatur des Elektrodenstabes (20) ausreichen, um eine Rekristallisation der Wolframoberfläche des Elektrodenstabs hervorzurufen.

11. Entladungslampenelektrode, bestehend aus einem gezogenen Wolframstab mit einem Bereich für die Schmelzsiegelung an eine Lampenhülle (12), wobei der Stab zumindest in dem in der Lampenhülle eingeschmolzenen Bereich einen rekristallisierten metallographischen Zustand aufweist.

12. Elektrode nach Anspruch 1, die kein Thorium aufweist.

13. Elektrode nach Anspruch 1, die kein Rhenium aufweist.

14. Elektrische Lampe (10), bestehend aus

a) einer eine ein eingeschlossenes Volumen definierende Wand aufweisenden Hülle (12),
b) einem in dem eingeschlossenen Volumen eingeschlossenen Füllmaterial (18),
c) einer ersten Elektrode (14) mit einem teilweise der Außenwelt ausgesetzten äußeren Ende (24), einem zwischengeschalteten, mit dem Hüllenmaterial verschmolzenen Dichtungsabschnitt und einem inneren Ende (20), das sich zumindest teilweise in das eingeschlossene Volumen hinein erstreckt, wobei das innere Ende mit einem Ausschnitt (28) des Hüllenmaterials verschmolzen ist, das sich axial längs des und radial weg von dem inneren Ende(s) erstreckt, mit einem zwischen dem Ausschnitt (28) des Hüllenmaterials und der Hülle (12) ausgebildeten Trennungsriß (26), und
d) einer zweiten Elektrode (16), die in der Hülle (12) eingeschmolzen ist, um eine elektrische Verbindung vom Hüllenäußeren zu dem eingeschlossenen Volumen herzustellen.

15. Lampe nach Anspruch 10, bei welcher die innere Elektrode (20) wärmebehandelt worden ist, um im wesentlichen sämtliches ausgasungsfähige Material auszugasen.

16. Lampe nach Anspruch 10, bei welcher die innere Elektrode (20) wärmebehandelt worden ist, um eine Rekristallisation des Elektrodenstabs hervorzurufen.