DE2405409A1

DE2405409A1 - Elektrode fuer gasentladungslampen

Info

Publication number: DE2405409A1
Application number: DE19742405409
Authority: DE
Inventors: Dirk Kolkman; Albert Langerak; Adolf Jan De Visser
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1974-02-05
Publication date: 1974-08-15
Also published as: IT1007259B; BE810745A; FR2217800A1; JPS49111477A; AR200512A1; ES423010A1; DE7403900U; NL7301829A

Description

""'bipl.-lng. HORST

* AiAneldsr: U.V.?.; Li,=, Cl-GOU^PEUFAEiR

Afele: PHN- 6745

Anmeldung vom« 4. Febr. 1974

Elektrode für Gasentladungslampen

In Gasentladungslampen werden viele Arten von Elektroden

verwendet. Einige Elektroden werden ausschliesslich durch die Entladung

ι
aufgeheizt; andere Elektroden werden, wenigstens während einiger Zeit

nach dem Einschalten der Lampe, durch einen elektrischen Strom vorge-

heizt. Nachdem die Entladung in der Lampe ausgelöst ist, kann eine derartige Elektrode auf drei Weisen auf der Betriebstemperatur gehalten werden. Der Vorheizstrom kann nämlich völlig ausgeschaltet, auf denselben' Wert gehalten oder auf einen niedrigeren Wert gebracht werden. .

Elektroden der vorgeheizten"Art werden insbesondere in ! Niederdruckquecksilberdampf entladungslampen angewendet. Die Erfindung >. bezieht sich auch auf Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen mit mindestens einer derartigen Elektrode.

IJm eine grosse Emission zu erzielen, sind viele Elektroden für Gasentladungslampen, besonders die für Niederdruckquecksilberdampf-

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entladungslampen, mit einem leicht emittierenden Werkstoff oder ait einen Gemisch aus Werkstoffen versehen, der oder das auf einem Träger, meistens·; Wolfram,' angebracht ist. Sehr üblich ist ein Gemisch aus Erdalkalimetalloxiden·

Beim Entwerfen von Elektroden für Gasentladungsiaapen,

besonders des vorgeheizten Typs, muss man, auegehend von einer gewünschte: . Lebensdauer der Lampe, von einem bestimmten Lampenstrom und einer ge- ι wünschten Torheizdauer, mit einer Vielzahl von Faktoren rechnen· Wesentliche Faktoren sind die Vorheizspannung, der Vorheizstrom, die Wärmeableitung, die Emittermenge und die Wärmekapazität der Elektrode.

Die Vorheizspannung und der Vorheizstrom sind oft durch die verfügbaren Versorgungsgeräte und/oder durch internationale Verab-. .redungen für verschiedene Lampentypen festgelegt.

Die Wärmeableitung wird durch die Art des Gases in der Lampe und durch den Gasdruck sowie durch die Montage der Elektrode beeinflusst. Die Wärmeableitung bestimmt, selbstverständlich zusamaen mit der durch den Vorheizstroia erzeugten Wärme, die Vorheizzeit und die Betriebstemperatur der Elektrode.

Die Emittermenge ist der wesentlichste Faktor, der die Lebensdauer bestimmt. Da der Emitter vom Träger getragen wird, der bei vorgeheizten Elektroden vom Vorheizstrom durchflossen wird, bestimmt die Konfiguration des Trägers in bedeutenden Masse die wirksame Emittermenge, die in der Elektrode angewendet werden kann·

Die Wärmekapazität und somit die Wahl der gebrauchten Werkstoffe und die gewählte Geometrie der Elektrode bestinmt mit die Vorheizdauer·

Alle vorerwähnten Faktoren hängen miteinander derart

zusammen, dass sich bei der Änderung nur eines Faktors andere Faktoren gleichzeitig in günstigem oder ungünstigem Sinne ändern. Man muss somit immer einen günstigen Kompromiss wählen,

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Bei der Suche nach dem optinalen Komproniss hat man eine äusserst günstige Elektrode entwickelt, bei der der Träger für den emittierenden Werkstoff aus einem im Schnitt kreisförmigen Strondraht besteht um den eine Vielzahl von Wicklungen eines dünneren Umspinnungsdrahtes liegt.Das GebJ3de von Strondraht und Uiaspinnungsdraht vird mit emittierendem Werkstoff bedeckt, gegebenenfalls nachdem aus demGebiMe von Stromdraht und Umspinnungsdraht noch eine einfache oder doppelte Spirale ■ . gewickelt worden ist. Um viel wirksames emittierendes Material in die Elektrode aufnehmen zu können, wird der Uinspinnungsdraht nicht fest, sondern lose um den Strondraht gewickelt; die Oberfläche im Schnitt der Wicklungen der Umspinnung ist somit grosser als die Oberfläche des· ' Stromdrahtschnittes. Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode, die einen derartigen Träger für das emittierende Material enthält.

Die Form des Schnittes der Umspinnung kann sehr verschiede: sein. Im allgemeinen weist der Schnitt eine etwas elliptische Form auf. Diese Form wird nach einem Sonderverfahren, das nachstehend kurz beschrieben wird, erhalten.

Man nimmt einen langgestreckten Stromdraht, legt an diesen Stromdraht einen Hilfsdraht und umwickelt diese zwei nebeneinander liegenden Drähte fest mit dem Umspinnungsdraht. Wenn man für den Eilfsdraht ein anderes Material als für den Stromdraht wählt, kann man mit Hilfe eines:; geeignet gewählten Lösemittels aus dem gewickelten Gefüge de" Hilfsdraht später lösen, ohne das der Stromdraht und die Umspinnung angegriffen werden. Sehr Üblich ist die Kombination eines Stromdrahtes und eines Uraspinnungsdrahtes aus Wolfram und eines Hilfsdrahtes aus Molybdän. In einem Gemisch von Schwefelsäure und Salpetersäure kann man dann den Molybdändraht lösen und es bleibt das Gebilde von Stromdraht und Umspinnungsdraht zurück. Das Lösen des Hilfsdrahtes wird bei einem Gebilde aus Stromdraht, Hilfsdraht und Umspinnung, das zu einer einfachen, oder

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doppelten Spirale gewickelt ist, nach der letzten Wicke!bearbeitung ausgeführt. Der Raum, der ursprünglich vom Hilfsdraht eingenommen wurde, bleibt nach dem Lösen des Hilfsdrahtes, dem sog. Beizen, offen und dieser Raum kann spater durch emittierendes Material eingenommen werden. Venn man das Gefüge noch spiralisiert hat, befindet sich das emittierende Material sowohl im Schnitt der Umspinnung als auch im Raum in der Spirale..

Aus Obigem geht hervor, dass der Stromdraht nach dem

Beizen lose in den Wicklungen des Umspinnungsdrahtes liegt. Es ist deutlich, dass der Stromdraht, der auf keinerlei Weise, z.B. durch Schweissen, fest mit dem Umspinnungsdraht verbunden ist, sich innerhalb der Wicklung des Umspinmfngsdrahtes frei verschieben kann, wenn der Eilfsdraht einen viel grösseren Durchmesser als der Stromdraht hat« und man keine Sondermassnahmen trifft. In manchen Wicklungen des Uraspinnungsdrahtes wird dieser Draht also nicht und in anderen wohl am Stromdraht anliegen. Dies hat zwei wichtige Folgen.· Erstens wird der elektrische Widerstand des Gebücfes von Umspinnungsdraht und Stromdraht pro Längeneinheit nicht auf der ganzen Elektrode der Gleiche sein. Zweitens wird der Wärmehaushalt von Elektroden· gleichen Entwurfs verschieden sein. Die hauptsächlich, im Stroradraht erzeugte Wärme wird nämlich aleinem grossen Teil über die Umspinnung auf das emittierende Material übertragen.(Den durch den Umspinnungsdraht fliessenden Strom kann man in bezug auf den Strom durch den Stromdraht nahezu vernachlässigen). Die Wärmeübertragung vom Stromdraht über die Umspinnung e.uf das emittierende Material und somit die Zeit zum Erreichen der Emissionstemperatur wird je nach der Anzahl . der Umspinnungswicklungen, in denen der Stromdraht an der Umspinnung anliegt bzw. davon getrennt ist, sehr verschieden sein. Ausserden wird der Widerstand pro Längeneinheit der Elektrode durch die Unterschiede in der Wärmeübertragung beeinflusst.

Die beiden obengenannten Folgen sind ein wichtiger Grund dafür, dass Lampen, in denen Elektroden der erwähnten Art verwendet bei Massenfertigung bedeutende Unterschiede in den Zündeigenschaften

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aufweisen.

Eine erfindungsgemässe Elektrode für Gasentladungslampen, insbesondere Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen, weist einen Träger und einenvcnJhm getragenen.emittierenden.Werkstoff auf, wobei der Träger aus einem im Schnitt kreisförmigen Stroadraht besteht, um den eine Vielzahl von Wicklungen eines dünneren Umspinnungsdrahtes liegt, wobei die Oberfläche im Schnitt der Wicklungen der Umspinnung grosser ist als die Oberfläche des Schnittes des Stroradrahtes^und ist dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens $θγο der Anzahl Wicklungen der Umspinnung der Umspinnungsdraht über einen Winkel von mindestens 16O* des Querschnittes des Stromdrahtes am Stromdraht ruht.

Erfindungsgemässe Elektroden weisen eine viel geringere Streuung in den charakteristischen Eigenschaften auf als die bisher üblichen Elektroden, in denen in weniger als JOfo der Anzahl Wicklungen des Umspinnungsdrahtes dieser Draht über einen Winkel (nachstehend Anlegewinkel genannt) von mindestens 16O° am Stromdraht ruht. IiLt erfindungsgemässen Elektroden ausgerüstete Lampen weisen dadurch eine

bemerkenswert geringere Streuung in den Zündeigenschaften, insbesondere in der Zündzeit, als bekannte Lampen der gleichen Art auf·

Der Mindestanlegewinkel von 16O° ist deshalb notwendig,

weil sonst pro Längeneinheit einer Elektrode die Gesamtkontaktoberfläche zwischen dem Unspinnungsdraht und dem Stroradraht noch so gering ist, dass die 10$£, in denen zwischen Stromdraht und Umspinnungsdraht kein Kontakt nötig ist, relativ noch so gross ist, dass eine unerwünschte grosse Streuung in den Elektroden,- und Lampeneigenschaften auftritt.

Vorzugsweise ist der Anlegewinkel grosser als 180°. Dann· ist nämlich die Streuung in den Eigenschaften noch geringer, auch dadurch, dass dann der Stroadraht in den Wicklungen des Uaspinnungsdrahtes auf einfache Weise fixiert ist. Eine derartige Fixierung kann

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man auch auf andere Weise erzielen, z.B. durch eine besondere Formgebung der Umspinnung in Schnitt. Das Gebilde derartiger Elektroden wird dann jedoch schwieriger und somit aufwendiger.

Nach Bedarf kann nan, wie bereits erwähnt, das Gebilde von Stromdraht und Umspinnung nach der Erfindung spiralförmig aufwickeln. Der grösste Teil des emittierenden Werkstoffes wird dann in den Hohlraun in dieser Spirale aufgenommen werden. In vielen Fällen wickelt man mit dieser Spirale noch eine zweite Spirale, Eeistens mit einer geringeren Windungszahl (4 bis 10).

. Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert, Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch einen Teil des Trägers einer bekannten Elektrode;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Träger der Elektrode nach Fig. 1 während einer V/ickelphase;

Fig. 3 schematisch einen Teil des Trägers einer erfindungs· gemässen Elektrode;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Träger der Elektrode nach der Fig. 3 während einer Wickelphase;

Fig. 5 einen Schnitt durch den Träger einer anderen erfindungsgemässen Elektrode während einer Wickelphase.

In der Fig. 1 ist mit 1 der Stromdraht, z.B. aus Wolfram bestehend, angedeutet. Um diesen Strondraht 1 herum befindet sich der dünnere Umspinnungsdraht 2, der z.3. auch aus Wolfram besteht. Ein derartiges Gebilde* von. Stromdraht und Umspinnung wird dadurch erzielt, dass, wie in der Fig. 2 angedeutet ist, an den Stromdraht 1 ein dickerer Hilfsdraht 3 gelegt wird, die beiden Drähte zusammen mit dem Draht 2 umsponnen werden und danach der Hilfsdraht 3 ζ·Β. durch Wegbeizen entfernt wird. Wenn der Hilfsdraht 3 aus Molybdän besteht, kann dies mit H₂SO. + HIiO^ durchgeführt werden. Nach dem Entfernen des Hilfsdrahtes 3

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kann der Stromdraht sich in der Umspinnung leicht verschieben. Dadurch kann sich der Stromdraht t in verschiedenen Wicklungen in einer anderen

Lage in bezug auf die Umspinnung befinden. Durch die Federwirkung der Umspinnung und durch zufällige geringe Unterschiede in der Umspinnung wird der Stromdraht in einer Wicklung an der Umspinnung anliegen und sich in anderen Wicklungen auf grösserem oder kleinerem Abstand davon befinden..

Dies ist in den verschiedenen Wicklungen nach der Fig. 1 schematisch angedeutet.

Die Folgen einer derartigen Unregelmässigkeit sind, wie oben bereits erwähnt, grosse Unterschiede im Wärmehaushalt und infolgedessen grosse Unterschiede in den elektrischen Eigenschaften von Teilen einer einzigen Elektrode und/oder verschiedener Elektroden eines Entwurfes

In der Fig. 2 ist mit ςλ der Anlegewinkel angedeutet, der

ungefähr 110° beträgt. In den Umspinnungswicklungen, in denen der Stromdraht 1 nicht am Umspinnungsdraht anliegt, ist der Begriff Anlegewinkel selbstverständlich bedeutungslos.

In der Fig. 3 ist für eine erfindungsgemässe Elektrode

der Stromdraht mit 4 und die Umspinnung mit 5 angedeutet. Im gezeichneten Teil liegen alle vier Uaspinnungswicklungen am Stromdraht 4 an. Dies braucht jedoch nicht auf der vollen Elektrodenlänge, die meistens viele hunderte Umspinnungswicklungen besitzt, der Fall zu sein. Der Erfindung wird entsprochen, wenn mindestens JOfo der Anzahl*Wicklungen am Stromdraht ruht.

In der Fig. 4 ist wiedergegeben, auf welche Weise die Elektrode nach der Fig. 3 hergestellt werden kann. Das Verfahren ist dem für die Elektrode nach den Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren völlie identisch. Da die Durchmesser des Stromdrahtes 4 und des Hilfsdrahtes ungefähr gleich sind, wird erreicht, dass der Anlegewinkel c< ungefähr "\80fa statt 110^o, wie in der Ausführungsform nach Fig. 2 angegeben,

beträgt. 409 83 3/07 91-

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DE/WH/ΗΞΒΕ

2Λ05409¹⁰"¹¹-¹⁹⁷³

Nach dem Entfernen des Hilfsdrahtes 6 kann der Stromdraht sich zwar theoretisch in der Wicklung 5 noch verschieben, aber überrasche derweise hat die Praxis an Hand einer Vielzahl von Messungen erwiesen, dass dies im weniger als 10^ der Wxklungszahl der Pail ist. Sogar bei einem Winkel C* von 160" wird das Maximum von 10/ί nicht überschritten. Es ist, verständlich, dass bei einem Verhältnis der Durchmesser von Hilfsdraht und Stromdraht geringer als 1, welche Situation in der Pig. 5 wiedergegeben ist, der Winkel d grosser als 180· ist, was bedeutet, dass die Umspinnungswicklung eine Fora hat, die die Lage des Stromdrahtes fixiert. Dann ist der Prozentsatz der anliegenden Wicklungen automatisch gleich 100. Bei Werten dieses Verhältnisses grosser als 1 können jedoch auch Anlegeprozentsätze von 100 erzielt werden.

Nachstehende Tabellen werden dies zeigen»

	97	85	des	Stromdrahtes	60	55	Durchmesser des 59/u	85	80	Stromdrahtes	60	55'
Durchmesser 57/u	28	73	80	70	100	100	97	82	97	70	100	100
Durchmesser ies Hilfsdrahtes Ln Mikron	85	98	53	100
Prozentsatz ier anliegen- ienWicklungen

Da für die Praxis ein Anlegeprozentsatz von mindestens 90/* ausreicht, kann man somit Hilfsdrähte verwenden, die einen einigermassen grosseren Durchmesser als der Stromdraht aufweisen. Ein Anlegewinkel unter 160° ist jedoch, wie oben bereits erwähnt, unerwünscht. Daraus lässt sich ein Hass für obengenanntes Verhältnis bei verschieden gewählten Stromdrahtdurchmessern ableiten.

U 0 9 8 3 37 0 7 9 "1

Claims

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DE/WH/RSB3

10-11-1973 Patentansprüche ι - Z4Uo4U3

Elektrode für Gasentladungslampen, insbesondere Niederdruckquecksilberdampfentladungslainpen, bestehend aus einen Träger und einemTOn ihm getragenen emittierenden Werkstoff, wobei der Träger aus einem in Schnitt kreisförmigen Stroradraht besteht, um den herum eine Vielzahl von Wicklungen eines dünneren ünspinnungsdrahtes liegt, wobei die Oberfläche im Schnitt der Wicklungen der Umspinnung grosser ist als die Oberfläche des Schnittes des Strondrahtes, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens 90$ der Anzahl Wicklungen der Umspinnung der Umspinnungsdraht über einen Winkel von mindestens 16O° des Querschnittes des Stromdrahtes am Stromdraht anliegt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen des Umspinnungsdrahtes eine derartige Form haben, dass

die Lage des Stromdrahtes dadurch fixiert ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, über den der Umspinnungsdraht am Stromdraht anliegt^-' 180° übersteigt.
4» · Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der S'tromdraht und der Umspinnungsdraht aus Wolfram »

bestehen.
5. Elektrode nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4» dadurch gekenn-* zeichnet, dass das Gebilde aus Stroiadraht und Unspinnungsdraht zu· einer Spirale gewickelt ist.
6. Elektrode nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale abermals spiralisiert ist. · ■ ■
7. Verwendung einer Elektrode-nach einem oder mehreren der ~-- - ^ vorangehenden Ansprüche in einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe.

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