DE2431137B2 - Stufenelektrode aus gewickeltem Draht für Metalldampflampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stufenelektrode aus gewickeltem Draht für Metalldampflampen mit einem Bereich größerer sowie einem in Richtung zum Lichtbogen axial vorgelagerten Bereich kleinerer Wickeldurchmesser, wobei die Bereiche aus zumindest ^r" zwei koaxial unter gegenseitiger Anlage ineinandergreifenden, thermisch sowie elektrisch miteinander verbundenen, einfach gewendelten Wickelteilen unterschiedlicher Wickddurchmesser bestehen, und mit einem Tragelement. ^W)

Eine derartige Elektrode ist in der DE-OS 21 25 375 beschrieben. Die bekannte Elektrode ist für eine Hochdruck-Entladungslampe bestimmt und in ihrer äußeren Forin stufenförmig aufgebaut, wenngleich sie bezüglich ihrer Funktionsweise keine Stufenelektrode ^br> in herkömmlichem Sinne darstellt. Sie besitzt einen zylindrischen Wolframtragstab, auf dessen oberes Ende über eine zwischenliegende Drahtwicklung eine axial vorstehende wendelförmige Hauptwicklung aufgesteckt und angeschweißt ist. Im Inneren der Hauptwicklung befindet sich ein an die Stirnseite des Tragstabes bzw. der zwischenliegenden Wicklung angrenzendes Scheibchenelement aus einer Aktivierungssubstanz. Dieses wird mittels eines in das offene Ende der Hauptwicklung eingeschraubten, lagefixierenden Wikkelteils im Inneren der Hauptwicklung gehalten. Im axial rückwärtigen Bereich der Hauptwicklung ist diese von einer weiteren Zusatzwicklung umgeben. Die Hauptwicklung bildet in ihrem axial vorstehenden vorderen Bereich die eigentliche Brennzone, während sich in ihrem mittleren, dem Scheibchenelement radial gegenüberliegenden Bereich die Zündzone der Hauptwicklung befindet Das Brennverhalten einer solchen Elektrode, deren Brenn- sowie Zündzonen gleiche Durchmesser haben und deren Brennzonendurchmesser in jedem Fall gi ößer als der Tragstabdurchmesser ist, ist äußerst nachteilig, nämlich insbesondere instabil. Außerdem ist die bekannte Elektrode relativ kompliziert und herstellungstechnisch aufwendig aus zahlreichen Teilen aufgebaut, ohne jedoch ein zufriedenstellendes Brennverhalten aufzuweisen Der stufenförmige Aufbau ergibt sich lediglich aus mechanischen Halterungsgründen, wobei er jedoch keine Bereiche verschiedenen Wickeldurchmessers hat, denen im Sinne einer Stufenelektrode verschiedene elektrirche Funktionen, nämlich Zünd- und Brennfunktionen, zugeordnet sind.

Die DE-OS 21 25 444 beschreibt eine Hohlraumelektrode für Gasentladungslampen mit zumindest zwei ineinandergeschachtelten Wicklungen, zwischen denen eine Abschirmung angeordnet ist. Bei dieser Hohlraumelektrodc soll der Lichtbogen auf den Innenraum der inneren Wicklung konzentriert werden, wo ein Zünden und Brennen im Bereich einer Pille aus Thoriumoxid als Emissionsniateriaireservoir erfolgt. Durch die Abschirmung soll die thermische Verbindung zwischen den inneren und äußeren Wicklungen auf ein Minimum reduziert, werden. Außerdem ist der Wickeldurchmesser der inneren Wicklung größer als der Durchmesser eines rückwärtig eingeführten Tragstabes.

Die US-PS 35 10 190 beschreibt eine Elektrode, bei der auf einen Tragstab eine mit einer Substanz aktivierte Hauptwicklung aufgesetzt ist, die slirnseitig mit dem Tragstab endet. Eine in einem rückwärtigen Bereich auf die Hauptwicklung aufgesetzte äußere Zusatzwicklung dient lediglich als durchlässiger Schutz für das Emissionsmaterial. Die Zünd- sowie Brennzonen konzentrieren sich auf die innere Hauptwicklung. Auch in diesem Fall ist somit der Durchmesser der Hauptwicklung größer als der Durchmesser des Tragstabes.

Die DE-OS 20 11216 beschreibt eine vermutlich doppelwandig gewickelte Zylinderelektrode, durch die sich ein axial zum Lichtbogen vorstehender Tragstab erstreckt. Von einer lagemäßigen Trennung sowie einem Durchmesserunterschied der Zünd- und Brennzonen ist nichts ausgesagt. Außerdem ist der Durchmesser des inneren Wickelbereiches notwendigerweise ebenfalls größer als der Durchmesser des Tragstabes.

Es ergibt sich beispielsweise aus den vorstehenden Ausführungen, daß Elektroden für Metalldampflampen in vielfältiger Form bekannt sind. Schon sehr frühzeitig wurde festgestellt, daß es für das Brenn- und Zündverhalten von Metalldampflampen zweckmäßig ist, Jen Wickeldurchmesser in der Zündzone größer als denjenigen der Brennzonc auszubilden. Eine bekannte Stufenelektrode dieser Art besteht aus einem einteili-

gen, kegelig gewickelten Drahtelement, das unter leichter Aufweitung seiner Windungen kleineren Durchmessers auf einen zur Stromzuführung dienenden Tragstab aufgesteckt ist, wobei die Spitzenbereiche des Drahtelementes und des Tragstabes in etwa zusammenfallen. Im Betrieb erfolgt zunächsi ein Zündvorgang an den mit größerem Durchmesser gewickelten, aktivierende Stoffe enthaltenden, rückwärtigen Teilen der Elektrode. Während des Einbrennens wandert der Lichtbogenansatz immer weiter nach vorn und gelangt schließlich zur Brennzone, die vom Stirnbereich des Tragstabes und des kegeligen Drahteiementes gebildet wird. Bei einer derartigen Elektrode, wie auch bei den bereits genannten Elektrodenformen, ist die Größe der Brenn- bzw. Glühzone durch den eingesetzten Tragstab nach unten stark begrenzt, was für viele Anwendungszwecke von großem Nachteil ist. Insbesondere wenn ein sehr stabiles Brennverhalten gefordert wird, ist vielfach eine wesentlich kleinere Brennzone notwendig, so daß der Einsatzbereich der bekannten Elektrode beschränkt ist.

Elektroden mit kleineren Brennzonen bestehen beispielsweise aus einem stabförmigen aktivierten Draht oder aus einer aktivierten zylinderförmigen Einfachwendel, deren Draht an einem Ende als Tragelement abgebogen und am anderen Ende in eine die Brennzone bildende Spitze ausläuft. Eine ähnliche Elektrode, die jedoch ebenfalls keine Stufenelektrode darstellt, erfordert einen Tragstab und zeichnet sich dadurch aus, daß eine auf diesen aufgesteckte aktivierte Doppelwendel als aktivierte Einfachwendel in Achsrichtung über den Tragstab hinaus vorgezogen ist. Abgesehen von dem Problem einer geeigneten Befestigung der Doppelwendel auf dem Tragstab besteht hierbei auch das Problem einer gezielten reproduzierbaren Führung der als Einfachwendel vorgezogenen Doppelwendel.

Ausgehend von einer Elektrode der im Oberbegriff genannten Art besieht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine solche Stufenelektrode zu schaffen, die ein sehr gutes sowie stabiles Brennverhalten hat und die sich äußerst einfach sowie preiswert aus wenigen Teilen herstellen sowie montieren läßt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Stufenelektrode der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das äußere Wikkelteil als Zündzone aktiviert ist, daß das Tragelement an einem dem Eingriffsbereich der Wiokelteile abgewandien Ende in Form eines abgebogenen Drahtendes der Einfachwendel des äußeren Wickelteils ausgebildet ist und daß das eine vorgelagerte Brennzone bildende innere Wickelteil eine kleinere Drahtstärke als das äußere Wickelteil hat.

Die erfindungsgemäße Stufenelektrociu ist äußerst vorteilhaft. Sie besitzt ein gutes, stabiles Brennverhalten und ist einfach sowie preiswert aufgebaut. Durch die Aktivierung des äußeren Wickelteils wird der Zündzonenbereich eindeutig festgelegt. Durch die kleinere Drahtstärke des die vorgelagerte Brennzone bildenden inneren Wickelieils ergibt sich außer einem sehr stabilen Brennverhalten eine strenge gegenseitige Trennung der Zünd- und Brennzonen. Da das äußere Wickelteil gleichzeitig als Träger für das innere Wickelteil ausgebildet ist und mit seiner der Brennzone abgewa.ndten Seite das Tragelement bildet, besteht die Elektrode nur aus zwei einfachen Teilen, die sich leicht sowie preiswert herstellen und montieren lassen. Wegen der kleineren Drahtstärke bzw. der gesonderten Ausbildung des inneren Wickelteils, das keinerlei Tragfunktion hat. ist es ohne weiteres möglich, zur Stabilisierung des Lichtbogens sehr kleine Zündzonendurchmesser zu schaffen und im übrigen einen geeigneten Temperatur-

"> verlauf bzw. eine entsprechende Wärmeableitung zu erhalten. Nur das äußere, tragende Wickelteil muß wegen der Halterungs- und Wärmeableitungsfunktionen eine größere Drahtstärke aufweisen. Die erfindungsgemäße Slufenelektrode hat eine äußerst vielseitige Anwendbarkeit, da die einzelnen Wickelteile weitgehend beliebig sowie unabhängig voneinander ausgebildet und miteinander verbunden werden können. Da das äußere Wickelteil den Träger des inneren Wickelteils darstellt und gleichzeitig durch den koaxia- !en Eingriff eine Führung bildet, ergibt sich beim Einschieben des dünneren Wickelteils automatisch eine einwandfreie koaxiale Ausrichtung, und die Eingriffstiefe läßt sich ebenfalls den Betriebserfordernissen anpassen. Da im Bereich der kleineren Wickeldurchmesser kein Tragstab wie bei der bekannten Stufenelektrode erforderlich ist, kann die Brennzone weitgehend beliebig reduziert werden. Die vielseitige Kombinierbarkeit unterschiedlicher und individuell ausgestalteter Wickelteile ermöglicht in Verbindung mit der jeweiligen gegenseitigen Eintauchtiefe eine leichte Anpassung an praktisch alle vorkommenden Betriebsverhältnisse. Überdies erhält das äußere Wickelteil eine Vielfachfunktion, da es einerseits als aktivierte Zünd- bzw. Glimmzone und andererseits als Träger sowie Füh-

w rungsglied für das innere Wickelteil dient.

Eine sehr einfache und zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Wickelteile zumindest im gegenseitigen Eingriffsbereich zylindrisch ausgebildet sind. Hierdurch wird eine einwandfreie, großflächige

r> Führung und Kontaktgabe ermöglicht.

Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, daß das äußere Wickelteil aus konzentrisch gewickelten und sich axial zumindest teilweise überdeckenden Wickelbereichen besteht. Hierdurch läßt sich beispielsweise die

»o Tragfunkiion des äußeren Wickelteils vergrößern. Außerdem ist es hierdurch möglich, Wickelteile mit stark unterschiedlichen Außendurchmessern unabhängig von der jeweiligen Drahtstärke miteinander zu verbinden. Abgesehen von der Tragfunktion und der

■»"> Anpassung sehr unterschiedlicher Durchmesser ist diese Ausführungsform besonders dann bevorzugt, wenn sich zwischen den Wickelbereichen ein Ringraum mit einer Aktivierungssubstanz befindet. Auf diese Weise läßt sich auch bei im übrigen einfach gewendeltem Draht

ίο eine ausreichende Substanzmenge unterbringen, so daß sich eine große Lebensdauer ergibt. Der Ringraum im tragenden äußeren Wickelteil ist durch entsprechende Ausbildung der Wickelbereiche in seiner Breite und Tiefe den jeweiligen Betriebserfordernissen anpaßbar.

^r> ¹J Eine an sich ausreichende Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Wickelteile steckerartig ineinandergreifen. Zur ausreichenden Kontaktgabe und axialen Fixierung muß hierbei allerdings eine geringe Radialdehnung des äußeren Wickelteils durch das

w) innere Wickelteil erfolgen, wenn keine zusätzlichen Halterungsmaßnahmen vorgesehen sind. Eine bezüglich eines einwandfreien Sitzes und einer günstigen Kontaktgabe bessere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Wickelteile schraubartig ineinander-

b^r> greifen. Ein derartiges Vorgehen ist in den meisten Fällen möglich, da selbst bei unterschiedlichen Wickelsteigungen beim Ineinanderschrauben im Eingriffsbereich eine entsprechende Verformung auftritt, die eine

gewindeartige gegenseitige Berührung der miteinander zu verbindenden Teile ermöglicht. Stattdessen oder zusätzlich kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen sein, daß die Wickelteile eine Schweißverbindung aufweisen. Diese kann nach der Festlegung der Eintauchtiefe des inneren Wickellcils angebracht werden.

Die erfindungsgemäße Stufenelektrodc ist äußerst vielseitig verwendbar und anpaßbar. So lassen sich beispielsweise die Wickeldurchmesser, Drahtslärken und Eintauchtiefen der einzelnen Wickelteile den jeweiligen Betriebserfordernissen anpassen. In jedem Fall ergeben sich eine strenge Trennung zwischen den Brenn- sowie Zündzonen und ein äußerst stabiles Brennverhalten bei sehr einfachem Aufbau der Stufenelektrode, die nur aus zwei Einzelteilen besteht, Eine Veränderung der Betriebseigenschaften der Stufenelektrode ist vor allem dadurch möglich, daß die Eintauchtiefe bzw. der Axialüberstand des inneren Wickeltcils in bezug auf das äußere Wickelteil verändert wird, ohne daß hierzu beispielsweise eine Kürzung eines oder beider Wickelteile erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stufenelektrode aus zwei ineinandergreifenden zylindrischen Einfachwendeln mit stark unterschiedlicher Drahtstärke und

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer Stufenelektrode, bei der ein äußeres Wickelteil aus zwei koaxialen und mit einem Ringraum versehenen Wickelbereichen besteht.

Bei einer Stufenelektrode gemäß Fig. 1 ist ein äußeres Wickelteil 10 als zylindrische Einfachwendel ausgebildet, deren relativ dicker und aktivierter Wolframdraht 16 an einem Ende zur Bildung eines Tragelements 22 abgebogen ist. Dieses wird beim Einbau in eine Metalldampflampc in nicht dargestellter Weise an eine Einschmelzungsmetall- bzw. Dichtungsfolie angeschweißt, die ihrerseits in entsprechender Weise mit einer äußeren Zuleitung verbunden wird.

Ein inneres Wickeltei! 12 stellt ebenfalls eine zylindrische Einfachwendel dar und weist einen Wickeldurchmesser auf. der in etwa dem Innendurchmesser des äußeren Wickelteils 10 entspricht, so daß ein gegenseitiges Einführen im Eingrifisbereich 14 möglich ist. Im Unterschied zum Draht 16 weist der Draht 18 des Wickelteils 12 einen relativ kleinen Durchmesser auf.

Während das Wickelteil 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel dreifach ausgezogen ist, so daß sich die Windungen nicht gegenseitig berühren, liegen die Windungen des Drahtes 16 aufeinander auf. Hierdurch wird ein begrenzter Innenraum 20 geschaffen, in den eine Aktivierungssubstanz eingebracht werden kann. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, zwischen den Windungen des Wickelteils 10 einen geringen Abstand zu lassen, um beispielsweise der Aktivierungssubstanz einen besseren Zugang zur Oberfläche des Wickelteils 10 zu geben. Auch kann sich zusätzliche Aktivierungssubstanz außen zwischen den Windungen des Wickelteils 10 befinden, und es ist ferner möglich, im Bedarfsfall auch das Wickelteil 12 zu aktivieren, sofern sich dieses in Sonderfällen als notwendig herausstellt. Allerdings hat es sich gezeigt, daß in vielen Fällen eine zusätzliche Aktivierung des eingreifenden Wickelteils

■·> überflüssig ist.

Die Draht- sowie Wickcldurchmcsser, Längen und Eintauchtiefe der Wickelleile sind den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Dabei kann beispielsweise eine Eintauchtiefe im Eingriffsbereich 14 zweckmäßig

in sein, die etwa der halben Länge des einen oder anderen Wickelteils entspricht. Hierbei ergeben sich eine ausreichende radiale Führung und axiale Fxierung. Wenn aus betriebstechnischen Gründen eine sehr viel geringere Eintauchtiefe erforderlich ist, muß gegebe-

r> ne'ifalls darauf geachtet werden, daß die mechanische Fixierung durch einen besseren Schraub- oder Steckeingriff mit größerem Preßsitz erzielt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird ein geringfügig abgewandeltes äußeres Wickelteil 110

2« verwendet, das aus koaxial mit geringem Abstand gewickelten inneren und äußeren Wickelbereichen 112, 116 besteht. Auch das Wickclteil 110 kann aus einem Draht hergestellt werden, wobei die Wickelbereiche 112, 116 durch einen Drahlübergang 114 miteinander

y, verbunden sind.

Das Wickelteil UO kann in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, daß zunächst der innere Wickelbereich 112 auf einen entsprechenden Dorn gewickelt wird, wonach auf den Wickelbereich 112 eine Hülse

i') gewünschter Wandstärke aufgeschoben wird. Anschließend erfolgt ein Weitcrwickeln in entgegengesetzter Axialrichtung auf der nach dem Wickelvorgang herausziehbaren Hülse. Hierdurch entsteht ein Ringraum 120. der mit einer ausreichenden Menge an

r> Aktivierungssubstanz gefüllt werden kann. Abgesehen hiervon ermöglicht die Ausbildung des äußeren Wickelteils HO mit mehreren koaxialen Wickclbereichen 112,116 eine gegenseitige Anpassung unterschiedlichster, miteinander zu verbindender Wickclteile. Auch bei dieser Ausführungsform ist das dem Wickelteil 12 abgewandte Ende des Wickelteils 110 durch Abbiegen des Drahtes zu einem Tragelement 122 ausgebildet, das in nicht dargestellter Weise wie bei der Ausführungsform aus Fig. 1 entsprechend angeschweißt und mit

-i'i seinem Endbereich in eine Quarzwandung einer Metalldampflampe eingearbeitet wird.

In beiden Fällen erfolgt zunächst ein Zündvorgang irr aktivierten Bereich des äußeren Wickelteils 10 bzw. 110 wonach der Lichtbogen beim Einbrennen in die ι eigentliche Brennzone der Stufenelektrode wandert, die sich im am weitesten vorgelagerten Bereich des innerer Wickelteils 12 befindet. Da dieses entsprechend der Betriebserfordernissen ausgebildet sein kann unc einwandfrei vom Wickelteil 10 bzw. 110 geführt unc

Ί5 getragen ist, ergibt sich ein stabiles und jederzeii reproduzierbares sowie wunschgemäß variables Brennverhalten. Die Elektrode läßt sich insbesondere weger ihrer vielseitigen Gestaltbarkeit bei geeigneter Wah der Einzelparameter für einen Gleichstrom- sowie

Mi Wechselstrombetrieb und für Metalldampflampen dei unterschiedlichsten Art und Leistungen einsetzen.

Hierzu; 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   !. Stufenelekirode aus gewickeltem Draht für Metalldampflampen mit einem Bereich größerer sowie einem in Richtung zum Lichtbogen axial vorgelagerten Bereich kleinerer Wickeldurchmesser, wobei die Bereiche aus zumindest zwei koaxial unter gegenseitiger Anlage ineinandergreifenden, thermisch sowie elektrisch miteinander verbundenen, einfach gewendelten Wickelteilen unterschiedli- n> eher Wickeldurchmesser bestehen, und mit einem Tragelement, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Wickelteil (10; 110) als Zündzone aktiviert ist, daß das Tragelement (22; 122) an einem dem Eingriffsbereich (14; 114) der Wickelteile (10, ^ 12; 110, 12) abgewandten Ende in Form eines abgebogenen Drahtendes der Einfachwendel des äußeren Wickelteiis (10; I JO) ausgebildet ist und daß das eine vorgelagerte Brennzone bildende innere Wickelteil (12) eine kleinere Drahtstärke als das äußere Wickelte!!(f0; 110) hat.
2. 2. Stufenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelteile (10,12; 110,12) zumindest im gegenseitigen Eingriffsbereich (14;

   ί 14) zylindrisch ausgebildet sind. -^)r>
3. 3. Stufenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Wickelteii (UO) aus konzentrisch gewickelten und sich axial zumindest teilweise überdeckenden Wickelbereichen(112,116)bes?eht. «'
4. 4. Stufenelekirode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Wickelbereichen (112, 116) ein Ringraum (120) mit einer Aktivierungssubstanz befindet.
5. 5. Stufenelektrode nach einem oder mehreren der ^!'> Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelteile (10,12; HO, 12) steckerartig ineinandergreifen.
6. 6. Stufenelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß die ■"· Wickelteile (10,12; 110,12) schraubartig ineinandergreifen.
7. 7. Stufenelekirode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelteile (50,12; 110,12) eine Schweißverbindung ^ aufweisen.