DE2935447C2 - Direkt beheizte Sinterelektrode - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine direkt beheizte Sinterelektrode für eine elektrische Rntladi'^gslampe, bestehend aus einem Grundmetall, das Wolfram enthält und einem elektronenemittierenden Material, <*as aus wenigstens einem Erdalkalimetall oder einer Erdalkalimetallverbindung zusammengesetzt ist

Eine Gasentladungslampe sollte im wesentlichen eine niedrige Zündspannung, eine geringe Rundfunkstörfrequenz und eine große Lichtleistung über lange Zeit aufweisen. Diese Eigenschaften hängen von der elektronenemittierenden Elektrode ab, die in dem Lampenkörper eingebaut ist.

Bisher bekannt sind Ausführungsformen von Elektroden, bei denen die Elektrode eine Wendeistruktur besitzt in der das elektronenstrahlende Material Wolfram enthalten ist und bei der die Elektrode gesintert ist Wenn die Wendeistruktur auch eine Entladungslampe mit niedriger Zündspannung ermöglicht so wird doch deren elektronenemittierendes Materia! durch den Beschüß mit Elektronen oder Ionen leicht versprüht Das bedeutet daß die Lebensdauer der Lampe stark verkürzt wird. Demgegenüber ermöglicht die Sinterelektrode eine Entladungslampe, deren elektronenemittierendes Material nicht so leicht versprüht, so daß sich eine iange Lebensdauer und eine geringe Rundfunkstörung ergibt.

Entladungslampen, die mit Sinterelektroden arbeiten, sind beispielsweise aus der DE-PS 9 73 193 und der DE-AS 1091 673 bekannt Die verwendete Elektrode kann dadurch leicht aktiviert werden, indem die verwendete Mischung von Erdalkalioxiden mit den Oxiden verschiedener Metalle geschmolzen wird. Hierzu wird ein Gemisch aus Bariumoxid und Aluminiumoxid bei einer Temperatur von 2000⁰C geschmolzen und mit Wolframpulver und Alumina* gemischt Anschließend wird dieses Gemisch gepreßt und bei 1370° C gesintert Dies bedeutet daß die erstellte Elektrode nicht mehr über die Sintertemperatur hinaus erhitzt werden kann. Solche Elektroden können daher nur indirekt beheizt werden.

Bei solchen indirekt beheizten Elektroden ist über einen genügend langen Zeitraum hinweg die Lichtleistung nicht gewährleistet Weil das elektronenemittierende Material bei hohen Temperaturen verdampft oder weil dieses elektronenemittierende Material durch den Beschüß mit Elektronen oder mit Ionen auf irgendeine Weise zum Versprühen gebracht wird, kommt es zu einer Schwärzung der Lampenflächen, die dadurch hervorgerufen wird, daß sich die verdampften oder versprühten Teilchen des elektronenemittierenden Materials an der Innenwand des Entladungslampenkolbens nahe der Elektrode niederschlagen. Das führt zur Minderung der Lichtleistung.

Ähnlich indirekt beheizte Sinterelektroden und deren Herstellung sind auch der DE-AS 1047 322 und der DE-AS 11 96 796 zu entnehmen.

Demgegenüber wird bei der Erfindung von Entladungslampen ausgegangen, in denen direkt beheizte Elektroden verwendet werden. An solchen Elektroden treten infolge der Gasentladung Temperaturen von etwa 2000⁰C auf, die somit über der Sintertemperatur der bekannten Elektroden liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine direkt beheizte Sinterelektrode zu schaffen, die den hohen Temperaturen auf lange Zeit standhält und trotzdem eine hohe und dauerhafte Lichtausbeute besitzt und die nicht radioaktiv ist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß die Elektrode zusätzlich etwa 3% bis 30%, vorzugsweise 10% bis 15% ihres Gewichtsanteils Yttrium-Oxid enthält Die Verwendung von Yttrium-Oxid hat den Vorteil, daß die Elektrode leicht gesintert werden kann, da gerade dieses Oxid relativ leicht bei relativ niedrigen Temperaturen sich mit Wolfram oder auch mit Molybdän verbindet

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, daß das Erdalkalimetall oder die Erdalkalimeta!!verbi..dung etwa 5% bis 40%, vorzugsweise 10% bis 15%, des Gewichtsanteils der Sinterelektrode ausmacht

Als Erdaikalimetallverbindungen eignen sich besonders Erdalkalimetallkarbonate.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasentladungslampe, in die eine erfindungsgemäße Sinterelektrode eingebaut ist,

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die in F i g. 1 dargestellte Sinterelektrode,

F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 3-3 von F i g. 2 und

F i g. 4 bis 6 grafische Kennlinien mit Darstellung des Betriebsverhaiiens einer Lampe mit einer erfmdungsgemäßen Sinterelektrode und einer bereits bekannten Lampe.

Wie nun aus Fig 1 bis F i g. 3 zu erkennen ist, besteht die Gasentladungslampe aus einem rohrförmigen Lampenkolben 1 aus Quarz oder aus Keramikwerkstoff, aus den beiden Sinterelektroden 2, die innerhalb des rohrförmigen Lampenkolbens und nahe dessen Enden angeordnet sind, und aus einer Zündelektrode 6, die in der Nähe einer jeden Elektrode installiert ist Die Stäbe 3. die die Elektroden halten, sind aus einem hochschmelzenden Material, beispielsweise aus Wolfram, herge-

stellt und bilden einen Teil der Elektrode. Die Stäbe 3, die bis in den Lampenkolben hineingeführt sind, halten die Elektroden und sind gleichzeitig auch elektrische Leiter, und zwar in Kombination mit den Molybdänfolien 5, die zwischen dem äußeren Stift 4 und der jeweils zutreffenden Elektrode 2 angeordnet sind. Im Lampenkolben luftdicht eingeschlossen sind Quecksilberdampf und ein Gas, das zur Herbeiführung einer Entladung in einem vorgegebenen Druckbereich geeignet ist. Was die Zusammensetzung betrifft, so bestehen die Elektroden 2 aus eine.n Grundmetall, beispielsweise aus Wolfram, Yttriumoxid, aus einer Bariumverbindung und aus einer Kalziumverbindung. Das Wolfram ist der größte Anteil der Elektrode. Das Yi.riumoxid ist im allgemeinen mit 3% bis 30%, vorzugswc·: ■ -^er mit 10% bis 15% Gewichtsanteilen, ir de. Elektrode enthalten, während Bariumverbindungen Ui.d Kaiziumverbindungen in einem Gewichtsantp-I von 5% bis 40%, vorzugsweise von 10% bis 15. . in der Elektrode enthalten sind.

Die gesinterte Elektrode L>« ~eht aus einem Grundmetallpulver-Gemenge aus pulverförmigern Wolfram und Yttrium, mit einer Partikelgröße von ungefähr 10 μηι, vermischt mit einem organischen Binder, beispielsweise mit Ketylalkohol oder mit Polystyrol, und zwar in einer solchen Weise, daß Agglomerate entstehen. Diese Agglomerate werden zu Granulat Verkleinert mit einer Partikelgröße 60 bis 300 μΐη und dann gesiebt. Ebenfalls unter Anwendung der zuvor ^angeführten Technik wird ein elektronenenvttierendes Pulvergemenge aus Bariurnkarbonat und aus Kalzium-Jcarbonat (in einem Mischungsverhältnis von 2:1 Gewichtsanteilen) mit einer Partikelgröße von weniger als rund 10 μΐη hergestellt und dann in Granulat mit "einer durchschnittlichen Partikelgröße von 110 μπι bis J 80 μπι überführt. Die beiden Pulver werden sodann in ein Grundmetall gemischt, wobei das elektronenemittierrende Pulver in einem Mischungsverhältnis von 9:1 zugegeben wird. Das Pulvergemenge wird dann unter Druckanwendung von 3 Tonnen je Quadratzentimeter «o zu einem Haltestab 3 geformt, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist Das derart zusammengepreßte Pulver hat dann eine Dichte, die größer als 7,0 g/cm³ ist. Der Gegenstand wird in reduzierender Atmosphäre, beispielsweise in einer Atmosphäre, die Wasserstoff enthält, auf Temperaturen von 30CT C bii 4G0°C erwärmt, um das organische Bindemittel zu entfernen. Nach diesem Vorgang wird in reduzier ender Atmosphäre für die Dauer von 60 Minuten der Sintervorgang bei 1000⁰C, vorzugsweise bei 1400" C bis 1600⁰C durrhge- so führt, wobei dann der zylindrische Körper nach F i g. 2 und nach Fig. 3 entsteht. Die Höhe und der Durchmesser können mit dem Verwendungszweck variieren. Für eine typische Hochdruck-Quecksüberdampflampe, die für 100 Watt ausgelegt ist, kann die Elektrode einen Durchmesser von 3 mm und eine Höhe vuii 23 "Uli iiabcii.

Die so gebildete Sinterelektrode kann in einen Ernladungslampenkolben eingebracht und hermetisch abgeschlossen werden, und zwar ohne Qualitatsänderung trotz des Hitze- und Mechanikschocks während des Vorganges der hermetischen Abdichtung.

Mit dem vorerwähnten Granulierungsverfahren wird in jeder der Komponenten eine Homogenisierung herbeigeführt so daß dadurch unerwünschte Reaktionen zwischen dem Grundmetall und den Erdalkalimef'-len durch die geringere Berührung«- und Kontaktfl'.che zwischen ihnen verhindert werden. Das aber bedeutet daß dann, wenn die Lampe brennt, die Elektrode im wesentlichen unverändert erhalten bleibt was wiederum einen Beitrag zur längeren Lebensdauer leistet.

Die Sinterelektrode kann unter Verwendung der elektronenemittierenden Pulver der vorerwähnten Zusammensetzung ohne Granulierung hergestellt werden. Weiterhin kann die Sinterelektrode auch unter Verwendung des Grundmetall-Pulvergemengis der bereits erwähnten Zusammensetzung ohne Granulierung hergestellt werden.

Beim Betreiben einer Gasentladungslampe mit der beschriebenen Sinterelektrode sind die nachstehenden Werte erzielt worden: Entladungs-Zündspannung kleiner als 120 Volt geringere Rundfunkstorfrequenzen und günstigere Lichtausbeute gegenüber den bekannten Entladungslampen.

In Fig.4 ist ein Kenniiniendiagramm dargestellt, in dem die Lichtausbaute einer Lampe mit der erfindungsgemäßen Sinterelektrode (Kennlinie A) mit der Lichtausbeute einer konventionellen Lampe mit W/ThO2(BaCa)O-Elektrode verglichen wird (Kennlinie B). Die mit der erfindungsgemäßen Sinterelektrode ausgestattete Lampe ist eindeutig besser ais die bisher bekannte Lampe. Die mit dieser Erfindung geschaffene Lampe hat nach 10 000 Betriebstunden noch eine Lichtleistung von 98%, während die herkömmliche Lampe nach ebenfalls 10 000 Betriebsstunden nur eine Lichtleistung von 87% hat

Aus F i g. 5 und F i g. 6 sind die Veränderungen im Lichtstrom vom Anfang bis zu 1000 Betriebsstunden und die Veränderungen in der Zündspannung bei — 20⁰C zu erkennen und zwar vom Anfang bis zu 1000 B^triebsstunden. Die Kennlinie A steht für die Eigenschaften, die sich aus dieser Erfindung ergeben, während die Kennlinie B für die Eigenschaften steht, die sich bei der konventionellen Ausführung ergeben. Die Kennlinie C wiederum zeigt die Vci änderung in der Zündspannung bei Raumtemperatur für die Lampe, die mit einer Sinterelektrode nach der Erfindung ausgerüstet ist. Ein Vergleich der Kennlinien A und B zeigt für die neue Gasentladungslampe sowohl einen konstanten Lichtstrom als auch eine verringerte Zündspannung.

Außer Wolfram können auch Molybdän, Tantal oder deren Legierungen als Sinterelektroden-Grundmetall genommen werden. Die Verwendung von Yttriumoxid macht es möglich, daß die Elektrode leicht gesintert werden kann, we<l sich gerade dieses Oxid relativ leicht

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Molybdän verbindet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

29 35 44' Patentansprüche:

1. Direkt beheizte Sinterelektrode für eine elektrische Entladungslampe, bestehend aus einem Grundmetall, das Wolfram enthält, und einem elektronenemittierenden Material, das aus wenigstens einem Erdalkalimetall oder einer Erdalkalimetauverbindung zusammengesetzt ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zusätzlich etwa 3% bis etwa 30% ihres Gewichtsanteiles Yttrium-Oxyd enthält

2. Sinterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Yttrium-Oxyd e.wa 10% bis 15% des Gewichtsanteiles der Sinterelektrode -5 ausmacht

3. Sinterelektrode nach den AnSPrOc.¹" ;n 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß das Erdalkalimetall oder die Erdalkaliinetallverbindung etwa 5% bis etwa 40% des Gewichtsanteiles der Sinterelektrode ausmacht.

4. Sinterelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das Erdalkalimetall oder die Erdalkalimetallverbindung 10% bis etwa 15% des Gewichtsanteiles der Sinterelektrode ausmacht

5. Sinterelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß eine Erdalkalimetallverbindung ein Erdalkalimetallkirbonat ist