DE2951966C2

DE2951966C2 - Hochdruck-Metalldampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2951966C2
Application number: DE2951966A
Authority: DE
Inventors: John Martin Lyndhurst Ohio Davenport; Elmer George Chardon Ohio Fridrich
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPS5591551A; DE2951966A1; US4275329A; FR2445615B1; GB2042251B; FR2445615A1; GB2042251A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem Kolben aus Quarzglas, der eine ionisierbare Füllung mit einem verdampfbaren Metall und in die gegenüberliegenden Enden des Kolbens dicht eingeschmolzene Elektroden enthält, wobei mindestens eine der Elektroden einen mit einem Wolframdraht offen überwickelten Wolframschaft umfaßt, dessen Durchmesser die Drahtgröße übersteigt und der mit einer Molybdänzuleitung verbunden ist.

Eine Hochdruck-Metalldiimpfentladungslampe der vorstehenden Art ist Gegenstand des älteren deutschen Patents 29 35 981. Diese Lampe hat Elektroden, bei denen der Wolframschaft mit einer Doppelwendel bewikkeltist.

In der DE-AS 11 JO 070 isl eine Kathode für Gas- und/oder Dampfentladungslampen beschrieben, die einen Wolframschaft aufweist, der zwei Wolframwendeln trägt, von denen die innere fest um den Schaft gewickelt ist, während die andere Wendel auf die festgewickelte aufgeschraubt ist. Die innere Wendel weist im Mittelteil eine größere Steigung auf, wodurch Hohlräume gebildet werden, die mit Kathodenpaste gefüllt werden können. Letzteres ist wesentlich für die Kathode nach der DE-AS 11 30 070, da diese Kathode ausschließlich mit einem emissionsfähigen Material, das der eigentliche Gegenstand der dort beschriebenen Erfindung ist. eingesetzt werden soll.

Letzteres gilt für die in der DE-PS 6 47 428 beschriebene Quccksilbcrdainpfcntladungslampc. deren Hiekiroden ebenfalls aus einem Schaft und einer Drahtwicklung darauf bestehen, dessen Funktion die Aufnahme F.lekironcn-emittierenderi Materials ist. Der DF-PS b 97 428 ist nicht zu entnehmen, ob diese Drahtwicklung locker oder fest auf dem Schaft sit/t. Audi ist das Festhalten der Drahtwicklung auf dem Wolframschaft nicht Gegenstand der Beschreibung dieser PS.

Bis vor kurzem wurde allgemein angenommen, daß die Wirkung von Entladungslampen unvermeidbar abnimmt, wenn die Lampengröße oder die Wattleistung reduziert wird. Als Ergebnis dieser Ansicht wurden Entladungslampen für allgemeine Beleuchtungsanwer.dungen in Miniaturgrößen nicht entwickelt Das ältere deutsche Patent 28 26 733 betrifft jedoch neue Miniatur-Ent-

to ladungsiampen.die Kolbenvoluroinavon 1 cm³ oder weniger haben. Diese Lampen haben Leistungen von etwa 100 bis zu weniger als 10 Watt. Sie benutzen Füllungen, die vorzugsweise Quecksilber und Metallhalogenide umfassen, und sie haben Eigenschaften, einschließlich Lebensdauern, die sie für allgemeine Beleuchtungszwecks brauchbar machen.

Trotz der geringen Eipgangsleistung sind die Verhältnisse von Bogenwau zu Elektrodenwatt durch Erhöhung des Quecksilberdampfdruckes bei gleichzeitig vermindertem Entladungsvolumen ähnlich den Verhältnissen in größeren Lampen. Es ist erforderlich, die erwünschte Elektrodentemperatur trotz der verminderten Energieaufnahme aufrecht zu erhalten, und dies erfolgt hauptsächlich durch Vermindern der Größe der Elektroden und Zuleitungen, um den Wärmeverlust davon zu vermindern. Eine sehr geringe Größe dieser Elektroden bringt ernste Entwurfs- und Herstellungsproblcme einer anderen Art mit sich, als sie bei Elektroden für übliche Lampengrößen angetroffen werden.

Hochdruck-Metalldampfentladungslampen benutzen üblicherweise kompakte selbsterhitzende Elektroden, wobei eine übliche Ausführungsform eine einfache oder Doppclschichtwendel auf einem Wolframschaft aufweist und die Zwischenräume zwischen den Wickelräumen der Wendeln mit Emissionsmaterial gefüllt sind. Materialien, die üblicherweise benutzt werden, sind im Falle von Quecksilberdampflampen Erdalkalioxyde und im Falle von Mctallhalogenidlampen Thoriumoxyde. In Mctallhalogcnidlampen, die Scandiutnjodid und Thoriumjodid in der Füllung enthalten, hängt die Zuverlässigkeit von der pyrolytischen Zersetzung des Thoriumjodides ab. gefolgt von der Kondensation des Thoriummetalles auf der Elektrodenoberfläche, insbesondere an der Spitze des Schaftes, um eine Oberfläche zu schaffen, die wirksam Elektronen emittiert. Es wurde jedoch festgestellt, daß keine der Elektroden nach dem Stande der Technik eine optimale Leistung in Miniatur-Metallhalogenid-Lampen ergibt, insbesondere nicht in solchen, die Scandium- und Thoriumjodide enthalten und die mit

so Hochfrequenzvorschaltgeräten betrieben werden.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe der eingangs genannten Art mit mindestens einer Elektrode zu schaffen, die für die Miniaturisierung der Lampe geeignet ist, ein leichtes Zünden und eine gute Lampenlcbensdauer gestattet und billig und leicht herzustellen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaft von der mit ihm durch einen Schweiß-

bO knoten verbundenen Molybdänzuleitung abgestützt ist, die offene Überwicklung locker auf dem Schaft sitzt und an Ort und Stelle gehalten wird durch Reibungseingriff mit der durch den Schweißknoten gebildeten Vergrößerung.

h^r> Der Reibungseingriff mit dem Schweißknoten, der die offene Überwicklung an Ort und Stelle hält, sorgt für eine Stabilisierung der Eigenschaften der Elektrode, die für Miniaiurlanipen besonders wichtig ist.

In der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß :ine Lampe der eingangs genannten Art mit einer Elekrode, die aus einem Wolframschaft πνα einer erfiniungsgemäß gehaltenen lose haftenden Überwicklungsipule besteht, geeignet miniaturisiert, definitive Leiitungsvorteile ergibt, und die vorliegende Erfindung schafft eine Lampe mit einer solchen Elekirodenstruktur, die ungeachtet ihrer Kleinheit billig und leichi herzustellen ist

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ragt ein Teil der Überwicklung über den Schweißknoten hinaus und ist zumindest teilweise in das Quarzglas des Kolbens eingebettet, um eine sichere Verankerung zu haben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die geeignet ist für Miniaturlampen, die bei Strömen von weniger als 500 Milliampere arbeiten, wird ein etwa 0,175 mm dicker Wolframschaft benutzt und die Überwicklung besteht aus einem etwa 0.067 mm dicken Wolframdraht

Im folgenden wird die Ei findung anhand von Ausfiihrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 in dem darüber angegebenen Maßstab eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe in Miniaturausführung,

F i g. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Elektrode dieser Lampe und

Fig.3 eine vergrößerte Ansicht einer anderen Elektrode für eine solche Lampe, die mit einem kugeliörmigen Ende am Schaft versehen ist.

Die Erfindung ist besonders brauchbar für eine Miniatur-Metallhalogenidlampe, von der ein Beispiel in F i g. 1 dargestellt ist. Eine solche Lampe kann ein kleines Entladungsrohr 1 umfassen, das im allgemeinen ein Volumen von weniger als 1 cm^J aufweist und dessen Größe anhand der darüber angebrachten Zeniimeterskala abgeschätzt werden kann. Der Kolben besteht aus Quarz oder geschmolzenem Siliciumdioxyd und umfaßt einen zentralen Kolbenteil 2, der durch Ausdehnung des Quarzrohres gebildet werden kann. Die Halsteile 3, 3' werden durch Zusammenfallenlassen oder Vakuumverdichten des Rohres um die Folienteile 4,4' der Zuleitungen herum gebildet, wobei die Zuleitungen noch die äußeren Zuleitungsteile 5,5' einschließen, die sich nach außerhalb der Hälse erstrecken, sowie die inneren Zuleitungsdrähte g, 6', die sich durch die Hälse in den Kolben erstrecken. Die Wolframelektroden 7, T sind an den inneren Zuleitungsteilen 6, 6' befestigt und erstrecken sich von diesen aus.

Eine geeignete Füllung für den Kolben umfaßt Argon mit einem Druck von einigen hundert Pa, als Zündgas, sowie Quecksilber und ein oder mehrere Metalihalogenide, zum Beispiel NaJ, Sch und ThJ.». Die letztgenannten flüssigen oder festen Füllungsbestandieile können durch ein nicht dargestelltes Absaugrohr eingefüllt werden, das sich von der Seite des Kolbens aus erstreckt, und das danach durch Abschmelzen beseitigt wird. Sie können aber auch durch einen der Hälse in die Entladungskammer im zentralen Kathodenteil 2 eingeführt werden, bevor man die zweite Elektrode einschmilzt. In einem solchen Falle wird die Entladungskammer während des Zuschmelzens des Halses gekühlt, um die Verdampfung dieser Bestandteile zu verhindern. Das Entladungsrohr ist üblicherweise innerhalb eines äußeren, nicht dargestellten Schutzkolbens moniiert, der einen Sockel aufweist, dessen Kontaktanschlüssc mit den Zuleitunesteilen 5,5' verbunden sind.

Die Elektrode 7 nach Fig. 2 umfaßt einen Wolframschaft 11, der schlank aber trotzdem dick genug im Durchmesser ist. so daß bei dem beabsichtigten Lampensirom ein Zurückschmelzen niehl stattfindet. In dicscr Ausführungsform ist die Zuleitung ein Molybdändraht mit einem folienhaliigcn Zv»ischenteil 4j. der durch Walzen oder Hämmern gebildet wurde. Der Wolframschaft ist mit dem Innenie'l 6 der Molybdänzuleitung in einem sogenannten Schweißknoten 12 verbunden. Der Schweißknoten ist keine wirkliche Schweißstelle mit der Vermischung von Metallen, sondern ein Überlappen des Wolframs durch das Molybdän, das bei einer geringeren Temperatur erweicht. Die Schweißstelle oder Verbindungsstelle wird hergestellt durch Hindurchleiten von Schweißstrom. der geeigneterweise durch eine Kondensatorentladung erhalten wird, durch die Molybdän- und Wolframteile, während man sie axial zusammenpreßt. Das Molybdän erweicht stärker als das Wolfram und überlappt das Wolfram unter Bildung einer Verdickung oder eines Schweißknotens.

Wie in der Zeichnung ersichtlich, ist der Schweißknoien beträchtlich größer im Durchmesser oder Querschnitt als der Wolframschaft. Die Überwicklung 13 wird durch Wickeln von 0,067 mm dickem Wolframdraht auf einen 0,175 mm dicken Dorn hergestellt, wobei man dann eine geeignete Länge der Überwicklung abschneidet und sie über den Wolframschaft streift und dabei das innere Ende über den Schweißknoten preßt.

Das Zurückspringen in der Spule sichert den losen Sitz auf dem Schaft, während die Verdickung am Schweißknoten für einen Reibungseingriff sorgt, der geeignet ist, die Überwicklung an Ort und Stelle zu halten. Der Teil der Spule, der die Schweißstelle zur Folienseite der Zuleitung hin überlappt, kann teilweise in das geschmolzene Siliciumdioxyd eingebettet werden, wenn die Baueinheit aus Zuleitung und Elektrode in den Kolben eingeschmolzen wird und dadurch wird die Überwicklung permanent an Ort und Stelle verankert.

Ist die Überwicklung 13 auf dem Schaft 7 montiert, dann steht der Schaft für ein kurzes Stück über die Überwicklung hinaus, zum Beispiel um 0,37 bis etwa 0,62 mm. Nachdem der Bogen gezündet ist und die Lampe sich aufgeheizt und einen stabilen Betriebszusland erreicht hat, heftet sich der Bogen an der Spitze des Schaftes an.

Die dargestellte Elektrode ist geeignet für eine Miniatur-Metallhalogenidlampe mit einer Größe von 25 bis 35 Watt, die mit einem Strom von 400 bis 500 Millianipere betrieben wird. Am oberen Ende dieses Strombereiches und noch mehr wenn er überstiegen wird, neigt die Schaftspitze zum Abrunden und Bilden eines halbkugelförmigen Endes durch Schmelzen während des Lampenbetriebes. Dies bedeutet natürlich, daß die Elektrodenlängen und der Bogenspalt sich während der Lebensdauer der Lampe ändern und dies zusammen mit allen Parametern und Betriebscharakteristika, die davon abhängen. Nachdem sich die Schaftspitze einmal abgerundet und noch mehr, wenn sie sich zu einer Kugel

bo geformt hat, ist ein weiteres Zurückschmelzen gehindert und Elekirodenlänge und Bogenspalt stabilisieren sich. Line solche Stabilisierung kann man daher durch anfängliches Beireiben der Lampe mit einem Überschußstrom für eine ausreichend lange Zeit erreichen, um eine geschmolzene Kugel auf der Schaftspitze zu bilden. Eine solche Kugel kann während der Elektrodenfabrikation mittels eines Plasmabrenners gebildet werden, um einen Schaftvorsprung angemessener Länge zurückzu-

schmelzen oder indem man zusätzliches Metall auf das Ende des Schaftes schweißt. Eine solche Kugel ist bei 14 in Fig.3 mit einem Durchmesser von etwa 0.37 mm gezeigt. Die Kombination einer lose sitzenden Überwicklung mit einem abgerundeten Ende am Elektroden· schaft vermindert die Elektrodenerosion, während geringe Zündspannung und schneller Übergang von de Glimm- zur Bogenentladung beibehalten werden.

Die Erfindung eignet sich besonders gut für eine Lampe mit einer billig und einfach hergestellten Elektrode in Verbindung mil einer Molybdän/.uleilung, die in einem Schweißknoten mit einem Wolframschaft verbunden ist. Es ist zweckmäßig, eine einstückige Molybdänzulcitung zu benutzen, die einen integralen abgeflachten Teil 4a aufweist, wie er in Fi g. 2 gezeigt ist. Da mit einer solchen Zuleitung ein Schweißknc'.cn zwischen dem Molybdänende und dem Wolframschaft in jedem Falle notwendig ist. ist diese Anordnung für die für die Elektrode begünstigt. Obwohl dies eine bevorzugte Struktur ist, ist es nicht erforderlich, eine Verbindung verschiedener Metalle zu haben, noch ist es wesentlich, einen Schweißknoten zu haben. Eine geeignete Verdickung oder Deformation des Elektrodenschaftes an seinem Wurzclende, die geeignet ist. den erforderlichen Reibungseingriff mit der Überwicklung zu gestatten, kann benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem Kolben aus Quarzglas, der eine ionisierbare Füllung mit einem verdampfbaren Metall und in die gegenüberliegenden Enden des Kolbens dicht eingeschmolzene Elektroden enthält, wobei mindestens eine der Elektroden einen mit einem Wolframdraht offen überwickelten Wolframschaft umfaßt, dessen Durchmesser die Drahtgröße übersteigt und der mit einer Molybdänzuleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (11) von der mit ihm durch einen Schweißknoten (12) verbundenen Molybdänzuleitung (6) abgestützt ist, die offene Überwicklung (13) locker auf dem Schaft (11) sitzt und an Ort und Stelle gehalten wird durch Reibungseinp.riff mit der durch den Schweißknoten (12) gebildeten Vergrößerung.

2. Lampe nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Überwicklung (13) über den Schweißknoten (12) in Richtung der Dichtungsstelle hinausragt und dieser Teil zumindest teilweise in dem Quarzglas des Kolbens (1) eingebettet ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 zum Betrieb als Miniaturlampe bei einem Strom von weniger ah 500 Milliampere, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenschaft (11) ein Wolframdraht von etwa 0,175 mm und die Überwicklung (13) ein Wolframdraht von etwa 0,067 mm ist.