DE3123442C2

DE3123442C2 -

Info

Publication number: DE3123442C2
Application number: DE3123442A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Phys. 8900 Augsburg De Hofmann; Erolf 8901 Diedorf De Weinhardt
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1989-06-29
Also published as: JPH0259583B2; US4506187A; JPS57212765A; DE3123442A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenwendel nach den im Oberbegriff des Hauptanspruchs bezeichneten Merk malen. Wendeln der hier beschriebenen Art werden ge wöhnlich um einen Flachkern gewickelt, dessen Länge größer als dessen Breite ist. In der Praxis hat es sich bewährt, den Wendeldraht um zwei gleich große, parallelverlaufende Drähte aus z.B. Molybdän oder Eisen zu wickeln. Das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns ist hierbei gleich 2. Solche Wendeln sind z.B. in der GB-PS 13 36 829 oder in der DE-OS 24 05 409 beschrieben. Dabei gehen dem Wickeln des Wendeldrahtes je nach Verwendungszweck der ferti gen Wendel unterschiedliche Fertigungsstufen voraus.

Aus der US-PS 16 68 016 ist eine Glühlampenwendel für Projektions- und Suchscheinwerfer bekannt, bei der die emittierte Lichtmenge intensiviert werden soll, indem die Länge des Glühwendeldrahtes auf einem möglichst kleinen Raum untergebracht werden soll. Um das Ziel der hohen Lichtintensität zu erreichen, werden zwei voneinander unterschiedliche Herstellverfahren be schrieben, wobei der durch die Wendelwindungen gebildete Innenraum durch den Wendeldraht selbst oder einen Fremdkörper weitgehend ausgefüllt wird. Beide Herstellverfahren für diese Glühwendel führen zu einer Wendel mit relativ scharf gebogenen Ecken und gegen einander versetzten Einzelwindungen, von denen jede Windung einen Durchmesser von ca. 10 mm aufweist.

Bei Niederdruckentladungslampen, insbesondere bei Leuchtstofflampen, wird angestrebt, die Wendel mit möglichst viel Emitterpaste zu versehen. Weiterhin soll eine Leuchtstofflampenwendel bei Stromdurchfluß möglichst schnell heiß und damit emittierend werden. Bei Leuchtstofflampen wird dafür häufig eine Flach stabwendel verwendet. Der Wendeldraht wird hierzu bei der Herstellung mit einer Umspinnungswendel versehen, die außer dem Wendeldraht auch einen parallel zu diesem verlaufenden Rundkern aus Molybdän oder Eisen umschließt. Solche Wendeln werden nach dem Wickeln bei ca. 1100°C bis ca. 1400°C spannungsfrei geglüht. In einem weiteren Arbeitsgang werden auf chemischem Weg die Molybdän- bzw. die Eisenkerne ausgelöst. Bei der Weiterverarbeitung werden die geschnittenen Wendeln nach der Montage in einem Lampenfuß mit dem Emitter material bepastet. Die von der Wendel aufgenommene Emittermenge hat einen wesentlichen Einfluß auf die Lampenlebensdauer, wobei insbesondere beim Einschalt vorgang Emitter von der Wendel abspratzt und dadurch die Lampenlebensdauer der Lampe reduziert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrodenwendel zu schaffen, die leicht mit Emitter zu bepasten ist, ein erhöhtes Emittervolumen im Wendelinnern aufweist, ohne die Heizleistung der Wendel für den Zündvorgang zu verringern, und das Abspratzen des Emitters erschwert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Elektrodenwendel sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Außerhalb des oben angegebenen Winkelbereichs würde sich der Wendelquerschnitt mit kleiner werdendem Winkel α einer länglichrunden Form und mit einem bis zu 120° groß werdenden Winkel α der Form eines abge rundeten Dreiecks nähern. Die einzelnen teilkreisför migen Teilstücke jeder Windung wären dann zu den ent sprechenden Teilstücken der benachbarten Windungen nicht mehr ausreichend gegeneinander versetzt und die der Erfindung typische Erscheinungsform der Wendel mit ihren Verengungen würde nicht auftreten.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Wendel erfolgt, indem zunächst das Erstgewendel gewickelt wird. Hierfür wird der Wendeldraht zusammen mit einem parallel zu diesem verlaufenden Rundkern aus Molybdän oder Eisen mit einer Umspinnungswendel versehen. Der Rundkern verbleibt für die nächsten Arbeitsgänge innerhalb der Umspinnungswendel und wird erst zusammen mit dem Flachkern des Zweitgewendels ausgelöst.

Anschließend wird das Zweitgewendel hergestellt, indem das Erstgewendel um einen Flachkern aus Molybdän oder aus Eisen gewickelt wird, wobei die Länge L des Flach kerns größer als dessen Breite B ist. Je nach der verwendeten Form des Flachkerns ergeben sich dabei unterschiedliche Wendelformen. In der Regel wird der Wendeldraht um einen Flachkern gewickelt, dessen Ver hältnis der Länge L zur Breite B gleich 2 ist. Die einzelnen Querschnitte jeder Windung verlaufen hierbei zunächst noch deckungsgleich entlang der Wendellängs achse. Weiterhin verlaufen die geraden Teilstücke des Wendeldrahtes im Gegensatz zur fertigen Wendel noch parallel zueinander und die teilkreisförmigen Teil stücke beschreiben einen Halbkreis.

In einem weiteren Arbeitsgang wird die um den Flach kern gewickelte Wendel bei einer Temperatur unterhalb 1100°C, z.B. bei 900°C geglüht. Dadurch bleibt ein Teil der durch das Wickeln entstandenen mechanischen Spannungen im Wendeldraht erhalten. Beim Auslösen des Flachkerns in einem Säurebad federt der gebogene Teil des Wendeldrahts aufgrund der in ihm verbliebenen Restspannungen um einen bestimmten Betrag aus der gebogenen Form zurück. Die teilkreisförmigen Teil stücke des Wendeldrahtes beschreiben jetzt weniger als einen halben und mehr als einen drittel Kreis und sind gegenüber den entsprechenden Teilstücken der benach barten Windungen um einen Winkel α versetzt, der im Bereich zwischen 10° und 110° liegt. Dabei bestimmt die Höhe der Glühtemperatur, um welchen Betrag sich die Einzelwindungen der Wendel aus der ursprünglichen Wickelform zur endgültigen - auf die Hüllkurve der Wendel bezogen - die charakteristischen Verengungen aufweisenden Form verdreht. Bei einer solchen Wendel beschreibt jedes teilkreisförmige Teilstück im wesent lichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens und jedes teilkreisförmige Teilstück weist den gleichen Biege radius auf.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns, um den der Wendeldraht gewickelt ist, kleiner als 2. Das trifft für den Fall zu, wenn beispielsweise zwei un gleich dicke, den Flachkern bildende Drähte umwickelt werden, wobei der dickere der beiden Drähte das Maß für die Breite des Flachkerns ist. Bei einer solchen Wendel beschreibt jedes zweite von zwei teilkreis förmigen Teilstücken im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens und jedes zweite teilkreis förmige Teilstück weist den gleichen Biegeradius auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns größer als 2 ge wählt wird, wodurch man eine Wendel mit noch stärker ausgeprägten Verengungen in der Hüllkurve erhält als mit den zuvor beschriebenen Flachkernen. Die Emitter aufnahmefähigkeit dieser Wendel und das Festhalten des Emitters innerhalb derselben wird dadurch zusätzlich erhöht.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenwendel wirkt die Oberfläche ihrer Hüllkurve äußerlich gewellt und rauh und umschließt in diesem Bereich vermehrt den Emitter und hält diesen besser fest. Daraus resultiert eine deutlich höhere Lebensdauer der mit diesen Wendeln versehenen Leuchtstofflampen. Die Wendeln sind auf vorhandenen Wendelwickelmaschinen mit identischen Vor erzeugnissen herstellbar. Die fertigen Wendeln lassen sich auf vorhandenen Maschinen in herkömmlicher Weise weiterverarbeiten. Es fallen deshalb keine zusätz lichen Investitionskosten an. Das Bepasten der Wendeln mit Emitter am fertig montierten Lampengestell ist leichter zu bewerkstelligen als bei herkömmlichen Flachstabwendeln. Insbesondere bei einem Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns von mehr als 2 kann dieser bei gleichbleibender Emitterkapazität der fertigen Wendel eine kleinere Querschnittsfläche als bei herkömmlichen Flachstabwendeln aufweisen, wodurch sich die Auslösezeit des Flachkerns verkürzt. Insge samt ergibt sich eine Verbilligung der Fertigungs und Materialkosten. Aufgrund der geringeren Glühtem peratur nach dem Wickeln der Wendeln wird darüber hinaus Heizenergie eingespart.

Anhand der nachfolgenden sechs Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Wickelprinzip einer Wendel,

Fig. 2 zeigt schematisiert die Seitenansicht der Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine Alternative der Fig. 2,

Fig. 4 zeigt eine weitere, bevorzugte Alternative der Fig. 2,

Fig. 5 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt einer Wendel,

Fig. 6 zeigt schematisiert die Seitenansicht eines Teils einer Wendel.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wickel prinzip der Wendel ist ein Wendeldraht 1 aus Wolfram, zu dem ein Kerndraht 2 aus Eisen parallel geführt ist, von einer Umspinnungswendel 3 umgeben. Die Durchmesser dieser Drähte betragen: Wendeldraht 1 ca. 55 µm, Kern draht 2 ca. 120 µm und Umspinnungsdraht 3 ca. 22 µm. Dieses sogenannte Erstgewendel ist anschließend um den von zwei gleichen, parallel verlaufenden Kerndrähten 4 gebildeten Flachkern gewendelt. Die Kerndrähte 4 aus Eisen weisen jeweils einen Durchmesser von ca. 400 µm auf. Das Verhältnis der Länge L zur Breite B des ge samten umwickelten Flachkerns ist hierbei gleich 2. Der Wendelquerschnitt wird aus nahezu geraden Teil stücken 5 und teilkreisförmigen Teilstücken 6 gebil det. Die geraden Teilstücke 5 verlaufen zunächst noch parallel zueinander und die teilkreisförmigen Teil stücke 6 beschreiben nahezu einen Halbkreis. Die einzelnen Windungen der um den Flachkern gewickelten Wendel verlaufen deckungsgleich.

In der Fig. 3 ist die Umspinnungswendel 3 um zwei Kerndrähte 4 und 7 mit unterschiedlichem Durchmesser gewickelt, wobei der Kerndraht 7 einen kleineren Durchmesser als der Kerndraht 4 aufweist. Hier ist das Verhältnis der Länge L zur Breite B des gesamten umwickelten Flachkerns kleiner als 2. Der Wendelquer schnitt wird aus nahezu geraden Teilstücken 8 und

teilkreisförmigen Teilstücken 9 und 10 gebildet. Auf grund der unterschiedlichen Durchmesser der Kerndrähte 4 und 7 beschreibt das teilkreisförmige Teilstück 9 mehr und das teilkreisförmige Teilstück 10 weniger als einen Halbkreis. Die einzelnen Windungen der um den Flachkern gewickelten Wendel verlaufen deckungsgleich.

In der bevorzugten Ausführung der Fig. 4 wird der Flachkern 11 durch einen flachgewalzten Eisendraht gebildet, dessen Länge L 0,8 mm und Breite B 0,25 mm beträgt. Das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns 11 ist in diesem Fall 3,2 also größer als 2. Der vorläufige Wendelquerschnitt besteht aus zwei parallel verlaufenden, geraden Teilstücken 12 und den beiden einen Halbkreis beschreibenden teilkreisför migen Teilstücken 13. Die Querschnittsform des Flach kerns 11 kann dem individuellen Verwendungszweck angepaßt werden. Durch Einarbeiten z. B. von Hohl kehlen in die Längsseiten kann der effektive Flach kernquerschnitt verringert und damit die Oberfläche vergrößert werden, wodurch die in einem späteren Arbeitsgang folgende Auslösezeit wesentlich verkürzt wird.

Eine gemäß den Fig. 1 und 2 gewickelte Wendel weicht in den bisherigen Arbeitsschritten nicht von einer herkömmlichen Flachstabwendel ab, wie sie gewöhnlich für Leuchtstofflampen verwendet wird. Die endgültige, von der herkömmlichen Gestalt abweichende Wendelform, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wird durch das sich nun anschließende Glühen bei er niedrigter Temperatur von ca. 900°C bewirkt. Dadurch verbleibt eine Restspannung in dem dickeren Wendel draht 1 die beim Auslösen der Eisenkerne 2 und 4 in einem Säurebad die teilkreisförmigen Teilstücke 6 etwas auffedern läßt. Um die Übersichtlichkeit der Darstellung zu erhalten, ist in der Fig. 5 von der den Wendeldraht 1 umgebenden Umspinnungswendel 3 nur die Hüllkurve gezeichnet. Die Hüllkurve der erfin dungsgemäßen Wendel läßt dabei deutliche Verengungen 14 und Erweiterungen 15 erkennen, wobei 1 cm Wendel länge neun Verengungen 14 aufweist.

In der ebenfalls stark vereinfachten Darstellung der Fig. 6 sind von dem aufgefederten Wendeldraht 1 nur einige Windungen dargestellt und dieser ist wiederum nur von einigen Windungen der Umspinnungswendel 3 um geben. Die teilkreisförmigen Teilstücke 13 beschreiben jetzt weniger als einen Halbkreis und sind zu den entsprechenden Teilstücken der benachbarten Windungen um einen Winkel α von ca. 90° versetzt. Die Größe des Winkels α wird von der Höhe der Glühtemperatur be stimmt und ist großtechnisch gut reproduzierbar. Der Höhenunterschied zwischen einer Verengung 14 und einer Erweiterung 15 - jeweils wieder bezogen auf die Hüll kurve der Elektrodenwendel - ist ein Maß für die Rauheit R der Wendel. Dabei ist es besonders vorteil haft, wenn Verengung 14 und Erweiterung 15 auf benach barte Windungen fallen. Die Rauheit R einer Wendel steigt an, wenn das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns 11 größer als 2 ist (siehe Fig. 4) und die Glühtemperatur der gewickelten, jedoch noch nicht ausgelösten Wendel kleiner als 1100°C, insbe sondere ca. 900°C beträgt.

Bei der Verarbeitung der Wendeln zeigte sich, daß die erfindungsgemäße Wendel etwa 10% mehr Emitter auf nimmt als herkömmliche Flachstabwendeln. Die Emitter verbrauchsgeschwindigkeit ist bei z.B. 40 W-Leucht stofflampen ca. 20% niedriger als bei mit Flachstab wendeln versehenen Lampen. Mit den erfindungsgemäßen Wendeln verarbeitete Lampen ergaben eine gegenüber herkömmlichen Leuchtstofflampen um ca. 30% höhere Lebensdauer.

Claims

1. Elektrodenwendel für eine Quecksilberdampfnieder druckentladungslampe, bestehend aus einem Wendeldraht (1) und eine um den Wendeldraht (1) gewickelte Um spinnungswendel (3) , wobei die Elektrodenwendel eine Mehrzahl von Windungen entlang einer Achse (W) auf weist und jede der Windungen aus mehreren im wesent lichen geraden Teilstücken (5, 8, 12) und mehreren im wesentlichen teilkreisförmigen Teilstücken (6, 9, 10, 13) gebildet wird, die die geraden Teilstücke (5, 8, 12) miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes teilkreisförmige Teilstück (6, 9, 10, 13) zu dem entsprechenden teilkreisförmigen Teilstück (6, 9, 10, 13) der benachbarten Windung um einen Winkel α von 10° bis 110° versetzt ist und die Hüllkurve der Elek trodenwendel einen wellenförmigen Verlauf aufweist, der aus Verengungen (14) und Erweiterungen (15) be steht, die durch den Versatz benachbarter Windungen entstehen, wobei die Hüllkurve mindestens fünf Ver engungen (14) je cm Wendellänge entlang der Wendel achse (W) aufweist, und daß die Elektrodenwendel gegenüber herkömmlichen Wendeln dieser Art eine um etwa 10% erhöhte Menge von Emittermaterial aufnimmt und festhält.

2. Elektrodenwendel nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Winkel α ca. 60° bis 80° beträgt.

3. Elektrodenwendel nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jede zweite Windung, bezogen auf die Hüllkurve der Wendel, als Verengung (14) ausgebildet ist.

4. Elektrodenwendel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens jedes zweite teilkreis förmige Teilstück (9, 10) im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens beschreibt und den gleichen Biegeradius aufweist.

5. Elektrodenwendel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß jedes teilkreisförmige Teilstück (6, 13) im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreis bogens beschreibt und den gleichen Biegeradius auf weist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenwendel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen folgende Arbeitsgänge ausgeführt werden:

a) Wickeln einer Umspinnungswendel (3) um einen Flach kern (1, 2) , der aus dem Wendeldraht (1) und einem parallel zu diesem verlaufenden Rundkern (2) aus Molybdän oder Eisen gebildet wird, wodurch ein Erstgewendel entsteht;
b) Wickeln des Erstgewendels um einen Flachkern (4; 4, 7; 11) aus Molybdän oder Eisen, wobei die Länge L des Flachkerns (4; 4, 7; 11) größer als die Breite B ist, wodurch ein Zweitgewendel entsteht;
c) Glühen des um den Flachkern (4; 4, 7; 11) gewickel ten Zweitgewendels bei einer Temperatur, bei der ein Teil der durch das Wickeln entstandenen Span nungen im Wendeldraht (1) erhalten bleibt;
d) Auslösen der Flachkerne (2; 4; 4, 7; 11) auf che mischem Weg, wobei die teilkreisförmigen Teil stücke (6; 9, 10; 13) durch die verbliebenen Rest spannungen um einen bestimmten Betrag aus dem ge bogenen Biegeradius zurückfedern und sich jedes teilkreisförmige Teilstück (6; 9, 10; 13) zu dem entsprechenden Teilstück der benachbarten Windungen um einen Winkel α von 10° bis 110° um die Wendel längsachse W versetzt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenwendel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkerns (11), um den der Wendeldraht (1) gewickelt ist, größer als 2 ist.