DE962461C - Gluehelektrode fuer elektrische Hochdruck- und Hoechstdruck-Entladungslampen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 25. APRIL 1957

K 93POVIIIc/'2if

Die Erfindung bezieht sich auf Elektroden für elektrische Hochdruck- und Höchstdruck-Gasentladungslampen und insbesondere auf aktivierte Glühelektroden für Hochdruck- und Höchstdruck-Entladungslampen.

Gemäß der Erfindung sind unter den Bezeichnungen »Hochdrucklampen« und »Höchstdrucklampen« solche elektrische Entladungslampen zu verstehen, die unter Drücken von ungefähr ι Atmosphäre bzw. von über ungefähr io Atmosphären betrieben werden und welche im Betriebszustand einen Metalldampf, ζ. Β. Quecksilberdampf, enthalten, zu dem ein Edelgas hinzugefügt ist, oder welche ein Gemisch von verschiedenen Metalldämpfen oder ein Gemisch von Metalldämpfen mit Edelgasen, z. B. Krypton und Xenon, enthalten können.

Bei solchen Lampen bildet die Entladung bekanntlich einen Lichtbogen hoher Temperatur, der wegen seiner hohen Stromdichte auf einen sehr kleinen Bereich der Elektrodenoberfläche begrenzt ist. Infolgedessen sind die Elektroden örtlich sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, die Verdampfung des Elektrodenmaterials verursachen. Durch diesen Vorgang wird die Lebensdauer der Elektroden eingeschränkt und der Lampenkolben geschwärzt. Elektroden für Hochdruck- oder Höchstdrucklampen werden daher meistens aus Wolfram hergestellt, auch werden sie mit einer bestimmten Menge aktivierender Stoffe ausgerüstet, durch die

ihre Temperatur herabgesetzt wird. Diese aktivierenden Stoffe werden auch benötigt, um die Zündung der Entladung zu erleichtern. Solche aktivierenden Stoffe sind die Metalle Barium, Kalzium, Strontium, Thorium oder deren Oxyde und die Dioxyde des Thoriums und Zirkons. Obgleich diese aktivierenden. Stoffe die Temperatur der Elektroden herabsetzen, können sie jedoch beträchtliche Schwärzung des Lampenkolbens hervorrufen, da ίο sie ziemlich leicht verdampfen. Es ist daher von großer Bedeutung, ihre Menge zu begrenzen und sie der Elektrode derart beizufügen, daß sie genügende Aktivierung bewirken, ohne der Einwirkung des Lichtbogens übermäßig ausgesetzt zu sein. Die Erfindung zielt daher auf eine aktivierte Glühelektrode für Hochdruck- und Höchstdrucklampen ab, welche die Wand des Entladungsgefäßes nicht schwärzt; sie hat auch eine Elektrode zum Gegenstand, an der die Entladung leicht und ohne Zerstäubungserscheinungen zündet. Die Erfindung befaßt sich auch mit dem Aufbau einer Doppelwendalelektrode und der Zusammensetzung einer neuartigen Vorratselektrode, ferner mit einer sich selbst aufheizenden Elektrode. Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung offenbart und die Abbildungen veranschaulicht, in denen

Abb. ι ein senkrechter Schnitt durch eine gemäß der Erfindung mit einem Kern ausgerüstete Wendel ist,

Abb. 2 ein Längsschnitt der gleichen Wendel ist, Abb. 3 ein senkrechter Schnitt einer anderen, mit einem gasabsorbierenden Kerndraht und einem aktivierenden Stoff ausgerüsteten Wendel ist, Abb. 4 eine besondere Anordnung der Kerndrähte veranschaulicht,

Abb. 5 eine erfindungsgemäße Doppelwendelelektrode zeigt,

Abb. 6 eine andere erfindungsgemäße Doppelwendelelektrode darstellt.

Gemäß der Erfindung besteht eine feste aktivierte Glühelektrode der Bauart der Vorratselektroden aus einer Wolframwendel, die auf einem aus einer Mehrzahl metallischer Drähte zusammengesetzten Kern fest und mit im Verhältnis zum Drahtdurchmesser nur kleinem Windungsabstand aufgewickelt ist, so daß sie eine Schutzwand für den Kern bildet. DieseDrähte sind vorzugsweise verdrillt und bilden eine feste Stütze für die Wendel, die in den Zwischenräumen zwischen den Kerndrähten und zwischen diesen und dem Wendeldraht auch die aktivierenden Stoffe umschließt. Vorzugsweise ist eine solche Wendel zu einer Doppelwendel gewickelt, die große mechanische Festigkeit besitzt und auf besonders vorteilhafte Weise mit einem Vorrat an, aktivierenden Stoffen ausgerüstet ist. Wegen dieses Aufbaues wird diese neuartige Elektrode vorzugsweise für Hochdruck- und Höchstdrucklampen verwendet, die ohne Vorheizung der Elektroden gezündet werden,

Wie in Abb. 1 veranschaulicht, die einen senkrechten Schnitt einer Wendel darstellt, besteht der im Inneren befindliche Kern aus vier metallischen Drähten 1, 2, 3 und 4, auf denen die Wendel 5 fest aufgewickelt ist. Der von der Wendel umschlossene Hohlraum wird nicht vollständig durch die Kerndrähte ausgefüllt, die mit der Wendel und untereinander die Kanäle 6 und 7 bilden. In Abb. 2, die einen Längsschnitt der gleichen Wendel darstellt, sind die Kerndrähte 2 und 4 und der axiale Hohlraum 7 sowie senkrechte Schnitte der Wendel 5 veranschaulicht.

Die Wendel 5 besteht aus Wolframdraht, während der Kern aus Wolfram-, Molybdän-, Tantal- oder Thoriumdrähten oder aus einer Auswahl dieser Drähte zusammengesetzt ist. Ein besonders geeigneter Aufbau des Kerns 'besteht aus drei Wolframdrähiten und einem Tantal- oder Thoriumdraht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Gebrauch von vier Kerndrähten beschränkt, die lediglich beispielsweise angegeben sind. Wie aus Abb. 3 hervorgeht, kann ein axialer fünfter Kerndraht 9 zu dem bereits beschriebenen Aufbau hinzugefügt werden. Dieser axiale Draht kann aus Tantal oder Thorium bestehen, während die anderen Drähte 1, 2, 3, 4 Wolframdrähte sind oder wenigstens zum Teil aus Wolfram und zum anderen Teil aus den bereits erwähnten anderen Metallen bestehen. Die zwischen den Kerndrähten und der Wendel vorhandenen Zwischenräume sind mit aktivierenden Stoffen 8 ausgefüllt, die z. B. aus den Oxyden des Bariums, Kalziums, Strontiums oder Thoriums oder aus Zirkondioxyd oder aus Mischungen, dieser Stoffe zusammengesetzt sind, deren Teilchengröße so klein wie möglich gewählt werden sollte.

Dieser Elektrodenaufbau bietet viele Vorteile, da er mehrere Eigenschaften vereinigt, die von den Hochdrucklampen oder anderen, mit kalten Elektroden gezündeten Lampen gefordert werden. Erstens ist die mit einem Kern ausgerüstete Wendel 10c ein Gegenstand beträchtlicher mechanischer Festigkeit, der für den Aufbau anderer Elektroden.formen benutzt werden kann; außerdem sind die im Inneren der Wendel vorhandenen Taschen oder Kanäle ausgezeichnete Orte für die Unterbringung der ioj aktivierenden Stoffe, die vor der unmittelbaren Einwirkung des Entladungsbogens geschützt werden müssen, aber gleichmäßig über die Elektrode und in der Nähe ihrer Oberfläche verteilt sein sollten. Der Gebrauch gasabsorbierender oder aktivieren- in der Metalle als Bestandteil des Kerns ist eine weitere Verbesserung. Diese Vorteile würden nicht vorhanden sein, wenn ein massiver Kern an. Stelle einer Mehrzahl von Kerndrähten, die einen biegsamen Kern bilden, benutzt würde. iij

Da ein erfindungsgemäß zusammengesetzter Kern biegsam ist, kann die Wendel, die als primäre Wendel bezeichnet werden soll und den beschriebenen Aufbau besitzt, selbst gewendelt sein, so- daß eine sekundäre Wendel entsteht. Zu diesem Zweck jedoch ist es zweckmäßig, die Kerndrähte zu verdrillen, wie in Abb. 4 dargestellt, die einen aus vier verdrillten Kerndrähten 1, 2, 3 und 4 und einer Wendel S zusammengesetzten Wendelaufbau veranschaulicht. Gemäß Abb. S besteht eine erfindungsgemäße Elektrode aus einer sekundären Wendel 10,

die einen Hohlzylimder bildet und von einem achsengleichen Draht oder Stab ii gehaltert wird, der in. den Hohlzyliruder genau eingepaßt ist. Diese sekundäre Wendel besteht aus dem durch die Abb. i, 2, 3 und 4 veranschaulichten primären Wendelaufbau, der die primären Kerndrähte 1, 2, 3, 4 und 9 und eine primäre Wendel 5 besitzt. Wie bereits erläutert, enthält dieser primäre Wendelaufbau in den Zwischenräumen zwischen den Kerndrähten und zwischen dem Kern und der Wendel aktivierende Stoffe 8, die aus den Oxyden des Bariums, Kalziums, Strontiums oder Thoriums oder aus Zirkondioxyd oder aus Mischungen dieser Stoffe zusammengesetzt sind. Der Draht oder Stab 11 besteht aus Wolfram, Tantal oder Molybdän und kann gleichzeitig die innere Stromzuführung des Stiromleiters der Stromdurchführung der Lampe bilden. Jedoch braucht dieserElektrodenhalterungsdraht 11 nicht aus einem einzigen Draht oder Stab zu bestehen, wie in Abb. 5 dargestellt, sondern er kann auch aus einer Mehrzahl von Drähten zusammengesetzt sein, die einen sekundären Kern bilden, welcher den gleichen, bereits beschriebenen Aufbau des primären Kerns besitzt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, das durch Abb. 6 veranschaulicht wird, trägt sich die Doppelwendelelektrode selbst und enthält keinen axialen Halterungsdraht oder sekundären Kern. Die in Abb. 6 dargestellte Elektrode besteht aus einer sekundären Wendel io, die von einem primären Wendelaufbau gebildet wird, der aus den verdrillten primären Kerndrähten 1, 2, 3 und 4, einem fünften axialen Kerndraht 9 und einer primären Wolframwendel 5 zusammengesetzt ist. Wie bereits beschrieben, sind die Zwischenräume zwischen den Kerndrähten und zwischen diesen und der Wendel 5 mit aktivierenden Stoffen ausgefüllt.

Der Aktivierungsgrad einer erfindungsgemäßen Elektrode hängt natürlich von der Wahl und Zusammensetzung der erwähnten aktivierenden Stoffe und von der Größe der Lücken zwischen den Windungen der primären Wendel ab. Daher ist die dieser Wendel bei ihrer Anfertigung gegebene Steigung, deren Grad von der Beschaffenheit und Zusammensetzung der aktivierenden Stoffe abhängt, ein wichtiges Mittel zur Regulierung des Elektroden Verhaltens. Die Lebensdauer der Elektrode hängt auch von der Menge dar aktivierenden Stoffe aib, die in der Elektrode enthalten sind. Diese Menge ist durch das Volumen der Kanäle im Inneren des primären Wendelaufbaues bestimmt. Offenbar wird ein gewünschtes Volumen dadurch erzielt, daß Größe und Zahl der primären Kerndrähte und die Gesamtlänge der primären Wendel passend gewählt werden.

Bekanntlich werden die Leistungsfähigkeit der Elektrode und die Lebensdauer der Lampe, insbesondere bei Höchstdrucklampen, durch den Gebrauch gasabsorbierender Stoffe, wie Tantal, Zirkon und Thorium, erheblich verbessert. Bei der Erfindung werden diese Stoffe zweckmäßig benutzt für einen Teil des primären oder sekundären Kerns der Elektrode, wo sie im Betriebszustand auf Temperatüren erhitzt werden, die in günstigen Bereichen der Gasabsorption liegen.

Bei der Herstellung der Elektrode wird die primäre Wendel in einem kontinuierlichen Arbeitsvorgang mit einer der üblichen Wendelmaschinen hergestellt, wobei der primäre, aus einer Mehrzahl von Drähten bestehende Kern als Kerndraht benutzt wird. Nach dem Ausglühen wird die sekundäre Wendel auf Stahlkernen oder auf dem als sekundären Kern benutzten Draht oder Stab aufgewickelt und anschließend hochgesintert, wodurch die Elektrode ihre endgültige Gestalt erhält. Schließlich werden die aktivierenden Stoffe in das Innere der primären Wendel eingeführt, was in der üblichen Weise durch Eintauchen der Elektrode in eine Suspension dieser Stoffe ausgeführt wird, die geeignete Lösungs- und Bindemittel, wie Amylazetat und Nitrozellulose, enthält.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Glühelektrode für elektrische Hochdruck- und Höchstdruck-Entladungslampen, bei der ein Vorrat aktivierender Stoffe im Innern einer Wolframwendel untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Wolframwendel besteht, die auf einem aus einer Mehrzahl metallischer Drähte hohen Schmelzpunktes zusammengesetzten Kern fest mit im Verhältnis zum Drahtdurchmesser nur kleinem Windungsabstand aufgewickelt ist, so daß sie eine Schutzwand für den Kern bildet, und daß die zwischen den einzelnen Kerndrähten bestehenden und von der Wolframwendel umschlossenen Zwischenräume mit aktivierenden Stoffen ausgefüllt sind.

2. Glühelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktivierende Stoff aus mindestens einem Metall der Gruppe Barium, Kalzium., Strontium, Thorium und Zirkon oder einer Verbindung dieser Metalle besteht.

3. Glühelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktivierende Stoff aus mindestens einem Oxyd der Gruppe Bariumoxyd, Kalziumoxyd, Strontiumoxyd, Thoriumoxyd und Zirkondioxyd besteht.

4. Glühelektrode nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndrähte in bezug auf dieAchse des Kerns miteinander verdrillt sind.

5. Glühelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß. die Kerndrähte aus Wolfram bestehen.

6. Glühelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einer Mehrzahl von Wolframdrähten und mindestens einem Thoriumdraht besteht.

7. Glühelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einer Mehrzahl von Wolframdrähten und mindestens einem Tantaldraht besteht.

8. Glühelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kern enthaltende

Wolframwendel selbst gewendelt ist, so daß eine Doppelwendelelektrode entsteht.

9. Doppelwendeletektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelwendel mit einem zweiten Kern ausgerüstet ist, der zu ihrer Halterung dient und mindestens aus einem Metalldraht besteht, auf dem. sie fest aufgewickelt ist.

10. Glühelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Doppelwendel tragende Kern ein Wolframdraht ist.

11. Glühelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Doppeilwendel tragende Kern ein Molybdänstab ist.

12. Glühelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Doppelwendel tragende Draht oder Stab' einen Teil des Stromleiters der Stromdurchführung bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 597 580, 695 228, 687086;

französische Patentschrift Nr. 783 687;

britische Patentschriften Nr. 560 844, 569 585, 747, 573 141; USA.-Patentschriften Nr. 2 477 279, 2 241 362, 241 345;

»Physical Review«, B. 56, 1939, S. 86 bis 93.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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