EP0184876A2 - Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer aus Wolframblech bestehenden Elektrode - Google Patents

Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer aus Wolframblech bestehenden Elektrode Download PDF

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EP0184876A2
EP0184876A2 EP85201901A EP85201901A EP0184876A2 EP 0184876 A2 EP0184876 A2 EP 0184876A2 EP 85201901 A EP85201901 A EP 85201901A EP 85201901 A EP85201901 A EP 85201901A EP 0184876 A2 EP0184876 A2 EP 0184876A2
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EP
European Patent Office
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electrode
lamp
electrode head
pressure gas
tungsten sheet
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EP85201901A
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Ernst Dr. Fischer
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0732—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the construction of the electrode

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure gas discharge lamp with electrodes, at least one of which has an electrode head made of tungsten sheet metal, to which the discharge arc acts when the lamp is in operation.
  • sheet metal is understood to mean a plate-shaped material whose thickness is less than a third of its largest transverse dimension, preferably less than a fifth.
  • Electrodes for high-pressure gas discharge lamps are often designed as filaments made of tungsten wire, which are wound on a tungsten pin, depending on the application the center pin protruding from the filament or extending only into the lower part of the filament.
  • filaments made of tungsten wire are generally preferred over solid bodies, since the discharge arc only attaches to a small piece of the wire. The length of this piece corresponds approximately to the wire diameter.
  • the thermal load on the electrode remains lower than with solid bodies, but on the other hand there is a large area available for the radiation of the supplied heat. With such electrodes, therefore, the tungsten removal and thus the blackening of the lamp bulb can be kept low, which considerably increases the life of the lamp.
  • the overall dimensions of an electrode for a lamp power of 30 W are only about 0.8 mm in total. Even minor errors, for example gaps between two turns of only a few pm, can change the heat balance of the electrode considerably, which leads to deviations in the electrical and color properties of the lamp.
  • electrodes for 100 to 300 W high pressure gas discharge lamps are known, the electrode head of which is made of tungsten sheet.
  • the electrode tungsten sheet is either bent in a U-shape or is designed as a cylinder which is closed at the front or as a spherical shell (FIGS. 2 to 4), with the discharge starting on a relatively large end face of the electrodes in order to achieve the largest possible emitting zone.
  • the thermal load on the electrodes is very large, which leads to a short service life of the corresponding lamps.
  • Another electrode known from GB-PS 530 405 (FIG. 15) consists of a straight piece of wire extending in the axial direction of the lamp, to which a spirally bent metal foil is attached, set back somewhat from the free end of the wire. Only at the moment of ignition does a glow discharge attack the foil, but the actual discharge arc always starts at the end of the wire. There is a risk that the electrode head, which is designed as a thin wire tip, will melt away. In addition, the thin piece of wire is practically unable to dissipate the heat generated by the discharge in the wire tip or the metal foil. Such electrodes therefore only have a short lifespan.
  • the invention is therefore based on the object of providing a high-pressure gas discharge lamp with electrodes which can be produced easily and reproducibly, but on the other hand have the good properties of filament electrodes, that is to say low thermal stress and good radiation properties.
  • the electrode head is designed as a flat or curved plate, the elongate front end face of which serves as the sole area of attack for the discharge arc.
  • the electrode head of such an electrode has a cross section on its end face, one side of which is considerably smaller than the other. Since the discharge arc acts practically point-wise on this electrode end face, the electrode only heats up relatively little. On the other hand, the electrode has a large surface for heat radiation. In this way, overheating of the electrode is avoided and a correspondingly long service life is achieved.
  • a power supply strip can be welded to the electrode head, which is designed as a flat or curved plate.
  • the electrode head and the power supply strip connected to it consist of a piece of tungsten sheet.
  • the electrode head and the power supply strip can be punched as a whole from tungsten sheet.
  • the flat power supply strips produced in this way can be better inserted into the Melt the quartz glass of the lamp bulb and distribute the heat to be transported over a larger area. In this way, a higher heat load at the point of entry into the quartz bulb is possible, which in turn has a favorable influence on the temperature profile of the bulb wall.
  • the power supply strips are welded to a lenticular etched molybdenum foil, which is then melted pressure-tight into the quartz glass bulb.
  • the sealing part embedded in the lamp bulb is also formed in one piece with the electrode.
  • the entire electrode including the sealing part as a whole is expediently stamped out of tungsten sheet, the sealing part subsequently, e.g. by etching, can obtain a lenticular cross section.
  • the electrode shown in FIG. 1 for a high-pressure gas discharge lamp consists of a piece of tungsten sheet 1.
  • the actual electrode head 2, on which the discharge arc engages during operation of the lamp, is designed as a flat plate with an approximately square surface.
  • the rectangular front end face 3 of the electrode head 2 faces the discharge and serves as the sole contact surface for the discharge arc.
  • a power supply strip 4 connects to the electrode head 2 and is formed in one piece with the electrode head 2.
  • the electrode head 2 can be punched out of tungsten sheet together with the power supply strip 4.
  • the upper section of the electrode arrangement shown in FIG. 2 corresponds to the electrode according to FIG. 1. Corresponding parts are therefore provided with the same reference symbols.
  • the current supply strip 4 is followed by a sealing part 5, which is also made of tungsten sheet metal and is formed in one piece with the current supply strip 4 and the electrode head 2.
  • the entire electrode arrangement consisting of electrode head 2, current supply strip 4 and sealing part 5 can be punched out as a whole from thin tungsten sheet.
  • FIG. 3 and 4 each show an electrode-side end of a high-pressure gas discharge lamp with one out Quartz glass existing lamp bulb 7, in the pinch 8, a lamp electrode with sealing part is melted.
  • an electrode made of tungsten sheet according to FIG. 1 is used with a flat, approximately square plate as the electrode head 2 and an adjoining power supply strip 4.
  • This power supply strip 4 is connected to a molybdenum foil which is etched in cross-section and is lenticular in cross-section 9 welded, at the other end of which is welded an external power lead pin 10.
  • the power supply strip 4, the molybdenum foil 9 and the power supply pin 10 are melted into the pinch 8 of the lamp bulb 7 in a vacuum-tight manner.
  • the high-pressure gas discharge lamp according to FIG. 4 is provided with an electrode arrangement according to FIG. 2, in which the sealing part 5 is formed in one piece with the electrode head 2 and the current supply strip 4. Between points A and B, the tungsten sheet of the sealing part 5 is etched into a lenticular cross section. At the end of the sealing part 5, in turn, an external power supply pin 10 is welded.
  • the electrode head 2 In the case of a 30 W high-pressure mercury halide gas discharge lamp with an outer diameter of the lamp bulb 7 of approximately 8 mm and a filling of mercury, NaJ, T1J and InJ, the electrode head 2 consists of tungsten sheet 0.1 mm thick and approximately 1.1 mm wide.
  • the elongated end face 3 of the electrode head 2 serving as the sole contact surface for the discharge arc thus has a surface area of approximately 0.11 mm 2 .
  • the width of the power supply strip 4 is 0.3 mm. Due to its relatively large surface area, the electrode shown is able to pass through the discharge arc at a point on the front End face 3 heat generated not only by heat conduction, but above all by heat radiation, so that no overheating of the electrode can occur.

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Abstract

Bei einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit Elektroden, von denen mindestens eine einen aus Wolframblech bestehenden Elektrodenkopf (2) aufweist, an dem im Betrieb der Lampe der Entladungsbogen angreift, ist der Elektrodenkopf als flache oder gebogene Platte ausgebildet, deren der Entladung zugewandte längliche vordere Stirnfläche (3) als alleinige Angriffsfläche für den Entladungsbogen dient.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Gasentladungslampe mit Elektroden, von denen mindestens eine einen aus Wolframblech bestehenden Elektrodenkopf aufweist, an dem im Betrieb der Lampe der Entladungsbogen angreift. Unter der Bezeichnung Blech sei in diesem Zusammenhang ein plattenförmiges Material verstanden, dessen Dicke kleiner ist als ein Drittel seiner größten Querabmessung, vorzugsweise kleiner als ein Fünftel.
  • Elektroden für Hochdruck-Gasentladungslampen werden vielfach als Wendeln aus Wolframdraht ausgebildet, die auf einen Wolframstift aufgewickelt sind, wobei je nach Anwendung der Mittelstift aus der Wendel herausragt oder sich lediglich bis in den unteren Teil der Wendel erstreckt. Für spezielle Lampentypen, z.B. Xenon-Höchstdrucklampen, werden auch speziell geformte Rotationskörper aus Wolfram oder an Stromzuführungsdrähte angeschmolzene Kugeln aus Wolfram verwendet. Wendelelektroden aus Wolframdraht werden jedoch im allgemeinen gegenüber Massivkörpern bevorzugt, da der Entladungsbogen nur auf einem kleinen Stück des Drahtes ansetzt. Die Länge dieses Stücks entspricht etwa dem Drahtdurchmesser. Dadurch bleibt die Wärmebelastung der Elektrode geringer als bei Massivkörpern, andererseits steht jedoch eine große Fläche für die Abstrahlung der zugeführten Wärme zur Verfügung. Mit solchen Elektroden läßt sich daher der Wolframabtransport und damit die Abschwärzung des Lampenkolbens gering halten, wodurch die Lebensdauer der Lampe erheblich erhöht wird. Bei kleinen Entladungslampen mit einem Kolbendurchmesser in der Größenordnung von 1 cm bereitet jedoch die reproduzierbare Herstellung von Wendelelektroden erhebliche Schwierigkeiten. So betragen z.B. die Gesamtabmessungen einer Elektrode für eine Lampenleistung von 30 W insgesamt nur etwa 0,8 mm. Schon geringe Fehler, z.B. Lücken zwischen zwei Windungen von nur wenigen pm, können den Wärmehaushalt der Elektrode erheblich verändern, was zu Abweichungen in den elektrischen und farbtechnischen Eigenschaften der Lampe führt.
  • Aus der GB-PS 530 405 sind Elektroden für 100 bis 300 W-Hochdruck-Gasentladungslampen bekannt, deren Elektrodenkopf aus Wolframblech besteht. Das Elektroden-Wolframblech ist entweder U-förmig gebogen oder als vorderseitig geschlossener Zylinder bzw. als Kugelschale (Fig. 2 bis 4) ausgebildet, wobei die Entladung auf einer verhältnismäßig großen Stirnfläche der Elektroden ansetzt, um eine möglichst große emittierende Zone zu erreichen. Infolge der großen Angriffsfläche für den Entladungsbogen ist die Wärmebelastung der Elektroden sehr groß, was zu einer geringen Lebensdauer der entsprechenden Lampen führt.
  • Eine andere aus der GB-PS 530 405 bekannte Elektrode (Fig. 15) besteht aus einem sich in Achsrichtung der Lampe erstreckenden geraden Drahtstück, an dem - gegenüber dem freien Drahtende etwas zurückversetzt - eine spiralförmig gebogene Metallfolie befestigt ist. Lediglich im Moment der Zündung greift eine Glimmentladung an der Folie an, der eigentliche Entladungsbogen setzt jedoch stets am Drahtende an. Hierbei besteht die Gefahr, daß der als dünne Drahtspitze ausgebildete Elektrodenkopf wegschmilzt. Außerdem ist das dünne Drahtstück praktisch nicht in der Lage, die durch die Entladung in der Drahtspitze bzw. der Metallfolie entstehende Wärme abzuführen. Derartige Elektroden haben daher nur eine kurze Lebensdauer.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Gasentladungslampe mit Elektroden zu schaffen, die einfach und gut reproduzierbar herstellbar sind, andererseits jedoch die guten Eigenschaften von Wendelelektroden besitzen, also geringe Wärmebelastung und gute Abstrahlungseigenschaften.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruck-Gasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Elektrodenkopf als flache oder gebogene Platte ausgebildet ist, deren der Entladung zugewandte längliche vordere Stirnfläche als alleinige Angriffsfläche für den Entladungsbogen dient.
  • Der Elektrodenkopf einer derartigen Elektrode weist an seiner Stirnfläche einen Querschnitt auf, dessen eine Seite erheblich kleiner als die andere ist. Da der Entladungsbogen praktisch punktartig an dieser Elektrodenstirnfläche angreift, tritt nur eine verhältnismäßig geringe Erwärmung der Elektrode auf. Andererseits besitzt die Elektrode eine große Oberfläche zur Wärmeabstrahlung. Auf diese Weise wird eine Überhitzung der Elektrode vermieden und eine entsprechend lange Lebensdauer erreicht.
  • An den als flache oder gebogene Platte ausgebildeten Elektrodenkopf kann ein Stromzuführungsstreifen angeschweißt werden. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung der Elektrodenkopf und der damit verbundene Stromzuführungsstreifen aus einem Stück Wolframblech bestehen. In diesem Fall kann der Elektrodenkopf und der Stromzuführungsstreifen als Ganzes aus Wolframblech gestanzt werden. Auf diese Weise wird ein einheitlicher Wärmeübergang zwischen Elektrodenkopf und Stromzuführungsstreifen erreicht. Außerdem lassen sich die so erzeugten flachen Stromzuführungsstreifen besser in das Quarzglas des Lampenkolbens einschmelzen und verteilen die zu transportierende Wärme auf eine größere Fläche. Auf diese Weise ist eine höhere Wärmebelastung am Eintrittspunkt in den Quarzkolben möglich, was wiederum das Temperaturprofil der Kolbenwand günstig beeinflußt.
  • Üblicherweise werden die Stromzuführungsstreifen an eine linsenförmig geätzte Molybdänfolie angeschweißt, die dann als Dichtungsteil druckfest in den Quarzglaskolben eingeschmolzen wird. Gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung ist auch der im Lampenkolben eingebettete Dichtungsteil einstückig mit der Elektrode ausgebildet.
  • Zweckmäßigerweise stanzt man die gesamte Elektrode einschließlich Dichtungsteil als Ganzes aus Wolframblech, wobei der Dichtungsteil anschließend, z.B. durch Ätzen, einen linsenförmigen Querschnitt erhalten kann.
  • Ausführungsbeispieie nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 die Draufsicht und Seitenansicht eines aus Wolframblech hergestellten Elektrodenkopfes, der mit einem Stromzuführungsstreifen aus einem Stück besteht,
    • Fig. 2 die Draufsicht und die Ansicht von vorne und hinten einer Lampenelektrode, deren Elektrodenkopf, Stromzuführungsstreifen und Dichtungsteil einstückig aus Wolframblech bestehen,
    • Fig. 3 einen Schnitt durch ein elektrodenseitiges Ende einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer Elektrode nach Fig. 1,
    • Fig. 4 einen Schnitt durch ein elektrodenseitiges Ende einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer Elektrode nach Fig. 2.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Elektrode für eine Hochdruck-Gasentladungslampe besteht aus einem Stück Wolframblech 1. Der eigentliche Elektrodenkopf 2, an dem im Betrieb der Lampe der Entladungsbogen angreift, ist als flache Platte mit einer etwa quadratischen Oberfläche ausgebildet. Die rechteckige vordere Stirnfläche 3 des Elektrodenkopfes 2 ist der Entladung zugewandt und dient als alleinige Angriffsfläche für den Entladungsbogen. An den Elektrodenkopf 2 schließt sich ein Stromzuführungsstreifen 4 an, der einstückig mit dem Elektrodenkopf 2 ausgebildet ist. Der Elektrodenkopf 2 kann zusammen mit dem Stromzuführungsstreifen 4 aus Wolframblech gestanzt werden.
  • Der obere Abschnitt der in Fig. 2 gezeigten Elektrodenanordnung entspricht der Elektrode nach Fig. 1. Sich entsprechende Teile sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen. In diesem Fall schließt sich an den Stromzuführungsstreifen 4 ein ebenfalls aus Wolframblech bestehender Dichtungsteil 5 an, der einstückig mit dem Stromzuführungsstreifen 4 und dem Elektrodenkopf 2 ausgebildet ist. Die gesamte aus Elektrodenkopf 2, Stromzuführungsstreifen 4 und Dichtungsteil 5 bestehende Elektrodenanordnung läßt sich als Ganzes aus dünnem Wolframblech ausstanzen. Um das Einschmelzen des Dichtungsteiles 5 in das Quarzglas eines Lampenkolbens zu erleichtern und zu verbessern, ist der Dichtungsteil 5, z.B. durch Ätzen, in seinem Querschnitt 6 linsenförmig ausgebildet.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils ein elektrodenseitiges Ende einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit einem aus Quarzglas bestehenden Lampenkolben 7, in dessen Quetschung 8 eine Lampenelektrode mit Dichtungsteil eingeschmolzen ist. Bei der Lampe nach Fig. 3 ist eine Elektrode aus Wolframblech nach Fig. 1 verwendet mit einer flachen, etwa quadratischen Platte als Elektrodenkopf 2 und einem sich daran anschließenden Stromzuführungsstreifen 4. Dieser Stromzuführungsstreifen 4 ist an eine als Dichtungsteil dienende, im Querschnitt linsenförmig geätzte Molybdänfolie 9 angeschweißt, an deren anderes Ende ein nach außen führender Stromzuleitungsstift 10 angeschweißt ist. Der Stromzuführungsstreifen 4, die Molybdänfolie 9 und der Stromzuleitungsstift 10 sind vakuumdicht in die Quetschung 8 des Lampenkolbens 7 eingeschmolzen.
  • Die Hochdruck-Gasentladungslampe nach Fig. 4 ist mit einer Elektrodenanordnung nach Fig. 2 versehen, bei der der Dichtungsteil 5 einstückig mit dem Elektrodenkopf 2 und dem Stromzuführungsstreifen 4 ausgebildet ist. Zwischen den Punkten A und B ist das Wolframblech des Dichtungsteiles 5 zu einem linsenförmigen Querschnitt geätzt. An das Ende des Dichtungsteiles 5 ist wiederum ein nach außen führender Stromzuleitungsstift 10 angeschweißt.
  • Bei einer 30 W-Quecksilberhalogenidhochdruckgasentladungslampe mit einem äußeren Durchmesser des Lampenkolbens 7 von etwa 8 mm und einer Füllung von Quecksilber, NaJ, T1J und InJ besteht der Elektrodenkopf 2 aus Wolframblech von 0,1 mm Dicke und etwa 1,1 mm Breite. Die als alleinige Angriffsfläche für den Entladungsbogen dienende längliche Stirnfläche 3 des Elektrodenkopfes 2 hat somit eine Oberfläche von etwa 0,11 mm2. Die Breite des Stromzuführungsstreifens 4 beträgt 0,3 mm. Infolge ihrer relativ großen Oberfläche ist die dargestellte Elektrode in der Lage, die durch den Entladungsbogen an einem Punkt der vorderen Stirnfläche 3 entstehende Wärme nicht nur durch Wärmeleitung, sondern vor allem durch Wärmestrahlung abzugeben, so daß keine Überhitzung der Elektrode auftreten kann.

Claims (4)

1. Hochdruck-Gasentladungslampe mit Elektroden, von denen mindestens eine einen aus Wolframblech bestehenden Elektrodenkopf aufweist, an dem im Betrieb der Lampe der Entladungsbogen angreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (2) als flache oder gebogene Platte ausgebildet ist, deren der Entladung zugewandte längliche vordere Stirnfläche (3) als alleinige Angriffsfläche für den Entladungsbogen dient.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (2) und der damit verbundene Stromzuführungsstreifen (4) aus einem Stück Wolframblech bestehen.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der im Lampenkolben (7) eingebettete Dichtungsteil (5) einstückig mit der Elektrode (2, 4) ausgebildet ist.
4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsteil (5) einen linsenförmigen Querschnitt aufweist.
EP85201901A 1984-12-08 1985-11-19 Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer aus Wolframblech bestehenden Elektrode Withdrawn EP0184876A3 (de)

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DE19843444922 DE3444922A1 (de) 1984-12-08 1984-12-08 Hochdruck-gasentladungslampe mit einer aus wolframblech bestehenden elektrode

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