EP1756853B1

EP1756853B1 - Elektrode für eine entladungslampe und entladungslampe

Info

Publication number: EP1756853B1
Application number: EP05752440A
Authority: EP
Inventors: Thomas Bittmann; Bodo Mittler
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2025-05-19
Also published as: WO2005124822A1; EP1756853A1; DE502005007626D1; DE102004028562A1; ATE435501T1; US20070228981A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Entladungslampe mit derartigen Elektroden.

I. Stand der Technik

Eine derartige Elektrode und eine Entladungslampe mit einer derartigen Elektrode sind in der US 4,700,107 offenbart, die eine Hochdruckentladungslampe mit aus Wolframblech gefertigten Elektroden, betrifft. Die Offenlegungsschrift WO 03/060947 A2 beschreibt eine zweiteilige Elektrode mit einem zylindrischen Schaft und einem zylindrischen Kopf, wobei der Schaft und der Kopf der Elektrode unterschiedliche Durchmesser aufweisen oder / und aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Diese Elektrode wird in einer Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer verwendet.
Die EP 0 892 423 A2 beschreibt eine Kurzbogen-Entladungslampe und ein Herstellverfahren für eine solche Entladungslampe, bei der ein genauer Abstand zwischen den Elektroden einstellbar ist. In dieser Lampe sind die mit den Ho-Folien verschweißten Elektrodenenden abgeflacht.
Die DE 37 16 485 C1 offenbart eine Xenon-Kurzbogen-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, in den zwei stabförmigen Elektroden ragen, deren Abstand kleiner ist als der Durchmesser des Schaftes der Kathode. Die Kathode ist mit einer kegelförmigen, stumpfwinkligen Spitze versehen. Auch hier sind die mit den Ho-Folien Verschweißten Elektrodenenden abgeflacht.
Die JP-A 05-074420 offenbart eine Entladungslampe mit Elektroden, deren Schaft flach ausgebildet ist.
Die EP 0 383 108 A1 offenbart eine Hochdruckentladungslampe für den Wechselstrombetrieb mit Elektroden, deren Kuppe so geformt ist, dass sich ein erster Kegelstumpf zu einem zweiten Kegelstumpf verjüngt, und die zur jeweiligen Einschmelzung hin auf zwei gegenüberliegenden Seiten angeschliffen sind.

II. Darstellung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Elektrode für Entladunsslampen bereitzustellen. Insbesondere soll die Elektrode ein hohe Steifigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 5 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Elektrode besitzt einen langgestreckten Schaft und einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß der Schaft abgeflacht ist, so dass seine Abmessungen quer zu seiner Längserstreckung höchstens so groß sind wie die entsprechenden Querabmessungen des Kopfes. Der abgeflachte Schaft ist besser mit anderen Metallteilen, insbesondere mit Molybdäneinschmelzungsfolien schweißbar, weil im Bereich der Abflachung eine größere Oberfläche für die Schweißverbindung verfügbar ist. Außerdem besitzt der Schaft aufgrund der vorgenannten Abmessungen pro Längeneinheit eine geringere Masse als das Kopfteil und damit auch eine entsprechend geringere Wärmekapazität, so dass von der erfindungsgemäßen Elektrode nur eine vergleichsweise geringe Energiemenge in Form von Wärme über den Schaft aus der Entladung abgeleitet wird.
Die erfindungsgemäße Elektrode ist zwecks Vereinfachung ihrer Herstellung in vorteilhafter Weise nur einseitig oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten abgeflacht. Das Abflachen der Elektrode im Bereich des Schaftes wird durch spanabhebendes Abtragen von Material vorzugsweise mittels Fräsen oder Schleifen oder durch Verdampfen von Material, vorzugsweise mittels Laser durchgeführt. Diese Verfahren haben den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Elektrode auch im Bereich von Schaft und Kopf einteilig ausgebildet werden kann und damit insbesondere keine Schweißung zwischen Schaft und Kopf erforderlich ist. Dadurch weist die erfindungsgemäße Elektrode eine im Vergleich zu einer mehrteiligen Elektrode verbesserte mechanische Stabilität auf. Um eine hohe Steifigkeit der Elektrode zu gewährleisten, ist der Übergang vom Kopf zum Schaft der erfindungsgemäßen Elektrode möglichst moderat ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Übergang mittels eines Radius ausgeführt, dessen Wert in einem Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm liegt, siehe auch die Darstellung der bevorzugten Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 1 und 4.
Die erfindungsgemäße Elektrode wird vorzugsweise als Gasentladungselektrode für Entladungslampen, insbesondere Hochdruckentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas verwendet, das mit Molybdänfolienabdichtungen versehen ist. Die Abmessung des Schafts der erfindungsgemäßen Elektrode weist entlang einer ersten, quer zur Längsrichtung der Elektrode orientierten Raumrichtung erfindungsgemäß einen Wert im Bereich von 50 µm bis 350 µm auf und besitzt entlang einer zweiten Raumrichtung, die quer zur Längsrichtung der Elektrode und senkrecht zur ersten Raumrichtung orientiert ist, einen Wert im Bereich von 200 µm bis 450 µm. Derartige Elektroden sind geeignet zur Verwendung in Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen für Kraftfahrzeugscheinwerfer verwenden, die eine vergleichsweise geringe Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt besitzen. Die erfindungsgemäße Elektrode besteht aus Wolfram, einer Wolframlegierung oder aus mit Dotierstoffen versehenem Wolfram, um den hohen Temperaturen einer Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe standhalten zu können. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die erfindungsgemäße Elektrode vorzugsweise als Stiftelektrode ausgebildet. Der Kopf der Elektrode kann mit einer Wendel versehen sein, um die Wärmekapazität des Kopfes zu erhöhen. Der gesamte Schaft oder ein Abschnitt des Schaftes der erfindungsgemäßen Elektrode kann mit Ruthenium beschichtet sein, um in dem Bereich des Entladungsgefäßes, in dem der Schaft der Elektrode in dem Entladungsgefäßmaterial eng eingebettet ist, die Gefahr des Auftretens von Rissen oder Sprüngen zu reduzieren.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: Eine Seitenansicht einer Elektrode gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und eine damit verschweißte Molybdänfolie in schematischer Darstellung
Figur 2: Eine zweite Seitenansicht der in Figur 1 abgebildeten Elektrode und Molybdänfolie in einer gegenüber Figur 1 um einen Winkel von 90 Grad um die Längsachse der Elektrode gedrehten Ansicht
Figur 3: Eine Draufsicht auf die Stirnseite des Schaftes der in Figur 1 dargestellten Elektrode
Figur 4: Eine Seitenansicht einer Elektrode gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung und eine damit verschweißte Molybdänfolie in schematischer Darstellung
Figur 5: Eine zweite Seitenansicht der in Figur 4 abgebildeten Elektrode und Molybdänfolie in einer gegenüber Figur 4 um einen Winkel von 90 Grad um die Längsachse der Elektrode gedrehten Ansicht
Figur 6: Eine Seitenansicht einer Elektrode gemäß eines dritten Ausfürungsbeispiels der Erfindung in schematischer Darstellung
Figur 7: Eine Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe mit den erfindungsgemäßen Elektroden

Die in den Figuren 1 bis 6 schematisch dargestellten Elektroden gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind für den Einsatz in der in Figur 7 schematisch abgebildeten Halogen-Metalldampf Hochdruckentladungslampe vorgesehen.
Die Elektrode 11 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist als einteiliger Stift bzw. Stab ausgebildet und besteht aus Wolfram, das gegebenenfalls geringe Mengen der üblichen Dotierstoffe aufweisen kann, die entweder für die Verarbeitung des Wolframs zu Stäben vorteilhaft sind, oder die, wie im Fall von beispielsweise Thoriumoxid, die Zündwilligkeit der Hochdruckentladungslampe verbessern. Die Elektrode 11 weist einen Schaft 11a und einen Kopf 11b auf. Der Kopf 11b ist kreiszylindrisch ausgebildet. Er besitzt einen Durchmesser von 0,35 mm. Seine Länge beträgt 1,2 mm. Der Schaft 11a besitzt eine Länge von 6,3 mm, so dass die Gesamtlänge der einteiligen Elektrode 11 insgesamt 7,5 mm misst. Der Schaft 11a ist mit einer Molybdänfolie 103 verschweißt, die zur Abdichtung des Entladungsgefäßes 10 der in Figur 7 abgebildeten Hochdruckentladungslampe dient. Der Schaft 11a ist an zwei einander gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ausgebildet, so dass seine Querabmessung senkrecht zur Molybdänfolie 103 nur 0,20 mm beträgt und damit geringer als der Durchmesser des Kopfes 11b ist. Die Querabmessung des Schafts 11a parallel zur Molybdänfolie 103 beträgt 0,35 mm stimmt damit mit dem Durchmesser des Kopfes 11b überein. Zur Herstellung der Elektrode 11 wird ein Wolframstab verwendet, dessen Querabmessung im Bereich des Schafts 11 a durch zweiseitigen mechanischen Materialabtrag, vorzugsweise mittels Fräsen oder Schleifen, auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Dadurch besitzt die Elektrode 11 im Bereich des Schafts 11 a einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt. Die durch das Abflachen entstandenen Oberflächen des Schaftes 11a eignen sich besonders gut zum Verschweißen mit der Molybdänfolie 103.
Eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses der erfindungsgemäßen Elektroden kann dadurch erreicht werden, dass die Elektrode im Bereich des Schafts statt zweiseitig nur einseitig abgeflacht wird, wie bei dem zweiten Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung und in den Figuren 4 und 5 offenbart ist: Die Elektrode 11' gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels besteht ebenfalls aus Wolfram und besitzt eine Gesamtlänge von 7,5 mm. Ihr kreiszylindrischer Kopf 11b' besitzt einen Durchmesser von 0,35 mm und eine Länge von 1,0 mm. Der Schaft 11a' besitzt eine Länge von 7,5 mm und seine Querabmessung senkrecht zu der Molybdänfolie 103 beträgt 0,20 mm, während seine Querabmessung parallel zur Molybdänfolie 103 mit dem Durchmesser des Kopfes 11b' übereinstimmt. Die Elektrode 11' ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ebenfalls aus einem kreiszylindrischen Stift bzw. Stab mit einem einheitlichen Durchmesser von 0,35 mm gefertigt. Die durch das Abflachen der Elektrode 11' im Bereich des Schaftes 11a' entstandene Oberfläche des Schaftes 11a' ist mit der Molybdänfolie 103 verschweißt, die zur Abdichtung des Entladungsgefäßes 10 der in Figur 7 abgebildeten Hochdruckentladungslampe dient. Der Schaft 11 a' der Elektrode 11' besitzt im Querschnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung aufgrund des einseitigen Abflachens einen Umriss, der durch ein Kreissegment und eine als Kreissehne ausgebildete Strecke definiert ist, wie in Figur 5 schematisch dargestellt ist.
Die Elektrode 11" gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht aus einem zweiseitig abgeflachten Wolframstab 11a" und einer Wolframwendel 11 b", die auf ein Ende des Wolframstabs 11a" aufgefädelt ist und den Kopf 11b" der Elektrode 11" bildet. Die Querabmessung des Wolframstabs 11a" senkrecht zu seinen durch das Abflachen entstandenen Oberflächen beträgt 0.20 mm. Seine Querabmessung parallel zu diesen Oberflächen beträgt 0,35 mm. Der Wolframstab 11a" besitzt senkrecht zu seiner Längserstreckung einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt. Das mit der Wendel 11b" ausgestattete Ende der Elektrode 11" bildet nach ihrer Montage im Entladungsgefäß 10 der Hochdruckentladungslampe das entladungsseitige Ende der Elektrode 11". Eine der durch das Abflachen entstandenen Oberflächen des Wolframstabs 11a" ist nach der Montage der Elektrode 11" mit der Molybdänfolie 103 verschweißt.
Die in Figur 7 abgebildete und unten näher beschriebene Hochdruckentladungslampe besitzt zwei identische Elektroden, die einem der oben näher beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Elektroden 11, 11' oder 11'' entsprechen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 30 aus Quarzglas mit einem Volumen von 24 mm³, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist die Innenkontur des Entladungsgefäßes 30 kreiszylindrisch und seine Außenkontur ellipsoidförmig ausgebildet. Der Innendurchmesser des Entladungsraumes 106 beträgt 2,6 mm und sein Außendurchmesser beträgt 6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer darin eingeschmolzenen oder eingequetschten Molybdänfolie 103, 104 abgedichtet. Die Molybdänfolien 103, 104 besitzen jeweils eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 µm. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 befinden sich zwei gleichartige Elektroden 11, 12, die entsprechend des oben erläuterten ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels der Elektroden 11, 11' oder 11" ausgebildet sind und zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet.
Der Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,1 mm. Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der Molybdänfolien 103, 104 und über die sockelferne Stromzuführung 13 bzw. über die sockelseitige Stromrückführung 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Der Überlapp B zwischen der Elektrode 11 und der mit ihr verbundenen Molybdänfolie 103 beträgt 1,3 mm ± 0,15 mm. Das Entladungsgefäß 10 wird von einem Außenkolben 16 umhüllt, der aus Quarzglas oder Hartglas besteht. Das Quarzglas oder Hartglas des Außenkolbens 16 ist mit den üblichen UV-Strahlung absorbierenden Zusätzen versehen. Der Außenkolben 16 besitzt einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Der Außendurchmesser des Außenkolbens 16 beträgt 9 mm und seine Wandstärke 0,9 mm. Das Entladungsgefäß 10 weist sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft. Die Elektroden 11, 12, die Molybdänfolien 103, 104 und bzw. oder Stromzuführungen 13, 14 können im Bereich der abgedichteten Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 mit Ruthenium beschichtet sein.
Die in dem Entladungsgefäß eingeschlossene ionisierbare Füllung besteht aus Xenon mit einem Kaltfülldruck von 11800 hPa, 0,25 mg Natriumjodid, 0,18 mg Scandiumjodid, 0,03 mg Zinkjodid und 0,0024 mg Indiumjodid. Die Brennspannung U der Lampe beträgt 45 Volt. Ihre Farbtemperatur beträgt 4000 Kelvin, ihr Farbort liegt in der Normfarbtafel nach DIN 5033 bei den Farbkoordinaten x=0,383 und y=0,389. Ihr Farbwiedergabeindex beträgt 65 und ihre Lichtausbeute beträgt 90 lm/W.

Claims

Elektrode für eine Entladungslampe mit einem langgestreckten Schaft (11a) und einem Kopf (11b), der an einem Ende des Schafts (11a) angeordnet ist, wobei die Elektrode zumindest im Bereich von Schaft (11a) und Kopf (11b) einteilig ausgebildet ist und aus Wolfram, einer Wolframlegierung oder aus mit Dotierstoffen versehenem Wolfram besteht, und wobei der Schaft (11a) abgeflacht ist, so dass seine Abmessungen quer zu seiner Längserstreckung höchstens so groß sind wie die entsprechenden Querabmessungen des Kopfes (11b) und die Abmessung des Schafts (11a) entlang einer ersten, quer zur Längsrichtung der Elektrode (11) orientierten Raumrichtung einen Wert im Bereich von 50 Mikrometer bis 350 Mikrometer besitzt und entlang einer zweiten Raumrichtung, die quer zur Längsrichtung der Elektrode (11) und senkrecht zur ersten Raumrichtung orientiert ist, einen Wert im Bereich von 200 Mikrometer bis 450 Mikrometer besitzt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom Kopf (11b) zum Schaft (11a) mittels eines Radius ausgeführt ist, dessen Wert im Bereich von 0,3 Millimeter bis 0,5 Millimeter liegt.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (11a') einseitig abgeflacht ist.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (11a) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ist.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Schafts mit einer Beschichtung versehen ist, die Ruthenium enthält.
Entladungslampe mit mindestens einer Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4.
Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (10) aus Quarzglas besteht und mindestens eine Molybdänfolienabdichtung aufweist, wobei der Schaft (11a) der mindestens einen Elektrode (11) mit einer Molybdänfolie (103) der mindestens einen Molybdänfolienabdichtung verbunden ist.