EP1987531A1 - Hochdruckentladungslampe mit keramischem entladungsgefäss - Google Patents

Hochdruckentladungslampe mit keramischem entladungsgefäss

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EP1987531A1
EP1987531A1 EP07726370A EP07726370A EP1987531A1 EP 1987531 A1 EP1987531 A1 EP 1987531A1 EP 07726370 A EP07726370 A EP 07726370A EP 07726370 A EP07726370 A EP 07726370A EP 1987531 A1 EP1987531 A1 EP 1987531A1
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EP
European Patent Office
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diameter
electrode
discharge lamp
pressure discharge
capillary
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EP07726370A
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French (fr)
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EP1987531B1 (de
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Dieter Trypke
Wolfram Graser
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
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    • H01J61/0735—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors

Definitions

  • the invention is based on a high-pressure discharge lamp with a ceramic discharge vessel according to the preamble of claim 1. It can be high-pressure discharge lamps, as used in particular for general lighting.
  • the invention describes an electrode system for HID alternating current lamps, consisting of a W electrode, which consists of a rotationally symmetrical body and is divided into two parts with different diameters, such as a feedthrough attached thereto, which is arranged in a capillary ,
  • the invention reduces the dead volume in the capillary very reliably and with high accuracy.
  • there is a welded joint between the electrode and the bushing This is brought to an uncritical temperature by the length of the electrode, which projects far into the capillary. This reduces the risk of the electrode breaking off or kinking due to temperature influences.
  • a high-pressure discharge lamp with a ceramic discharge vessel in which two electrodes and a light-emitting filling are contained, wherein at the ends of the discharge vessel capillaries sit, in which passages are sealed, which are each connected to an electrode made of tungsten.
  • the electrode is pin-shaped and made up of two parts of different diameter, wherein the first part with a given diameter D1 forms the electrode tip and the second part with a diameter D2 sits in the capillary, wherein the diameter D2 of the second part at least 108% of the diameter of the first part, the total length L of the electrode being divided between the first part with a part length L1 and the second part with a part length L2, that L2 is about 30 to 70% of the total length L, and the beginning of the maximum diameter D2 coincides with the beginning of the capillary or deviates from it by a maximum of 10% of the length L.
  • the diameter D2 of the second part is at least 95% of the inner diameter ID of the capillary, so that the dead volume is minimized.
  • the second part is connected to the passage through a weld. It is also recommended that the diameter of the bushing be at least 10% exactly the diameter of the second part.
  • the transition between D1 and D2 can be made abruptly by means of a step, but it can also be beveled, so that a gradual transition arises.
  • the diameter D2 should make up to a maximum of 150% of D1, otherwise there will be too much waste.
  • Optimum thermal management can be achieved by providing additional thickening on the first part near the tip. These may be an integral head, or even a coil, which is pushed onto the first part. preferred is the integral head, since it can be easily made in one operation, which reduces the waste.
  • the maximum diameter of the head is therefore the same as that of the second part.
  • the heat capacity can be adjusted over the length of the head.
  • the diameter of the head, D3, may be between D1 and D2.
  • the electrode and the electrode system is used for high-pressure discharge lamps, the filling of which contains metal halides.
  • the ratio of the diameters of the first and second parts of the electrode must now be set very precisely and adjusted in particular so that the second part is closely matched to the inner diameter of the capillary.
  • the values should be between 1, 3 and 1, 6.
  • a typical value is a factor of 1, 4.
  • an electrode head which in particular by a coil, a sleeve or massive thickening, as known per se, can be realized. But he can also be a pin without thickening.
  • the plasma-facing portion of the electrode requirements are different from the larger diameter of the rear second, the melting facing part.
  • the electrode is preferably made of tungsten or similar refractory material, especially a high tungsten compound.
  • the front the plasma-facing first part of the W electrode to dissipate just enough heat that the temperature of the electrode tip on the one hand is not so high that unnecessarily high evaporation of tungsten, on the other hand, the heat dissipation should not be so large that in the cathode phase (AC operation) sputtering occurs.
  • AC operation cathode phase
  • the optimum diameter of the rear part namely the melting of the facing shaft portion of the electrode
  • other criteria apply.
  • the optimum diameter is mainly due to the availability of the stem part with the cerium-, molybdenum-, Nb (Zr) - u./o. further conceivable Kapillar be arrangementsbaumaschineer determined in the direction Glasloteinschmelzung. These requirements set an optimum - A -
  • the diameter of the second part It is determined by the condition that the ratio between capillary feedthrough and electrode shank portion is preferably between 0.5 and 1.0, including limits.
  • Electrodes for discharge lamps according to the invention are made of high temperature resistant metal.
  • Tungsten, molybdenum, tantalum, rhenium or alloys thereof are particularly suitable, but also carbides of these metals, in particular tantalum carbide (TaC).
  • the electrodes are made of blanks of appropriate dimensions by turning, grinding, drilling, etching, etc. Particular preference is given to a charging process as described in DE 42 06 002.
  • deformation work is additionally introduced by suitable manufacturing processes, such as rolling and hammering, in order to increase the structural stability of the electrode materials.
  • the electrode materials used are now high-temperature-resistant metals, e.g. W, Ta, Mo, Re or their alloys, some of which are additionally doped in order to increase the microstructural stability of the materials.
  • the doping for microstructure stabilization is carried out with elements such as e.g.
  • one-piece electrodes in particular made of tungsten, are produced, wherein the complex contour may have a rear part as a second part, which is cylindrical, and a front part as a first part, which may have a head.
  • the temperature at the junction is not more than 1500 K, more preferably not more than 1300 K.
  • the result is then a kinking of the W electrode at the connection point, which is usually a weld. If the W electrode touches the inner wall of the capillary, cracks in the capillary occur, through which the filling escapes from the discharge vessel. This shortens the life and the lamp goes out.
  • the different requirements for the two parts of the W electrode are now best met by the fact that the electrode is integral and that the Wo- rammaterial in the front first part of the W electrode is removed. This is best done by mechanical, chemical or thermo-mechanical methods such as laser ablation.
  • the present application also relates to a high-pressure discharge lamp with such an electrode, in particular with metal halide filling, as is known from the type already known from EP-A 1 056 115.
  • the diameter of the second part should therefore be adapted to the inner diameter of the capillary as well as possible and so fill the dead volume.
  • the end of the electrode can be laid as far back as possible into the capillary, up to 70% of the total length L of the electrode.
  • FIG. 1 shows a metal halide lamp with a ceramic discharge vessel
  • FIGS. 3 to 4 each show a further exemplary embodiment of an electrode in detail
  • FIG. 5 shows the end region of the lamp of FIG. 1 with electrode system in detail
  • Figure 6 shows another embodiment of an electrode system.
  • FIG. 1 schematically shows a metal halide lamp with a power of 150 W. It consists of a lamp axis defining cylindrical outer bulb 1 made of quartz glass, which is squeezed on two sides (2) and socketed (3). Of course, the lamp can also be closed on one side and be provided, for example, with a screw base.
  • the axially arranged discharge vessel 4 made of Al 2 O 3 ceramic has a cylindrical or bulbous shape and has two ends 6. It is held in the outer bulb 1 by means of two current supply lines 7, which are connected to the base parts 3 via foils 8.
  • the power supply lines 7 are welded to bushings 9, which are each fitted in an end plug at the end 6 of the discharge vessel.
  • the end plug is designed as a long capillary tube 12 (plug capillary).
  • the end 6 of the discharge vessel and the stopper capillary 12 are, for example, directly sintered together.
  • At the feedthrough sits an electrode 15 on the discharge side.
  • the passage 9 is in each case designed as a multi-part pin and projects into about three quarters of the length of the capillary tube 12 into this.
  • a two-part electrode shaft 16 made of tungsten extends within the capillary tube 12 towards the discharge volume and has a helix 17 which is pushed onto the discharge-side end.
  • the filling of the discharge vessel is in addition to an inert ignition gas, such as argon, from mercury and additives to metal halides. It is also possible, for example, the use of a metal halide filling without mercury, wherein As ignition gas, for example xenon and in particular a high pressure, well above 1, 3 bar, can be selected.
  • ignition gas for example xenon and in particular a high pressure, well above 1, 3 bar, can be selected.
  • the pin 9 is inserted into the stopper capillary 12 and sealed by means of glass solder 19.
  • an electrode 15 is shown in detail. It is important that the electrode is an integral component.
  • the diameter of the front part 25 is D1 and the diameter of the rear part 26 is D2.
  • the total length of the electrode is L.
  • the length of the first part 25 is L1 and the length of the second part 26 is L2.
  • the transition between the two parts is a step 27.
  • Fig. 3 there is shown an electrode 15 in which the first part 25 has a head 28 which is also made integral. Its diameter is D3, its length is L3. where D1 ⁇ D3 ⁇ D2.
  • FIG. 4 shows an electrode 30 in which the head is a separate coil 31. It is further shown that between the first part 25 and the second part 26, a slope 33 is used as a transition.
  • the electrode system 35 is shown in detail in the plug 36.
  • a passage 9 is a pin, for example, as shown in Figure 6, a two-piece pin, the first part near discharge 38 is a cermet of Mo and Al 2 O 3 , and the second part 39 of niobium or NbZr or MoV is.
  • the lead-through may also be partially encased by a helix.
  • the second part 26 of the electrode has approximately the same diameter as the pin and is welded thereto. This is followed by the discharge side of the first part 25, whose diameter is significantly smaller, both parts are made of one piece.
  • the first part may be pin-shaped, or may have a solid part or a coil as the head.
  • the diameter of the second part should preferably be at least 10%, at most 60% greater than the diameter of the first part.
  • the minimum value applies in particular if the electrode is pin-shaped.
  • the step 27 between the two parts should coincide approximately with the end of the capillary.
  • the mismatch A should be less than 10% of the length L.
  • a typical safe value for A is 1 mm.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an electrode system in the capillary. It is preferred that the diameter D2 of the second part 26 of the electrode is between 120 and 140% of the diameter D1 of the first part 25.
  • the diameter D2 of the second part should preferably approach as close as possible to the inner diameter ID of the capillary. It should be at least 95%, preferably at least 98% thereof.
  • the second part of the electrode approximately flush or slightly recessed or be prominent, so for example, be used in a depth A up to 1 mm, in the capillary.
  • connection point 40 is located as deep as possible in the capillary for implementation. It should have a depth T of for example 3 to 6 mm, this value also depends on the Wattage of the lamp.
  • the bushing is made up of two parts, namely a cerium as an inner part and a niobium pin as a further outer part. Both parts of the bushing preferably have approximately the same diameter as the second part of the electrode and should deviate a maximum of 10% thereof. Thus, the dead volume is minimized throughout.
  • welding but also mechanical fitting into a groove, etc. come into question as a joining technique between the second part and the implementation. However, a weld is preferred because it provides the safest hold.

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Abstract

Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäss, in dem zwei Elektroden und eine lichtgebende Füllung enthalten sind, wobei an den Enden des Entladungsgefässes Kapillaren sitzen, in denen Durchführungen abgedichtet sind, die jeweils mit einer Elektrode (15) aus Wolfram verbunden sind. Die Elektrode (15) ist stiftförmig und aus zwei Teilen (25, 26) mit unterschiedlichem Durchmesser integral zusammengesetzt, wobei der erste Teil (25) mit einem gegebenen Durchmesser D1 die Elektrodenspitze bildet, der zweite Teil (26) mit einem Durchmesser D2 in der Kapillare sitzt und der Durchmesser D2 des zweiten Teils mindestens 108% des Durchmessers D1 des ersten Teils ausmacht. Die Gesamtlänge L der Elektrode (15) ist zwischen dem ersten Teil (25) mit einer Teillänge Ll und dem zweiten Teil (26) mit einer Teillänge L2 so aufgeteilt, dass L2 etwa 30 bis 70% der Gesamtlänge L ausmacht, wobei der Beginn des maximalen Durchmessers D2 mit dem Beginn der Kapillare zusammenfällt oder davon maximal um 10% der Länge L abweicht.

Description

Titel : Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es kann sich dabei um Hochdruck-Entladungslampen handeln, wie sie insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung verwendet werden.
Stand der Technik
Aus der EP-B 639 853 ist eine Metallhalogenidlampe bekannt, bei der das Totvolumen im keramischen Entladungsgefäß, das eine Kapillare zur Aufnahme der Durchführung besitzt, dadurch reduziert wird, dass eine Elektrode aus Wolfram einen sehr langen Schaft besitzt, der bis in die Kapillare reicht. Dabei ist der relativ dünne Schaft mit einer Hülse ummantelt, die dem Innendurchmesser der Kapillare ange- passt ist.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der die Gefahr einer Beschädigung der Elektrode minimiert ist. Außerdem ist eine Verlängerung der Lebensdauer erwünscht.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung beschreibt ein Elektrodensystem für HID-Wechselstrom-Lampen, bestehend aus einer W-Elektrode, die aus einem rotationssymmetrischen Körper be- steht und in zwei Teile mit unterschiedlichem Durchmesser gegliedert ist, so wie einer daran angesetzten Durchführung, die in einer Kapillare angeordnet ist. Die Erfindung reduziert das Totvolumen in der Kapillare sehr zuverlässig und mit hoher Genauigkeit. Bevorzugt besteht zwischen der Elektrode und der Durchführung eine Schweißverbindung. Diese wird durch die Länge der Elektrode, die weit in die Kapillare hineinragt auf eine unkritische Temperatur gebracht. Dadurch wird die Gefahr eines Abbruchs bzw. Abknickens der Elektrode aufgrund von Temperatureinflüssen redu- ziert.
Im einzelnen wird erfindungsgemäß eine Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß beschrieben, in dem zwei Elektroden und eine lichtgebende Füllung enthalten sind, wobei an den Enden des Entladungsgefäßes Kapillaren sitzen, in denen Durchführungen abgedichtet sind, die jeweils mit einer Elektrode aus Wolfram verbunden sind. Dabei ist die Elektrode stiftförmig und aus zwei Teilen mit unterschiedlichem Durchmesser integral zusammengesetzt, wobei der erste Teil mit einem gegebenen Durchmesser D1 die Elektrodenspitze bildet und der zweite Teil mit einem Durchmesser D2 in der Kapillare sitzt, wobei der Durchmesser D2 des zweiten Teils mindestens 108 % des Durchmessers des ersten Teils ausmacht, wobei die Gesamtlänge L der Elektrode so zwischen dem ersten Teil mit einer Teillänge L1 und dem zweiten Teil mit einer Teillänge L2 aufgeteilt ist, dass L2 etwa 30 bis 70 % der Gesamtlänge L ausmacht, und wobei der Beginn des maximalen Durchmessers D2 mit dem Beginn der Kapillare zusammenfällt oder maximal davon um 10 % der Länge L abweicht.
Bevorzugt beträgt der Durchmesser D2 des zweiten Teils mindestens 95 % des Innendurchmessers ID der Kapillare, so dass das Totvolumen minimiert ist.
Insbesondere ist der zweite Teil mit der Durchführung durch eine Schweißung verbunden. Weiter empfiehlt sich, dass der Durchmesser der Durchführung auf mindestens 10 % genau dem Durchmesser des zweiten Teils entspricht.
Dabei kann der Übergang zwischen D1 und D2 sprunghaft mittels einer Stufe erfolgen, er kann jedoch auch abgeschrägt sein, so dass ein allmählicher Übergang entsteht.
Da die Elektrode aus einem Stück gefertigt ist, sollte der Durchmesser D2 maximal 150 % von D1 ausmachen, da sonst zuviel Abfall entsteht.
Eine optimales Wärmemanagement kann dadurch erzielt werden, dass auf dem ersten Teil in der Nähe der Spitze eine zusätzliche Verdickung angebracht ist. diese kann eine integraler Kopf sein, oder auch eine Wendel, die auf den ersten Teil aufgeschoben ist. bevorzugt ist der integrale Kopf, da er leicht in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann, was den Abfall vermindert. Bevorzugt ist der maximale Durchmesser des Kopfs also gleich wie der des zweiten Teils. Die Wärmekapazität kann über die Länge des Kopfs eingestellt werden. Alternativ kann der Durchmesser des Kopfs, D3, zwischen D1 und D2 liegen.
Bevorzugt wird die Elektrode und das Elektrodensystem für Hochdruckentladungs- Lampen verwendet, deren Füllung Metallhalogenide enthält.
Vorteilhaft last sich jetzt das Verhältnis der Durchmesser des ersten und zweiten Teils der Elektrode sehr genau einstellen und insbesondere so einstellen, dass das zweite Teil dem Innendurchmesser der Kapillare eng angepasst ist. Insbesondere sollten die Werte zwischen 1 ,3 und 1 ,6 liegen. Ein typischer Wert ist ein Faktor 1 ,4.
Am ersten Teil sitzt häufig ein Elektrodenkopf, der insbesondere auch durch eine Wendel, eine Hülse oder massive Verdickung, wie an sich bekannt, realisiert sein kann. Er kann aber auch ein Stift ohne Verdickung sein.
An den Durchmesser des ersten, dem Plasma zugewandten Teils der Elektrode werden andere Anforderungen gestellt als an den größeren Durchmesser des hinteren zweiten, der Einschmelzung zugewandten Teil. Die Elektrode ist bevorzugt aus Wolfram oder ähnlich hochschmelzendem Material hergestellt, insbesondere einer hoch Wolfram enthaltenden Verbindung.
Der vordere, dem Plasma zugewandte erste Teil der W-Elektrode soll gerade soviel Wärme abführen, dass die Temperatur der Elektrodenspitze einerseits nicht so hoch ist, dass unnötig hohe Abdampfung von Wolfram erfolgt, andererseits soll die Wärmeabfuhr nicht so groß sein, dass in der Katodenphase (AC-Betrieb) Sputtern auf- tritt. Diese Anforderungen legen ein Optimum des Durchmessers der W- Elektrodenspitze im vorderen Teil fest.
Für den optimalen Durchmesser des hinteren Teils, nämlich des der Einschmelzung zugewandten Schaftteils der Elektrode gelten andere Kriterien. Der optimale Durchmesser wird hauptsächlich durch die Fügbarkeit des Schaftteils mit den Cer- met-, Molybdän-, Nb(Zr)- u./o. weitere denkbare Kapillardurchführungsbauteile in Richtung Glasloteinschmelzung bestimmt. Diese Anforderungen legen ein Optimum - A -
des Durchmessers des zweiten Teils fest. Er ist bestimmt durch die Bedingung, dass das Verhältnis zwischen Kapillardurchführung und Elektrodenschaftteil bevorzugt zwischen 0,5 und 1 ,0 liegt, Grenzwerte eingeschlossen.
Erfindungsgemäße Elektroden für Entladungslampen sind aus hochtemperaturbe- ständigem Metall gefertigt. Geeignet ist insbesondere Wolfram, Molybdän, Tantal, Rhenium oder Legierungen derselben, aber auch Carbide dieser Metalle, insbesondere Tantalcarbid (TaC).
Die Elektroden werden aus Rohlingen mit entsprechenden Abmessungen durch Drehen, Schleifen, Bohren, Ätzen etc. hergestellt. Besonders bevorzugt ist ein La- serverfahren wie in DE 42 06 002 beschrieben. Gegebenenfalls wird durch geeignete Fertigungsprozesse wie Walzen und Hämmern noch zusätzlich Verformungsarbeit eingebracht, um die Gefügestabilität der Elektrodenmaterialien zu erhöhen. Als Elektrodenmaterialien dienen jetzt hochtemperaturfeste Metalle, wie z.B. W, Ta, Mo, Re bzw. deren Legierungen, die teilweise zusätzlich dotiert sind, um die Gefügesta- bilität der Materialien zu erhöhen. Vorzugsweise erfolgt die Dotierung zur Gefügestabilisierung mit Elementen wie z.B. K, AI und Si und zusätzlich mit Oxiden, Karbiden, Boriden, Nitriden und/oder den reinen Metallen (bzw. deren Legierungen) von Seltenerdelementen, der Lanthanoide, der Actinoide, wie z.B. La, Ce, Pr, Nd, Eu, Th, aber auch Sc, Ti, Y, Zr, Hf. Sie dienen nicht nur zur Gefügestabilisierung, son- dem auch zur Senkung der Elektronenaustrittsarbeit.
In einer besonders bevorzugten ersten Ausführungsform werden einstückige Elektroden, insbesondere aus Wolfram, hergestellt, wobei die komplexe Kontur ein hinteres Schaftteil als zweites Teil, das zylindrisch ist, sowie ein Frontstück als erstes Teil besitzen kann, das einen Kopf aufweisen kann.
Es lassen sich hochdichte Körper mit typisch 98 % (sogar bis zu mehr als 99 %) der theoretischen Dichte erzeugen.
Damit wird insbesondere eine Optimierung des Wärmeflussverhaltens von Elektroden erreicht. Die Bearbeitung ist hier oft rein mechanisch durch spanende Werkzeuge. Bisher musste für derartige Elektroden ein Abfall von bis zu etwa 60 % in Kauf genommen werden. Hier kann jedoch günstig eine Lasersublimationsverfahren angewendet werden, das auf den Vorgaben der DE-A 42 06 002 basiert. Insbesondere kann die Schaftlänge der W-Elektrode jetzt völlig variabel ausgelegt werden. Bekannt ist bisher das Problem, dass die Verbindungsstelle zwischen den früher verwendeten zwei Teilen, die in der Regel eine Schweißung ist, bei zu großer Nähe zur Entladung im Lampenbetrieb thermisch überlastet wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Verbindung von W-Elektrode zur Durchführung zu nahe an das Ende der Kapillare in Richtung Entladungsvolumen gelegt wird. Bevorzugt ist bisher darauf zu achten, dass die Temperatur an der Verbindungsstelle nicht über 1500 K liegt, besonders bevorzugt nicht über 1300 K. Die Folge ist dann ein Abknicken der W-Elektrode an der Verbindungsstelle, die in aller Regel eine Schweißung ist. Be- rührt die W-Elektrode die Innenwand der Kapillare treten Risse in der Kapillare auf, durch die die Füllung aus dem Entladungsgefäß entweicht. Dies verkürzt die Lebensdauer, und die Lampe verlöscht.
Die unterschiedlichen Anforderungen an die beiden Teile der W-Elektrode werden jetzt am besten dadurch erfüllt, dass die Elektrode integral ist und dass das WoIf- rammaterial im vorderen ersten Teil der W-Elektrode abgetragen wird. Dies geschieht am besten durch mechanische, chemische oder thermo-mechanische Methoden wie Laserabtragung.
Die vorliegenden Anmeldung bezieht sich auch auf eine Hochdruckentladungslampe mit einer derartigen Elektrode, insbesondere mit Metallhalogenidfüllung, wie sie vom Typus her schon aus der EP-A 1 056 115 bekannt ist.
Verlängert man die Elektrode in die Kapillare hinein ohne den Durchmesser des zweiten Teils zu vergrößern, entsteht ein sehr großes Totvolumen mit den bekannten negativen Folgen. Dieses Totvolumen führt gewöhnlich zu größeren Farbtemperaturstreuungen, die wiederum nur durch eine Füllmengenanhebung kompensiert werden kann. Eine Füllmengenanhebung hat wiederum einen Anstieg der Wieder- zündspitzenspannung zur Folge. Dadurch nimmt die Gefahr eines frühzeitigen Ver- löschens der Lampe zu.
Der Durchmesser des zweiten Teils soll daher dem Innendurchmesser der Kapillare möglichst gut angepasst sein und so das Totvolumen ausfüllen. Das Ende der E- lektrode kann möglichst weit nach hinten in die Kapillare verlegt werden, bis zu 70 % der Gesamtlänge L der Elektrode. Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß;
Figur 2 eine Elektrode gemäß der Erfindung im Detail; Figur 3 - 4 je ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrode im Detail;
Figur 5 den Endbereich der Lampe der Figur 1 mit Elektrodensystem im Detail;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Elektrodensystems.
Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist schematisch eine Metallhalogenidlampe mit einer Leistung von 150 W dargestellt. Sie besteht aus einem eine Lampenachse definierenden zylindrischen Außenkolben 1 aus Quarzglas, der zweiseitig gequetscht (2) und gesockelt (3) ist. Selbstverständlich kann die Lampe auch einseitig verschlossen und beispielsweise mit einem Schraubsockel versehen sein. Das axial angeordnete Entladungsgefäß 4 aus AI2O3-Keramik ist zylindrisch oder bauchig geformt und besitzt zwei Enden 6. Es ist mittels zweier Stromzuführungen 7, die mit den Sockelteilen 3 über Folien 8 ver- bunden sind, im Außenkolben 1 gehaltert. Die Stromzuführungen 7 sind mit Durchführungen 9 verschweißt, die jeweils in einem Endstopfen am Ende 6 des Entladungsgefäßes eingepasst sind. Der Endstopfen ist als ein langgezogenes Kapillarrohr 12 (Stopfenkapillare) ausgeführt. Das Ende 6 des Entladungsgefäßes und die Stopfenkapillare 12 sind beispielsweise miteinander direkt versintert. An der Durch- führung sitzt entladungsseitig eine Elektrode 15.
Die Durchführung 9 ist jeweils als mehrteiliger Stift ausgeführt und ragt bis etwa drei Viertel der Länge des Kapillarrohrs 12 in dieses hinein. Daran erstreckt sich innerhalb des Kapillarrohrs 12 zum Entladungsvolumen hin ein zweiteiliger Elektrodenschaft 16 aus Wolfram mit einer am entladungsseitigen Ende aufgeschobenen Wendel 17.
Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht neben einem inerten Zündgas, z.B. Argon, aus Quecksilber und Zusätzen an Metallhalogeniden. Möglich ist beispielsweise auch die Verwendung einer Metallhalogenid-Füllung ohne Quecksilber, wobei als Zündgas beispielsweise Xenon und insbesondere ein hoher Druck, deutlich über 1 ,3 bar, gewählt werden kann.
Der Stift 9 ist in die Stopfenkapillare 12 eingesetzt und mittels Glaslot 19 abgedichtet.
In Figur 2 ist eine Elektrode 15 im Detail gezeigt. Wichtig ist, dass die Elektrode ein integrales Bauteil ist. Der Durchmesser des vorderen Teils 25 ist D1 und der Durchmesser des hinteren Teils 26 ist D2. Die Gesamtlänge der Elektrode ist L. Die Länge des ersten Teils 25 ist L1 und die Länge des zweiten Teils 26 ist L2. Der Ll- bergang zwischen beiden Teilen ist eine Stufe 27.
In Figur 3 ist eine Elektrode 15 gezeigt, bei der der erste Teil 25 einen Kopf 28 besitzt, der ebenfalls integral hergestellt ist. Sein Durchmesser ist D3, seine Länge ist L3. dabei ist D1 < D3 < D2.
In Figur 4 ist eine Elektrode 30 gezeigt, bei der der Kopf eine separate Wendel 31 ist. Weiter ist gezeigt, dass zwischen erstem Teil 25 und zweitem Teil 26 eine Schräge 33 als Übergang verwendet wird.
In Fig. 5 ist das Elektrodensystem 35 im Detail im Stopfen 36 gezeigt. Als Durchführung 9 dient ein Stift, beispielsweise auch wie in Figur 6 gezeigt ein zweiteiliger Stift, dessen erster entladungsnaher Teil 38 ein Cermet aus Mo und AI2O3 ist, und dessen zweiter Teil 39 aus Niob oder auch NbZr oder auch MoV besteht. Die Durchfüh- rung kann beispielsweise auch teilweise von einer Wendel ummantelt sein. Der zweite Teil 26 der Elektrode hat etwa den gleichen Durchmesser wie der Stift und ist mit diesem verschweißt. Daran schließt sich entladungsseitig der erste Teil 25 an, dessen Durchmesser deutlich kleiner ist, wobei beide Teile aus einem Stück gefertigt sind. Der erste Teil kann stiftförmig sein, oder als Kopf ein massives Teil oder eine Wendel besitzen. Dabei soll der Durchmesser des zweiten Teils bevorzugt mindestens 10 %, maximal 60 % größer sein als der Durchmesser des ersten Teils. Der Mindestwert gilt insbesondere, wenn die Elektrode stiftförmig ist. die Stufe 27 zwischen beiden Teilen soll in etwa mit dem Ende der Kapillare zusammenfallen. Der Mismatch A soll weniger als 10 % der Länge L betragen. Ein typsicher Wert für A ist 1 mm. In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Elektrodensystems in der Kapillare gezeigt. Bevorzugt ist, dass der Durchmesser D2 des zweiten Teils 26 der Elektrode zwischen 120 und 140 % des Durchmessers D1 des ersten Teils 25 beträgt. Der Durchmesser D2 des zweiten Teils sollte bevorzugt möglichst nahe an den Innendurchmesser ID der Kapillare herankommen. Er sollte mindestens 95 % davon, bevorzugt mindestens 98 % davon betragen.
Wichtig ist auch die relative Zuordnung in axialer Richtung. Dabei sollte bevorzugt, bezogen auf den Beginn der Kapillare, der zweite Teil der Elektrode annähernd bündig oder leicht vertieft oder vorstehend sein, also beispielsweise in einer Tiefe A bis zu 1 mm, in die Kapillare eingesetzt sein.
Vorteilhaft ist außerdem, dass die Verbindungsstelle 40 zur Durchführung möglichst tief in der Kapillare sitzt. Sie sollte ein Tiefe T von beispielsweise 3 bis 6 mm haben, dieser Wert hängt auch von der Wattage der Lampe ab.
Die Durchführung ist insbesondere aus zwei Teilen aufgebaut, nämlich einem Cer- met als innenliegendem und einem Niobstift als weiter außenliegenden Teil. Beide Teile der Durchführung haben bevorzugt in etwa den gleichen Durchmesser wie das zweite Teil der Elektrode und sollten maximal 10 % davon abweichen. Somit ist das Totvolumen durchgehend minimiert.
Als Verbindungstechnik zwischen zweitem Teil und Durchführung kommt Schwei- ßen, aber auch mechanisches Einpassen in eine Nut etc. in Frage. Bevorzugt ist jedoch eine Schweißung, da sie den sichersten Halt gewährt.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß, in dem zwei Elektroden und eine lichtgebende Füllung enthalten sind, wobei an den Enden des Entladungsgefäßes Kapillaren sitzen, in denen Durchführungen abgedichtet sind, die jeweils mit einer Elektrode aus Wolfram, Rhenium oder einer Mi- schung oder Legierung beider Elemente, gegebenenfalls mit einem Zusatz von üblichen Dotierungen, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode stiftförmig ist und aus zwei Teilen mit unterschiedlichem Durchmesser integral zusammengesetzt ist, wobei der erste Teil mit einem gegebenen Durchmesser D1 die Elektrodenspitze bildet und der zweite Teil mit einem Durchmesser D2 in der Kapillare sitzt, wobei der Durchmesser D2 des zweiten
Teils mindestens 108 % des Durchmessers des ersten Teils ausmacht, wobei die Gesamtlänge L der Elektrode so zwischen dem ersten Teil mit einer Teillänge L1 und dem zweiten Teil mit einer Teillänge L2 aufgeteilt ist, dass L2 etwa 30 bis 70 % der Gesamtlänge L ausmacht, und wobei der Beginn des maximalen Durchmessers D2 mit dem Beginn der Kapillare zusammenfällt oder maximal davon um 10 % der Länge L abweicht.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D2 des zweiten Teils mindestens 95 % des Innendurchmessers ID der Kapillare beträgt.
3. Hochdruckentladunqslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil mit der Durchführung durch eine Schweißung verbunden ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchführung auf mindestens 10 % genau dem Durchmesser des zweiten Teils entspricht.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen D1 und D2 sprunghaft mittels einer Stufe erfolgt.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D2 maximal 160 % von D1 ausmacht.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Teil in der Nähe der Spitze eine zusätzliche Verdickung angebracht ist.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Metallhalogenide enthält.
9. Hochdruckentladungslampe, bei der das Elektrodenmaterial mit mindestens einem der Elemente K, AI, Si, Y dotiert ist.
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