EP2338161A1 - Elektrode für eine entladungslampe und entladungslampe sowie verfahren zur herstellung einer elektrode - Google Patents

Elektrode für eine entladungslampe und entladungslampe sowie verfahren zur herstellung einer elektrode

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EP2338161A1
EP2338161A1 EP09740077A EP09740077A EP2338161A1 EP 2338161 A1 EP2338161 A1 EP 2338161A1 EP 09740077 A EP09740077 A EP 09740077A EP 09740077 A EP09740077 A EP 09740077A EP 2338161 A1 EP2338161 A1 EP 2338161A1
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EP
European Patent Office
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electrode
wire
discharge lamp
pin
metal
Prior art date
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EP09740077A
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English (en)
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EP2338161B1 (de
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Stefan HÖNE
Manfred KÄMMER
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors
    • H01J61/366—Seals for leading-in conductors

Definitions

  • the invention relates to an electrode for a discharge lamp according to the preamble of patent claim 1 and a discharge lamp with at least one such electrode and to a production method for such an electrode.
  • WO 2005/096334 describes a high-pressure discharge lamp with a discharge vessel made of quartz glass and two similar electrodes for generating a gas discharge in the interior of the discharge vessel.
  • the electrodes each consist of a metal pin, which has a wound by a coil section. This section of the two electrodes projects in each case into a sealed end of the discharge vessel and is embedded in the quartz glass of the discharge vessel.
  • the helices are equipped with fastening means which prevent slippage of the helices along the metal pins of the electrodes.
  • the electrode according to the invention has a metal pin with a portion wrapped by a coil of metal wire, wherein the metal wire of the helix is flattened.
  • a mechanical stress is built up in the metal wire, which is retained when winding the coil wire on the metal pin and causes a pressure of the coil to the metal pin.
  • This pressure creates a backlash-free and tight fitting to the metal pin coil. There are no further fasteners and manufacturing steps, such as welding required to prevent slippage of the coil on the metal pin.
  • the coil ensures that no cracks due to the different coefficients of thermal expansion of electrode material and discharge tube material can develop in the discharge vessel material, which would lead to premature failure of the lamp ,
  • the coil ensures the heat dissipation of this end or the ends of the metal pin.
  • the metal wire of the helix is preferably formed flattened over its entire length to ensure that all turns of the helix fit tightly and without play on the metal pin of the electrode.
  • the inner diameter of the helix or of the individual turns of the helix corresponds to the thickness of the metal pin section on which the helix is wound in order to enable a helical fit on this section.
  • the metal wire of the helix is a tungsten wire or a molybdenum wire.
  • the electrode can be used in discharge lamps of very high thermal load, in particular in high-pressure discharge lamps, since tungsten and molybdenum have very high melting temperatures.
  • the metal pin of the electrode on which the aforesaid helix is wound is preferably a tungsten pin in order to be able to use the electrode in discharge lamps subjected to high thermal loads, in particular in high-pressure discharge lamps.
  • the thickness of the metal wire of the helix is preferably in the range of 10 microns to 1000 microns,. - A -
  • the thickness of the metal pin of the electrode is preferably in the range of 0.10 mm to 2.00 mm. Such metal pin thicknesses are matched to the current carrying capacity of electrodes for high-pressure discharge lamps.
  • the term core diameter refers to the diameter of the pin on which the helical wire is wound.
  • a comparatively large pitch factor is advantageous because due to the relatively large pitch factor, the turns of the helix are far apart, so that when sealing the discharge vessel of the discharge lamp, the softened discharge vessel material between adjacent turns of the Wendel penetrate and can wet the surface of the electrode.
  • this helix has a low heat capacity, so that the discharge vessel material cools more slowly when the helix flows around, thereby achieving a good seal.
  • the arranged at the ends of the helix first and last turn may have a lower pitch factor for manufacturing reasons.
  • the pitch factor and core factor of the helix are designed so that a good heat dissipation from the discharge end of the electrode is ensured.
  • the electrode according to the exemplary embodiments depicted in FIGS. 1 to 4 is particularly well suited for use in discharge lamps which have a discharge vessel consisting of quartz glass.
  • these are high-pressure discharge lamps and preferably metal halide high-pressure discharge lamps with mercury-free filling.
  • the latter require due to their high starting current comparatively thick electrodes with high current carrying capacity, which must also consist of a high-temperature resistant metal, such as tungsten. Due to the very different thermal expansion coefficients tungsten and quartz glass and the comparatively thick electrodes, therefore, the above-described problem of premature lamp failure by cracking in the discharge vessel in metal halide high-pressure discharge lamps with mercury-free filling is particularly acute.
  • the helix-wrapped portion of the metal pin of the electrodes of the present invention is embedded in the discharge vessel material of a sealed end of the discharge vessel for making electrical contact with an external power supply via a molybdenum foil fuse in the sealed end.
  • the electrodes according to the embodiments of the invention depicted in FIGS. 5 to 8 can be used in different types of high-pressure discharge lamps.
  • the use of these electrodes is not limited to high-pressure discharge lamps with a discharge vessel made of quartz glass, but these electrodes can also be used in high-pressure discharge lamps with a discharge vessel made of translucent ceramic.
  • a corresponding example is shown schematically in FIG.
  • the manufacturing method according to the invention for the above-described electrode of a discharge lamp is characterized in that the metal pin or a portion of the metal pin of the electrode is wrapped with a flattened metal wire during a step of the manufacturing method according to the invention to form a coil, the tight and clearance the metal pin or a portion of the metal pin of the electrode is arranged.
  • a mechanical stress is built up in the metal wire of the helix, which is retained during winding on the metal pin of the electrode and causes a pressure of the turns of the helix to the metal pin.
  • no further fastening means for fixing the helix to the metal pin of the electrode are necessary.
  • manufacturing steps such as welding the coil on the metal pin or pressing the metal pin in the coil account for.
  • the invented The production method according to the invention therefore also avoids local damage to the electrode as well as a change in the helical structure due to the welding of the helix.
  • the manufacturing process for the electrode is simplified by the invention.
  • FIG. 1 An electrode according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 2 An enlarged view of a portion of the electrode shown in Figure 1
  • FIG. 4 A sealed end of a discharge vessel made of quartz glass of a high-pressure discharge lamp with the electrode shown in FIG.
  • FIG. 5 A sealed end of a discharge vessel of a high-pressure discharge lamp consisting of translucent ceramic with an electrode according to the third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 An electrode according to the fourth embodiment of the invention
  • Figure 7 A sealed end of a quartz glass discharge vessel of a high-pressure discharge lamp with an electrode according to the fifth embodiment of the invention
  • Figure 8 A sealed end of a quartz glass discharge vessel of a high-pressure discharge lamp with an electrode according to the sixth embodiment of the invention
  • FIG. 10 An enlarged representation of a section of the electrode depicted in FIG. 9
  • FIG. 4 shows a, sealed by a Molybdänfolienabdichtung end 11 of a two-sided, consisting of quartz glass discharge vessel 1 of a high-pressure discharge lamp for a motor vehicle headlight with an electrode according to the second embodiment of the invention, including the power supply through the closed end 11 of the discharge vessel. 1 passed through.
  • the lamp is in particular a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption of 35 watts.
  • an ionizable filling is arranged, consisting of xenon and the halides of the metals Sodium, scandium, zinc and indium.
  • the volume of the discharge vessel is 24 mm 3 .
  • the power supply has a molybdenum foil 2 embedded in the gas-tight manner in the closed end 11 of the discharge vessel 1.
  • the molybdenum foil 2 has a length of 6.5 mm, a width of 2 mm and a thickness of 25 ⁇ m.
  • the end facing away from the interior 10 of the discharge vessel 1 of the molybdenum foil 2 is welded to a molybdenum wire 3, which protrudes from the sealed end 11 of the discharge vessel 1.
  • the interior 10 of the discharge vessel 1 facing the end of the molybdenum foil 2 is welded to a tungsten pin 4, which forms one of the two electrodes of the high-pressure discharge lamp and which projects into the discharge space 10.
  • the overlap between the tungsten pin 4 and the molybdenum foil 2 is 1.30 mm ⁇ 0.15 mm.
  • a coil 5 ' is arranged centrally, so that their distance from the two ends of the tungsten pin 4 is 2.25 mm in each case.
  • the distance between two adjacent turns of the coil 5' is 340 microns.
  • the gradient factor S of the helix 5 ' is thus 6.67.
  • the distance of the helix 5 'to the molybdenum foil 2 is 0.95 mm. However, the helix 5 'can also protrude into the discharge space 10. This does not affect their effect.
  • the other, not shown, closed end of the discharge vessel 1 is formed identical to the end 11. In particular, it also has an electrode as shown in Figures 1 and 3, respectively.
  • the distance of the protruding into the interior 10 of the discharge vessel 1 ends of the two tungsten pins 4 and electrodes is 4.2 mm.
  • the two electrodes are opposite each other, arranged in the longitudinal axis of the discharge vessel 1.
  • FIG. 1 shows an enlarged detail view of a turn of the helix 5 with a schematic representation of the flattening 500 of FIG Coiled wire 50. Apart from the first turn 51 and the last turn 52 of the Spiral 5 is the distance L between two adjacent turns 340 microns.
  • the pitch factor of helix 5 is therefore, apart from its first and last turns, 6.67 and 667 percent, respectively, and its core factor K is 5.
  • a tungsten pin 4 produced by conventional powder metallurgy manufacturing steps and wire drawing processes is wound with a tungsten wire 50 which is flattened at least over part of its length.
  • the aforementioned conventional powder metallurgy manufacturing steps and wire drawing methods may also be used.
  • a winding method customary for the production of single-filament filaments is used.
  • FIG. 3 schematically shows the electrode according to the second embodiment of the invention.
  • This embodiment differs from the first preferred embodiment only by the coil 5 '.
  • the coil 5 'and the first and last turn at a distance of 340 microns to their respective adjacent turn are arranged so that the coil 5' continuously has a slope factor of 6.67 and 667 percent.
  • the helices 5 and 5 'and thus also the electrodes match.
  • the high-pressure discharge lamp according to the exemplary embodiment depicted in FIG. 4 furthermore has an outer bulb, which encloses the discharge vessel 1 in the region of the discharge space 10, and a lamp base.
  • FIG. 5 illustrates a sealed end of a discharge vessel of a high-pressure discharge lamp comprising a light-permeable aluminum oxide ceramic with an electrode according to the third exemplary embodiment of the invention.
  • the end piece 51 of the electrode is sealed by means of glass solder 52 in the ceramic capillary 53.
  • At the end 51 of the metal pin 54 connects, which is wrapped with the filament 55 of tungsten wire.
  • the helix 55 comprises a first winding 55a, which is arranged at the discharge end of the metal pin 54 and has approximately 6 turns.
  • the helix 55 comprises a second winding 55b, which surrounds the section of the metal pin 54 extending inside the ceramic capillary 53 and has approximately 30 turns.
  • the end of the metal pin 54 adjoining the end piece 51 and the corresponding end of the second winding 55b are likewise embedded in the glass solder 52.
  • the coils 55a, 55b of the coil 55 are interconnected by the coil wire 55c.
  • the helical wire 55c is flattened at least in the region of the first winding 55a or second winding 55b in order to ensure a play-free seating of the helix 55 on the metal pin 54.
  • the helical wire 55c is flattened in the region of both windings 55a, 55b. det.
  • the thicker portion of the metal pin 54, which is disposed in the ceramic capillary 53 and surrounded by the second coil 55b, is made of molybdenum.
  • the thinner portion of the metal pin 54 projecting into the discharge space 56 of the discharge vessel, which is surrounded by the first winding 55a, consists of tungsten.
  • the diameter or thickness of the helical wire 55c is in the range of 0.15 mm to 0.19 mm.
  • the core factor of the helix 55 or its windings 55a, 55b is in the range of 0.2 to 0.5.
  • FIG. 6 shows an electrode according to the fourth exemplary embodiment of the invention.
  • This electrode consists of a tungsten pin 4 and two coils 5 "wound around both ends of the tungsten pin 4.
  • the coils 5" each consist of a flattened tungsten wire wound around the corresponding end of the tungsten pin 4.
  • this electrode can be used instead of the metal pin 54 shown in FIG. 5 and the coil 55 in a discharge vessel made of ceramic in a high-pressure discharge lamp.
  • FIG. 7 illustrates a sealed end 11 of a discharge vessel 1 made of quartz glass of a high-pressure discharge lamp with an electrode according to the fifth exemplary embodiment of the invention.
  • a molybdenum foil 2 is sealed gas-tight.
  • the end of the molybdenum foil 2 facing away from the discharge space 10 of the discharge vessel 1 is connected to a power supply 3 made of molybdenum. That facing the discharge space 10
  • the end of the molybdenum foil 2 is connected to a tungsten pin 4 which has an end projecting into the discharge space 10.
  • the projecting into the discharge space 10 end of the tungsten pin 4 is wound with a helix 5 '' of tungsten wire.
  • the tungsten wire of the helix 5 ''' is formed as a flattened wire.
  • the flattened helical wire has a thickness in the range of 0.17 mm to 0.40 mm and the core factor of the helix 5 '''is in the range of 0.3 to 0.6.
  • the tungsten pin 4 and the coil 5 ''' form a gas discharge electrode for the high pressure discharge lamp.
  • the coil 5 '''is used for heat removal from the discharge end of the gas discharge electrode.
  • FIG. 8 illustrates a sealed end 11 of a discharge vessel made of quartz glass of a high-pressure discharge lamp with an electrode according to the sixth exemplary embodiment of the invention.
  • a molybdenum foil 2 is sealed gas-tight.
  • the end remote from the discharge space 10 of the discharge vessel end of the molybdenum foil 2 is connected to a power supply 3 made of molybdenum.
  • the discharge space 10 facing the end of the molybdenum foil 2 is connected to a tungsten pin 4, which has a projecting into the discharge space 10 end.
  • the projecting into the discharge space 10 end of the tungsten pin 4 is wound with a helix 5 "" of tungsten wire.
  • the tungsten wire of the helix 5 "" is formed as a flattened wire.
  • the flattened helical wire has a thickness in the range of 0.3 mm to 0.6 mm and the core factor of the helix 5 "" is in the range of 0.35 to 0.8.
  • the individual turns of the coil 5 "" are wound in two layers at a short distance on the projecting into the discharge space 10 end of the tungsten pin 4 and the pitch factor of the coil 5 "” is therefore close to 1.
  • the tungsten pin 4 and the coil 5 "” Form a gas discharge electrode for the high pressure discharge lamp.
  • the coil 5 "" serves to dissipate heat from the discharge end of the gas discharge electrode.
  • FIGS. 9 and 10 an electrode according to the seventh embodiment of the invention is shown schematically and enlarged.
  • This electrode differs from the electrode shown in Figures 1 and 2 according to the first embodiment only by the orientation of the flat 500 of the helical wire 50 after winding on the tungsten pin 4. Therefore, in Figures 9 and 10, the same reference numerals for each other corresponding electrode parts as used in Figures 1 and 2.
  • the flattening 500 of the helical wire 50 is oriented so as to point away from the tungsten pin 4.
  • an electrode according to the eighth embodiment of the invention is shown schematically and enlarged.
  • This electrode differs from the electrode shown in FIG. 3 according to the second exemplary embodiment only by the orientation Therefore, in Fig. 11, the same reference numerals have been used for the corresponding electrode parts as in Fig. 3, and the flattening of the helical wire after winding is applied to the tungsten pin 4.
  • the flattening of the helical wire is oriented so as to face away from the tungsten pin 4 and away from the tungsten pin 4.
  • the invention is not limited to the embodiments explained in more detail above.
  • the coil 5 or 5 'according to the first, second, seventh or eighth embodiment instead of a flattened tungsten wire 50 also be made of a flattened molybdenum wire to achieve the getter effect described above.
  • the turns of the helix 5 or 5 ' can be arranged narrower or farther apart than described in the abovementioned exemplary embodiments.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe, insbesondere für eine Hochdruckentladungslampe, wobei die Elektrode einen Metallstift (4) mit einem von einer Wendel (5) aus Metalldraht (50) umwickelten Abschnitt aufweist. Erfindungsgemäß ist der Metalldraht (50) abgeflacht, um einen eng anliegenden, spielfreien Sitz der Wendel (5) auf dem Metallstift (4) zu gewährleisten. Außerdem betrifft die Erfindung auch eine Entladungslampe mit derartigen Elektroden sowie ein Herstellungsverfahren für derartige Elektroden.

Description

Elektrode für eine Entladungslampe und Entladungslampe sowie Verfahren zur Herstellung einer Elektrode
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe gemäß dem Obergriff des Patentanspruchs 1 und eine Entladungslampe mit mindestens einer derartigen Elektrode sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige Elektrode.
I . Stand der Technik
Eine derartige Elektrode ist beispielsweise in der WO 2005/096334 offenbart. Die WO 2005//096334 beschreibt eine Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas und zwei gleichartigen Elektroden zum Erzeugen einer Gasentladung im Innenraum des Entladungsgefäßes. Die Elektroden bestehen jeweils aus einem Metallstift, der einen von einer Wendel umwickelten Abschnitt aufweist. Dieser Abschnitt der beiden Elektroden ragt jeweils in ein abgedichtetes Ende des Entladungsgefäßes hinein und ist im Quarzglas des Entladungsgefäßes eingebettet. Die Wendeln sind mit Befestigungsmitteln ausgestattet, die ein Verrutschen der Wendeln entlang der Metallstifte der Elektroden verhindern .
II. Darstellung der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Elektrode bereitzustellen, die einfacher herstellbar ist und ein gute Haftung der Wendel auf dem Elektrodenstift gewährleistet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine derartige Elektrode anzugeben .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Elektrode besitzt einen Metallstift mit einem von einer Wendel aus Metalldraht umwickelten Abschnitt, wobei der Metalldraht der Wendel abgeflacht ist. Durch das Abflachen des Metalldrahtes der Wendel wird eine mechanische Spannung im Metalldraht aufgebaut, die beim Aufwickeln des Wendeldrahtes auf den Metallstift erhalten bleibt und einen Andruck der Wendel an den Metallstift verursacht. Dieser Andruck erzeugt eine spielfrei und eng an den Metallstift anliegende Wendel. Es sind keine weiteren Befestigungsmittel und Fertigungsschritte, wie zum Beispiel Schweißen erforderlich, um ein Verrutschen der Wendel auf dem Metallstift zu verhindern. Die Wendel gewährleistet gemäß einer Ausführungsform, bei der sie auf einem mittleren Abschnitt des Metallstifts angeordnet ist, dass sich im Entladungsgefäßmaterial keine, durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Elektrodenmaterial und Entladungs- gefäßmaterial bedingten Risse ausbilden können, die zu einem vorzeitigen Ausfall der Lampe führen würden. Bei einer anderen Ausführungsform, bei der die Wendel zumindest auf einem Ende des Metallstifts angeordnet ist, gewährleistet die Wendel die Wärmeabfuhr von diesem Ende bzw. den Enden des Metallstifts. Der Metalldraht der Wendel ist vorzugsweise auf seiner gesamten Länge abgeflacht ausgebildet, um zu gewährleisten, dass alle Windungen der Wendel eng und spielfrei an dem Metallstift der Elektrode anliegen. Der Innendurch- messer der Wendel bzw. der einzelnen Windungen der Wendel entspricht der Dicke des Metallstiftabschnittes, auf dem die Wendel aufgewickelt ist, um einen spielfreien Sitz der Wendel auf diesem Abschnitt zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise ist der Metalldraht der Wendel ein Wolframdraht oder ein Molybdändraht. Dadurch kann die Elektrode in thermisch sehr hoch belasteten Entladungslampen, insbesondere in Hochdruckentladungslampen eingesetzt werden, da Wolfram und Molybdän sehr hohe Schmelztemperaturen besitzen. Der Molybdändraht hat gemäß einer Ausführungsform, bei der die Wendel auf einem mittleren Abschnitt des Metallstifts angeordnet ist, zusätzlich den Vorteil, dass eine Wendel aus Molybdändraht als Getter wirken kann und die Molybdänfolieneinschmelzungen der abgedichteten Enden des Entladungsgefä- ßes einer Hochdruckentladungslampe vor korrosiv wirkenden Stoffen im Entladungsgefäß schützen kann.
Der Metallstift der Elektrode, auf den die vorgenannte Wendel aufgewickelt ist, ist vorzugsweise ein Wolframstift, um die Elektrode in thermisch sehr hoch belasteten Entladungslampen, insbesondere in Hochdruckentladungslampen verwenden zu können.
Die Dicke des Metalldrahtes der Wendel liegt vorzugsweise im Bereich von 10 Mikrometer bis 1000 Mikrometer, . - A -
Die Dicke des Metallstifts der Elektrode liegt vorzugsweise im Bereich von 0, lOMillimeter bis 2,00 Millimeter. Derartige Metallstiftdicken sind auf die Stromtragfähigkeit von Elektroden für Hochdruckentladungslampen abgestimmt.
Vorteilhafterweise liegen der Steigungsfaktor S der Wendel, der sich aus dem Abstand L zwischen zwei benachbarten Windungen der Wendel und der Dicke D des Wendeldrahtes zu S= (L+D) /D berechnet, und der Kernfaktor K der Wendel, der sich aus dem Kerndurchmesser Dl und der Dicke D des Wendeldrahtes zu K=D1/D berechnet, im Wertebereich von 1,0 bis 10,0. Der Begriff Kerndurchmesser bezeichnet den Durchmesser des Stiftes, auf den der Wendeldraht gewickelt wird.
Bei den in den Figuren 1 bis 4 abgebildeten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein vergleichsweise großer Steigungsfaktor vorteilhaft, da aufgrund des relativ großen Steigungsfaktors die Windungen der Wendel weit auseinander liegen, so dass beim Abdichten des Entla- dungsgefäßes der Entladungslampe das erweichte Entladungsgefäßmaterial zwischen benachbarte Windungen der Wendel eindringen und die Oberfläche der Elektrode benetzen kann. Außerdem besitzt diese Wendel wegen ihres großen Steigungsfaktors eine geringe Wärmekapazität, so dass das Entladungsgefäßmaterial beim Umfließen der Wendel langsamer abkühlt und dadurch eine gute Abdichtung erreicht wird. Die an den Enden der Wendel angeordnete erste und letzte Windung können aus fertigungstechnischen Gründen einen geringeren Steigungsfaktor aufweisen. Bei den in den Figuren 5 bis 8 abgebildeten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind Steigungsfaktor und Kernfaktor der Wendel so ausgebildet, dass eine gute Wärmeabfuhr vom entladungsseitigen Ende der Elektrode gewährleistet ist.
Die Elektrode gemäß den in den Figuren 1 bis 4 abgebildeten Ausführungsbeispielen ist besonders gut für den Einsatz in Entladungslampen geeignet, die ein aus Quarzglas bestehendes Entladungsgefäß besitzen. Insbe- sondere handelt es sich dabei um Hochdruckentladungslampen und vorzugsweise um Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen mit quecksilberfreier Füllung. Letztere benötigen aufgrund ihres hohen Anlaufstroms vergleichsweise dicke Elektroden mit hoher Stromtragfähigkeit, die außerdem aus einem gegenüber hohen Temperaturen beständigen Metall, wie beispielsweise Wolfram bestehen müssen. Aufgrund der sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Wolfram und Quarzglas und der vergleichsweise dicken Elektroden ist daher die oben beschriebene Problematik des vorzeitigen Lampenausfalls durch Rissbildung im Entladungsgefäß bei Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampen mit quecksilberfreier Füllung besonders akut. Der mit der Wendel umwickelte Abschnitt des Metallstifts der erfindungsgemä- ßen Elektroden ist im Entladungsgefäßmaterial eines abgedichteten Endes des Entladungsgefäßes eingebettet, um über eine Molybdänfolieneinschmelzung im abgedichteten Ende einen elektrischen Kontakt zu einer externen Stromzuführung herzustellen. Mit Hilfe der Wendel auf der erfindungsgemäßen Elektrode wird auch bei dem letztge- nannten Lampentyp ein frühzeitiger Lampenausfall bedingt durch Rissbildung im Entladungsgefäß vermieden.
Die Elektroden gemäß den in den Figuren 5 bis 8 abgebildeten Ausführungsbeispielen der Erfindung können in unterschiedliche Typen von Hochdruckentladungslampen eingesetzt werden. Insbesondere beschränkt sich der Einsatz dieser Elektroden nicht auf Hochdruckentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas, sondern diese Elektroden können auch in Hochdruckentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus lichtdurchlässiger Keramik eingesetzt werden. Ein entsprechendes Beispiel ist schematisch in Figur 5 dargestellt.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für die oben beschriebene Elektrode einer Entladungslampe zeichnet sich dadurch aus, dass der Metallstift bzw. ein Abschnitt des Metallstifts der Elektrode während eines Schritts des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit einem abgeflachten Metalldraht umwickelt wird, um eine Wendel zu formen, die eng und spielfrei auf dem Metallstift bzw. einem Abschnitt des Metallstifts der Elektrode angeordnet ist. Durch das erfindungsgemäße Abflachen des Wendeldrahtes wird eine mechanische Spannung im Metalldraht der Wendel aufgebaut, die beim Aufwickeln auf den Metallstift der Elektrode erhalten bleibt und einen Andruck der Windungen der Wendel an den Metallstift verursacht. Dadurch sind keine weiteren Befestigungsmittel zum Fixieren der Wendel am Metallstift der Elektrode nötig. Insbesondere entfallen Fertigungsschritte wie beispielsweise das Schweißen der Wendel am Metallstift oder das Eindrücken des Metallstifts in die Wendel. Das erfin- dungsgemäße Herstellungsverfahren vermeidet daher auch eine lokale Schädigung der Elektrode sowie eine Änderung des Wendelgefüges durch das Schweißen der Wendel. Insgesamt wird durch die Erfindung das Fertigungsverfah- ren für die Elektrode vereinfacht.
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine Elektrode gemäß dem ersten Ausführungsbei- spiel der Erfindung
Figur 2 Eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts der in Figur 1 abgebildeten Elektrode
Figur 3 Eine Elektrode gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 4 Ein abgedichtetes Ende eines aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe mit der in Figur 3 abgebildeten Elektrode
Figur 5 Ein abgedichtetes Ende eines aus lichtdurchläs- siger Keramik bestehenden Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 6 Eine Elektrode gemäß dem vierten Ausführungsbei- spiel der Erfindung Figur 7 Ein abgedichtetes Ende eines aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 8 Ein abgedichtetes Ende eines aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 9 Eine Elektrode gemäß dem siebten Ausführungsbei- spiel der Erfindung
Figur 10 Eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts der in Figur 9 abgebildeten Elektrode
Figur 11 Eine Elektrode gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Die Figur 4 zeigt ein, mittels einer Molybdänfolienabdichtung verschlossenes Ende 11 eines zweiseitig abgedichteten, aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes 1 einer Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Elektrode gemäß dem zweiten dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, inklusive der Stromzuführung, die durch das verschlossene Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 hindurchgeführt ist. Bei der Lampe handelt es sich insbesondere um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 35 Watt. Im Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 ist eine ionisierbare Füllung angeordnet, die aus Xenon und den Halogeniden der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium besteht. Das Volumen des Entladungsgefäßes beträgt 24 mm3.
Die Stromzuführung weist eine gasdicht in dem verschlossenen Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 eingebettete Molybdänfolie 2 auf. Die Molybdänfolie 2 besitzt eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 μm. Das von dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 abgewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einem Molybdändraht 3 verschweißt, der aus dem abgedichteten Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 herausragt. Das dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 zugewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einem Wolframstift 4 verschweißt, der eine der beiden Elektroden der Hochdruckentladungslampe bildet und der in den Entladungsraum 10 hineinragt. Die Länge des Wolframstifts 4 beträgt 7,5 mm und seine Dicke bzw. sein Durchmesser Dl = 0,30 mm. Der Überlapp zwischen dem Wolframstift 4 und der Molybdänfolie 2 beträgt 1,30 mm ± 0,15 mm. Auf dem Wolframstift 4 ist eine Wendel 5' mittig angeordnet, so dass ihr Abstand von den beiden Enden des Wolframstifts 4 jeweils 2,25 mm beträgt. Die Wendel 5' besitzt eine Länge von 3 mm. Sie besteht aus einem abgeflachten Wolframdraht 50, dessen maximale Drahtstärke bzw. maximale Dicke D = 60 μm beträgt. In Richtung senkrecht zur Abflachung 500 ist die Dicke des Wendeldrahtes 50 geringer. Der Innendurchmesser der Wendel 5' entspricht dem Durchmesser bzw. der Dicke des Wolframstifts 4. Der Abstand zweier benachbarter Windungen der Wendel 5' beträgt 340 μm. Der Steigungsfaktor S der Wendel 5' beträgt somit 6,67. Der Kernfaktor K der Wendel 5' berechnet sich aus dem Kerndurchmesser, der hier dem Durchmesser Dl des Wolframstifts 4 entspricht, und der maximalen Dicke D des Wendeldrahtes zu K = 5. Die Wendel 5' erstreckt sich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in Figur 4 schematisch dargestellt, nur über den in dem verschlossenen Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 angeordneten Abschnitt des Wolframstifts 4 bzw. der Elektrode, der nicht mit der Molybdänfolie 2 überlappt. Der Abstand der Wendel 5' zur Molybdänfolie 2 beträgt 0,95 mm. Die Wendel 5' kann aber auch in den Entladungsraum 10 hineinragen. Dadurch wird ihre Wirkung nicht beeinträchtigt. Das andere, nicht abgebildete verschlossene Ende des Entladungsgefäßes 1 ist identisch zu dem Ende 11 ausgebildet. Insbesondere besitzt es ebenfalls eine Elektrode wie in Figur 1 bzw. 3 dargestellt. Der Abstand der in den Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 hineinragenden Enden der beiden Wolframstifte 4 bzw. Elektroden beträgt 4,2 mm. Die beiden Elektroden sind einander gegenüberliegend, in der Längsachse des Entladungsgefäßes 1 angeordnet.
In Figur 1 ist die Elektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vergrößert dargestellt. Die Elektrode besteht aus einem Wolframstift 4 und einer Wendel 5, die auf den Wolframstift 4 aufgewickelt ist. Wie bereits oben erläutert wurde, erstreckt sich die Wendel 5 nur über einen mittig angeordneten Abschnitt des Wolframstifts 4. Die Wendel 5 besteht aus einem abgeflachten Wolframdraht 50. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer Windung der Wendel 5 mit einer schematischen Darstellung der Abflachung 500 des Wendeldrahtes 50. Abgesehen von der ersten Windung 51 und der letzten Windung 52 der Wendel 5 beträgt der Abstand L zwischen zwei benachbarten Windungen 340 μm. Der Steigungsfaktor S einer Wendel berechnet sich aus dem Abstand L und dem Wendeldrahtdurchmesser D zu S=(L+D)/D. Der Steigungsfaktor der Wendel 5 beträgt daher, abgesehen von ihrer ersten und letzten Windung, 6,67 bzw. 667 Prozent und ihr Kernfaktor K beträgt 5.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode wird ein nach üblichen pulvermetallurgischen Fertigungsschritten und Drahtziehverfahren hergestellter Wolframstift 4 mit einem Wolframdraht 50 umwickelt, der zumindest auf einem Teil seiner Länge abgeflacht ist. Für die Herstellung des Wolframdrahtes 50 können ebenfalls die vorgenannten üblichen pulvermetallurgischen Fertigungsschritten und Drahtziehverfahren verwendet werden. Zum Aufwickeln des Wolframdrahtes 50 auf den Wolframstift 4 wird ein für die Herstellung von einfach gewendelten Glühfäden übliches Wickelungsverfahren genutzt.
In Figur 3 ist die Elektrode gemäß dem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel nur durch die Wendel 5' . Bei der Wendel 5' sind auch die erste und letzte Windung im Abstand von 340 μm zu ihrer jeweils benachbarten Windung angeordnet, so dass die Wendel 5' durchgehend einen Steigungsfaktor von 6,67 bzw. 667 Prozent besitzt. In allen anderen Details stimmen die Wendeln 5 und 5' und damit auch die Elektroden überein. Die Hochdruckentladungslampe gemäß dem in Figur 4 abgebildeten Ausführungsbeispiel besitzt ferner einen Außenkolben, der das Entladungsgefäß 1 im Bereich des Entladungsraumes 10 umschließt, und einen Lampensockel. Diese Details sind beispielsweise in der EP 1 465 237 A2 beschrieben und abgebildet.
In Figur 5 ist ein abgedichtetes Ende eines aus einer lichtdurchlässigen Aluminiumoxidkeramik bestehenden Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Das Endstück 51 der Elektrode ist mittels Glaslot 52 in der Keramikkapillare 53 abgedichtet. An das Endstück 51 schließt sich der Metallstift 54 an, der mit der Wendel 55 aus Wolframdraht umwickelt ist. Die Wendel 55 umfasst eine erste Wicklung 55a, die am entladungsseitigen Ende des Metallstifts 54 angeordnet ist und ca. 6 Windungen aufweist. Zusätzlich umfasst die Wendel 55 eine zweite Wicklung 55b, die den innerhalb der Keramikkapillare 53 verlaufenden Abschnitt des Metall- stifts 54 umgibt und die ca. 30 Windungen aufweist. Das sich an das Endstück 51 anschließende Ende des Metallstifts 54 und das entsprechende Ende der zweiten Wicklung 55b sind ebenfalls in dem Glaslot 52 eingebettet. Die Wicklungen 55a, 55b der Wendel 55 sind untereinander durch den Wendeldraht 55c verbunden. Der Wendeldraht 55c ist zumindest im Bereich der ersten Wicklung 55a oder zweiten Wicklung 55b abgeflacht ausgebildet, um einen spielfreien Sitz der Wendel 55 auf dem Metallstift 54 zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der Wendeldraht 55c im Bereich beider Wicklungen 55a, 55b abgeflacht ausgebil- det. Der in der Keramikkapillare 53 angeordnete, dickere Abschnitt des Metallstifts 54, der von der zweiten Wicklung 55b umgeben ist, besteht aus Molybdän. Der in den Entladungsraum 56 des Entladungsgefäßes hineinragende dünnere Abschnitt des Metallstifts 54, der von der ersten Wicklung 55a umgeben ist, besteht aus Wolfram. Der Durchmesser bzw. die Dicke des Wendeldrahtes 55c liegt im Bereich von 0,15 mm bis 0,19 mm. Der Kernfaktor der Wendel 55 bzw. ihrer Wicklungen 55a, 55b liegt im Bereich von 0,2 bis 0,5.
Die Figur 6 zeigt eine Elektrode gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Elektrode besteht aus einem Wolframstift 4 und zwei Wendeln 5", die um beide Enden des Wolframstifts 4 gewickelt sind. Die Wendeln 5" bestehen jeweils aus einem abgeflachten Wolframdraht , der um das entsprechende Ende des Wolframstifts 4 gewickelt ist. Diese Elektrode kann beispielsweise anstelle des in Figur 5 abgebildeten Metallstifts 54 und der Wendel 55 in einem Entladungsge- faß aus Keramik bei einer Hochdruckentladungslampe verwendet werden.
In Figur 7 ist ein abgedichtetes Ende 11 eines aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes 1 einer Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In dem abgedichteten Ende 11 des Entladungsgefäßes ist eine Molybdänfolie 2 gasdicht eingeschmolzen. Das vom Entladungsraum 10 des Entladungsgefäßes 1 abgewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einer Stromzuführung 3 aus Molybdän verbunden. Das dem Entladungsraum 10 zugewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einem Wolframstift 4 verbunden, der ein in den Entladungsraum 10 hineinragendes Ende besitzt. Das in den Entladungsraum 10 hineinragende Ende des Wolframstifts 4 ist mit einer Wendel 5' ' ' aus Wolframdraht umwickelt. Der Wolframdraht der Wendel 5' ' ' ist als abgeflachter Draht ausgebildet. Der abgeflachte Wendeldraht besitzt eine Dicke im Bereich von 0,17 mm bis 0,40 mm und der Kernfaktor der Wendel 5' ' ' liegt im Bereich von 0,3 bis 0,6. Die einzelnen Windungen der Wendel 5''' sind in geringem Abstand auf das entladungsseitige Ende des Wolframstifts 4 gewickelt und der Steigungsfaktor der Wendel 5''' liegt daher nahe bei 1. Der Wolframstift 4 und die Wendel 5' ' ' bilden eine Gasentladungselektrode für die Hochdruckentladungslampe. Die Wendel 5' ' ' dient zur Wärmeabfuhr von dem entladungs- seitigen Ende der Gasentladungselektrode.
In Figur 8 ist ein abgedichtetes Ende 11 eines aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In dem abgedichteten Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 ist eine Molybdänfolie 2 gasdicht eingeschmolzen. Das vom Entladungsraum 10 des Entladungsgefäßes abgewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einer Stromzuführung 3 aus Molybdän verbunden. Das dem Entladungsraum 10 zugewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einem Wolframstift 4 verbunden, der ein in den Entladungsraum 10 hineinragendes Ende besitzt. Das in den Entladungsraum 10 hineinragende Ende des Wolframstifts 4 ist mit einer Wendel 5"" aus Wolframdraht umwickelt. Der Wolframdraht der Wendel 5"" ist als abgeflachter Draht ausgebildet. Der abgeflachte Wendeldraht besitzt eine Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 0,6 mm und der Kernfaktor der Wendel 5"" liegt im Bereich von 0,35 bis 0,8. Die einzelnen Windungen der Wendel 5"" sind in zwei Lagen in geringem Abstand auf das in den Entladungsraum 10 hineinragende Ende des Wolframstifts 4 gewickelt und der Steigungsfaktor der Wendel 5"" liegt daher nahe bei 1. Der Wolframstift 4 und die Wendel 5"" bilden eine Gasentladungselektrode für die Hochdruckentladungslampe. Die Wendel 5"" dient zur Wärmeabfuhr von dem entladungsseitigen Ende der Gasentladungselektrode .
In den Figuren 9 und 10 ist eine Elektrode gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch und vergrößert dargestellt. Diese Elektrode unterscheidet sich von der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Elektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur durch die Orientierung der Abflachung 500 des Wendeldrahtes 50 nach dem Aufwickeln auf den Wolfram stift 4. Daher wurden in den Figuren 9 und 10 dieselben Bezugszeichen für die einander entsprechenden Elektrodenteile wie in den Figuren 1 und 2 verwendet. Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Abflachung 500 des Wendeldrahtes 50 so orientiert, dass sie vom Wolframstift 4 weg zeigt.
In Figur 11 ist eine Elektrode gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch und vergrößert dargestellt. Diese Elektrode unterscheidet sich von der in der Figur 3 abgebildeten Elektrode gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nur durch die Orientie- rung der Abflachung des Wendeldrahtes nach dem Aufwickeln auf den Wolframstift 4. Daher wurden in Figur 11 dieselben Bezugszeichen für die einander entsprechenden Elektrodenteile wie in Figur 3 verwendet. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Abflachung des Wendeldrahtes so orientiert, dass sie vom Wolframstift 4 weg zeigt und vom Wolframstift 4 abgewandt ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise kann die Wendel 5 bzw. 5' gemäß dem ersten, zweiten, siebten oder achten Ausführungsbeispiel statt aus einem abgeflachten Wolframdraht 50 auch aus einem abgeflachten Molybdändraht gefertigt werden, um die oben beschriebene Getterwirkung zu erzielen. Außerdem können die Windungen der Wendel 5 bzw. 5' enger oder weiter auseinander angeordnet sein als bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen beschrieben ist.

Claims

Ansprüche
1. Elektrode für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode einen Metallstift (4, 54) mit einem von einer Wendel (5, 5', 5", ,5'", 5"", 55) aus Metalldraht (50, 55c) umwickelten Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht (50, 55c) abgeflacht ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Metalldraht
(50, 55c) der Wendel (5, 5', 5", ,5'", 5"", 55) zumindest auf einem Teil seiner Länge abgeflacht ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Metalldraht (50, 55c) ein Wolframdraht oder Molybdändraht ist.
4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallstift (4) ein Wolframstift ist.
5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dicke des Metalldrahtes (50, 55c) im Bereich von 10 Mikrometer bis 1000 Mikrometer liegt.
6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke des Metallstiftes (4, 54) im Bereich von
0,1 Millimeter bis 2,0 Millimeter liegt.
7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kernfaktor und der Steigungsfaktor der Wendel
(5, 5', 5", ,5'", 5"", 55) im Wertebereich von 1,0 bis 10,0 liegen.
8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Innendurchmesser der Wendel (5, 5', 5", ,5''', 5"", 55) zumindest entlang einem Teil ihrer Längserstreckung der Dicke des Metallstiftabschnittes entspricht.
9. Entladungslampe mit mindestens einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Entladungslampe nach Anspruch 9, die ein Entladungsgefäß (1) aus Quarzglas besitzt, wobei die mindestens eine Elektrode in ein abgedichtetes Ende (11) des Entladungsgefäßes (1) hineinragt und der von der Wendel (5, 5', ,5''', 5"") umwickelte Abschnitt des Metallstifts (4) der mindestens einen Elektrode zumindest auf einem Teil seiner Länge im Quarzglas des abgedichteten Endes (11) des Entladungsgefäßes (1) eingebettet ist.
11. Entladungslampe nach Anspruch 10, die als Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfreier Füllung ausgebildet ist.
12. Entladungslampe nach Anspruch 9, wobei die Wendel (5", ,5''', 5"", 55) auf einem entladungsseitigen Ende der mindestens einen Elektrode angeordnet ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode einen Metall- stift (4, 54) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift (4, 54) während des Herstellungsverfahrens mit einem abgeflachten Metalldraht (50, 55c) umwickelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Metallstift
(4) ein Wolframstift ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Metalldraht (50, 55c) ein Wolframdraht oder Molyb- dändraht ist.
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