WO2010025769A1 - Elektrode für eine entladungslampe und entsprechendes herstellungsverfahren - Google Patents

Elektrode für eine entladungslampe und entsprechendes herstellungsverfahren Download PDF

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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0735—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode

Definitions

  • the present invention relates to an electrode for a discharge lamp, in particular high-pressure discharge lamp, wherein the electrode comprises a pin and a arranged at one end of the pin by overmolding an electrode coil mass, the pin consists of tungsten with geyoggestabil inconvenienceden additives, wherein the concentration of the additives greater than or equal to 30 ppm, preferably greater than 60 ppm, particularly preferably 80 ppm. It also relates to a corresponding method for producing an electrode for a discharge lamp.
  • FIG. 1 shows a thermally highly loadable electrode known from the prior art, on the left before overmelting of the electrode coil, on the right after overmelting, in each case in a cross-sectional representation, as used, for example, for achieving good maintenance in high-pressure discharge lamps.
  • high-purity tungsten is used both for the pin 12 and for the electrode coil 14, ie tungsten with additives whose concentration is less than or equal to 20 ppm.
  • Overmelting of an electrode coil to produce a thermally compact Mass 16 is already known from DE 1 170 542.
  • a committee due to the known brittleness is accepted or avoided by the most shock-free handling. A use, for example, as a car lamp is therefore not possible with such electrodes.
  • FIG. 2 shows a further generic electrode known from the prior art in which tungsten is used with structure-stabilizing additives, for example potassium, the concentration of the additives being used both in the one used for the pencil and in that for the Electrode coil used material greater than or equal to 30 ppm. Although the brittleness is reduced, these additives have a negative effect on the life of the lamp. In addition, it is very difficult to melt over pattern-stabilized electrode filaments, since the stabilizing additives lead to the formation of voids 18. At present, such electrodes are used in high-impact applications, such as automotive lamps, and their life-cycle limitations are being accepted.
  • structure-stabilizing additives for example potassium
  • the object of the present invention is to develop a generic electrode or a generic method such that an electrode is provided which is characterized by the best possible maintenance and the longest possible lamp life with the greatest possible breaking strength.
  • the present invention is based on the finding that the above object can be achieved if the pin is made of ge Schogestabiltekem tungsten to provide the necessary breaking strength, and an electrode coil of pure tungsten is used to a simple over melting without voids formation with good maintenance to enable. If such an electrode coil and such a pin is used, one obtains an electrode which is characterized on the one hand by high breaking strength on the other hand by a good maintenance and a long service life. A use in mechanically loaded lamps is readily possible.
  • Tungsten is considered sufficiently pure for the electrode coil to contain at most 20 ppm of additives, including both undesirable additives, i. Impurities as well as functional additives.
  • concentration of the additives of the electrode coil is less than or equal to 5 ppm, more preferably less than or equal to 1 ppm.
  • the tungsten used for this purpose is provided with substrate-stabilizing additives.
  • substrate-stabilizing additives In particular, potassium and / or thorium come into consideration.
  • the concentration of the structure-stabilizing additives is at least 30 ppm, better 60 ppm, even better 80 ppm.
  • the pin extends into the melting zone of the electrode coil. This allows the overmelting process to be carried out only near the surface or with a low energy input.
  • the pin does not reach into the melting zone of the electrode coil. This ensures that the compact thermal mass, which is formed by overmelting, only very few shares of the pen and thus includes almost no additives.
  • the overmelting process can be changed, in particular extended, to form a larger compact thermal mass, compared to the variant in which the pin extends into the melting zone of the electrode coil.
  • a large compact thermal mass leads to a particularly good performance of the electrode.
  • the pin does not extend into a front, pin-facing region of the electrode coil. This makes it particularly easy to ensure that in the compact thermal mass almost no shares of the pen and thus ideally no surcharges are included.
  • the electrode coil preferably comprises between 3 and 20 windings, wherein the pin extends at least not into the front pin facing away from the pin, preferably not into the front, pin-facing third, of the windings.
  • the windings of the electrode coil can be arranged at least partially in one layer.
  • the windings of the electrode coil may additionally or alternatively, ie at least in part, be arranged one above the other in at least two layers.
  • the one-piece pin-facing parts of the electrode coil, the pin facing part of the electrode coil formed in two or more layers. This makes it easy to influence the shape of the compact thermal mass.
  • the overmelting is designed such that a compact thermal mass is formed, wherein the proportion of the pin of this compact thermal mass is less than or equal to 15%, preferably less than or equal to 1%.
  • FIG. 1 shows a first electrode known from the prior art, on the left before the overmelting (a)), on the right after the overmelting of the electrode coil (b)), in each case in cross-sectional representation;
  • FIG. 2 shows a second electrode known from the prior art, on the left before overmelting (a)), FIG. right after the overmelting of the electrode coil (b)), in each case in cross-sectional representation;
  • FIG. 3 shows a first electrode according to the invention, on the left before the overmelting (a)), on the right after the overmelting of the electrode coil (b)), in each case in cross-section;
  • FIG 4 shows a second electrode according to the invention, on the left before the overmelting (a)), on the right after the overmelting of the electrode coil (b)), in each case in cross-sectional representation.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of an electrode 10 according to the invention.
  • the electrode coil 14 is arranged at the end of the pin 12, the pin 12 protruding completely through the electrode coil 14.
  • the pin 12 is made of tungsten with ge Stirgestabil minimum additives, wherein the concentration of the additives is greater than or equal to 30 ppm, better 60 ppm, even better 80 ppm
  • the electrode coil 14 is made of pure tungsten, the additions in a concentration of at most 20 ppm , preferably at most 5 ppm, more preferably at most 1 ppm.
  • FIG. 3b shows a compact thermal mass 16 is generated by overmelting of the electrode coil 14, which thus forms a high-purity arc projection zone for the arc discharge.
  • the pin 12 does not extend into a front, pin-facing region 20 of the electrode.
  • This pin-facing region 20 is preferably a quarter, more preferably a third of the electrode coil 14.
  • the variant of Fig. 4 allows the formation of a larger compact thermal mass 16 without the Proportion of additives in this compact thermal mass 16 goes beyond a predetermined threshold.
  • the overmelting can take place, for example, by arc discharge, electron beam, laser, plasma, etc.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode (10) für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode (10) einen Stift (12) und eine an einem Ende des Stifts (12) durch Überschmelzen einer Elektrodenwendel angeordnete Masse (16) umfasst, wobei der Stift (12) aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der Zusätze größer gleich 30 ppm ist, wobei die Elektrodenwendel (14) aus reinem Wolfram besteht, das Zusätze höchstens bis zu einer Konzentration von 20 ppm aufweist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Elektrode für eine Entladungslampe sowie eine Entladungslampe mit einer solchen Elektrode.

Description

Beschreibung
Elektrode für eine Entladungslampe und entsprechendes Herstellungsverfahren
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe, insbesondere Hochdruckentladungslam- pe, wobei die Elektrode einen Stift und eine an einem Ende des Stifts durch Überschmelzen einer Elektrodenwendel angeordnete Masse umfasst, wobei der Stift aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der Zusätze größer gleich 30 ppm, bevorzugt größer 60 ppm, besonders bevorzugt 80 ppm ist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Entladungslampe.
Stand der Technik
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte thermisch hochbelastbare Elektrode, links vor dem Über- schmelzen der Elektrodenwendel, rechts nach dem Überschmelzen, jeweils in einer Querschnittsdarstellung, wie sie beispielsweise zum Erreichen einer guten Maintenance bei Hochdruckentladungslampen eingesetzt werden. Dabei wird sowohl für den Stift 12 als auch für die Elektroden- wendel 14 hochreines Wolfram verwendet, d. h. Wolfram mit Zusätzen deren Konzentration kleiner gleich 20 ppm ist. Dadurch ergibt sich jedoch der Nachteil einer niedrigen Rekristallisationstemperatur, wodurch die Elektroden bei höheren Temperaturen, insbesondere im Betrieb der Lampe, sehr leicht brüchig werden. Das Überschmelzen einer E- lektrodenwendel zur Erzeugung einer thermisch kompakten Masse 16 ist bereits bekannt aus der DE 1 170 542. Ein Ausschuss aufgrund der bekannten Brüchigkeit wird in Kauf genommen bzw. durch möglichst stoßfreies Handling vermieden. Ein Einsatz zum Beispiel als Autolampe ist daher mit derartigen Elektroden nicht möglich.
Fig. 2 zeigt eine weitere, aus dem Stand der Technik bekannte, gattungsgemäße Elektrode, bei der Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen, beispielsweise Kalium, verwendet wird, wobei die Konzentration der Zusätze so- wohl in dem für den Stift verwendeten als auch in dem für die Elektrodenwendel verwendeten Material größer gleich 30 ppm ist. Wenngleich die Brüchigkeit reduziert ist, wirken sich diese Zusätze negativ auf die Lebensdauer der Lampe aus. Außerdem lassen sich gefügestabilisierte Elektrodenwendeln nur sehr schwer überschmelzen, da die stabilisierenden Zusätze zur Bildung von Lunkern 18 führen. Gegenwärtig werden derartige Elektroden in Anwendungen mit hoher Stoßwahrscheinlichkeit, beispielsweise Autolampen, eingesetzt und deren Beschränkungen der Lebens- dauer in Kauf genommen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine gattungsgemäße Elektrode bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass eine Elektrode bereitgestellt wird, die sich durch eine möglichst gu- te Maintenance sowie eine möglichst lange Lampenlebensdauer bei möglichst großer Bruchfestigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 12. Außerdem wird Schutz beansprucht für eine Entladungslampe mit einer solchen Elektrode.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn der Stift aus gefügestabilisiertem Wolfram hergestellt wird, um die notwendige Bruchfestigkeit bereitzustellen, und eine Elektrodenwendel aus möglichst reinem Wolfram verwendet wird, um ein einfaches Überschmelzen ohne Lunkerbildung bei guter Maintenance zu ermöglichen. Wird eine derartige Elektrodenwendel und ein derartiger Stift verwendet, erhält man eine Elektrode, die sich einerseits durch hohe Bruchfestigkeit andererseits durch eine gute Maintenance sowie eine lange Lebensdauer auszeichnet. Ein Einsatz in mechanisch belasteten Lampen ist ohne Weiteres möglich.
Als für die Elektrodenwendel ausreichend rein wird Wolfram betrachtet, das höchstens 20 ppm Zusätze, umfassend sowohl unerwünschte Zusätze, d.h. Verunreinigungen als auch funktionale Zusätze, aufweist. Besonders bevorzugt ist die Konzentration der Zusätze der Elektrodenwendel kleiner gleich 5 ppm, noch bevorzugter kleiner gleich 1 ppm. Dadurch wird eine bruchfeste Elektrode mit einer hochreinen Bogenansatzzone für die Bogenentladung und damit eine besonders gute Performance bereitgestellt.
Für eine ausreichende Gefügestabilisierung des Stiftmaterials ist das dafür verwendete Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätze versehen. Dabei kommen insbesondere Kalium und/oder Thorium in Betracht. Die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze beträgt mindestens 30 ppm, besser 60 ppm, noch besser 80 ppm. Bei einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Elektrode reicht der Stift in die Schmelzzone der Elektrodenwendel. Dies ermöglicht den Überschmelzvorgang lediglich oberflächennah beziehungsweise mit geringem Energieein- trag durchzuführen.
Bei einer anderen bevorzugten Variante reicht der Stift nicht in die Schmelzzone der Elektrodenwendel. Dadurch wird sichergestellt, dass die kompakte thermische Masse, die durch Überschmelzen gebildet wird, nur sehr wenige Anteile des Stifts und damit nahezu keine Zusätze um- fasst. Der Überschmelzvorgang kann zur Ausbildung einer größeren kompakten thermischen Masse geändert, insbesondere verlängert, werden, im Vergleich zu der Variante, bei der der Stift in die Schmelzzone der Elektrodenwendel reicht. Eine große kompakte thermische Masse führt zu einer besonders guten Performance der Elektrode.
Bevorzugt reicht der Stift nicht in einen vorderen, stiftabgewandten Bereich der Elektrodenwendel. Dadurch wird besonders einfach sichergestellt, dass in der kom- pakten thermischen Masse nahezu keine Anteile des Stifts und damit idealerweise keine Zuschläge enthalten sind.
Bevorzugt umfasst die Elektrodenwendel zwischen 3 und 20 Wicklungen, wobei der Stift mindestens nicht in das vordere stiftabgewandte Viertel, bevorzugt nicht in das vor- dere, stiftabgewandte Drittel, der Wicklungen reicht.
Dabei können die Wicklungen der Elektrodenwendel zumindest zum Teil in einer Lage angeordnet sein. Die Wicklungen der Elektrodenwendel können jedoch zusätzlich oder alternativ, d. h. zumindest zum Teil, in mindestens zwei Lagen übereinander angeordnet sein. Bevorzugt wird der stiftabgewandte Teile der Elektrodenwendel einlagig, der dem Stift zugewandte Teil der Elektrodenwendel zwei- oder mehrlagig ausgebildet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Form der kompakten thermischen Masse beeinflus- sen .
Bevorzugt ist das Überschmelzen derart ausgelegt, dass eine kompakte thermische Masse gebildet wird, wobei der Anteil des Stifts dieser kompakten thermischen Masse kleiner gleich 15 %, bevorzugt kleiner gleich 1 %, ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsform ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Elektrode vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfin- dungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Elektroden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 eine erste, aus dem Stand der Technik bekannte E- lektrode, links vor dem Überschmelzen (a) ) , rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b) ) , jeweils in Querschnittsdarstellung;
Fig. 2 eine zweite, aus dem Stand der Technik bekannte Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a) ) , rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b) ) , jeweils in Querschnittsdarstellung;
Fig. 3 eine erste erfindungsgemäße Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a) ) , rechts nach dem Über- schmelzen der Elektrodenwendel (b) ) , jeweils in Querschnittsdarstellung; und
Fig. 4 eine zweite erfindungsgemäße Elektrode, links vor dem Überschmelzen (a) ) , rechts nach dem Überschmelzen der Elektrodenwendel (b) ) , jeweils in Querschnittsdarstellung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode 10. In der Darstellung von Fig. 3a ist zu erkennen, dass die Elektrodenwendel 14 am Ende des Stifts 12 angeordnet ist, wobei der Stift 12 komplett durch die Elektrodenwendel 14 hindurchragt. Während der Stift 12 aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der Zusätze größer gleich 30 ppm, besser 60 ppm, noch besser 80 ppm ist, besteht die Elektrodenwendel 14 aus reinem Wolfram, das Zu- sätze in einer Konzentration von höchstens 20 ppm, bevorzugt höchstens 5 ppm, noch bevorzugter höchstens 1 ppm, aufweist. Aus der Darstellung von Fig. 3b ist zu entnehmen, wie durch Überschmelzen der Elektrodenwendel 14 eine kompakte thermische Masse 16 erzeugt wird, die damit eine hochreine Bogenansatzzone für die Bogenentladung bildet.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode 10 reicht der Stift 12 nicht in einen vorderen, stiftabgewandten Bereich 20 der Elektro- denwendel 14. Dieser stiftabgewandte Bereich 20 beträgt bevorzugt ein Viertel, noch bevorzugter ein Drittel der Elektrodenwendel 14. Wie aus einem Vergleich der Fig. 4b und 3b hervorgeht, ermöglicht die Variante von Fig. 4 die Ausbildung einer größeren kompakten thermischen Masse 16 ohne dass der Anteil der Zusätze in dieser kompakten thermischen Masse 16 über einen vorgebbaren Schwellwert hinausgeht .
Wird für den Anteil des Stifts 12 in dieser kompakten thermischen Masse 16 eine vorgebbare Schwelle gesetzt, um den Anteil der Zusätze unter einem bestimmten Wert zu halten, so ist offensichtlich, dass sich bei der Variante gemäß Fig. 4 eine größere kompakte thermische Masse 16 erzeugen lässt als bei der Variante von Fig. 3. Die Vari- ante von Fig. 4 zeichnet sich daher durch eine noch bessere Maintenance aus .
Das Überschmelzen kann beispielsweise durch Bogenentla- dung, Elektronenstrahl, Laser, Plasma usw. erfolgen.

Claims

Ansprüche
1. Elektrode (10) für eine Entladungslampe, wobei die Elektrode (10) einen Stift (12) und eine an einem Ende des Stifts (12) durch Überschmelzen einer Elektrodenwendel angeordnete Masse (16) umfasst, wobei der Stift (12) aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen besteht, wobei die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze größer gleich 30 ppm ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenwendel (14) aus reinem Wolfram be- steht, das Zusätze höchstens bis zu einer Konzentration von 20 ppm aufweist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der gefügestabilisierenden Zu- sätze des Stifts (12) größer gleich 60 ppm, bevorzugt größer gleich 80 ppm, ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Zusätze der Elektrodenwen- del (14) kleiner gleich 5 ppm, bevorzugt kleiner gleich 1 ppm, ist.
4. Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) in die Schmelzzone der Elektrodenwendel (14) reicht.
5. Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) nicht in die Schmelzzone der Elektrodenwendel (14) reicht.
6. Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) nicht in einen vorderen, stiftab- gewandten Bereich (20) der Elektrodenwendel (14) reicht .
7. Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenwendel (14) zwischen 3 und 20 Wicklungen umfasst, wobei der Stift (12) mindestens nicht in das vordere, stiftabgewandte Viertel, bevorzugt nicht in das vordere, stiftabgewandte Drittel, der Wicklungen reicht.
8. Elektrode (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Elektrodenwendel (14) zumindest zum Teil in einer Lage angeordnet sind.
9. Elektrodenwendel (14) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Elektrodenwendel (14) zumindest zum Teil in mindestens zwei Lagen übereinander angeordnet sind.
10. Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Überschmelzen derart ausgelegt ist, dass eine kompakte thermische Masse (16) gebildet wird, wobei der Anteil des Stifts (12) in dieser kompakten thermischen Masse (16) kleiner gleich 15 %, bevorzugt kleiner gleich 1 %, ist.
11. Elektrode (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gefügestabilisierenden Zusätze Kalium und/oder Thorium umfassen.
12. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (10) für eine Entladungslampe, folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen eines Stifts (12) aus Wolfram mit gefügestabilisierenden Zusätzen, wobei die Konzentration der gefügestabilisierenden Zusätze größer gleich 30 ppm ist; b) Anordnen einer Elektrodenwendel (14) an einem Ende des Stifts (12), wobei die Elektrodenwendel (14) aus reinem Wolfram besteht, das Zusätze höchstens bis zu einer Konzentration von 20 ppm aufweist; und c) Überschmelzen der Elektrodenwendel (14) derart, dass eine am Ende des Stifts (12) angeordnete Masse (16) entsteht.
13. Entladungslampe mit einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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