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Die
Erfindung betrifft eine Entladungslampe gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1.
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I. Stand der Technik
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Eine
derartige Entladungslampe ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift
EP 0 858 098 B1 offenbart.
Diese Schrift beschreibt eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe
für Fahrzeugscheinwerfer
mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas,
in deren Innenraum eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen
ist. Das Entladungsgefäß besitzt
zwei abgedichtete Enden mit jeweils einer Stromdurchführung und
jeweils einer Elektrode, die jeweils mit einer der Stromdurchführungen
verbunden sind und die in den Innenraum des Entladungsgefäßes hineinragen.
Der im Quarzglas eingebettete Abschnitt der Elektroden ist jeweils
von einer Wendel umhüllt,
um Sprünge
im Quarzglas zu reduzieren.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Entladungslampe mit verbesserten Elektroden
bereitzustellen. Insbesondere sollen in dem Material des Entladungsgefäßes Sprünge, die durch
die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Entladungsgefäßmaterials und
des Elektrodenmaterials und durch das Haften der Elektroden an dem
Entladungsgefäßmaterial
bedingt sind, verringert werden, ohne das hierzu zusätzliche
Bauteile wie beispielsweise die im obengenannten Stand der Technik
aufgeführten
Wendeln verwendet werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Entladungslampe
besitzt ein Entladungsgefäß, in dessen
Innenraum eine ionisierbare Füllung
gasdicht eingeschlossen ist, wobei das Entladungsgefäß mindestens
ein abgedichtetes Ende mit einer Stromdurchführung aufweist, die mit einer
in den Innenraum des Entladungsgefäß hineinragenden und sich in
das abgedichtete Ende erstreckenden Elektrode verbunden ist. Erfindungsgemäß ist mindestens
der sich in das abgedichtete Ende erstreckende Abschnitt der Elektrode
als Litze, das heißt,
als Bündel
oder als Geflecht von mehreren Drähten, ausgebildet. Hierbei
handelt es sich um denjenigen Abschnitt der Elektrode, der zwar
nicht gasdicht, aber dennoch sehr eng von dem Material des Entladungsgefäßes bzw.
des abgdichteten Endes des Entladungsgefäßes umschlossen und mit der
Stromdurchführung
verbunden ist. Gemäß des besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist sogar die gesamte Elektrode mit Ausnahme ihrer
Enden als Litze ausgebildet, weil eine über ihre gesamte Länge als
Litze ausgebildete Elektrode einfacher herzustellen ist als eine
nur abschnittsweise als Litze ausgebildete Elektrode.
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Dadurch
dass mindestens der vorgenannte Abschnitt der Elektrode als Litze
ausgebildet ist, werden die von den unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Entladungsgefäßmaterials und des Elektrodenmaterials
verursachten mechanischen Spannungen durch die Elastizität des litzenartigen
Elektrodenabschnitts aufgefangen und daher wird die Gefahr von Rissbildungen
oder Sprüngen
im Entladungsgefäß reduziert.
Außerdem
trägt auch
die im Vergleich zu den konventionellen Elektroden veränderte Oberflächengeometrie
zur Verringerung der Gefahr von Sprüngen oder Rissen im Entladungsgefäß bei. Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft auf Entladungslampen anwendbar,
die ein Entladungsgefäß aus Quarzglas
und Elektroden aus Wolfram besitzen, da Quarzglas und Wolfram stark
unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
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Besonders
vorteilhaft lässt
sich die Erfindung auf Hochdruckentladungslampen anwenden, deren Stromdurchführungen
einen vergleichsweise hohen Strom tragen müssen. Ein Beispiel dafür sind Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen
für Fahrzeugscheinwerfer
und insbesondere quecksilberfreie Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen.
Diese Hochdruckentladungslampen besitzen üblicherweise ein Entladungsgefäß aus Quarzglas
mit abgedichteten Enden, die Stromdurchführungen mit Molybdänfoliendichtungen
aufweisen. Die in den Entladungsraum hineinragenden, üblicherweise
aus Wolfram bestehenden Elektroden der Lampe sind mit den Molybdänfoliendichtungen
verbunden. Die quecksilberfreie Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen
benötigen
besonders dicke Elektroden, da sie einen noch höheren Strom tragen müssen als
die üblichen
Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen für Fahrzeugscheinwerfer. Bei
diesen Lampen tritt daher das oben beschriebene Problem in noch
größerem Maß als bei
anderen Hochdruckentladungslampen auf.
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Der
als Litze ausgebildete Abschnitt der Elektrode besteht vorteilhafterweise
aus mehreren Drähten,
die miteinander verdrillt oder verwoben sind. Die Drahtstärke bzw.
die Dicke der einzelnen Drähte
ist vorteilhafterweise so gewählt,
dass sie über
die Länge
der Elektrode, das heißt,
auf einer Länge
von mehreren Millimetern steif sind und sich nicht unter ihrem eigenen
Gewicht biegen. Der Grad der Verdrillung der Drähte ist so gewählt, dass
zwischen den einzelnen Drähten
nach dem Verdrillen ein möglichst
geringer Zwischenraum verbleibt und die Drähte über die Länge der Elektrode bzw. über die Länge des
als Litze ausgebildeten Elektrodenabschnitts hinreichend miteinander
verwoben sind, um eine starre Elektrode zu gewährleisten. Diese Drähte bestehen
aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus Wolfram
oder einer Wolframlegierung. Die vorgenannten Drähte sind zumindest an einem
Ende des als Litze ausgebildeten Elektrodenabschnitts durch eine
Schweiß-
oder Schmelzverbindung miteinander verbunden. Dieses Ende besitzt bessere
Schweißeigenschaften
als die einzelnen Drähte
der Elektrode. Insbesondere kann dieses Ende besser mit einer als
Bestandteil der Stromdurchführung
ausgebildeten Metallfolie, vorzugsweise Molybdänfolie, verschweißt werden
als die einzelnen Drähte.
Außerdem
wird durch die vorgenannten Maßnahme
gewährleistet,
dass jeder einzelne Draht der Litze mit der Stromdurchführung elektrisch
leitend verbinden ist. Gemäß des besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung erstreckt sich der als Litze ausgebildete Abschnitt über die
gesamte Länge
der Elektrode. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind außerdem
die Drähte
an beiden Enden des als Litze ausgebildeten Abschnitts bzw. an beiden
Enden der Elektrode durch eine Schweiß- oder Schmelzverbindung miteinander
verbunden. Diese Enden weisen dadurch die Form einer Kuppe auf.
Ein Ende dient zum Verschweißen
mit der Stromdurchführung,
während
das andere Ende als Elektrodenkopf ausgebildet ist, der in den Innenraum
des Entladungsgefäßes hineinragt
und an dem der Entladungsbogen der Gasentladung ansetzt. Der verkuppte
Elektrodenkopf bietet dem Entladungsbogen der Gasentladung einen
besseren Ansatzpunkt als die Enden der einzelnen Drähte.
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Um
eine bessere Schweißverbindung
zwischen der Metallfolie der Stromdurchführung und dem Ende des als
Litze ausgebildeten Abschnitts der Elektrode zu gewährleisten,
kann das Ende des als Litze ausgebildeten Abschnitts der Elektrode
vorteilhafterweise im Verbindungsbereich mit der Metallfolie angeflacht
sein.
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III. Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Entladungslampe
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2 Eine Draufsicht auf ein
abgedichtetes Ende des Entladungsgefäßes der in
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1 abgebildete Entladungslampe
mit der entsprechenden Stromdurchführung und einer Elektrode in
schematischer Darstellung
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3 Eine Draufsicht auf einen
Abschnitt der in 2 abgebildeten
Elektrode
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Bei
dem in der 1 abgebildeten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe
mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt. Diese
Hochdruckentladungslampe besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus
Quarzglas mit einem Innenraum 10 und zwei diametral angeordneten,
abgedichteten Enden 11, 12, die jeweils eine Stromdurchführung 2, 3 aufweisen.
In den Innenraum 10 ragen zwei diametral angeordnete Elektroden 4, 5,
die jeweils mit einer der Stromdurchführungen 2 bzw. 3 verbunden
sind und zwischen denen sich während
des Lampenbetriebs eine Gasentladung ausbildet. In dem Innenraum 10 des
Entladungsgefäßes 1 ist
eine ionisierbare Füllung
einge schlossen, die aus Xenon und mehreren Metallhalogeniden besteht.
Das Entladungsgefäß 1 ist
von einem Außenkolben 6 umgeben,
der aus Quarzglas besteht, das mit Ultraviolettstrahlung absorbierenden Dotierstoffen
versehen ist. Die Lampe weist ferner einen Kunststoffsockel 7 auf,
der die beiden Lampengefäße 1, 6 trägt und der
mit den elektrischen Anschlüssen 8 der
Lampe ausgestattet ist. Die Stromdurchführung 2 des sockelfernen
Endes 11 des Entladungsgefäßes 1 ist über die
Stromrückführung 9 mit
dem ersten elektrischen Anschluß 8 verbunden, während die
andere Stromdurchführung 5 mit
einem zweiten elektrischen Anschluß (nicht abgebildet) der Lampe
verbunden ist. Im Lampensockel 7 kann das komplette Betriebsgerät der Lampe
oder Teile des Betriebsgerätes,
beispielsweise die Zündvorrichtung, angeordnet
sein.
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Die 2 zeigt Details des Entladungsgefäßes 1 und
der Stromdurchführungen 2 bzw. 3.
Die abgedichteten Enden 11, 12 des Entladungsgefäßes 1 weisen
jeweils eine Stromdurchführung 2, 3 auf.
Die Stromdurchführungen 2, 3 weisen
jeweils eine gasdicht in dem jeweiligen Ende 11 bzw. 12 eingebettete Molybdänfolie 21 bzw. 31 auf.
Die von dem Innenraum 10 des Entladungsgefäß 1 abgewandte
Seite der jeweiligen Molybdänfolie 21 bzw. 31 ist
jeweils mit einem Molybdändraht 22 bzw. 32 verschweißt, der aus
dem entsprechenden abgedichteten Ende 11 bzw. 12 herausragt.
Die dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 zugewandte Seite
der jeweiligen Molybdänfolie 21 bzw. 31 ist
jeweils mit einer Elektrode 4 bzw. 5 verschweißt, die
in den Entladungsraum 10 hineinragen. Beide Elektroden 4, 5 sind
als Litze ausgebildet. Sie bestehen jeweils aus acht Wolframdrähten, die
miteinander verwoben oder verdrillt sind. Um den Zweck der Erfindung
zu erfüllen,
würde es genügen, nur
den sich in das abgedichtete Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 erstreckenden
Abschnitt 403 der Elektrode 4 als Litze auszubilden.
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Die 3 zeigt Details der Elektrode 4 der oben
beschriebenen Hochdruckentladungslampe. Die Elektrode 4 ist
im wesentlichen stabförmig
und besitzt eine Länge
von 6,5 mm und einen Durchmesser oder eine Dicke von 0,35 mm. Diese
Elektrode 4 besteht aus acht Wolframdrähten, die jeweils einen Durchmesser
bzw eine Dicke von 0,1 mm aufweisen und miteinander verdrillt oder
verwoben sind. Die beiden Enden der Elektrode 4 sind jeweils
als Kuppe 401, 402 ausgebildet. Die Kuppen 401 und 402 sind jeweils
durch Verschmelzen der Enden der Drähte mittels eines Lasers entstanden.
Die Kuppe 401 bildet den in den Innenraum 10 des
Entladungsgefäßes 1 hineinragenden
Kopf der Elektrode 4, an den während des Lampenbetriebs der
Entladungsbogen der Gasentladung ansetzt. Die andere Kuppe 402 der Elektrode 4 ist
mit der Molybdänfolie 21 der
Stromdurchführung 2 verschweißt.
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Zur
Herstellung der Elektrode 4 werden acht Wolframdrähte gleicher
Länge parallel
nebeneinander angeordnet, so dass ihr erstes Ende jeweils in einer
ersten Halterung und ihr zweites Ende jeweils in einer zweiten Halterung
befestigt ist. Der Abstand der beiden Halterungen ist variierbar
und entspricht zunächst
ungefähr
der Länge
der acht Wolframdrähte. Die
Halterungen sind als Kreisscheiben ausgebildet, die Bohrungen besitzen,
die entlang eines konzentrisch zu der Kreisscheibenachse ausgerichteten Kreises
oder Kreisbogensegmentes angeordnet sind und in denen jeweils ein
Ende eines Wolframdrahtes fixiert ist. Eine erste der beiden kreisscheibenförmigen Halterungen
ist drehbar um ihre Achse gelagert und verschiebbar auf einer Schiene
angeordnet, so dass der Abstand zwischen den beiden Halterungen variierbar
ist, während
die andere, zweite Halterung ortsfest und nicht drehbar angeordnet
ist. Durch Rotation der ersten Halterung um ihre Kreisscheibenachse
werden die acht Wolframdrähte
miteinander verdrillt oder verwoben. Die so entstandene Litze wird
in Stücke
geschnitten, entsprechend der gewünschten Elektrodenlänge. In 3 ist in schematischer Darstellung
eine Draufsicht auf die derart hergestellte Elektrode 4 gezeigt.
Diese Elektrode besitzt eine Dicke von 0,35 mm. In Bezug auf die
Stromtragfähigkeit
ist die erfindungsgemäße Elektrode 4 mit
einer konventionellen massiven, stabförmigen Elektrode aus Wolfram
vergleichbar, die einen Durchmesser von 0,28 mm besitzt. Die acht
Wolframdrähte
beschreiben jeweils eine Schraubenlinie, die sich vom ersten Ende 401 bis
zum zweiten 402 der Elektrode 4 erstreckt. Jeder
Draht windet sich über
die Länge der
Elektrode 4 entlang einer Schraubenlinie ungefähr fünf- bis
sechsmal um die Mantelfläche
der Elektrode 4. Die Steigung der vorgenannten Schraubenlinien
beträgt
ungefähr
1,2 mm. Die zweite Elektrode 5 ist identisch zu der ersten
Elektrode 4. Der Grad der Verdrillung und damit die Steigung
der vorgenannten Schraubenlinien ist so gewählt, dass der Zwischenraum
zwischen den einzelnen Wolframdrähten
der Elektrode 4 möglichst
gering ist und die Wolframdrähte
sich nicht selbsttätig
entflechten können.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf das oben näher
erläuterte
Ausführungsbeispiel.
Die Elektroden können
auch aus mehr oder weniger als acht Drähten bestehen, falls beispielsweise
entsprechend dickere oder dünnere
Elektroden benötigt
werden. Außerdem
können
die Wolframdrähte
auch auf andere Weise als bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
miteinander verwoben werden. Beispielsweise können sie nach Art eines Zopfes
miteinander verflochten werden. Ferner ist es auch möglich, dass
die einzelnen Drähte
der Litze gar nicht miteinander verwoben oder verflochten sind,
sondern als Bündel ausgebildet
sind, bei dem nur die Enden der Drähte miteinander verbunden,
beispielsweise miteinander verschmolzen oder verschweißt, sind.
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Gegebenenfalls
kann zur Verbesserung der Schweißverbindung mit der Molybdänfolie 21,
die Kuppe 402 angeflacht ausgebildet sein oder/und die Molybdänfolie 21 oder
die Kuppe 402 mit einer Rutheniumschicht versehen sein.
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Zusätzlich zu
den Elektroden 4, 5 können gegebenenfalls auch die
aus Molybdän
bestehenden Stromzuführungsdrähte 22, 32 oder
nur der sich in die abgedichteten Enden 11, 12 erstreckende
Abschnitt der Stromzuführungsdrähte 22, 32 in ähnlicher
Weise wie die Elektroden als Litze ausgebildet sein.