DE19757152C2

DE19757152C2 - Elektrode für Entladungslampen

Info

Publication number: DE19757152C2
Application number: DE19757152A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eggers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2017-12-21
Also published as: ATE268503T1; EP1048052A1; DE19757152A1; JP2001527272A; DE59811521D1; WO1999033090A1; US6437509B1; EP1048052B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Entladungslampen mit einem mindestens teilweise von einem Festkörper umschlossenen Stift, wobei der Festkörper aus einem hochschmelzenden Mate rial gebildet ist und der Festkörper als Zylinder ausgebildet ist, in den eine axiale Bohrung eingebracht ist.

Elektroden dieser Art werden in Entladungslampen verwendet, um bei einer Gasentladung Elektronen abzugeben oder aufzunehmen. Die Elektroden enthalten jeweils einen Stift, von dessen frei em Ende Elektronen jeweils austreten oder an diesem Ende in den Stift eintreten, wobei der Stift in der Nachbarschaft sei nes freien Endes in der Regel teilweise von einem Kühlkörper umschlossen ist, der meistens aus einem um den Stift gewickel ten Draht gebildet ist. Dabei hat es sich gezeigt, daß sowohl das Anbringen eines derartigen, aus einem gewickelten Draht gebildeten Kühlkörpers auf dem Stift als auch eine robuste Fi xierung des Kühlkörpers an dem Stift nur unter hohem techni schem Aufwand zu erreichen ist, wobei die Ergebnisse bezüglich einer festen Fixierung des Kühlkörpers an dem Stift nicht zu friedenstellend sind.

Aus der DE-AS-11 87 730 ist eine Elektrode für Entladungslam pen bekannt, die aus einem mindestens teilweise von einem Festkörper umschlossenen Stift besteht. Der Festkörper kann aus Wolfram mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C gebil det sein.

Bei einer in der US 2 477 279 beschriebenen Elektrode für Gas entladungslampen ist gemäß einer Ausführungsform die Elektrode aus mehreren Scheiben, somit Teil-Elementen, zusammengesetzt, die übereinander angeordnet sind.

Ferner ist in der US 4 038 579 eine Elektrode für Entladungs lampen offenbart, die eine Bohrung aufweist, deren Innendurch messer größer als der Stiftdurchmesser ist. Der Zwischenraum ist mit einer Schmelze ausgefüllt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode für Entladungs lampen zu schaffen, bei der der Kühlkörper auf einfache Weise auf den Stift aufgebracht ist und unter Herstellung einer ro busten Einheit fest mit dem Stift verbunden ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Elektrode für Entladungslampen umfaßt somit einen mindestens teilweise von einem Festkörper um schlossenen Stift. Der Festkörper ist aus einem hochschmelzen den Material gebildet und als Zylinder ausgebildet, in den eine axiale Bohrung eingebracht ist. Das festkörperseitige Ende des Stiftes ist mit dem es umschließenden Ende des Fest körpers verschweißt.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode wird durch das Merkmal, daß der Festkörper aus einem hochschmelzenden Material gebil det ist, erreicht, daß der auch die Funktion eines Kühlkörpers innehabende Festkörper als massiver Block herstellbar ist, der aufgrund sowohl seiner Materialbeschaffenheit als auch seiner Abmessungen mit dem Stift fest verbindbar ist.

Der Festkörper ist in der Form eines Zylinders ausgebildet, in den eine axiale Bohrung eingebracht ist. Die axiale Bohrung ist dabei so bemessen, daß der Stift der Elektrode in die Bohrung einbringbar ist. Nach dem Einbringen des Stiftes in die axiale Bohrung des Festkörpers ist der Festkörper mit dem Stift mittels einer Mehrzahl unterschiedlicher Methoden zu einer festen Einheit verbindbar, wie weiter unten ausgeführt wird. Die Bohrung ist dabei gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Elektrode mittels eines La sers, insbesondere eines Nd : YAG-Lasers in den Zylinder einge bracht.

Das festkörperseitige Ende des Stiftes ist mit dem es um schließenden Ende des Festkörpers verschweißt. Dieses Ver schweißen wird vorzugsweise mittels eines Lasers, insbesondere eines Nd : YAG- oder CO₂-Lasers durchgeführt und bewirkt, daß das ge meinsame Ende des Stiftes und des ihn umschließenden Festkör pers in Form einer konvexen Kuppe ausgeführt ist, deren Rand bereich in den Festkörper übergeht. Eine derart gebildete Kup pe der erfindungsgemäßen Elektrode weist den Vorteil auf, daß sie besonders effektiv und verschleißfest ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper dabei aus einem Material gebil det, das einen Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C aufweist.

Vorzugsweise ist der Festkörper aus Wolfram gebildet.

Gemäß einer wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Teil-Festkörper zusammengesetzt. Dadurch wird erreicht, daß auch besonders lange, erfindungsgemäße Elektro denkörper herstellbar sind, die aufgrund der begrenzten Ein dringtiefe eines Laserstrahls in einstückiger Form nicht her stellbar sind.

Gemäß einer wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper mit mindestens einer Querbohrung versehen. Wird eine solche Querbohrung vor Einbringen der Axialbohrung in einen Festkörper eingebracht, so ermöglicht sie einen Abzug derjenigen Verdampfungspartikel nach außen hin, die beim Einbringen der Axialbohrung mittels Laser entstehen. Die Bildung einer Axialbohrung mittels Laserstrahlen ist dabei aufgrund des so bewirkten schnellen Entweichens der Dampfpartikel aus dem von Laserstrahlen durchdrungenen Bereich besonders wirkungsvoll. Des weiteren wird durch das Einbringen einer Querbohrung in einen Festkörper die Möglichkeit geschaffen, den Festkörper an einer weiteren Fixstelle als der Kuppe mit dem Stift zu verschweißen. Alternativ wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, den Festkörper unter Ausnahme einer Verschweißung der Kuppe lediglich an denjenigen Stellen mit dem Stift zu verschweißen, an denen Querbohrungen vorgesehen sind. Das Verschweißen dieser Fixstellen wird vorzugsweise ebenfalls mittels Laserstrahlen durchgeführt. Das Einbringen von Querbohrungen in den Festkörper ermöglicht des weiteren ein Einbringen bzw. Deponieren von Emissionspasten in den Querbohrungen. Emissionspasten sind dabei generell solche Stoffe, die eine Elektronenemission der Elektrode fördern. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode erfüllt der Festkörper somit neben einer Kühlfunktion auch die Funktion einer erhöhten Elektronenemission. Die Emissionspaste enthält dabei beispielsweise Thoriumoxyd.

Die Bohrung des Festkörpers der erfindungsgemäßen Elektrode weist vorzugsweise einen Innendurchmesser auf, der größer als der Durchmesser des Stiftes ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper und dem Stift mit Hilfe einer Schmelze ausgefüllt ist. Die Schmelze enthält dabei vorzugsweise Molybdän. Es kommen aber auch Tantal, Niob, Titan oder Platin in Betracht. Dadurch ist jeweils eine robuste Verbindung zwischen dem Festkörper und dem Stift geschaffen. Alternativ zu einer Schmelze kann der Festkörper mittels einer Mehrzahl von außen auf ihn einwirkenden Stempel mechanisch so weit geschrumpft werden, daß er in eine mechanisch feste Verbindung mit dem Stift tritt.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist der Festkörper vorzugsweise an einem oder mehreren Fixpunkten mit dem Stift verschweißt, wobei der entsprechende Schweißvorgang vorzugsweise durch Laserstrahlung erzeugt ist. Auch durch ein insbesondere an einer Mehrzahl von Fixpunkten erfolgtes direktes Verschweißen des Festkörpers mit dem Stift, im Bereich gemeinsamer äußerer Berührungskanten oder im Bereich von Querbohrungen, ist eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Festkörper und dem Stift ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Elektrode wird anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der er findungsgemäßen Elektrode in einer Querschnitts ansicht;

Fig. 2 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Elektrode in einer Querschnittsansicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Stempeln eines erfindungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Ansicht von oben;

Fig. 4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektrodenkörpers in einer Ansicht von vorne, nach dem Stempeln mittels der in Fig. 3 gezeigten Stempelvorrichtung;

Fig. 5 eine Elektrodenkörperausführungsform mit einer Querbohrung in einer Querschnittsansicht, wobei diese Elektrodenausführung nicht beansprucht ist;

Fig. 6 eine weitere Elektrodenkörperausführungsform mit Teil-Festkörpern in einer Querschnittsansicht, wobei diese Elektrodenausführung ebenfalls nicht beansprucht ist;

Fig. 7 eine herkömmliche Entladungslampe in einer Quer schnittsansicht; und

Fig. 8 eine herkömmliche Elektrode in einer Seitenansicht.

In Fig. 7 ist eine Entladungslampe 10 mit zwei Elektroden 11, 11' gemäß Stand der Technik dargestellt, die innerhalb eines Quarz glaskolbens 12 so angeordnet sind, daß jeweils ein Ende, das auch als Elektrodenstift 13, 13' bezeichnet wird, in dem Glaskolben 12 verschweißt ist. Die Elektroden 11, 11' sind dabei sich gegenüberstehend an entgegengesetzten Enden des Kolbens 12 angeordnet. Die Elektrodenstifte 13, 13' sind über Molybdänfolien 14, 14' mit Molybdänstiften 15, 15' verbunden, die jeweils zum Stromanschluß vorgesehen sind. Die Molybdänfolien 14, 14' wirken dabei als Stromzuführungselemente innerhalb des Glaskolbens zu den Elektrodenstiften 13, 13'. Die Elektroden 11, 11' weisen jeweils ein auch "Tip" genanntes freies Elektrodenende 16, 16' auf, wobei zwischen den Elektrodenenden 16, 16' ein Elektronenaustausch derart stattfindet, daß das jeweils eine Elektrodenende Elektronen emittiert und das jeweils andere Elektrodenende einen Eingang für Elektronen bildet. Die Elektroden 11, 11' sind jeweils im Bereich ihrer Enden 16, 16' von einem Elektrodenkörper bzw. Kühlkörper 17, 17' umschlossen.

In Fig. 8 ist eine herkömmliche Elektrode 11, wie sie in einem Entladungskolben 12 gemäß Fig. 7 Verwendung findet, in einer Seitenansicht dargestellt. Der Elektrodenkörper bzw. Kühlkörper 17 ist dabei aus einem um den Elektrodenstift 13 gewickelten Draht gebildet, dessen Enden 17a und 17b freiliegen. Der Draht kann dabei, so wie in der Figur dargestellt, zweilagig in jeweils unterschiedlichen Richtungen gewickelt sein.

Bei einer in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Elektrode 11 ist ein hohlzylindrischer Massivkörper 17 als Elektrodenkörper bzw. Kühlkörper um dem betreffenden Teil 18 des Elektrodenstiftes 13 vorgesehen. Der Elektrodenkörper 17 ist dabei insgesamt als massiver Block eines Festkörpers hergestellt, der aus einem hochschmelzenden Material gebildet ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Elektrode 11 das "bündige" Elektrodenende 16a mittels Laser mit dem Elektrodenkörper 17 verschweißt, so daß ein Elektrodenende 16b gebildet ist, dessen Durchmesser nach außen hin halbkugelförmig ausgebildet und auf den Durchmesser des Elektrodenkörpers 17 vergrößert ist. Dadurch ist eine halbkugelförmige Kuppe gebildet, wobei der Lichtbogen in der Lampe sich jeweils die kürzeste Strecke zwischen den Elektroden sucht und bei halbkugelförmig ausgebildeten Kuppen jeweils an deren höchstem Punkt ansetzt, wohingegen er bei ebenen Enden auf der entsprechenden Fläche hin und herwandern kann, was zu einem unruhigen Licht führt. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist deshalb eine besonders hohe Konstanz der abgegebenen Lichtintensität zu verzeichnen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zum Stempeln von Elektroden ist eine Mehrzahl von Stempeln 20, 21, 22, 23, 24, 25 konzentrisch um eine Elektrode 11 angeordnet. Die Stempel 20 bis 25 sind mittels einer nicht dargestellten Mechanik mit hohem Druck reziprozierbar in Pfeilrichtung bewegbar, wobei die im Querschnitt dargestellte Elektrode 11 im Mittelpunkt der Stempel 20 bis 25 so angeordnet ist, daß die Stempel 20 bis 25 jeweils zu im wesentlichen gleichen Zeitpunkten auf dem Elektrodenkörper 17 der Elektrode 11 aufliegen und anschließend unter Aufbringung einer jeweils gleichen Kraft den Elektrodenkörper 17 in Rich tung auf den Elektrodenstift 18 drücken, wobei unter Deformie rung sowohl des Elektrodenkörpers 17 als auch des Elektroden stiftes 17 der Elektrodenkörper 17 mit dem Elektrodenstift 18 zu einer Einheit zusammengedrückt wird, wie dies bei einer entsprechenden, im Querschnitt dargestellten Elektrode 11 in Fig. 4 gezeigt ist.

Bei einer in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform einer Elek trode, die nicht beansprucht ist, jedoch eine mögliche Va riante der erfindungsgemäßen Elektrode veranschaulicht, weist der Elektrodenkörper 17 Querbohrungen 26, 26' auf. Der Elek trodenkörper 17 ist in den Querbohrungen 26, 26' mit dem Elek trodenstift 13 verschweißt, um eine verbesserte Haftung auf dem Elektrodenkörper 13 aufzuweisen. In die Querbohrungen 26, 26' ist eine Emissionspaste 28 eingebracht.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Elektrode ist der Elektrodenkörper 17 aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Teil-Festkörper 17', 17", 17''' und 17"" zusammengesetzt. Zwischen diesen Teil- Festkörpern sind Aussparungen 27 vorgesehen. Die Abmessungen der Aussparungen 27 können auch größer oder kleiner als in der Figur dargestellt ausgebildet sein.

Claims

1. Elektrode für Entladungslampen mit einem mindestens teil weise von einem Festkörper (17) umschlossenen Stift (13), wo bei der Festkörper aus einem hochschmelzenden Material gebil det ist und der Festkörper als Zylinder ausgebildet ist, in den eine axiale Bohrung eingebracht ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das festkörperseitige Ende des Stiftes mit dem es umschließenden Ende des Festkörpers (17) verschweißt ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Schmelzpunkt oberhalb von 1800°C aufweist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper aus Wolfram gebildet ist.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mittels eines Lasers eingebracht ist.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Nd : YAG-Laser ist.

6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das festkörperseitige Ende des Stiftes mit dem es umschließenden Ende des Festkörpers verschweißt ist.

7. Elektrode nach Ansprüch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen des Endes des Stiftes mit dem Festkörper mittels eines Lasers durchgeführt ist.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Nd : YAG-Laser oder ein CO₂-Laser ist.

9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (17) aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Teil-Festkörper (17 ^I bis 17 ^III) zusammengesetzt ist.

10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (17) mindestens eine Querbohrung (26) aufweist.

11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die mindestens eine Querbohrung (26) eine Emissionspaste (28) eingebracht ist.

12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionspaste Thoriumoxyd enthält.

13. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Festkörper (17) eine Bohrung eingebracht ist, deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Stiftes (16) ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper und dem Stift mit Hilfe einer Schmelze ausgefüllt ist.

14. Elektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze Molybdän enthält.

15. Elektrode nach einem der Anspruche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper eine Bohrung aufweist, deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Stiftes ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Festkörper und dem Stift mittels einer Mehrzahl von von außen einwirkenden Stempeln (20-25) mechanisch geschrumpft ist.

16. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper an einem oder mehreren Fixpunkten mit dem Stift verschweißt ist.

17. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Fixpunkt mittels Laserstrahlen erzeugt ist.