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Die
Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe gemäß des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 und eine Entladungslampe mit derartigen Elektroden.
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I. Stand der Technik
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Eine
derartige Elektrode und eine Entladungslampe mit einer derartigen
Elektrode sind beispielsweise in der Offenlegungsschrift WO 03/060947
A2 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine zweiteilige Elektrode
mit einem zylindrischen Schaft und einem zylindrischen Kopf, wobei
der Schaft und der Kopf der Elektrode unterschiedliche Durchmesser
aufweisen oder/und aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Diese
Elektrode wird in einer Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer
verwendet.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Elektrode für Entladungslampen
bereitzustellen. Insbesondere soll die Elektrode besser mit anderen
Metallteilen schweißbar
sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Elektrode
besitzt einen langgestreckten Schaft und einen Kopf, der an einem
Ende des Schafts angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß der Schaft
abgeflacht ist, so dass seine Abmessungen quer zu seiner Längserstreckung höchstens
so groß sind
wie die entsprechenden Querabmessungen des Kopfes. Der abgeflachte Schaft
ist besser mit anderen Metallteilen, insbesondere mit Molybdäneinschmelzungsfolien
schweißbar, weil
im Bereich der Abflachung eine größere O berfläche für die Schweißverbindung
verfügbar
ist. Außerdem
besitzt der Schaft aufgrund der vorgenannten Abmessungen pro Längeneinheit
eine geringere Masse als das Kopfteil und damit auch eine entsprechend
geringere Wärmekapazität, so dass
von der erfindungsgemäßen Elektrode
nur eine vergleichsweise geringe Energiemenge in Form von Wärme über den
Schaft aus der Entladung abgeleitet wird.
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Die
erfindungsgemäße Elektrode
ist zwecks Vereinfachung ihrer Herstellung in vorteilhafter Weise nur
einseitig oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten abgeflacht.
Das Abflachen der Elektrode im Bereich des Schaftes wird durch spanabhebendes Abtragen
von Material vorzugsweise mittels Fräsen oder Schleifen oder durch
Verdampfen von Material, vorzugsweise mittels Laser durchgeführt. Diese
Verfahren haben den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Elektrode
auch im Bereich von Schaft und Kopf einteilig ausgebildet werden
kann und damit insbesondere keine Schweißung zwischen Schaft und Kopf
erforderlich ist. Dadurch weist die erfindungsgemäße Elektrode
eine im Vergleich zu einer mehrteiligen Elektrode verbesserte mechanische
Stabilität auf.
Um eine hohe Steifigkeit der Elektrode zu gewährleisten, ist der Übergang
vom Kopf zum Schaft der erfindungsgemäßen Elektrode vorteilhafter
Weise möglichst
moderat ausgebildet. In der Darstellung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
gemäß der 1 und 4 ist
der Übergang
vorzugsweise mittels eines Radius ausgeführt, dessen Wert vorzugsweise
in einem Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm liegt.
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Die
erfindungsgemäße Elektrode
wird vorzugsweise als Gasentladungselektrode für Entladungslampen, insbesondere
Hochdruckentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas verwendet,
das mit Molybdänfolienabdichtungen
versehen ist. Die Abmessung des Schafts der erfindungsgemäßen Elektrode
weist entlang einer ersten, quer zur Längsrichtung der Elektrode orientierten Raumrichtung
vorzugsweise einen Wert im Bereich von 50 μm bis 350 μm auf und besitzt entlang einer zweiten
Raumrichtung, die quer zur Längsrichtung der
Elektrode und senkrecht zur ersten Raumrichtung orientiert ist,
einen Wert im Bereich von 200 μm bis
450 μm.
Derartige Elektroden sind geeignet zur Verwendung in Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen
für Kraftfahrzeugscheinwerfer
verwenden, die eine vergleichswei se geringe Leistungsaufnahme von
ca. 35 Watt besitzen. Die erfindungsgemäße Elektrode besteht vorzugsweise
aus Wolfram, einer Wolframlegierung oder aus mit Dotierstoffen versehenem
Wolfram, um den hohen Temperaturen einer Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe
standhalten zu können.
Aus fertigungstechnischen Gründen
ist die erfindungsgemäße Elektrode
vorzugsweise als Stiftelektrode ausgebildet. Der Kopf der Elektrode
kann mit einer Wendel versehen sein, um die Wärmekapazität des Kopfes zu erhöhen. Der
gesamte Schaft oder ein Abschnitt des Schaftes der erfindungsgemäßen Elektrode
kann mit Ruthenium beschichtet sein, um in dem Bereich des Entladungsgefäßes, in
dem der Schaft der Elektrode in dem Entladungsgefäßmaterial
eng eingebettet ist, die Gefahr des Auftretens von Rissen oder Sprüngen zu
reduzieren.
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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
Seitenansicht einer Elektrode gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung und eine damit verschweißte Molybdänfolie in schematischer Darstellung
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2 Eine
zweite Seitenansicht der in 1 abgebildeten
Elektrode und Molybdänfolie
in einer gegenüber 1 um
einen Winkel von 90 Grad um die Längsachse der Elektrode gedrehten
Ansicht
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3 Eine
Draufsicht auf die Stirnseite des Schaftes der in 1 dargestellten
Elektrode
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4 Eine
Seitenansicht einer Elektrode gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung und eine damit verschweißte Molybdänfolie in schematischer Darstellung
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5 Eine
zweite Seitenansicht der in 4 abgebildeten
Elektrode und Molybdänfolie
in einer gegenüber 4 um
einen Winkel von 90 Grad um die Längsachse der Elektrode gedrehten
Ansicht
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6 Eine
Seitenansicht einer Elektrode gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in schematischer Darstellung
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7 Eine
Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe mit den erfindungsgemäßen Elektroden
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Die
in den 1 bis 6 schematisch dargestellten
Elektroden gemäß der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind für
den Einsatz in der in 7 schematisch abgebildeten Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
vorgesehen.
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Die
Elektrode 11 gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist als einteiliger Stift bzw. Stab ausgebildet und
besteht aus Wolfram, das gegebenenfalls geringe Mengen der üblichen
Dotierstoffe aufweisen kann, die entweder für die Verarbeitung des Wolframs
zu Stäben
vorteilhaft sind, oder die, wie im Fall von beispielsweise Thoriumoxid,
die Zündwilligkeit
der Hochdruckentladungslampe verbessern. Die Elektrode 11 weist
einen Schaft 11a und einen Kopf 11b auf. Der Kopf 11b ist
kreiszylindrisch ausgebildet. Er besitzt einen Durchmesser von 0,35 mm.
Seine Länge
beträgt
1,2 mm. Der Schaft 11a besitzt eine Länge von 6,3 mm, so dass die
Gesamtlänge
der einteiligen Elektrode 11 insgesamt 7,5 mm misst. Der
Schaft 11a ist mit einer Molybdänfolie 103 verschweißt, die
zur Abdichtung des Entladungsgefäßes 10 der
in 7 abgebildeten Hochdruckentladungslampe dient.
Der Schaft 11a ist an zwei einander gegenüberliegenden
Seiten abgeflacht ausgebildet, so dass seine Querabmessung senkrecht
zur Molybdänfolie 103 nur
0,20 mm beträgt
und damit geringer als der Durchmesser des Kopfes 11b ist.
Die Querabmessung des Schafts 11a parallel zur Molybdänfolie 103 beträgt 0,35
mm stimmt damit mit dem Durchmesser des Kopfes 11b überein.
Zur Herstellung der Elektrode 11 wird ein Wolframstab verwendet,
dessen Querabmessung im Bereich des Schafts 11a durch zweiseitigen
mechanischen Materialabtrag, vorzugsweise mittels Fräsen oder
Schleifen, auf den gewünschten
Wert eingestellt wird. Dadurch besitzt die Elektrode 11 im
Bereich des Schafts 11a einen ovalen oder rechteckigen
Querschnitt. Die durch das Abflachen entstandenen Oberflächen des
Schaftes 11a eignen sich besonders gut zum Verschweißen mit
der Molybdänfolie 103.
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Eine
Vereinfachung des Herstellungsprozesses der erfindungsgemäßen Elektroden
kann dadurch erreicht werden, dass die Elektrode im Bereich des
Schafts statt zweiseitig nur einseitig abgeflacht wird, wie bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und in den 4 und 5 offenbart
ist. Die Elektrode 11' gemäß des zweiten
Ausführungsbeispiels
besteht ebenfalls aus Wolfram und besitzt eine Gesamtlänge von
7,5 mm. Ihr kreiszylindrischer Kopf 11b' besitzt einen Durchmesser von
0,35 mm und eine Länge
von 1,0 mm. Der Schaft 11a' besitzt eine
Länge von
7,5 mm und seine Querabmessung senkrecht zu der Molybdänfolie 103 beträgt 0,20
mm, während
seine Querabmessung parallel zur Molybdänfolie 103 mit dem
Durchmesser des Kopfes 11b' übereinstimmt.
Die Elektrode 11' ist,
wie beim ersten Ausführungsbeispiel,
ebenfalls aus einem kreiszylindrischen Stift bzw. Stab mit einem
einheitlichen Durchmesser von 0,35 mm gefertigt. Die durch das Abflachen
der Elektrode 11' im
Bereich des Schaftes 11a' entstandene
Oberfläche
des Schaftes 11a' ist mit
der Molybdänfolie 103 verschweißt, die
zur Abdichtung des Entladungsgefäßes 10 der
in 7 abgebildeten Hochdruckentladungslampe dient.
Der Schaft 11a' der
Elektrode 11' besitzt
im Querschnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung aufgrund des einseitigen
Abflachens einen Umriss, der durch ein Kreissegment und eine als
Kreissehne ausgebildete Strecke definiert ist, wie in 5 schematisch
dargestellt ist.
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Die
Elektrode 11'' gemäß des dritten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung besteht aus einem zweiseitig abgeflachten Wolframstab 11a'' und einer Wolframwendel 11b'', die auf ein Ende des Wolframstabs 11a'' aufgefädelt ist und den Kopf 11b'' der Elektrode 11'' bildet. Die Querabmessung des
Wolframstabs 11a'' senkrecht zu
seinen durch das Abflachen entstandenen Oberflächen beträgt 0,20 mm. Seine Querabmessung
parallel zu diesen Oberflächen
beträgt
0,35 mm. Der Wolframstab 11a'' besitzt senkrecht
zu seiner Längserstreckung
einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt. Das mit der Wendel 11b'' ausgestattete Ende der Elektrode 11'' bildet nach ihrer Montage im Entladungsgefäß 10 der Hochdruckentladungslampe
das entladungsseitige Ende der Elektrode 11''.
Eine der durch das Abflachen entstandenen Oberflächen des Wolframstabs 11a'' ist nach der Montage der Elektrode 11'' mit der Molybdänfolie 103 verschweißt.
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Die
in 7 abgebildete und unten näher beschriebene Hochdruckentladungslampe
besitzt zwei identische Elektroden, die einem der oben näher beschriebenen
Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Elektroden 11, 11' oder 11'' entsprechen.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt.
Diese Lampe ist für
den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt
ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 30 aus Quarzglas
mit einem Volumen von 24 mm3, in dem eine
ionisierbare Füllung
gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist
die Innenkontur des Entladungsgefäßes 30 kreiszylindrisch
und seine Außenkontur
ellipsoidförmig
ausgebildet. Der Innendurchmesser des Entladungsraumes 106 beträgt 2,6 mm
und sein Außendurchmesser
beträgt
6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind
jeweils mittels einer darin eingeschmolzenen oder eingequetschten
Molybdänfolie 103, 104 abgedichtet.
Die Molybdänfolien 103, 104 besitzen
jeweils eine Länge
von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 μm. Im Innenraum
des Entladungsgefäßes 10 befinden
sich zwei gleichartige Elektroden 11, 12, die
entsprechend des oben erläuterten
ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels der Elektroden 11, 11' oder 11'' ausgebildet sind und zwischen
denen sich während
des Lampenbetriebes der für
die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet.
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Der
Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,1 mm.
Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine
der Molybdänfolien 103, 104 und über die sockelferne
Stromzuführung 13 bzw. über die
sockelseitige Stromrückführung 14 elektrisch
leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus Kunststoff
bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Der Überlapp
B zwischen der Elektrode 11 und der mit ihr verbundenen
Molybdänfolie 103 beträgt 1,3 mm ± 0,15
mm. Das Entladungsgefäß 10 wird von
einem Außenkolben 16 umhüllt, der
aus Quarzglas oder Hartglas besteht. Das Quarzglas oder Hartglas
des Außenkolbens 16 ist
mit den üblichen UV-Strahlung absorbierenden
Zusätzen
versehen. Der Außenkolben 16 besitzt
einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Der
Außendurchmesser
des Außenkolbens 16 beträgt 9 mm
und seine Wandstärke
0,9 mm. Das Entladungsgefäß 10 weist
sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf,
in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft. Die
Elektroden 11, 12, die Molybdänfolien 103, 104 und
bzw. oder Stromzuführungen 13, 14 können im
Bereich der abgedichteten Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 mit
Ruthenium beschichtet sein.
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Die
in dem Entladungsgefäß eingeschlossene
ionisierbare Füllung
besteht aus Xenon mit einem Kaltfülldruck von 11800 hPa, 0,25
mg Natriumjodid, 0,18 mg Scandiumjodid, 0,03 mg Zinkjodid und 0,0024
mg Indiumjodid. Die Brennspannung U der Lampe beträgt 45 Volt.
Ihre Farbtemperatur beträgt 4000
Kelvin, ihr Farbort liegt in der Normfarbtafel nach DIN 5033 bei
den Farbkoordinaten x = 0,383 und y = 0,389. Ihr Farbwiedergabeindex
beträgt
65 und ihre Lichtausbeute beträgt
90 lm/W.