DE1047312B - Entladungsgeheizte Mantel-Gluehelektrode fuer elektrische Gas- und Dampfentladungslampen, insbesondere fuer Quecksilberdampf-Hoch- und Hoechstdruckbrenner - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine entladungsgeheizte Glühelektrode für elektrische Gas- und Dampfentladungslampe», insbesondere für Quecksilberdampf-Hoeh- und Höchstdruckbrenner, bei welchen die aktivierenden Substanzen in einer mit einer Kegelspitze versehenen, aus hitzebeständigem Material hergestellten Patronenhülse eingekapselt sind.

Während man bei Niederdrucklampen den sogenannten pastierten Elektroden den Vorzug gibt, verwendet man bei Hoch- und Höchstdruckbrennern mit punktförmigem Bogenansatz des eingeschnürten Lichtbogens gegen höchste Bogentemperatur stabile Elektroden mit hohem Emissionsvermögen. Dafür eignen sich besonders gut Sinterkathoden. Darunter versteht man eine Elektrode, bei welcher die aktivierenden Stoffe, wie BaO, SrO, ThO usw., mit Metallpulvern (W, Mo) vermischt, gepreßt und gesintert werden.

Schließlich sei noch die sogenannte Massivkathode erwähnt. Diese Kathoden bestehen meist aus thoriumhaltigem Wolfram. Der Nachteil dieser Elektroden ist einerseits die notwendige hohe Zündspannung und andererseits die zwingend erforderlich hohe Emissionstemperatur, wodurch die Materialzerstäubung stark vergrößert wird. Zur Herabsetzung der Zündspannung sind auch Massivkathoden in Vorschlag gebracht worden, bei welchen in einen in diese eingeschliffenen Ringspalt die Aktivierungssubstanzen eingebracht und zum Schütze eines direkten Bogenansatzes mit einer Drahtspirale oder mit einem mit Schlitzen oder Sickern versehenen Blechmantel überdeckt werden.

Im Kaltzustand von Hochdrucklampen ist der Gasdruck im Verhältnis zum späteren stationären Betriebsdruck sehr gering und beträgt bei Allgebrauchslampen zur Tiefhaltung der Zündspannung meist nur wenige Torr. Erst nach der Zündung des Lichtbogens des Brenners erwärmt sich das Brennergefäß und erhöht den Gasdruck und die Brennspannung. Der geringe Erstbrennspannungswert hat zwangläufig eine starke Überhöhung der Stromstärke des Lichtbogens zur Folge, so daß die Elektrode im Zeitabschnitt des geringen Gasdrucks die größte Elektronenemission zu leisten hat. Dies führt nur dann nicht zu einer übermäßigen Abnutzung der Elektroden bzw. Schwärzung des Brennerkolbens, wenn die Elektrode so ausgebildet ist, daß in diesem Zeitablauf ihre emittierende Oberfläche groß genug ist und das ganze Elektroden- »Massiv« so ausgebildet ist, daß der erforderliche Elektronenstrom bei möglichst niederer Glühtemperatur zur guten Aufrechterhaltung des Lichtbogens geliefert wird. Es ist an sich bekannt, die aktivierenden Stoffe in eine Patronenhülse (Blechmantel aus Wolfram oder Molybdän) einzukapseln. Zur Erzielung einer Diffusion des im Aktivierungsverfahren frei

Entladungsgeheizte
Mantel-Glühelektrode für elektrische
Gas- und Dampfentladungslampen,
insbesondere für Quecksilberdampf-Hoch- und Höchstdruckbrenner

Anmelder:
Johann Buser, Riehen, Basel (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. J. Giliard, Patentanwalt,
München 9, Lindenstr. 21

Johann Buser, Riehen, Basel (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

gemachten, aus den Oxyden reduzierten Aktivierungsmetalls hat man den Elektrodenmantel gelocht. Die Erfahrungen haben aber gezeigt, daß der Lichtbogen solcher gelochten Mantelkathoden schlecht zündet und nach erfolgter Zündung leicht wieder löscht, weil die Elektronenemission der kleinflächigen, unter sich nicht verbundenen Austrittsöffnungen (Löcher oder Schlitze) im Blechmantel nicht ausreichten, um den erforderlichen Elektronenstrom zu liefern und den Lichtbogen in diesem Erstbrennstadium zu unterhalten.
DieErfindungbeziehtsich auf eine entladungsgeheizte Glühelektrode, bei der die aktivierenden Substanzen, wie z.B. BaO, SrO, CaO, ThO usw., ebenfalls in einer Patronenhülse aus hochhitzebeständigem Material untergebracht sind, deren Boden trichterartig in einer mehr oder weniger stumpfen Kuppe oder Spitze endet und in die Entladungsbahn ragt, während die freie Öffnung als Elektrodenfuß durch die Gefäßwand geschlossen wird. Die beschriebenen Nachteile der bekannten Elektroden mit Hülsen sind dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die Hülse Längsschlitze hat, die vom Elektrodenfuß ausgehend bis in die Nähe der Elektrodenspitze geführt sind. Zweckmäßigerweise werden derartig geschlitzte Hülsen aus gefächerten, vorgestanzten Ronden im Ziehverfahren hergestellt. Diese Längsschlitze haben den großen Vorteil, daß sie ein leichtes Aufheizen der durch sie geschaffenen Lamellen ermöglichen. Beim Ziehen wird der Grat der Schnittkanten zwar beseitigt, was aber das leichte Ansetzen des Lichtbogens an den Schnittkanten bzw. Lamellenkanten nicht verhindert. Der entscheidende

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Vorteil liegt darin, daß der sich mit zunehmendem Gasdruck aus dem Glimmen herausarbeitende Lichtbogenansatz auf diese Längsschlitze konzentriert und, ohne von Loch zu Loch hüpfen zu müssen, mit weiter zunehmendem Druck langsam schleichend bis zur Elektrodenspitze wandern kann. Dadurch wird aber auch eine gleichmäßige Aufheizung der gesamten Elektrode und eine ausreichende Elektronenemission erzielt, ohne daß gewisse Inseln überheizt und dadurch ein rapider Elektrodenabbau hervorgerufen wird. Der Bogenansatz wurzelt im stationären Betriebszustand an der Elektrodenspitze. Um eine gute Wärmeableitung zu bewahren bzw. eine Überheizung der Bogenansatzstelle zu vermeiden, sind die Längsschlitze so angeordnet, daß sie den Schulterrand der Spitze oder Kuppe nicht ganz erreichen.

Erfahrungsgemäß wird die Zündspannung herabgesetzt und das Zünden ganz allgemein erleichtert, wenn die Elektrode leicht aufheizbare Spitzen und Kanten aufweist. Neben den Schlitzkanten ist zur Erleichterung des Zündens bei der Glühelektrode nach der Erfindung vom Elektrodenfuß her ein die Lamellen- und Schlitzenden überdeckender Zündkranz aufgeschoben. Dieser Zündkranz kann aus einer Krone mit scharfen Spitzen bestehen und noch weitere Zündhilfen besitzen, die beim Aktivieren der Hauptelektrode mitaktiviert werden und so dünn gehalten sind, daß sie bereits durch die allergeringste Stromstärke auf eine genügend hohe Emissionstemperatur erhitzt werden. Dadurch ist der Lichtbogen gezwungen, sich beim niederen Gasdruck des Erstbrennstadiums am Zündkranz anzusetzen^ und erst mit der Gefaßerwärmung kann er auf die Hauptelektrode überwechseln.

Die geschlitzte Hülse und der Zündkranz können aus vorgestanzten Blechronden hergestellt sein. Auch Drahtspiralen lassen sich als Zündkranz verwenden. Entscheidend ist für den Zündkranz, daß er weit entfernt von der Elektrodenspitze liegt und äußerst leicht durch das Ionenbombardement erhitzbar ist.

Die Mantelelektrode nach der Erfindung eignet sich hervorragend für den Bau von Hochdrucklampen aus Hartgläsern (Betriebsdruck kleiner als lOatü) mit Drahtdurchführungen bekannter Art. Sie ist aber in erster Linie für Höchstdruckbrenner, deren Entladungsgefäße aus Quarz sein müssen, gedacht;, wobei man zur Erreichung vakuumdichter Stromzuführungsleiter weitere Schwierigkeiten zu überwinden hat. Besonders gut bewährt hat sich die sogenannte Folieneinschmelzung, wobei aber die elektrische Verbindung zwischen der Folie und dem Elektroden-» Massiv« besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Bei der Glühelektrode nach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten durch folgenden Aufbau überwunden:

Die Metallfolie wird in Längsrichtung um einen Einschmelzstab gelegt, der vorzugsweise einseitig so gestaucht wird, daß das Lamellenende der Patronenhülse so über den mit der Metallfolie überzogenen Kopf gesprengt wird, daß nach dem Anpressen der Lamellenenden mit der Folie ein vollkommener Preßkontakt hergestellt wird, der ein Schweißen überflüssig macht. Durch das Aufschieben des Zündkranzes entsteht ein Ringverschluß über die Lamellenenden, der den Einschmelzstab mit der aufgebauten Elektrode zu einem leicht einschmelzbaren Ganzen vereinigt. Da der Einschmelzstab der Träger der Elektrode ist, und die mechanisch widerstandslose Metallfolie in von anderen Lampen her bekannter Art nur unbelastet am Stab anliegt, ist ein zentrales Einschmelzen ohne Schwierigkeiten zu bewerkstelligen. Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaues ist darin zu erblicken, daß der Durchmesser der Elektrode nicht oder nur unwesentlich größer zu sein braucht als der Einschmelzstab, was bedeutet, daß beim Einschmelzen nur noch eine belanglose Verformung des Einschmelzstutzens des Brennergefäßes notwendig wird. Bei Hochstromtypen ist die Hülse am Elektrodenkopf (Stirnseite) zweckmäßig geschlossen, während sich bei kleinen Elektroden am Kopf ein Loch als Zugang zur Aktivierungsmasse empfiehlt. Der Lochrand soll dabei nach innen umgebördelt werden, damit der Bogen nicht an der Schneidkante wurzelt, sondern auf der glatten Fläche des Hülsenkopfes.

Die Zeichnung illustriert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei zeigt

Fig. 1 einen zum Ziehen der Patronenhülse vorgestanzten Blechschnitt mit einem Loch im Zentrum, speziell für Brenner kleiner Einheiten,

Fig. 2 die einzelnen Elemente der Elektrode fertig zum Einschmelzen in den Brennerkolben, teilweise im Schnitt,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2. In Fig. 1 ist gestrichelt noch ein zweites Ausführungsbeispiel für den Blechschnitt enthalten. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel überdecken sich die einzelnen Lamellen 1' bei der fertigen Patronenhülse fächerartig und verjüngen sich in der Richtung zum Zentrum, während beim kräftig ausgezogen gezeichneten Blechschnitt mit den Lamellen 1 die Schlitzränder bei der fertigen Hülse parallel zueinander liegen und die Schlitzbreite in gezogenem Zustand vom Fuß zum Kopf gleichbleibt (Fig. 2).

Fig. 2 macht zugleich die Folieneinschtnelzung und damit den Übergang vom Stromzuführungsleiter zur Elektrode deutlich. Die mit Längs schlitzen 2 versehene Hülse 1 umschließt den die aktivierenden Substanzen enthaltenden Sinterkörper 3, der zum Zusammenbau am unteren, der Gefäßwand zugekehrten Seite eine Mulde 9 hat, die mit der durch Schmelzung oder Schliff gebildeten Kopfform des Einschmelzstabes 4 übereinstimmt. Der Einschmelzstab 4 ist mit einer seinen Umfang nicht voll umfassenden Einschmelzfolie 5 -umgeben. Der Durchmesser des Einschmelzstabes 4 ist im Verhältnis zum Kopfdurchmesser verjungt, damit die Lamellenenden 1 bzw. 1' der Hülse 1 nach innen gebördelt den Kopf des Einschmelzstabs 4 hintergreifen und den Preßkontakt mit der Einschmelzfolie 5 auf der ganzen Breite herstellen. Durch das Aufschieben eines Überwurfringes 6 (Zündkranz) von der Fußseite her, der zugleich durch Ausbildung scharfer Zacken 6' an seinem Oberrand als Zündkrone benutzt wird, wird die Hülse 1 auf den Kopf des Einschmelzstabes 4 auf geklemmt, ein guter Preß sitz mit der Folie hergestellt und die Folie einem direkten

Bogenansatz entzogen. Die Zündzacken 6' des Überwurfrings 6 stehen zum leichteren Aufheizen zweckmäßig von der Hülse der Mantel-Hauptelektrode 1 ab. Die Schlitze 2, durch welche die aus Oxyden reduzierten Metalldämpfe der Aktivierungsmasse diffundieren, ragen nicht ganz bis zur oberen Kante K als Schulterrand der Elektrode. Wird der Einschmelzstab 4 so ausgebildet, daß sein größter Durchmesser in der Einschmelzzone liegt, so kann man den vorgeformten Einschmelzstutzen 7 des Brennergefäßes derart knapp aufpassen, daß beim Zusammenschmelzen keine nennenswerte Deformation entsteht.

Den Sinterkörper 3 kann man vorgepreßt und gesintert in die Patronenhülse einkapseln. Bei großen Lampeneinheiten ist es wegen der "besseren Wärmeableitung vorzuziehen,, die Substanzen mit den aktivie-

Claims (9)

renden Stoffen direkt in die Patronenhülse zu pressen und nachher zusammenzusintern. P Λ Ϊ !■: N T A N S \> H C CHE:

1. Entladungsgeheizte Glühelektrode für elektrische Gas- und Dampfentladungslampen, insbesondere Ouecksilberdampf-Hoch- un.dHöchstdruckbrenner, bei der die aktivierenden Substanzen in einer in einer Spitze auslaufenden und aus hochhitzebeständigem Material gefertigten Patronenhülse eingekapselt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse Längsschlitze hat, die vom Elektrodenfuß ausgehend bis in die Nähe der Elektrodenspitze geführt sind.

2. Glühelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Elektrodenfuß ein die Schlitzanfänge überdeckender Zündkranz vorgesehen ist.

3. Glühelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Patronenhülse und der Zünd- ao kranz aus einem Blechschnitt hergestellt sind.

4. Glühelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkranz aus einer Drahtspirale besteht.

5. Glühelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (la) des Hülsenblechschnittes nach Verformung zur Patronenhülse zueinander im wesentlichen parallele Ränder haben.

6. Glühelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lamellen (1') des Hülsenblechschnitts gegen das Zentrum verjüngen, so daß sie sich nach Formung der Patronenhülse mit ihren Enden überlappen.

7. Glühelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlitzte Patronenhülse auf einen Einschmelzdorn aufgesetzt ist, der aus dem gleichen Material wie das Brennergefäß hergestellt und zum Teil von einer Metallfolie als Stromdurchführungsleiter umfangen ist.

8. Glühelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß der Glühelektrode Zündhilfen angebracht sind, die beim Aktivieren mitaktivierbar und so dünn gehalten sind, daß sie bereits durch geringe Stromstöße auf eine hohe Elektronenemission hervorrufende Temperatur erwärmbar sind.

9. Glühelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spitze der Glühelektrodenhülse eine axiale Öffnung (8) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 279 028, 712 691; deutsche Patentanmeldung P 3190 VIIIc/21 f (bekann tgemacht am 11. 9. 1952);

britische Patentschriften Nr. 503 112, 486 138;
französische Patentschriften Nr. 997 358, 831 993.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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