DE1275687B - Elektrode fuer Hochdruckgasentladungslampen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 2If-82/03

Nummer: 1275 687

Aktenzeichen: P 12 75 687.5-33 (N 25388)

Anmeldetag: 18. August 1964

Auslegetag: 22. August 1968

Die Erfindung betrifft eine mit emittierendem Material bedeckte Elektrode für Hochdruckgasentladungslampen, die mittels einer Glimmentladung gezündet werden, die aus einer um einen herausragenden Kerndraht gewickelten und von diesem unterstützten Wendel aus Wolframdraht besteht, dessen Durchmesser klein ist gegenüber dem Durchmesser des Kerndrahtes. Derartige Elektroden sind insbesondere für Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen bestimmt.

Bei Hochdruckgasentladungslampen der obenerwähnten Art werden nach dem Einschalten die Elektroden mittels einer Glimmentladung derart erhitzt, daß das Emissionsmaterial auf den Elektroden eine Temperatur erreicht, bei der die Zündung erfolgt. Es ist wichtig, daß die Zeitdauer der Glimmentladung möglichst kurz ist wegen der stark zerstäubenden Wirkung der Glimmentladung auf das Elektrodenmaterial. Eine Abkürzung der Glimmphase ergibt sich durch schnelle Aufheizung der Elektrode. Diese schnelle Aufheizung ist möglich, wenn die Wärmekapazität der Elektrode gering ist, und eine geringe Wärmekapazität ist möglich, wenn die Abmessungen der Elektrode klein gehalten werden. Dies bringt aber mit sich, daß dann auch die Menge an emittierendem Material auf der Elektrode gering ist, woraus sich eine kurze Lebensdauer der Elektrode ergibt. Die Lebensdauer der Elektrode ist nämlich sowohl durch die Zerstäubung in der Glimmphase als auch durch die Verdampfung und Zersetzung des Emissionsmaterials im Betriebszustand der Lampe bedingt. Während der Zündperiode der Lampe, in der also zwischen den Elektroden bzw. zwischen einer Elektrode und einer Hilfselektrode eine Glimmentladung besteht, greift diese Glimmentladung am Emissionsmaterial an und verursacht dort die obenerwähnte Verdampfung und Zersetzung.

Durch geeignete Konstruktion der Elektrode kann man dafür sorgen, daß im Betriebszustand der Lampe die Entladung nicht mehr am Emissionsmaterial angreift. Ein dazu vielfach verwendeter Aufbau hat eine Wendel aus massivem Draht, der um einen mittleren Kerndraht gewickelt ist, der an der Entladungsseite herausragt und dort frei von emittierendem Material ist. Man erreicht damit, daß die Entladung im Betriebszustand der Lampe nicht an dem zwischen den Windungen der Wendel befindlichen Emissionsmaterial angreift. Die Stärke des Drahtes der Wendel ist meistens von gleicher Größenordnung wie die Stärke des Kerndrahtes.

Es ist ferner eine Elektrode für Hochdruckentladungslampen bekannt mit einer um einen Kern-Elektrode für Hochdruckgasentladungslampen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Auer, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Jan van der Windt,

Martinus Henricus Andrianus van de Weijer,

Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 21. August 1963 (296 949)

draht gewickelten Wendel aus einadrigem Draht, dessen Durchmesser klein ist gegenüber dem Durchmesser des Kerndrahtes. Eine Wendel aus einadrigem Draht kann aber nur relativ wenig Emissionsmaterial aufnehmen.

Es ergab sich, daß Elektroden der oben beschriebenen Konstruktion eine hohe Wärmekapazität haben, wodurch sich die Aufheizung mittels Glimmentladung zu langsam vollzieht. In bestimmten Fällen dauerte es mehrere Sekunden, bevor die Glimmphase beendet war.

Die Erfindung bezweckt, den erwähnten Nachteilen entgegenzutreten.

Eine Elektrode eingangs erwähnter Art weist gemäß der Erfindung das Kennzeichen auf, daß die Wolframwendel aus einem Strang von wenigstens zwei eng miteinander verzwirnten Wolframdrähten besteht.

Eine Elektrode nach der Erfindung hat eine besonders lose Struktur, d. h., daß das Gewicht des Materials des Wolframdrahtes gegenüber dem Gesamtvolumen der Elektrode gering ist gegenüber den bekannten Konstruktionen. Dadurch ist die Wärmekapazität gering, woraus sich eine kurze Aufheizzeit der Elektrode ergibt; außerdem ist der verfügbare Raum für die Aufnahme des Emissionsmaterials groß. Die Lebensdauer ist dadurch viel länger als die der bekannten Konstruktionen. Ebenso wie bei vielen bekannten Elektroden ragt auch bei einer Elektrode nach der Erfindung der Kerndraht an der Ent-

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ladungsseite aus der Spirale heraus. Dadurch greift miteinander verzwirnten Drähten ausgegangen wird,

die Entladung im Betriebszustand nicht am vornan- als im fertiggestellten Produkt vorhanden sind, als

denen Emissionsmaterial oder an den dünnen ge- auch bei der oben beschriebenen Herstellung einer

zwirnten Drähten an. Doppelwendel, kann der zu entfernende Draht oder

Der Durchmesser der gezwirnten Drähte ist vor- 5 Dorn z. B. aus Molybdän bestehen, das bekanntlich

zugsweise kleiner als ein Drittel des Durchmessers leicht in Königswasser löslich ist, von dem Wolfram

des Kerndrahtes. aber nicht angegriffen wird.

Die Wendel wird vorzugsweise derart um den Bei der Herstellung einer Doppelwendel kann der Kerndraht gewickelt, daß die Windungen nicht anein- Dorn, wie oben erwähnt, aus mehreren nebeneinander anschließen. Dadurch wird die Struktur der io anderliegenden Drähten bestehen. Einer dieser Elektrode noch loser, und das Emissionsmaterial Drähte kann dann auch aus Wolfram bestehen und kann seine Funktion in der Glimmphase besser er- somit nach dem chemischen Ätzvorgang zurückfüllen, bleiben. Innerhalb der ersten Wicklung der Doppel-Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer wendel in der fertigen Elektrode befindet sich dann Elektrode nach der Erfindung wird erzielt, wenn der 15 dieser dünne Wolframdorn. Dadurch erhält die Strang gezwirnter Wolframdrähte zu einer Wendel Doppelwendel eine bessere Formfestigkeit. Man muß gewickelt ist, deren Windungen nicht aneinander an- aber dafür sorgen, daß innerhalb der ersten Wickschließen, und die so entstandene Wendel um den lung hinreichender Raum für das Emissionsmaterial Kerndraht gewickelt wird, statt des Stranges gezwirn- vorhanden ist. Der Durchmesser des zurückbleibenter Wolframdrähte selbst. Es entsteht auf diese Weise 20 den Wolframdornes muß daher beträchtlich kleiner also eine Doppelwendel gezwirnter Wolframdrähte. sein als der Durchmesser der ersten Wicklung der Eine weitere Vergrößerung des Volumens der Doppelwendel. Vorzugsweise ist der Durchmesser Elektrode kann noch dadurch erzielt werden, daß des zurückbleibenden Wolframdornes kleiner als ein zwei oder mehr gezwirnte Wendeln oder Doppelwen- Drittel des Durchmessers der ersten Wicklung der dem umeinander gewickelt werden, derart, daß deren 25 Doppelwendel.

Achsen mit der Achse des Kerndrahtes zusammen- Gegebenenfalls kann man eine Doppelwendel aus

fallen. Eine einfache Herstellung solcher Wendeln ist einem Strang gezwirnter Wolframdrähte herstellen,

dadurch möglich, daß man die Wendern ohne Draht- wobei von einem Strang von mehr miteinander ver-

unterbrechung ineinander übergehen läßt. Dabei ist zwirnten Drähten ausgegangen wird, als im fertigen es vorteilhaft, eine gerade Anzahl Wendeln oder 30 Produkt vorhanden sind.

Doppelwendeln zu verwenden und dafür zu sorgen, Da der Durchmesser der zweiten Wicklung einer daß die Drahtenden der ineinander gezwirnten dün- Doppelwendel größer ist als der Durchmesser der nen Wolframdrähte von der Entladungsseite der ersten Wicklung, nämlich etwa gleich dem DurchElektrode abgekehrt sind. Man hat dann nämlich an messer des mittleren Kerndrahtes, kann die zweite der Entladungsseite keine scharfen Spitzen, an denen 35 Wicklung dadurch erzielt werden, daß die erste Wendie Entladung leicht angreifen kann, wodurch eine del auf einen Dorn aufgewickelt wird, der mechastarke Zerstäubung auftreten könnte. Es ist bei dieser nisch entfernt wird. Ein solcher Dorn kann z. B. aus besonderen Ausführungsform dann am einfachsten, Stahl bestehen und nach der Herstellung aus der zwei nebeneinanderliegende Wendeln oder Doppel- Wendel herausgezogen werden, wendeln gegensinnig zu wickeln. 40 Als Emissionsmaterial können sämtliche für diesen Die Herstellung des Stranges gezwirnter Wolfram- Zweck bekannten Stoffe oder Gemische von Stoffen drähte erfolgt am einfachsten dadurch, daß zwei verwendet werden, z. B. ein Gemisch von Oxyden oder mehr Wolframdrähte miteinander verzwirnt von Barium, Calcium, Strontium und Thorium. Bewerden. Bei der Herstellung einer besonderen Aus- kanntlich werden diese Oxyde meist nicht als solche führungsform einer Elektrode nach der Erfindung 45 angebracht, sondern an Ort und Stelle aus leicht geht man von mehr miteinander verzwirnten Drähten zersetzbaren Verbindungen, z. B. Karbonaten, entaus, als in der fertigen Elektrode vorhanden sind. wickelt. Das Anbringen erfolgt z. B. durch Auf-Nach dem Zwirnen der Drähte wird dann während spritzen oder Tauchen in eine Suspension. Bei einer einer bestimmten Phase des Herstellungsvorganges Doppelwendel ergibt sich dann nach der Herstellung der Elektrode ein oder mehrere der miteinander ver- 50 der Elektrode, daß der Emissionsstoff sich größtenzwirnten Drähte entfernt. Dies kann z. B. auf chemi- teils innerhalb der ersten Wicklung der Doppelwendel schem Wege erfolgen. Der Vorteil dieser besonderen befindet.

Ausführungsform besteht darin, daß ein größerer Es sei noch erwähnt, daß eine Doppelwendel-Raum für die Aufnahme von Emissionsmaterial ge- Glühelektrode aus verzwirnten Drähten für Entschaffen wird, nämlich auch an jener Stelle, die ur- 55 ladungslampen bereits bekannt ist. Die Doppelwendel sprünglich vom entfernten mitgezwirnten Draht ein- ist hierbei zunächst auf einen Kern gewickelt, der genommen wurde. später entfernt wird. Dieses Gebilde ist jedoch Die obenerwähnte Doppelwendel wird Vorzugs- mechanisch wenig stabil im Gegensatz zu der Elekweise dadurch hergestellt, daß ein Strang gezwirnter trode nach der Erfindung, bei der der Kerndraht als Wolframdrähte um einen Dorn gewickelt wird. Dieser 60 wesentlicher Elektrodenteil erhalten bleibt. Dorn kann aus einem einzigen Draht oder aus meh- Die Erfindung wird an Hand einiger in den Zeichreren aneinander anliegenden Drähten bestehen. Um nungen dargestellter Ausführungsbeispiele naher erden für die Aufnahme von Emissionsmaterial er- läutert. Es zeigt

forderlichen Raum innerhalb der ersten Wicklung der F i g. 1, teilweise schematisch, eine Elektrode mit

Doppelwendel zu schaffen, muß der Dorn völlig oder 65 einer Wendel aus zwei verzwirnten Wolframdrähten,

teilweise entfernbar sein, z.B. auf chemischem Wege. Fig. 2, teilweise schematisch, eine Elektrode mit

Sowohl bei der Herstellung eines Stranges mitein- zwei einander umgebenden Wendeln aus verzwirnten

ander verzwirnter Wolframdrähte, bei der von mehr Wolframdrähten,

F i g. 3, teilweise schematisch, eine Elektrode mit einer Doppelwendel,

F i g. 4 einen Schnitt durch die erste Wicklung einer Doppelwendel nach einer besonderen Ausführungsform und

F i g. 5 einen Ausschnitt eines Stranges von drei miteinander verzwirnten Drähten.

In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Wolframkerndraht, der von einer Wendel 2 umgeben ist. Mit 3 ist der Teil des Wolframkerndrahtes bezeichnet, der an der Entladungsseite aus der Wendel herausragt. Wie deutlich aus der Figur ersichtlich ist, besteht die Wendel 2 aus zwei miteinander verzwirnten Drähten 2 a und 2 b. Die Windungszahl der Wendel ist meist verhältnismäßig gering und beträgt gewöhnlich nicht mehr als zwanzig. In den meisten Fällen sind fünf bis fünfzehn Windungen genügend.

In F i g. 2 ist mit 4 der Wolframkerndraht bezeichnet, der an der Entladungsseite aus den darauf angebrachten Wendeln 6 und 7 aus verzwirnten Wolframdrähten herausragt. Der herausragende Teil ist mit 5 bezeichnet. Die Wendeln 6 und 7 haben eine ähnliche Konstruktion wie die Wendel 2 der F i g. 1 und sind, wie aus der Figur ersichtlich ist, gegensinnig auf dem Kern 4 aufgewickelt. An der Seite des herausragenden Teils 5 gehen die beiden Wendeln ohne Unterbrechung ineinander über. Die freien Enden 8 und 9 der Wendeln und daher auch die freien Enden der miteinander verzwirnten Wolframdrähte befinden sich an dem der Entladung abgekehrten Ende der Elektrode.

In F i g. 3 ist der Wolframkerndraht mit 10 bezeichnet. Dieser Kerndraht ist von einer Doppelwendel 11 umgeben, deren erste Wicklung aus zwei miteinander verzwirnten Wolframdrähten 13 und 14 besteht. Gegebenenfalls kann um diese erste Doppelwendel noch eine zweite Doppelwendel angebracht werden, wodurch sich eine Konstruktion ähnlich der nach F i g. 2 ergibt.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch die erste Wicklung einer Doppelwendel, wie sie z. B. in einer Elektrode nach F i g. 3 verwendbar ist. Innerhalb der Wicklung 15, die aus zwei miteinander verzwirnten Wolframdrähten besteht, befindet sich ein Wolframdorn 16. Während der Herstellung waren auch noch die gestrichelt dargestellten Dorne 17 und 18 aus Molybdän vorhanden. Diese wurden aber nach dem Wickeln weggeätzt. Das Wegätzen kann z. B. erfolgen, bevor die zweite Wicklung der Doppelwendel hergestellt wird, erfolgt aber vorzugsweise, nachdem diese Wicklung hergestellt und am mittleren Kerndraht befestigt ist. Der Dorn 16 ist nicht starr an den verzwirnten Wolframdrähten der Wicklung 15 befestigt und wird daher nicht in jeder Windung an der Wicklung anliegen, im Gegensatz zu der in der Figur dargestellten Situation.

In F i g. 5 ist ein Teil eines Stranges miteinander verzwirnter Drähte 19 und 20 dargestellt. Dieser Strang kann z. B. zu einer Wendel für Kathoden nach den F i g. 1 und 2 gewickelt werden. Die Drähte ö₀ 19 und 20 bestehen aus Wolfram. Während der Herstellung war noch der gestrichelt dargestellte Molybdändraht 21 vorhanden, der nachher weggeätzt wurde. Das Wegätzen kann vor dem Wickeln der Wendel oder nachher erfolgen.

Um ein Bild der mit der Erfindung erzielbaren Ergebnisse zu geben, folgt nachstehend ein Vergleich von nach F i g. 2 aufgebauten Kathoden mit Kathoden, bei denen die einander umgebenden Wendeln 6 und 7 aus einem massiven Wolframdraht mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser der kreisförmigen Umhüllung der verzwirnten Drähte bestehen.

Die Wendeln 6 und 7 werden aus einem Strang von drei miteinander verzwirnten Drähten mit einem Durchmesser von 85 μ gewickelt. Zwei dieser Drähte waren aus Wolfram und einer aus Molybdän hergestellt. Die Steigung der Tordierung betrug 673 μ. Von dem so erzielten verzwirnten Draht wurde eine Wendel durch Wickeln um einen Stahldorn von 500 μ hergestellt. Um diesen Dorn wurden fünfzehn Windungen für die Wendel 6 und zwölf Windungen für die Wendel 7 gelegt. Die beiden Wendeln wurden mit einer Steigung von 200 μ gewickelt. Nach der Herstellung wurde der Stahldorn herausgezogen und der mitgewickelte Molybdändraht aus dem Strang weggeätzt. Darauf wurde diese Kathode in einer Suspension von Karbonaten des emittierenden Materials eingetaucht. Anschließend wurde die Doppelwendel auf den Wolframkerndraht 4 aufgeschoben, der einen Durchmesser von etwa 550 μ hatte. Durch Erhitzung wurden darauf die Karbonate in das Emissionsmaterial umgesetzt.

Es ergab sich, daß durchschnittlich 4,5 mg Emissionsmaterial in den Kathoden vorhanden war. Aus massivem Wolframdraht gewickelte Kathoden enthielten durchschnittlich nur 2,3 mg Emissionsmaterial. Die Lebensdauer von Kathoden nach der Erfindung war daher beträchtlich länger als die der anderen Kathoden. Außerdem ergibt sich, daß die Kathoden nach der Erfindung nach 3000 Brennstunden eine Zündperiode von durchschnittlich 0,1 Sekunde hatten. Die Vergleichskathoden aus massivem Wolframdraht wiesen nach 3000 Brennstunden eine Zündperiode von 3 bis 4 Sekunden auf.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mit emittierendem Material bedeckte Elektrode für Hochdruckgasentladungslampen, die mittels einer Glimmentladung gezündet werden, die aus einer um einen herausragenden Kerndraht gewickelten und von diesem unterstützten Wendel aus Wolframdraht besteht, dessen Durchmesser klein ist gegenüber dem Durchmesser des Kerndrahtes, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframwendel aus einem Strang von wenigstens zwei eng miteinander verzwirnten Wolframdrähten besteht.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der gezwirnten Drähte kleiner als ein Drittel des Durchmessers des Kerndrahtes ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Wolframwendel nicht aneinander anschließen.

4. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang gezwirnter Wolframdrähte zu einer den Kerndraht umgebenden Doppelwendel gewunden ist und die Windungen der ersten Wicklung der Doppelwendel nicht aneinander anschließen.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der ersten Wicklung der Doppelwendel ein Wolframdorn befindet.

6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Wolfram-

domes kleiner ist als ein Drittel des Durchmessers der ersten Wicklung der Doppelwendel.

7. Elektrode nach Anspruch 1,2,3,4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wolframwendel oder Doppelwendel von wenigstens einer weiteren Wendel mit ähnlichem Aufbau wie die erste Wendel umgeben ist und die Achsen der beiden Wendeln mit der Achse des Kerndrahtes zusammenfallen.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die koaxialen Wendeln ohne Drahtunterbrechung ineinander übergehen, wo-

bei im Fall einer geraden Anzahl von Wendeln die Drahtenden der tordierten Wolframdrähte alle von der Entladungsseite der Elektrode abgekehrt sind.

9. Elektrode nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nebeneinanderliegende Wendeln gegensinnig gewickelt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1084 374;
britische Patentschriften Nr. 733 853, 792 365;
USA.-Patentschrift Nr. 2 935 637.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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