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EP0882307B1 - Sinterelektrode - Google Patents

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Publication number
EP0882307B1
EP0882307B1 EP97951066A EP97951066A EP0882307B1 EP 0882307 B1 EP0882307 B1 EP 0882307B1 EP 97951066 A EP97951066 A EP 97951066A EP 97951066 A EP97951066 A EP 97951066A EP 0882307 B1 EP0882307 B1 EP 0882307B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
sintered
particle size
sintered electrode
electrode according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97951066A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0882307A1 (de
Inventor
Dietrich Fromm
Bernhard Altmann
Wolfram Graser
Peter Schade
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0882307A1 publication Critical patent/EP0882307A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0882307B1 publication Critical patent/EP0882307B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0735—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
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    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12875—Platinum group metal-base component

Definitions

  • the invention is based on a sintered electrode according to the preamble of claim 1. It is a sintered electrode for high-pressure discharge lamps such as metal halide lamps or High-pressure sodium discharge lamps.
  • DE-OS 42 06 909 describes a thermionically emitting cathode element known for vacuum electron tubes, which consist of spherical particles 5 to 90% of the total volume is produced with an average grain size of less than 1 ⁇ m the sintered electrode consist of unfilled, to the environment open pores. The distances between neighboring particles (grains) are smaller than 1 ⁇ m.
  • XP002062073 is a thermionically emitting cathode known, which comprises a sintered body with porosity of about 20%
  • the sintered body consists of tungsten powder with a grain size distribution from 2 to 14 ⁇ m.
  • the use of a very narrow grain size distribution is considered proposed a way to achieve controlled porosity.
  • a dispenser cathode which has a sintered body made of porous tungsten, which reaches 83% of theoretical density It is made from tungsten powder, the grains of which have a radius in the area May have 1.5 to 6.1 microns.
  • a sintered electrode is known from US Pat. No. 3,244,929 which, in addition to tungsten Proportions of emitter material such as oxides of aluminum, barium, calcium or Thorium contains The sintered body sits on a solid solid core pin Material.
  • DD-PS 292 764 is a cermet sintered body consisting of a mixture known from tungsten and thorium oxide or alkaline earth oxide, in which the porosity of the sintered body through the defined use of a binder is controlled during production.
  • the particle size of the cermet powder is 80 to 550 ⁇ m.
  • a major problem with known sintered electrodes is that their porosity does not remain constant over the lifespan because of the sintering process the high temperature load during the operation of the electrode progresses. Therefore, such lamps have poor maintenance during the lifespan.
  • sintered electrodes have so far been used for high-pressure lamps cannot prevail across the board. Rather, it was up to now instructed to use spiral electrodes with a core pin made of thoriated tungsten or pin electrodes made of thoriated tungsten. The production So far, each was made of compact solid material.
  • the sintered electrode according to the invention for high-pressure discharge lamps consists of a sintered body made of one of the high-melting metals Tungsten, tantalum, osmium, iridium, molybdenum or rhenium or an alloy of these metals.
  • a metal or alloy known oxidic doping (up to 5% by weight) can be added, for example an oxide of lanthanum or yttrium.
  • the sintered body is made of a metallic powder, essentially spherical or the alloy, the average grain size between 2 and 100 microns, the grain size distribution by a maximum of 20% the mean fluctuates and is between 10 and 40 vol .-% of the total volume the sintered electrode consists of pores open to the environment
  • the pores can be unfilled or contain emitter additives.
  • Emitter additives are oxides of alkaline earth, for example barium, calcium, Strontium and mixtures thereof.
  • Aluminates are also suitable Oxides of hafnium or zirconium or rare earth metals (in particular Sc, Y, La, Ce, Nd, Gd, Dy and Yb).
  • the average grain size of the spherical powder is preferably between 5 and 70 ⁇ m.
  • the grain size distribution fluctuates by a maximum of 10% around the mean.
  • the sintered body is on a in a manner known per se Solid metal core pin attached
  • connection techniques such as No soldering or welding can be.
  • the mechanical connection is only by shrinking or sintering
  • the material of the sintered body and of the core pin is preferably essentially the same, for example pure tungsten.
  • the sintered body can be unfilled or contain emitter additives (e.g. lanthanum oxide). Pure tungsten doped with potassium is also suitable for the core pin or a rhenium-tungsten alloy.
  • the electrode can do without thorium and is then radioactive.
  • the service life of the high-pressure discharge lamps equipped with it is lengthened, the increase in lamp lamp voltage is reduced and the Maintenance of the luminous flux significantly improved
  • the blackening the wall of the discharge vessel is reduced when the lamps are in operation, there is a reduction in the restlessness of the arc and flickering
  • the manufacture of the electrode is considerably simplified Compared to conventional electrodes, the electrode coil can be saved become.
  • the powder is single crystal.
  • Powder in particular be pressed around a core pin.
  • Method step c) can be preferred, for example, in the case of tungsten at temperatures from 2500 to 2800 K. In the event of of an alloy is the lowest with melting temperature melting component meant.
  • Another advantageous process is the metal injection molding process.
  • This Technology is described in more detail in DE-OS 197 49 908. You can in modified form can also be used for the present invention.
  • the course of the procedure can be summarized as follows: A suitable one Metal powder is mixed with so much plastic (the so-called binder) that this starting material, which is in the form of granules, has the flow properties of the plastic and analogous to plastic injection molding can be further machined by placing it in an injection mold with the contour of the desired future component. Then a metallic one To obtain the component, the green body is removed from the injection mold; the binder is then removed by heat or by solvent removed from the so-called green body. This process is called Dewaxing. Then the component is made accordingly classic powder metallurgy sintered to a very high density component.
  • the essentially spherical metal powder is produced in known way, being rounded or almost exactly spherical Particles can arise.
  • One example is the carbonyl process (New Types of Metal Powders, Ed. H. Hausner, Gordon and Breach Science Publishers, New York 1963, published in the series Metallurgical Society Conferences as volume 23). Particularly good results are obtained with single crystal Metal powder achieved.
  • the spherical powder grains of homogeneous size develop during sintering Equilibrium surfaces in the form of polyhedra. For example, it is around [110] or [111] faces. Surprisingly, it turned out that these polyhedron surfaces do not sinter further, so that the porosity of this new sintered body is practically constant over the service life remains. It is a so-called sponge body with an open Porosity.
  • the mode of operation of the sintered body is explained in more detail below using an example in which the sintered body is produced from pure (that is to say ThO 2- free) tungsten.
  • the starting material is spherical W powder with a diameter that is as uniform as possible, i.e. with a narrow distribution width of the grain size.
  • This homogeneity of the powder ultimately results in great stability of the sintered body at high temperatures and leads to correspondingly stable conditions during the life of the lamp.
  • the powder can be pressed directly around a ThO 2 -free core pin. Sintering is then carried out at the relatively low temperature of around 2350 ( ⁇ 100) ° C. This low temperature, which corresponds approximately to 0.7 times the melting temperature of the tungsten, means considerable energy savings compared to the usual sintering temperatures of 2800-3000 ° C for compact tungsten material.
  • the residual porosity of the finished sintered sponge electrode can be targeted can be set via the ball size of the starting material. Preferably are ball sizes from 5 to 70 ⁇ m for the sponge electrode used. A residual porosity of about 15 to 30% by volume can thus be achieved.
  • the discharge starts at a large one Area.
  • the point-like approach known from conventional electrodes who often there at very high temperatures and for hiking of the focal spot is avoided.
  • the temperature distribution on the whole sponge body is largely even.
  • one conventional electrode has a high temperature gradient. It has in particular at the top a typically 500 K higher temperature than in rear part of the electrode.
  • the transition from glow to glow occurs Arc discharge faster when using the sintered electrode than when conventional solid electrode because the heat dissipation from the top the electrode in the direction of crushing due to the small contact area between the sintered grains of the sintered body is greatly reduced.
  • any reflective coating may be present the piston ends are dimensioned smaller or omitted entirely, whereby a higher luminous flux is achieved.
  • the sintered electrode 1 shown in FIG. 1 for a 150 W lamp consists of a cylindrical sintered body 2, in its half facing away from the discharge a solid core pin 5 made of tungsten is pressed axially.
  • the sintered body 2 consists of tungsten, which is made of spherical metal powder with a medium Grain size of 10 microns is made. The grain size distribution fluctuates by 10% around the mean. The residual porosity is approximately 15% by volume.
  • the diameter of the core pin is approximately 0.5 mm, the outer diameter the sintered body is approximately 1.5 mm.
  • FIG. 2 shows an example of a metal halide lamp 9 with a Power of 150 W. It consists of a quartz glass vessel 10, which is a metal halide filling contains. There are external power supplies at both ends 11 and molybdenum foils 12 embedded in bruises 13. On The core pins 5 of the electrodes 1 are fastened to the molybdenum foils 12. Latter protrude into the discharge vessel 10. The two ends of the outlet tion vessel are each with a heat reflective coating 14th made of zirconium oxide.
  • the electrode consists of a sintered body, which is rounded on the discharge side or tapered to a point
  • the sintered body consists of tungsten, while the pressed core pin is made of rhenium, rhenium-plated tungsten or molybdenum.
  • a particularly advantageous method for producing a sintered electrode according to the invention is based on the metal injection molding method known per se. The principle is explained in detail in DE-OS 197 49 908. An overview can be found in the article “Overview of Powder Injection Molding” by PJ Vervoort et al., In: Advanced Performance Materials 3 , pp. 121-151 (1996).
  • the mixture in the Injection mold injected around a core pin and with this during sintering connected.
  • Such electrodes show a much better life behavior.
  • Studies on metal halide lamps with 150 W output show that maintenance of the luminous flux after 1000 hours of use of metal powders with a grain size of 5 or 20 ⁇ m to 95% each of the initial luminous flux.
  • the state of the Technology conventional stick electrode made of doped tungsten material
  • Luminous flux drops to values between 83 and 90% after 1000 hours to observe.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Sinterelektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um eine Sinterelektrode für Hochdruckentladungslampen wie beispielsweise Metallhalogenidlampen oder Natriumhochdruckentladungslampen.
Stand der Technik
Aus der DE-OS 42 06 909 ist ein thermionisch emittierendes Kathodenelement für Vakuumelektronenröhren bekannt, das aus sphärischen Partikeln mit einer mittleren Korngröße unter 1 µm hergestellt ist 5 bis 90 % des Gesamtvolumens der Sinterelektrode bestehen aus ungefüllten, zur Umgebung hin offenen Poren. Die Abstände zwischen benachbarten Partikeln (Körnern) sind kleiner als 1 µm.
Aus IEE Proceedings-1/Solid-state and Electron Devices, Bd. 128, Nr. 1, Februar 1981, Seiten 19-32, XP002062073 ist eine thermionisch emittierende Kathode bekannt, die einen Sinterkörper mit Porosität von etwa 20 % umfasst Der Sinterkörper besteht aus Wolframpulver mit einer Korngrößenverteilung von 2 bis 14 µm. Die Verwendung einer sehrenger Korngrößen verteilung wird als eine Möglichkeit zur Erztelung einer kontrollierten Porosität vorgeschlagen.
Aus US-A 2 721 372 ist eine Dispenserkathode bekannt, die einen Sinterkörper aus porösem Wolfram umfaßt, der 83% der theoretischen Dichte erreicht Er ist aus Wolframpulver hergestellt, dessen Körner einen Radius im Bereich 1,5 bis 6,1 µm besitzen können.
Aus der US-A 3 244 929 ist eine Sinterelektrode bekannt, die neben Wolfram Anteile an Emittermaterial wie Oxide des Aluminium, Barium, Calcium oder Thorium enthält Der Sinterkörper sitzt auf einem festen Kernstift aus massivem Material.
Aus der US-A 5 418 070 ist eine Kathode bekannt, die aus einer porösen Wolfram-Matrix besteht, in deren Poren Emittermaterial eingebaut ist Die Poren der gesinterten Matrix werden mit flüssigem Kupfer gefüllt das später wieder herausgelöst wird. Der Nachteil dieser Methode ist, daß die Poren unregelmäßig geformt sind und ihre Eigenschaften undefiniert sind. Die Herstellung ist kompliziert und zeitaufwendig.
Aus der DD-PS 292 764 ist ein Cermet-Sinterkörper bestehend aus einer Mischung aus Wolfram und Thoriumoxid bzw. Erdalkalioxid bekannt, bei dem die Porosität des Sinterkörpers durch die definierte Verwendung eines Bindemittels bei der Herstellung gesteuert wird. Die Teilchengröße des Cermetpulvers liegt bei 80 bis 550 µm.
Ein großes Problem bei bekannten Sinterelektroden ist, daß deren Porosität nicht über die Lebensdauer konstant bleibt, da der Sinterprozeß aufgrund der hohen Temperaturbelastung während des Betriebs der Elektrode weiter voranschreitet. Deshalb haben derartige Lampen eine schlechte Maintenance während der Lebensdauer.
Wegen dieses gravierenden Nachteils haben sich für Hochdrucklampen Sinterelektroden bisher nicht auf breiter Front durchsetzen können. Vielmehr war man bisher darauf angewiesen, Wendelelektroden mit einem Kernstift aus thoriertem Wolfram oder Stiftelektroden aus thoriertem Wolfram einzusetzen. Die Herstellung erfolgte bisher jeweils aus kompaktem massivem Material.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sinterelektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die auf Thorium verzichtet und die eine längere Lebensdauer erreicht sowie eine geringere Bogenunruhe zeigt
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Sinterelektrode für Hochdruckentladungslampen besteht aus einem Sinterkörper aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Tantal, Osmium, Iridium, Molybdän oder Rhenium oder einer Legierung dieser Metalle. Zusätzlich kann dem Metall bzw. der Legierung eine an sich bekannte oxidische Dotierung (bis zu 5 Gew.-%) zugesetzt werden, zum Beispiel ein Oxid des Lanthan oder Yttrium.
Der Sinterkörper ist aus einem ein Kurstallinen, im wesentlichen sphärischen, Pulver des Metalls bzw. der Legierung hergestellt, deren mittlere Korngröße zwischen 2 und 100 µm beträgt, wobei die Korngrößenverteilung um maximal 20 % um den Mittelwert schwankt und wobei zwischen 10 und 40 Vol.-% des Gesamtvolumens der Sinterelektrode aus zur Umgebung offenen Poren besteht
Die Poren können ungefüllt sein oder Emitterzusätze enthalten. Typische Emitterzusätze sind Oxide der Erdalkalien, beispielsweise des Barium, Calcium, Strontium und Mischungen davon. Geeignet sind auch Aluminate sowie Oxide des Hafnium oder Zirkon oder der Seltenerd-Metalle (insbesondere Sc, Y, La, Ce, Nd, Gd, Dy und Yb).
Die mittlere Komgröße des sphärischen Pulvers beträgt bevorzugt zwischen 5 und 70 µm.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schwankt die Korngrößenverteilung maximal um 10 % um den Mittelwert.
Insbesondere ist der Sinterkörper in an sich bekannter Weise auf einem Kernstift aus massivem Metall befestigt Ein besonderer Vorteil dabei ist, daß auf Verbindungstechniken wie z.B. Löten oder Schweißen verzichtet werden kann. Die mechanische Verbindung wird lediglich durch Aufschrumpfen bzw. Aufsintern hergestellt
Bevorzugt ist das Material des Sinterkörpers und des Kernstifts im wesentlichen das gleiche, beispielsweise reines Wolfram. Der Sinterkörper kann dabei ungefüllt sein oder Emitterzusätze (beispielsweise Lanthanoxid) enthalten. Für den Kernstift eignet sich auch reines, mit Kalium dotiertes Wolfram oder eine Rhenium-Wolfram-Legierung.
Die Elektrode kann insbesondere auf Thorium verzichten und ist dann radioaktivitätsfrei.
Die erfindungsgemäße Elektrode hat eine Reihe von Vorteilen:
Die Lebensdauer der damit bestückten Hochdruckentladungslampen wird verlängert, der Anstieg der Lampenbrennspannung wird verringert und die Maintenance des Lichtstroms deutlich verbessert Außerdem ist die Schwärzung der Wand des Entladungsgefäßes verringert Des weiteren zeigt sich im Betrieb der Lampen eine Verringerung der Bogenunruhe und des Flickerns. Zudem wird die Herstellung der Elektrode wesentlich vereinfacht Gegenüber konventionellen Elektroden kann die Elektrodenwendel eingespart werden.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers gemäß Anspruch 1 besteht aus folgenden Verfahrensschritten:
  • a) Bereitstellen eines im wesentlichen sphärischen Metallpulvers aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Tantal, Molybdän, Iridium, Osmium oder Rhenium oder einer Legierung dieser Metalle, wobei das Pulver folgende Eigenschaften besitzt
  • die mittlere Korngröße des Metallpulvers beträgt zwischen 2 und 100 µm;
  • die Korngrößenverteilung schwankt um maximal 20 % (typisch 10 %) um den Mittelwert; die dafür verwendeten sphärischen Partikel des Metallpulvers sind einkristallin;
  • b) Pressen des Pulvers; ein typischer Wert des dabei angewendeten Drucks ist 100 bis 400 MPa;
  • . c) Sintern des Preßlings bei einer Temperatur von etwa dem 0,6 bis 0,8-fachen der Schmelztemperatur des verwendeten Metalls (angegeben in Kelvin).
    • Das Pulver ist einkristallin. Beim Verfahrensschritt b) kann das Pulver insbesondere um einen Kernstift gepreßt werden.
    Der Verfahrensschritt c) kann beispielsweise im Falle des Wolfram bevorzugt bei Temperaturen von 2500 bis 2800 K durchgeführt werden. Im Falle einer Legierung ist mit Schmelztemperatur diejenige der am niedrigsten schmelzenden Komponente gemeint.
    Aufgrund der Kugelform des Metallpulvers ergeben sich beim Füllen der Preßform (Matrize) günstige Fließeigenschaften. Dadurch kann das Pressen vorteilhaft ohne Zugabe eines Binders erfolgen. Dies erspart einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt und beugt möglichen Verunreinigungen vor.
    Ein anderes vorteilhaftes Verfahren ist das Metallspritzgußverfahren. Diese Technik ist in der Parallelanmeldung DE-OS 197 49 908 näher beschrieben. Sie kann in abgewandelter Form auch für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Der Ablauf des Verfahrens läßt sich in Kürze so zusammenfassen: Ein geeignetes Metallpulver wird mit soviel Kunststoff (dem sog. Binder) vermischt, daß dieses Ausgangsmaterial, das als Granulat vorliegt, die Fließeigenschaften des Kunststoffs annimmt und analog zum Kunststoffspritzguß weiter bearbeitet werden kann, indem es in eine Spritzgußform mit der Kontur des gewünschten zukünftigen Bauteils eingebracht wird. Um dann ein metallisches Bauteil zu erhalten, wird der Grünkörper aus der Spritzgußform entnommen; der Binder wird anschließend durch Wärme oder durch Lösungsmittel aus dem sog. Grünkörper entfernt. Dieser Vorgang wird als Entwachsen (dewaxing) bezeichnet. Danach wird das Bauteil entsprechend der klassischen Pulvermetallurgie zu einem Bauteil sehr hoher Dichte gesintert.
    Die Herstellung des im wesentlichen sphärischen Metallpulvers erfolgt in an sich bekannter Weise, wobei verrundete oder nahezu exakt kugelförmige Partikel entstehen können. Ein Beispiel ist der Carbonyl-Prozeß (New Types of Metal Powders, Ed. H. Hausner, Gordon and Breach Science Publishers, New York 1963, erschienen in der Reihe Metallurgical Society Conferences als Volume 23). Besonders gute Ergebnisse werden mit einkristallinem Metallpulver erzielt.
    Die kugelähnlichen Pulverkörner homogener Größe entwickeln beim Sintern Gleichgewichtsflächen in Gestalt von Polyedern. Beispielsweise handelt es sich um [110] - oder [111]-Flächen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß diese Polyederflächen nicht weiter versintern, so daß die Porosität dieses neuartigen Sinterkörpers über die Lebensdauer praktisch konstant bleibt. Es handelt sich dabei um einen sog. Schwammkörper mit offener Porosität.
    Die Wirkungsweise des Sinterkörpers wird im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert, bei dem der Sinterkörper aus reinem (also ThO2freiem) Wolfram hergestellt wird.
    Ausgangsmaterial ist sphärisches W-Pulver mit möglichst einheitlichem Durchmesser, also mit geringer Verteilungsbreite der Korngröße. Diese Homogenität des Pulvers hat letztlich eine große Stabilität des Sinterkörpers bei hohen Temperaturen zur Folge und führt zu entsprechend stabilen Verhältnissen während der Lebensdauer der Lampe. Das Pulver kann insbesondere direkt um einen ThO2-freien Kernstift gepreßt werden. Anschließend wird bei der relativ niedrigen Temperatur von etwa 2350 (± 100) °C gesintert. Diese niedrige Temperatur, die in etwa dem 0,7-fachen der Schmelztemperatur des Wolfram entspricht, bedeutet eine erhebliche Energieersparnis gegenüber den üblichen Sintertemperaturen von 2800-3000 °C für kompaktes Wolfram-Material.
    Weitere Emitter-Zusätze sind in vielen Anwendungen nicht notwendig, können aber bei Bedarf in die Hohlräume oder Poren eingebracht werden.
    Die Restporosität der fertig gesinterten Schwamm-Elektrode kann gezielt über die Kugelgröße des Ausgangsmaterials eingestellt werden. Vorzugsweise werden bei der Schwamm-Elektrode Kugelgrößen von 5 bis 70 µm verwendet. Damit läßt sich eine Restporosität von etwa 15 bis 30 Vol.-% erzielen.
    Die besonderen Vorteile der Schwamm-Elektrode in der Lampe werden im folgenden aufgeführt:
    Die Entladung setzt bei einer erfindungsgemäßen Elektrode an einer großen Fläche an. Der von herkömmlichen Elektroden bekannte punktförmige Ansatz, der dort häufig zu lokal sehr hohen Temperaturen und zum Wandern des Brennflecks führt, wird vermieden. Die Temperaturverteilung auf dem ganzen Schwammkörper ist weitgehend gleichmäßig. Dagegen weist eine herkömmliche Elektrode einen hohen Temperaturgradienten auf. Sie hat insbesondere an der Spitze eine um typisch 500 K höhere Temperatur als im hinteren Teil der Elektrode.
    Nach der Zündung der Lampe erfolgt der Übergang von der Glimm- zur Bogenentladung bei Verwendung der Sinterelektrode schneller als bei der herkömmlichen massiven Elektrode, da die Wärmeableitung von der Spitze der Elektrode in Richtung Quetschung infolge der geringen Kontaktfläche zwischen den versinterten Körnern des Sinterkörpers stark herabgesetzt ist.
    Bei der Schwamm-Elektrode wird zudem, insbesondere bei senkrechter Betriebslage, ein besseres Aufheizen des quetschungsnahen Bereichs des Entladungsgefäßes erreicht. Die Ursache ist die größere Oberfläche der Elektrode, die mehr Licht abstrahlt. Daher kann eine etwaige Reflexionsbeschichtung an den Kolbenenden kleiner dimensioniert oder ganz weggelassen werden, wodurch ein höherer Lichtstrom erzielt wird.
    Figuren
    Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
    Figur 1
    eine Sinterelektrode, im Schnitt
    Figur 2
    eine Metallhalogenidlampe mit Sinterelektrode
    Beschreibung der Zeichnungen
    Die in Fig. 1 gezeigte Sinterelektrode 1 für eine 150 W-Lampe besteht aus einem zylindrischen Sinterkörper 2, in dessen entladungsabgewandter Hälfte ein massiver Kernstift 5 aus Wolfram axial eingepreßt ist. Der Sinterkörper 2 besteht aus Wolfram, das aus sphärischem Metallpulver mit einer mittleren Korngröße von 10 µm hergestellt ist. Die Korngrößenverteilung schwankt um 10 % um den Mittelwert. Die Restporosität ist etwa 15 Vol.-%.
    Der Durchmesser des Kernstifts beträgt etwa 0,5 mm, der Außendurchmesser des Sinterkörpers ist ca. 1,5 mm.
    Fig. 2 zeigt als Anwendungsbeispiel eine Metallhalogenidlampe 9 mit einer Leistung von 150 W. Sie besteht aus einem Quarzglasgefäß 10, das eine Metallhalogenidfüllung enthält. An ihren beiden Enden sind äußere Stromzuführungen 11 und Molybdänfolien 12 in Quetschungen 13 eingebettet. An den Molybdänfolien 12 sind die Kernstifte 5 der Elektroden 1 befestigt. Letztere ragen in das Entladungsgefäß 10 hineim. Die beiden Enden des Entläß dungsgefäßes sind jeweils mit einer wärmereflektierenden Beschichtung 14 aus Zirkonoxid versehen.
    In einem anderen Ausführungsbeispiel besteht die Elektrode aus einem Sinterkörper, der entladungsseitig abgerundet ist oder spitz zuläuft Der Sinterkörper besteht aus Wolfram, während der eingepreßte Kernstift aus Rhenium, rheniumplattiertem Wolfram oder Molybdän besteht.
    Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sinterelektrode beruht auf dem an sich bekannten Metallspritzgußverfahren. Das Prinzip ist in der Parallelanmeldung DE-OS 197 49 908 ausführlich erläutert. Einen Überblick findet man in dem Artikel "Overview of Powder Injection Molding" von P.J. Vervoort et al., in: Advanced Performance Materials 3, S. 121-151 (1996).
    Für die erfindungsgemäße Sinterelektrode werden im einzelnen die folgenden Verfahrensschritte verwendet:
    • Bereitstellen eines im wesentlichen sphärischen, einkristallinen, Metallpulvers aus hochschmelzendem Metall wie Wolfram, Tantal, Molybdän, Osmium, Iridium oder Rhenium oder einer Legierung dieser Metalle, wobei das Pulver folgende Eigenschaften besitzt:
    • die mittlere Korngröße des Metallpulvers beträgt zwischen 2 und 100 µm;
    • die Korngrößenverteilung schwankt um maximal 20 % um den Mittelwert;
    • Herstellen einer Mischung (sog. "feedstock") aus Pulver und Binder (oft auch als "Wachs" bezeichnet) und evtl. Polymer;
    • Spritzen der Mischung in eine Spritzgußform;
    • chemisches und thermisches Entfernen des Binders ("Entwachsen", sog. "dewaxing")
    • Sintern bei einer Temperatur von etwa.dem 0,6 bis 0,8-fachen der Schmelztemperatur des verwendeten Metalls.
    In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung in der Spritzgußform um einen Kernstift gespritzt und mit diesem beim Sintern verbunden.
    Derartige Elektroden zeigen ein wesentlich besserer Lebensdauerverhalten. Untersuchungen an Metallhalogenidlampen mit 150 W Leistung zeigen, daß sich die Maintenance des Lichtstroms nach 1000 Stunden bei Verwendung von Metallpulvem mit einer Korngröße von 5 bzw. 20 µm auf jeweils 95% des anfänglichen Lichtstroms beläuft. Im Vergleich dazu ist beim Stand der Technik (konventionelle Stabelektrode aus dotiertem Wolframmaterial) ein Abfall des Lichtstroms nach 1000 Stunden auf Werte zwischen 83 und 90% zu beobachten.

    Claims (12)

    1. Sinterelektrode (1) für Hochdruckentladungslampen, die einen Sinterkörper (2) umfasst, wobei der Sinterkörper (2) eine zylindrische Außenkontur besitzt und aus einem im wesentlichen sphärischen Pulver eines der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Tantal, Osmium, Iridium, Molybdän oder Rhenium oder einer Legierung dieser Metalle hergestellt ist, wobei die mittlere Korngröße des Pulvers zwischen 2 und 100 µm beträgt, wobei zwischen 10 und 40 Vol.-% des Gesamtvolumens der Sinterelektrode aus zur Umgebung hin offenen Poren besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (2) homogen aus einkristallinem Pulver aufgebaut ist, wobei die Korngrößenverteilung des Pulvers um maximal 20 % um den Mittelwert schwankt.
    2. Sinterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren ungefüllt sind oder Emitterzusätze enthalten.
    3. Sinterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße zwischen 5 und 70 µm beträgt
    4. Sinterelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung um maximal 10 % um den Mittelwert schwankt
    5. Sinterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (2) auf einem Kernstift (5) aus massivem Metall befestigt ist.
    6. Sinterelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Sinterkörpers (2) und des Kernstifts (5) das gleiche ist
    7. Sinterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bis zu 5 Gew.-% Dotierstoffe enthält
    8. Verfahren zur Herstellung einer Sinterelektrode gemäß Anspruch 1, bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:
      Bereitstellen eines im wesentlichen sphärischen, einkristallinen, Metallpulvers aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Tantal, Molybdän, Osmium, Iridium oder Rhenium oder einer Legierung dieser Metalle, wobei das Pulver folgende Eigenschaften besitzt
      die mittlere Korngröße des Metallpulvers beträgt zwischen 2 und 100 µm;
      die Korngrößenverteilung schwankt um maximal 20 % um den Mittelwert;
      Pressen des Pulvers;
      Sintern bei einer Temperatur von dem 0,6 bis 0,8-fachen der Schmelztemperatur des verwendeten Metalls.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver um einen Kernstift (5) gepreßt wird und mit diesem beim Sintern verbunden wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen ohne Zugabe eines Binders erfolgt.
    11. Verfahren zur Herstellung einer Sinterelektrode gemäß Anspruch 1, bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:
      Bereitstellen eines im wesentlichen sphärischen, einkristallinen Metallpulvers aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Tantal, Molybdän, Osmium, Iridium oder Rhenium oder einer Legierung dieser Metalle, wobei das Pulver folgende Eigenschaften besitzt
      die mittlere Korngröße des Metallpulvers beträgt zwischen 2 und 100 µm;
      die Korngrößenverteilung schwankt um maximal 20 % um den Mittelwert;
      Herstellen einer Mischung, im Englischen oft als feedstock bezeichnet, aus Pulver und Binder, oft auch als Wachs bezeichnet;
      Spritzen der Mischung in eine Spritzgußform;
      chemisches und thermisches Entfernen des Binders;
      Sintern bei einer Temperatur von dem 0,6 bis 0,8-fachen der Schmelztemperatur des verwendeten Metalls.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in der Spritzgußform um einen Kernstift gespritzt wird und mit diesem beim Sintern verbunden wird.
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