DE102009048432A1

DE102009048432A1 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE102009048432A1
Application number: DE200910048432
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Müller; Andre Dr. Suzhou Nauen
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2011-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus Glas und mindestens einer Elektrode sowie einem äußeren Kontaktelement zum Zuführen von Strom zur Elektrode, wobei die Elektrode und das Kontaktelement durch ein elektrisches Verbindungsmittel, welches in einen gasdichten Stromdurchführungsbereich des Entladungsgefäßes eingeschmolzen ist, verbunden sind, und wobei das Verbindungsmittel in einem elektrodenseitigen Bereich ein nicht größeres Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und Querschnittsfläche aufweist, als in einem kontaktelementseitigen Bereich, wobei in einem zwischen dem elektrodenseitigen und dem kontaktelementseitigen Bereich angeordneten Mittenbereich des Verbindungsmittels das Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und Querschnittsfläche größer ist, als im elektrodenseitigen und kontaktelementseitigen Bereich.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht von einer Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 aus. Solche Gasentladungslampen sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen.
Stand der Technik
Die Elektroden einer solchen Lampe, zwischen denen eine Entladung stattfindet, sind üblicherweise in ein Entladungsgefäß aus Glas eingeschmolzen. Um einen elektrischen Kontakt zwischen einer Elektrode und einem äußeren Kontaktelement herzustellen, ist ein mit der Elektrode und dem Kontaktelement verbundenes elektrisches Verbindungsmittel in einen gasdichten Stromdurchführungsbereich des Entladungsgefäßes eingeschmolzen. Bei dem elektrischen Verbindungsmittel handelt es sich üblicherweise um eine dünne Molybdänfolie. Eine direkte Durchführung der Elektrode durch die Wandung des Entladungsgefäßes ist nicht möglich, da aufgrund des hohen Drucks im Entladungsgefäßes im Betrieb der Lampe die Gasdichtigkeit des Entladungsgefäßes nicht gewährleistet werden könnte.
Bei Verwendung einer Folie als Verbindungsmittel treten jedoch Materialspannungen im Glas auf, die sich insbesondere an den Schnittkanten des Verbindungsmittels konzentrieren. Aufgrund dieser Materialspannungen besteht die Gefahr eines Bruchs des Entladungsgefäßes. Daher wird die Folie auf Seite der Elektrode schmäler gestaltet, um die Materialspannungen in diesem Bereich möglichst gering zu halten.
Eine solche Gasentladungslampe ist beispielsweise aus der EP 13 43 196 A2 bekannt.
Durch die Verschmälerung der Folie wird jedoch nachteiligerweise deren elektrischer Widerstand erhöht, so dass über die Verbindung aus Kontaktelement und Elektrode eine hohe Spannung abfällt. Aufgrund des hohen Widerstandes kann es bei Stromfluss zu einer ohmschen Erwärmung und folglich lokaler Temperaturerhöhung kommen, was wiederum die Bruchgefahr des Entladungsgefäßes erhöht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass der elektrische Widerstand der Verbindung zwischen Kontaktelement und Elektrode reduziert und damit die Bruchgefahr des Entladungsgefäßes verringert wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Gasentladungslampe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Eine solche Gasentladungslampe weist ein Entladungsgefäß aus Glas und zumindest eine Elektrode auf, welche über ein elektrisches Verbindungsmittel mit einem äußeren Kontaktelement zum Zuführen von Strom verbunden ist. Das Verbindungsmittel ist in einen gasdichten Stromdurchführungsbereich eingeschmolzen und weist in einem elektrodenseitigen Bereich ein Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und Querschnittsfläche auf, das nicht größer ist als in einem kontaktelementseitigen Bereich, also kleiner oder gleich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem elektrodenseitigen und kontaktelementseitigen Bereich ein Mittenbereich angeordnet ist, in welchem das Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und Querschnittsfläche größer ist als beim elektrodenseitigen und kontaktelementseitigen Bereich. Der Mittenbereich weist daher einen geringen elektrischen Widerstand auf, so dass nur eine geringe Spannung zwischen Kontaktelement und Elektrode abfällt und eine Erwärmung des Verbindungsmittels verringert wird.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Verbindungsmittel aus zwei Metallfolien, welche im Mittenbereich überlappen. Durch die Überlappung der beiden Folien weist der Mittenbereich des Verbindungsmittels eine höhere Querschnittsfläche und damit einen geringeren Widerstand pro Längeneinheit auf, als die benachbarten Bereiche des Verbindungsmittels.
Um die mechanischen Spannungen an den Kanten der Folie auf der Druckseite der Wandung des Entladungsgefäßes möglichst gering zu halten, weist die erste mit der Elektrode verbundene Folie bevorzugt eine Breite quer zu der Richtung des Stromflusses zwischen Elektrode und Kontaktelement – also quer zu einer Verbindungsachse von Elektrode und Kontaktelement – von 0,3 mm bis 0,8 mm auf. Die zweite, mit dem Kontaktelement verbundene Folie ist demgegenüber breiter und weist in gleicher Richtung bevorzugt eine Breite von 1,5 mm bis 2,5 mm auf. Zur Verbindung der beiden Folien sind diese vorzugsweise im Mittenbereich miteinander verschweißt. Dies kann besonders präzise durch ein Strahlschweißverfahren, insbesondere durch Laserschweißen, bewerkstelligt werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verbindungsmittel eine Metallfolie, die im Mittenbereich durch ein Metallstück, beispielsweise einen Metallstift oder -stab oder auch einen aus sandwichartig übereinander geschichteten und elektrisch miteinander verbundenen Metallfolien bestehenden Metallfolienstapel verstärkt ist. Dies ermöglicht die Verwendung einer Folie konstanter Breite, wodurch auf Zuschnitte verzichtet werden kann. Durch das Metallstück bzw. den Folienstapel wird ein besonders niedriger Widerstand des Verbindungsmittels erzielt. Die Breite der Folie quer zur Stromflussrichtung – also quer zur Verbindungsachse von Elektrode und Kontaktelement – beträgt in dieser Ausführungsform der Erfindung bevorzugt 0,3 mm bis 0,8 mm.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Anbindungsbereichs einer Elektrode einer dem Stand der Technik entsprechenden Gasentladungslampe mit einem folienförmigen Verbindungselement,
2 eine schematische Seitenansicht der Verbindung zwischen Elektrode und einem Kontaktelement einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe,
3 die Verbindung zwischen Elektrode und Kontaktelemente der Gasentladungslampe aus 2 in schematischer Draufsicht,
4 eine Seitenansicht der Verbindung zwischen Elektrode und Kontaktelement einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe und
5 eine Draufsicht auf die Verbindung zwischen Elektrode und Kontaktelement aus 4.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Eine aus dem Stand der Technik bekannte im Ganzen mit 10 bezeichnete Hochdruck-Gasentladungslampe weist einen Entladungsraum 12 auf, der von einem Glasgefäß 14 umgeben ist. In den Entladungsraum 12 ragt eine Elektrode 16, die mit einem hinteren Teilbereich 18 in einen schaftförmigen Stromdurchführungsbereich 20 der Lampe 10 eingeschmolzen ist. Um die Elektrode 16 mit einem nicht dargestellten äußeren Kontaktelement zum Versorgen der Elektrode mit Strom zu verbinden, ist ein Verbindungselement in Form einer Molybdänfolie 22 vorgesehen, welches ebenfalls in das Glas des Stromdurchführungsbereichs 20 eingeschmolzen ist.
Da im Entladungsraum 12 im Betrieb der Lampe 10 Drücke von bis zu 350 bar oder höher herrschen, ist es nicht möglich, die Elektrode 16 komplett durch den Stromdurchführungsbereich 20 bis auf die Außenseite 10 durchzuführen, da so keine hinreichende Gasdichtigkeit gewährt werden kann. Die Dichtigkeit des Entladungsraums 12 wird dadurch sichergestellt, dass die Molybdänfolie 22 eine Dicke von lediglich etwa 20 μm aufweist und daher gasdicht vom Glas des Stromdurchführungsbereichs 20 umgeben ist.
An den dem Entladungsraum zugewandten Schnittkanten 24 der Molybdänfolie 22 treten jedoch nachteiligerweise Spannungen im Glas des Stromdurchführungsbereichs 20 auf, welche zu einem Bersten der Lampe 10 führen können. Um die Stabilität der Lampe 10 zu verbessern, ist es wünschenswert, eine möglichst dünne und schmale Molybdänfolie 22 zu verwenden. Eine solche Molybdänfolie 22 weist jedoch einen hohen elektrischen Widerstand auf.
Um sowohl Materialspannungen im Stromdurchführungsbereich 20 zu vermeiden, als auch einen hinreichend geringen Widerstand zwischen Elektrode und einem nach außen aus dem Glasgefäß 14 ragenden Kontaktelement zu gewährleisten, ist in dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung das Verbindungselement 22a zweiteilig ausgebildet. Eine erste Molybdänfolie 26 ist dabei mit der Elektrode 16 verbunden und überlappt mit einer zweiten Molybdänfolie 28, welche mit einem Kontaktelement 30 verbunden ist. Im Überlappungsbereich 32 sind die Molybdänfolien 26, 28 miteinander verschweißt. Wie 3 zu entnehmen ist, ist die erste, auf Seite der Elektrode 16 gelegenen Molybdänfolie 26 dabei wesentlich schmäler ausgeführt als die zweite Molybdänfolie 28. Im gezeigten Beispiel weist die Molybdänfolie 26 die gleiche Breite auf wie die Elektrode 16. Sie kann jedoch auch breiter ausgeführt sein und beispielsweise u-förmig um die Elektrode 16 gewickelt sein. Die zweite Molybdänfolie 28, die weiter vom Druckraum 12 des Entladungsgefäßes 14 entfernt ist, kann dagegen breiter ausgeführt werden als die erste Molybdänfolie 26, um einen geringen elektrischen Widerstand sicherzustellen. Im Überlappungsbereich 32 ist die Querschnittsfläche des Verbindungselements 22a dabei größer als in den benachbarten Bereichen. Gegebenenfalls kann für eine der beiden Molybdänfolie 26 bzw. 28 auch ein Material mit höherer Leitfähigkeit verwendet werden, so dass das Verbindungselement 22a eine besonders hohe Leitfähigkeit aufweist.
Bei der in 4 und 5 gezeigten alternativen Ausführungsform der Erfindung, sind die Elektrode 16 und das Kontaktelement 30 über eine einzelne schmale Molybdänfolie 34 verbunden. Um in einem Mittenbereich 36 des Verbindungselements 22b eine besonders hohe Leitfähigkeit und damit einen geringen Widerstand erzielen, ist die Molybdänfolie 34 in diesem Bereich 36 mit einem stab- oder stiftförmigen Metallstück 38 verstärkt. Der Widerstand des Mittenbereiches 36 ist damit vernachlässigbar gegenüber dem Widerstand des elektrodenseitigen Bereiches 40 und des kontaktelementsseitigen Bereiches 42 des Verbindungselements 22b. Anstelle eines Metallstiftes oder -stabes können auch sandwichartig übereinander geschichtete weitere Molybdänfolien verwendet werden.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Gasdichtigkeit durch die besonders dünnen Molybdänfolien im elektrodenseitigen Bereich 40 und kontaktelementseitigen Bereich 42 des Verbindungselements 22a, 22b gewährleistet. Im Mittenbereich 36 bzw. Überlappungsbereich 32 herrscht nicht notwendigerweise eine gasdichte Verbindung zwischen dem Verbindungselement 22 und der dieses umgebenden Glasmasse des Stromdurchführungsbereichs 20 der Lampe. Durch den dichten Abschluss in den Endbereichen 40, 42 ist dies jedoch auch nicht notwendig.
Insgesamt wird damit ein gasdichter Abschluss des Innenraums des Entladungsgefäßes bei gleichzeitiger hoher Druck- und Temperaturbelastbarkeit erreicht, wobei der elektrische Gesamtwiderstand der Verbindung zwischen Elektrode 16 und Kontaktelement 30 gering bleibt und so die Effizienz der Lampe nicht nennenswert beeinträchtigt, weil im Mittenbereich des Verbindungselements 22a, 22b jeweils die Querschnittsfläche erhöht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1343196 A2 [0004]

Claims

Gasentladungslampe (10) mit einem Entladungsgefäß (12) aus Glas und einer Elektrode (16) sowie einem äußeren Kontaktelement (30) zum Zuführen von Strom zur Elektrode (16), wobei die Elektrode (16) und das Kontaktelement (30) durch ein elektrisches Verbindungsmittel (22a, 22b), welches in einen gasdichten Stromdurchführungsbereich (20) des Entladungsgefäßes eingeschmolzen ist, verbunden sind, und wobei das Verbindungsmittel (22a, 22b) in einem elektrodenseitigen Bereich (40) ein nicht größeres Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und Querschnittsfläche aufweist als in einem kontaktelementseitigen Bereich (42), dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen dem elektrodenseitigen (40) und dem kontaktelementseitigen Bereich (42) angeordneter Mittenbereich (32, 36) des Verbindungsmittels (22a, 22b) das Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und Querschnittsfläche größer ist, als beim elektrodenseitigen (40) und kontaktelementseitigen Bereich (42).
Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (22a, 22b) aus zwei Metallfolien (26, 28) besteht, welche im Mittenbereich (32) überlappend kontaktiert sind.
Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, mit der Elektrode (16) verbundene Metallfolie (26) eine Breite quer zu einer Richtung eines Stromflusses zwischen Elektrode (16) und Kontaktelement (30) von 0,3 mm bis 0,8 mm aufweist.
Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, mit dem Kontaktelement (30) verbundene Metallfolie (28) eine Breite quer zur Richtung des Stromflusses zwischen Elektrode (16) und Kontaktelement (30) von 1,5 mm bis 2,5 mm aufweist.
Gasentladungslampe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien (26, 28) im Mittenbereich (32) miteinander verschweißt sind.
Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (22a, 22b) eine Metallfolie (34) umfasst, welche im Mittenbereich (36) durch mindestens ein Metallstück (38) oder Metallfoliestapel verstärkt ist.
Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Metallfolie (34) quer zur Richtung des Stromflusses zwischen Elektrode (16) und Kontaktelement (30) von 0,3 mm bis 0,8 mm beträgt.