Gasentladungslampe und Elektrode für eine Gasentladungs ^¬ lampe

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder von einer Gasentladungs- lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Eine Gasentladungslampe, im Folgenden ist darunter auch eine Hochdruckgasentladungslampe oder Höchstdruckgasent- ladungslampe zu verstehen, enthält ein Elektrodenpaar, das bevorzugt aus Wolfram besteht. Je größer die Leistung oder Wattage der Gasentladungslampe, umso größer und da ^¬ mit auch schwerer sind üblicherweise die bevorzugt aus Wolfram bestehenden Elektroden, damit diese einer mit der hohen Leistung verbundenen hohen Stromstärke und der daraus resultierenden hohen Temperatur standhalten können. Dies gilt insbesondere für die Köpfe der Elektroden, an denen an sich gegenüberliegenden Endabschnitten der Ent- ladungsbogen ansetzt. Ein Elektrodenkopf muss in diesem Bereich Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt von Wolfram standhalten. Da bei diesen hohen Temperaturen vermehrt Bestandteile des Elektrodenmaterials in die Gasatmosphäre des Entladungsgefäßes abdampfen, die eine geringere Schmelztemperatur als Wolfram aufweisen, ist eine möglichst hohe Reinheit zumindest des Elektrodenkopfes wich ^¬ tig, um Niederschlag in Form von Schwärzungen des Entla- dungsgefäßes und einer damit verbundenen verringerten Lebensdauer der Gasentladungslampe entgegenzuwirken. Ein Elektrodenstab bzw. ein Führungsabschnitt des Elekt ^¬ rodenstabes am anderen Endabschnitt jedes Elektrodenkop ^¬ fes wird in einem geeigneten thermischen Prozess mit einer Glasmatrix des Entladungsgefäßes der Gasentladungs- lampe gasdicht verschmolzen (z.B. Einschmelz- oder Quetschverfahren) . Dabei kommt überwiegend Quarzglas mit einer hohen Temperaturfestigkeit zum Einsatz. Aufgrund sehr unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des Quarzglases und des Wolframs treten beim Verschmelzen oder im Betrieb der Gasentladungslampe Spannungen an der Grenzschicht der Verschmelzung auf, die zu Sprüngen an der Grenzschicht zwischen dem Elektrodenstab und der Glasmatrix führen können. Außerdem bleiben beim Verschmelzen Hohlräume zwischen Glas und Elektrodenstab zu- rück. Beide Phänomene - Hohlräume und Sprünge - können die Stabilität und die Dichtigkeit des Entladungsgefäßes beeinträchtigen und sind umso größer und zahlreicher, je größer ein Querschnitt bzw. Durchmesser des Elektrodenstabes ist. Aus diesem Grund versucht man, dessen Quer- schnitt möglichst klein zu halten.

Aufgrund der Sprödigkeit hochreinen Wolframs führt eine Kombination aus schwerem Elektrodenkopf und kleinem Elek- trodenstabquerschnitt jedoch zu einer reduzierten Stabi ^¬ lität der Elektrode, was insbesondere bei hochwattigen Lampen mit besonders großem Elektrodenkopf ein Problem darstellt. Die reduzierte Stabilität kann zu einer erhöh ^¬ ten Brüchigkeit des Elektrodenstabes oder einem Verbiegen des Elektrodenstabes führen. Letzteres wird insbesondere bei häufigen Schaltzyklen im Bereich der Einschmelzung beobachtet. Stand der Technik

Dem Konflikt zwischen der Stabilität der Elektrode bzw. des Elektrodenstabes und der Stabilität des Entladungsge ^¬ fäßes wird im Stand der Technik mit einem Kompromiss im Bereich der Einschmelzung des Elektrodenstabes im Entla ^¬ dungsgefäß begegnet. Im Falle großer Elektrodenkopfdurch- messer kommen demgemäß angepasst große Elektrodenstab- durchmesser zum Einsatz.

Bei Elektroden für hochwattige Gasentladungslampen, die aus den genannten Gründen einen massiven Elektrodenkopf aufweisen, wird dieser bevorzugt aus einem Vollmaterial gedreht, dessen Durchmesser mindestens einem maximalen Durchmesser des Elektrodenkopfes entsprechen muss. Einstückig mit dem Elektrodenkopf wird aus dem Vollmaterial auch der Elektrodenstab herausgedreht, was zu einem er ^¬ heblichen Materialverlust aufgrund des vom Elektrodenstab herunter gedrehten Materials führt, sobald der Elektro ^¬ denstab dünner als der Elektrodenkopf ist.

Um den Materialverlust zu minimieren ist es bekannt, die Elektrode aus zwei Teilen zu fügen, wodurch die beiden Teile, der Elektrodenkopf und der Elektrodenstab, aus Halbzeugen unterschiedlichen Durchmessers gefertigt werden können.

Die WO 2007/138092 A2 zeigt hierzu eine mehrteilige Elek ^¬ trode und ein Fügeverfahren zu deren Fertigung. Die Elektrode hat einen Elektrodenstab, der über ein Widerstands ^¬ stumpfschweiß- oder ein Pressschweißverfahren mit dem Elektrodenkopf stoffschlüssig verbunden wird. Zwar kann so der Materialverlust durch Verwendung unterschiedlicher Halbzeuge verringert werden, nachteilig an dieser Lösung ist jedoch weiterhin, dass mit zunehmender Leistung der Gasentladungslampe für die die Elektrode vorgesehen ist, und der damit verbundenen notwendigen Größe des Elektrodenkopfes auch ein Elektrodenstab mit zunehmend großem Querschnitt notwendig ist.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Elektrode mit erhöhter Festigkeit oder eine Gasentla ^¬ dungslampe mit einer Elektrode mit erhöhter Festigkeit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode gemäß dem Anspruch 1 oder eine Gasentladungslampe gemäß dem An ^¬ spruch 11.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Eine erfindungsgemäße Elektrode für eine Gasentladungs ^¬ lampe, insbesondere für eine Hoch- oder Höchstdruckgas- entladungslampe, hat einen massiven Elektrodenkopf und einen mit diesem verbundenen Elektrodenstab, der einen Führungsabschnitt hat, der durch eine Wandung eines Ent- ladungsgefäßes der Gasentladungslampe führbar oder in diese Wandung einschmelzbar oder von der Wandung umgreifbar ist. Erfindungsgemäß ist eine Struktur zumindest ei ^¬ nes Abschnittes des Elektrodenstabes oder der ganze Elektrodenstab zur Erhöhung einer Festigkeit des Elektro- denstabes optimiert. Die Struktur ist dabei eine Gitter ^¬ oder Kristallstruktur oder eine Gefügestruktur oder eine Oberflächenstruktur des Abschnittes bzw. des Elektrodenstabes . Diese Optimierung der Struktur ermöglicht es, bei gegebe ^¬ nem Querschnitt des optimierten Abschnittes bzw. des op ^¬ timierten Elektrodenstabes dessen Festigkeit, insbesonde ^¬ re gegen plastische Verformung oder Bruch zu erhöhen bzw. für eine geforderte Festigkeit den Querschnitt zu ver ^¬ kleinern. Die erfindungsgemäße Optimierung der Struktur ermöglicht Durchmesserverhältnisse eines Elektrodenkopf- durchmessers zu einem Elektrodenstabdurchmesser von etwa 5. Demgegenüber steht ein Durchmesserverhältnis einer herkömmlichen Elektrode ohne eine optimierte Struktur des Abschnittes bzw. des Elektrodenstabes von lediglich ca. 3,8. Somit ist die Festigkeit des Abschnittes bzw. des Elektrodenstabes und damit der Elektrode ohne eine Mate ^¬ rialverstärkung und ohne eine zusätzliche Vorrichtung zur Verstärkung erhöht. Aufgrund der Mehrteiligkeit der Elektrode, der Elektrodenkopf ist mit dem Elektrodenstab nicht einstückig gefertigt sondern verbunden bzw. gefügt, kann die strukturelle Optimierung des Elektrodenstabes dabei unabhängig vom Elektrodenkopf erfolgen, was eine Massenfertigung von optimierten Elektrodenstäben maßgeblich erleichtert, da bei Optimierungsschritten des Elekt ^¬ rodenstabes keine Maßnahmen zum Schutz oder zur Schonung des empfindlichen Elektrodenkopfes getroffen werden müssen. So ist beispielsweise ein Rommein zur gleichzeitigen Verrundung von Kanten einer Vielzahl von Elektrodenstäben ermöglicht, was eine erhebliche Reduzierung des Ferti ^¬ gungsaufwandes mit sich bringt.

Die Verbindung des Elektrodenkopfes mit dem Elektroden ^¬ stab ist bevorzugt durch Schweißen oder Löten, insbeson- dere durch Widerstandsstumpfschweißen, Pressstumpfschweißen, Laserstumpfschweißen oder Reibschweißen gebildet. Ein derartig strukturoptimierter Elektrodenstab mit er ^¬ höhter Festigkeit bei vorgegebenem Querschnitt ist insbe ^¬ sondere für eine hochwattige Gasentladungslampe mit einer Leistung ab etwa 250 Watt vorteilhaft, da besonders in diesem Anwendungsfall ein großer Elektrodenkopf vom Elektrodenstab gehalten werden muss und dieser gleichzei ^¬ tig möglichst stabil und dünn sein sollte. Der massive Elektrodenkopf ist bevorzugt aus Vollmaterial über ein spanendes Verfahren, beispielsweise durch Drehen, heraus- gearbeitet. Er kann zusätzlich auch noch von einer Drahtwendel umwickelt sein.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Gitterstruktur zu ihrer Optimierung bevorzugt eine Dotierung mit einem Dotierstoff auf. Auf diese Weise kann insbesondere eine Sprödigkeit des Abschnittes des Elektrodenstabes herabgesetzt bzw. dessen Festigkeit erhöht werden. Beson ^¬ ders in einem kalten Zustand der Elektrode ist somit eine Bruchfestigkeit des Elektrodenstabes erhöht, was bei ^¬ spielsweise Transportschäden an der Elektrode durch Er- schütterungen minimiert.

Die Dotierung bzw. der Dotierstoff enthält bevorzugt Ka ^¬ lium.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Konzentration der Dotierung maximal 100 ppm, so dass eine Lunkerbil- dung im Bereich einer Schweißverbindung, über die der Abschnitt mit dem Elektrodenkopf verbunden ist, beschränkt ist. Besonders bevorzugt ist die Konzentration maximal 70 ppm.

Vorteilhafter Weise besteht der Elektrodenstab überwie- gend aus Wolfram, da Wolfram der auftretenden Temperatur des Entladungsbogens gut standhält. Bei geringeren Anfor ^¬ derungen an die Temperaturfestigkeit kann der Elektrodenstab alternativ dazu überwiegend aus Molybdän bestehen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung fallen der Abschnitt und der Führungsabschnitt räumlich zusammen, so dass die Struktur des Elektrodenstabes in einem Bereich optimiert ist, in dem der Elektrodenstab bzw. dessen Füh ^¬ rungsabschnitt durch die Wandung des Entladungsgefäßes der Gasentladungslampe führbar oder in diese Wandung ein- schmelzbar oder von der Wandung umgreifbar ist. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Festigkeit des Elektrodensta ^¬ bes unter Berücksichtigung der Wechselwirkung des Führungsabschnittes des Elektrodenstabes mit der Wandung des Entladungsgefäßes. Bei dieser Weiterbildung ist insbeson- dere eine Optimierung der Oberflächenstruktur mit einer Textur vorteilhaft.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Oberflä ^¬ chenstruktur bzw. die Textur des Abschnittes eine mittle ^¬ re Rauheit aufweist, die in Richtung einer Längsachse des Abschnittes kleiner ist als quer zu dieser Richtung. Fallen der Abschnitt und der Führungsabschnitt beispielswei ^¬ se räumlich zusammen, ist es möglich, dem Elektrodenstab bzw. dessen Führungsabschnitt im Bereich der Wandung des Entladungsgefäßes eine axiale Beweglichkeit zu ermögli ^¬ chen und Scher- oder Reibspannungen zwischen dem Elektrodenstab und dem Entladungsgefäß zu minimieren, was zu ei ^¬ ner verminderten Neigung zum Verbiegen des Elektrodenstabes und auch zu einer verringerten Versagenswahrscheinlichkeit des Entladungsgefäßes führt. In einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest der Führungsabschnitt des Elektrodenstabes, in einer ganz beson ^¬ ders bevorzugten Weiterbildung der komplette Elektrodenstab, aus Draht, insbesondere aus gezogenem oder aus ge- walztem Draht, gefertigt. Dabei ist von besonderem Vorteil, dass aufgrund des Ziehens oder Walzens die Gefüge ^¬ struktur eines radialen Außenbereiches des Drahtes fein ^¬ körniger oder verdichteter ist als die Gefügestruktur eines radialen Innenbereiches des Drahtes. Dies stellt eine optimierte Gefügestruktur dar, durch die die Festigkeit des Abschnittes bzw. des Elektrodenstabes erhöht ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine effektive Optimierung der Oberflächenstruktur gegeben, wenn diese eine Vielzahl von etwa parallel zu einer Längsachse des Ab- Schnittes verlaufenden Längsrillen aufweist. Insbesondere bei Verwendung von Draht zur Ausbildung des Elektrodenstabes ist eine solche bevorzugte Oberflächenstruktur be ^¬ reits bei der Fertigung des Drahtes einfach durch Ziehen erzeugbar . Damit die Elektrode höchsten Temperaturen standhält, und um eine Lebensdauer der Gasentladungslampe, in der die Elektrode verwendbar ist, zu erhöhen, besteht zumindest ein Abschnitt des Elektrodenkopfes, insbesondere ein Ab ^¬ schnitt, an dem ein Entladungsbogen ansetzbar ist, aus hochreinem Wolfram. Dabei ist eine Konzentration einer Verunreinigung des Wolframs bevorzugt kleiner als 10 ppm, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 ppm, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 1 ppm, was in einem Betrieb der Elektrode in einer sehr geringen Abdampfungsrate von Elektrodenmaterial resultiert und damit zu nur minimalen Schwärzungen des Entladungsgefäßes führt. Auch dies stei ^¬ gert eine Lebensdauer der Gasentladungslampe.

Eine erfindungsgemäße Gasentladungslampe, insbesondere eine Hoch- oder Höchstdruckgasentladungslampe, hat ein Entladungsgefäß, in dem zwei Elektroden etwa diametral angeordnet sind. Zumindest eine der beiden Elektroden hat dabei einen massiven Elektrodenkopf und einen mit diesem insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise durch Schwei ^¬ ßen oder Löten, verbundenen Elektrodenstab. Dieser weist einen Führungsabschnitt auf, der durch eine Wandung des Entladungsgefäßes geführt ist oder der in diese Wandung eingeschmolzen ist oder der von dieser Wandung umgriffen ist. Erfindungsgemäß ist dabei eine Struktur des Elektro ^¬ denstabes oder zumindest eines Abschnittes des Elektro- denstabes zur Erhöhung einer Festigkeit des Elektrodenstabes optimiert. Die Struktur ist dabei eine Gitter ^¬ oder Kristallstruktur oder eine Gefügestruktur oder eine Oberflächenstruktur des Abschnittes bzw. des Elektrodenstabes . Diese Optimierung der Struktur ermöglicht es, bei gegebe ^¬ nem Querschnitt des Elektrodenstabes bzw. des Abschnittes dessen Festigkeit, insbesondere gegen plastische Verfor ^¬ mung oder Bruch zu erhöhen bzw. für eine geforderte Festigkeit den Querschnitt zu verkleinern. Somit ist die Fe- stigkeit des Abschnittes bzw. des Elektrodenstabes und damit der Elektrode ohne eine Materialverstärkung und oh ^¬ ne eine zusätzliche Verstärkungsvorrichtung erhöht. Auf ^¬ grund der Mehrteiligkeit der Elektrode mit gefügtem Elek ^¬ trodenkopf und Elektrodenstab kann die Optimierung der Struktur dabei unabhängig vom Elektrodenkopf erfolgen, was eine Massenfertigung von optimierten Elektrodenstäben maßgeblich erleichtert, da bei Optimierungsschritten keine Maßnahmen zum Schutz oder zur Schonung des empfindlichen Elektrodenkopfes getroffen werden müssen. So ist beispielsweise ein Rommein zur gleichzeitigen Verrundung von Kanten einer Vielzahl von Elektrodenstäben ermöglicht, was eine erhebliche Reduzierung des Fertigungsauf ^¬ wandes mit sich bringt. Die Verbindung des Elektrodenkop ^¬ fes mit dem Elektrodenstab ist bevorzugt durch Schweißen oder Löten, insbesondere durch Widerstandsstumpfschwei- ßen, Pressstumpfschweißen, Laserstumpfschweißen oder Reibschweißen gebildet. Die Gasentladungslampe ist bevor ^¬ zugt hochwattig und weist bevorzugt Leistungen ab etwa 250 Watt auf.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Gasentladungslampe ist die Gitter- oder Kristallstruktur des Elektrodenstabes bzw. dessen Abschnittes über eine Dotierung mit einem Dotierstoff optimiert, so dass beispielsweise eine Sprö- digkeit des Elektrodenstabes bzw. des Abschnittes herab ^¬ gesetzt und eine Bruchfestigkeit erhöht ist. Die Dotie- rung weist dabei bevorzugt Kalium auf. Eine Konzentration der Dotierung beträgt bevorzugt maximal 100 ppm, besonders bevorzugt maximal 70 ppm. Der Elektrodenstab besteht besonders bevorzugt überwiegend aus Wolfram, kann aber alternativ dazu, beispielsweise bei geringeren Anforde- rungen an die Temperaturfestigkeit, überwiegend aus Mo ^¬ lybdän bestehen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Gasentladungslampe ist die Gefügestruktur derart optimiert, dass ein Gefüge eines radialen Außenbereiches des Elektroden- stabes oder des Abschnittes feinkörniger oder verdichte ^¬ ter ist als ein Gefüge eines radialen Innenbereiches des Elektrodenstabes oder des Abschnittes, wodurch eine er ^¬ höhte Randhärte ermöglicht ist und eine Neigung des Elek ^¬ trodenstabes zur Verbiegung unter thermischer Wechselbelastung, beispielsweise bei kurzen Schaltzyklen bzw. häu- figen Schaltvorgängen der Gasentladungslampe, vermindert ist .

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Oberflächenstruktur derart optimiert, dass eine mittlere Rau ^¬ heit in Richtung einer Längsachse des Abschnittes kleiner als quer zu dieser Richtung ist. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn der Abschnitt dabei mit dem Führungsab ^¬ schnitt räumlich zusammenfällt und dieser in die Wandung eingeschmolzen ist. Bei einer thermischen Ausdehnung des Führungsabschnittes im Betrieb der Gasentladungslampe ist auf diese Weise eine Verschiebung der Oberfläche des Füh ^¬ rungsabschnittes gegenüber der Wandung des Entladungsge ^¬ fäßes erleichtert und eine Scherspannung zwischen der Wandung und dem Elektrodenstab aufgrund der unterschied ^¬ lichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der beiden Ma- terialien vermindert. Die Oberflächenstruktur des Führungsabschnittes weist in einer bevorzugten Weiterbildung eine Vielzahl von etwa parallel zu einer Längsachse des Führungsabschnittes verlaufenden Längsrillen auf.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Führungsab- schnitt von einer Hülse umgriffen bzw. in dieser angeordnet, und die Hülse ist in die Wandung eingeschmolzen oder eingesetzt. In der Hülse ist der Führungsabschnitt mit seiner Oberfläche axial verschieblich abgestützt, was ebenso eine mechanische Belastung der Wandung aufgrund von Scherspannungen zwischen der Wandung und dem Elektrodenstab absenkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberflächenstruktur des Führungsabschnittes mit Längsrillen versehen ist. Dadurch stehen bevorzugt Rillenberge mit einer Innenmantelfläche der Hülse in Kontakt, wodurch eine Scherspannung zwischen dem Elektrodenstab und der Hülse weiter vermindert ist. Die Hülse besteht dabei be ^¬ vorzugt überwiegend aus Molybdän, das auch bei hohen Tem ^¬ peraturen keine Versinterung mit dem Führungsabschnitt bzw. mit dem Elektrodenstab zulässt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von 3 Ausführungs- beispielen und 8 schematischen Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer optimier ^¬ ten Oberflächenstruktur eines Elektrodenstabes in einer seitlichen Ansicht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus ^¬ führungsbeispiels einer Elektrode mit einer durch Dotierung optimierten Gitterstruktur eines Elektrodenstabes in einer seitlichen Ansicht; Fig. 3 ein schematisches Schliffbild der Elektrode des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2;

Fig. 4 ein schematisches vergrößertes poliertes Schliff ^¬ bild der Elektrode des zweiten Ausführungsbei ^¬ spiels gemäß den Figuren 2 und 3; Fig. 5 ein schematisches vergrößertes geätztes Schliff ^¬ bild der Elektrode des zweiten Ausführungsbei ^¬ spiels gemäß den Figuren 2 bis 4 ;

Fig. 6 ein schematisches Schliffbild einer Elektrode ei- nes dritten Ausführungsbeispiels mit einem undo ^¬ tierten Elektrodenstab;

Fig. 7 ein schematisches vergrößertes poliertes Schliff ^¬ bild der Elektrode des dritten Ausführungsbei ^¬ spiels gemäß Figur 6; und Fig. 8 ein schematisches vergrößertes geätztes Schliff ^¬ bild der Elektrode des dritten Ausführungsbei ^¬ spiels gemäß den Figuren 6 und 7.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Elektrode 1. Die Elektrode 1 hat einen massiven Elektrodenkopf 2 und weiterhin einen Elektrodenstab 4, der aus einem genau auf einen benötigten Enddurchmesser des Elektrodenstabes 4 gezogenen Draht gefertigt ist. Das Halbzeug des Drahtes ist durch ein pulvermetallurgisches Sinterverfahren aus hochreinem Wolframpulver gefertigt. Die Elektrode 1 be ^¬ steht in ihrer Gesamtheit aus Wolfram mit einer Konzent ^¬ ration von Verunreinigungen von kleiner 10 ppm. Der Elektrodenkopf 2 und der Elektrodenstab 4 sind über ein Stumpfschweißverfahren an einer Verbindungsstelle 6 ge- fügt. Im Vergleich zu einer herkömmlichen einteiligen Elektrode, die aus einem einzigen Vollmaterialstück herausgedreht ist, hat die Verwendung des gezogenen Drahtes für den Elektrodenstab 4 den besonderen Vorteil, dass durch den Ziehprozess eine Gefügestruktur in einem radialen Randbereich des Elektrodenstabes 4 optimiert bzw. eine Dichte erhöht ist. Zudem ist durch das Ziehen eine Gefü ^¬ gestruktur eines Innenbereiches des Elektrodenstabes 4 optimiert. Der gesamte Elektrodenstab 4 weist dadurch ei- ne erhöhte Festigkeit auf und kann bezogen auf die Größe des Elektrodenkopfes 2 mit einem vergleichsweise kleinen Querschnitt bzw. Durchmesser ausgelegt sein.

Gemäß Figur 1 hat ein größter Querschnitt des Elektrodenkopfes 2 einen Außendurchmesser von 1,8 mm, ein Außen- durchmesser des Elektrodenstiftes beträgt 0,5 mm.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung gezogenen Drahtes zur Herstellung des Elektrodenstabes 4 wird bei Betrachtung eines in Figur 1 gestrichelt dargestellten Materialverlustes deutlich, der anfallen würde, wenn die Elektrode 1 auf herkömmliche Weise aus Vollmaterial gedreht würde.

Der Elektrodenstab 4 weist weiterhin entlang seiner Gesamtlänge eine durch Längsrillen 8 optimierte Oberflä ^¬ chenstruktur auf, die bereits beim Ziehen des Drahtes zur Erzeugung des Elektrodenstabes 4 über ein Ziehwerkzeug eingebracht wurden. Eine mittlere Rauheit in Richtung ei ^¬ ner Längsachse 10 des Elektrodenstabes 4 ist dabei klei ^¬ ner als quer zur Längsachse 10.

Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zeigt Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Elektrode 101 mit einer durch Dotierung optimierten Gitterstruktur eines Elektrodenstabes 104 in einer seitlichen Ansicht.

Die Elektrode 101 hat zusätzlich ein Gewendel 120, von dem ein massiver Elektrodenkopf 102 der Elektrode 101 um- griffen ist. Der Elektrodenkopf 102 erstreckt sich von einer in Figur 2 rechts angeordneten Verbindungsstelle 106, an der der Elektrodenkopf 102 mit dem Elektrodenstab 104 über ein Stumpfschweißverfahren gefügt ist, bis zu einer in Figur 2 links dargestellten halbkugelförmigen Elektrodenkopfspitze . Das Gewendel 120 ist in einem sepa ^¬ raten Prozess geformt, anschließend auf den Elektroden ^¬ kopf 102 aufgeschoben und durch Laserschweißen bzw. an Endabschnitten des Gewendels 120 angeordnete Laser ^¬ schweißspots am Elektrodenkopf 102 befestigt. Alternativ dazu kann das Gewendel 120 mit einem kostengünstigeren Widerstandsschweißverfahren am Elektrodenkopf 102 befestigt sein. Der Elektrodenkopf 102 und das Gewendel 120 bestehen aus Wolfram mit einer Konzentration von Verunreinigungen von kleiner 10 ppm. Der Elektrodenstab 104 besteht aus gezogenem Wolframdraht. Dieser Draht weist abweichend vom Elektrodenstab (vgl. 4, Fig. 1) des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 keine gesondert optimierte Oberflächenstruktur in Form von Längsrillen (vgl. 8, Fig. 1) auf. Jedoch weist auch der Elektrodenstab 104 im radialen Randbereich und im Innenbereich die im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besprochene optimierte Gefügestruktur aufgrund des Ziehverfahrens des Drahtes auf.

Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist der Elektrodenstab 104 über seine gesamte Länge ei- ne Dotierung 122 mit Kalium - in Figur 2 durch Punkte symbolisiert - auf. Um einen möglichst homogen dotierten Draht zu erhalten, wurde das Kalium in einem vorgelagerten pulvermetallurgischen Fertigungsschritt eingebracht. Eine Konzentration des Kaliums beträgt 70 ppm, wodurch eine Lunkerbildung in einem Bereich der Verbindungsstelle 106 beim Stumpfschweißen auf ein akzeptables Maß begrenzt ist .

Die Figuren 3 bis 5 zeigen Schliffbilder der erfindungs- gemäß dotierten Elektrode 101 des zweiten Ausführungsbei ^¬ spiels gemäß Figur 2 zur Veranschaulichung von deren Gefüge .

Figur 3 zeigt den aus Vollmaterial mit einem Durchmesser von 1,8 mm herausgedrehten Elektrodenkopf 102. Der Draht des Elektrodenstabes 104 wurde in einem Standardziehverfahren auf einen Durchmesser von 0,5 mm heruntergezogen, besteht aus Wolfram und ist homogen mit der gefügestabi ^¬ lisierenden Kaliumdotierung 122 (vgl. Fig. 2) versehen. Im Bereich der Verbindungsstelle 106 zwischen dem Elekt- rodenkopf 102 und dem Elektrodenstab 104 ist eine Schmelzzone mit modifizierten Gefügeeigenschaften als Folge des Stumpfschweißens ausgebildet.

Figur 4 zeigt den Bereich des Schliffes gemäß Figur 3 um die Verbindungsstelle 106 herum in einem polierten Zu- stand. Besonders gut sind dabei als schwarze Flecken dar ^¬ gestellte Lunker in einem radialen Außenbereich eines Bereiches B der Schweißung bzw. der Wärmeeinflusszone er ^¬ kennbar . Figur 5 zeigt einen vergrößerten und zusätzlich geätzten Bereich des Schliffes gemäß den Figuren 3 und 4 um die Verbindungsstelle 106 herum.

Es sind drei grob durch Strichpunktlinien gegeneinander abgrenzbare Bereiche A, B und C erkennbar. Im Bereich A des Elektrodenkopfes 102, der an den Bereich B der Verbindungsstelle 106 angrenzt, sind große polygonale Körner ausgebildet. Im Bereich B, in dem während des Stumpfschweißens ein starker Wärmeeinfluss gegeben war, fand eine Rekristallisation der Körner statt. Im Bereich C des an den Bereich B angrenzenden dotierten Elektrodenstabes 104 sind die Körner des Gefüges vorwiegend gestreckt und verzahnt. Aufgrund der Dotierung des Elektrodenstabes 104 mit 70 ppm Kalium sind im radialen Außenbereich des Be- reichs B im Bereich der Schweißung zudem schwärzliche Hohlräume bzw. Lunker erkennbar.

Zur Darstellung eines Unterschiedes im Gefüge von dotierten zu nicht dotierten Elektrodenstäben sind in den Figuren 6 bis 8 Schliffbilder eines dritten Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Elektrode 201 gezeigt, deren Elektrodenstab 204 abweichend vom in den Figuren 2 bis 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel nicht dotiert ist und aus hochreinem Wolfram besteht. Die geometrischen Grundmaße der Elektrode 201 sind dabei die gleichen wie die der Elektrode des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2.

Das in Figur 6 gezeigte komplette Schliffbild der Elekt ^¬ rode 201 mit undotiertem Elektrodenstab 204 weist wenige leicht erkennbare Unterschiede zum korrespondierenden Schliffbild der Elektrode 101, die einen dotierten Elekt ^¬ rodenstab 104 hat (vgl. Fig. 3), auf.

Erst bei Betrachtung der Figuren 7 und 8 werden die Unterschiede verdeutlicht. Figur 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines polierten Schliffbildes des Schliffes gemäß Figur 6. Es sind im Gegensatz zum zweiten (dotierten) Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 4) keine schwarzen Aushöhlungen erkennbar, was verdeutlicht, dass in einem Bereich B' der Schweißverbin- dungssteile 206 des Elektrodenstabes 204 und des Elektro ^¬ denkopfes 202 keine Hohlräume oder Lunker ausgebildet sind .

Figur 8 zeigt einen vergrößerten und zusätzlich geätzten Bereich des Schliffes gemäß Figur 7 um die Verbindungs- stelle 206 herum.

Analog zu Figur 5 sind dabei drei grob durch Strichpunkt ^¬ linien gegeneinander abgrenzbare Bereiche A' , B' und C erkennbar. In den an den Bereich B' der Schweißung angrenzenden Bereichen A' des Elektrodenkopfes 202 und C des Elektrodenstiftes 204 sind polygonale Körner ausge ^¬ bildet. Im Bereich B' , in dem während des Stumpfschwei ^¬ ßens ein starker Wärmeeinfluss gegeben war, fand eine Re ^¬ kristallisation der Körner statt. Die Figuren 3 bis 8 verdeutlichen somit, dass eine Dotierung eines Elektro- denstabes bei nachfolgender Schweißung bzw. starker Wärmeeinwirkung auf das dotierte Material zu Lunkerbildung bzw. zur Schwächung der Verbindungsstelle führen kann. Eine Konzentration der Dotierung ist daher zu optimieren. Versuche ergaben, dass die Verbindungsstelle unter Beach- tung einer maximalen Dotierungskonzentration von 70 bis 100 ppm im Elektrodenstab keinem Festigkeitsverlust un ^¬ terworfen ist.

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist zumindest eine der Strukturen (Gitterstruktur, Gefügestruktur, Oberflächenstruktur) optimiert. Diese Optimierung erstreckt sich in allen Ausführungsbeispielen nicht nur auf einen Abschnitt der Elektrodenstäbe 4; 104; 204, sondern auf die gesamte Länge dieser Elektrodenstäbe 4; 104; 204. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch Elek- trodenstäbe beansprucht, bei denen eine Struktur ledig ^¬ lich eines Abschnittes des Elektrodenstabes optimiert ist. Dieser Abschnitt kann zudem räumlich mit einem Führungsabschnitt zusammenfallen, der in einem eingebauten Zustand der Elektrode durch eine Wandung des Entladungs- gefäßes der Gasentladungslampe geführt ist oder der in die Wandung eingeschmolzen ist oder der von der Wandung umgriffen ist.

Aus dem Stand der Technik sind Durchmesserverhältnisse bis etwa 3,8 bekannt. Herkömmliche Elektroden haben bei- spielsweise folgende Durchmesser: Elektrodenkopf = 1,5 mm / Elektrodenstift = 0,4 mm; was einem Durchmesserverhält ^¬ nis von 3,6 entspricht.

Unabhängig von den gezeigten Ausführungsbeispielen sind demgegenüber mit einem erfindungsgemäß optimierten Elekt- rodenstab bzw. Abschnitt des Elektrodenstabes größere Durchmesserverhältnisse von etwa 5,0 erreichbar. Ein Bei ^¬ spiel: Elektrodenkopf = 1,5 mm / Elektrodenstift = 0,3 mm, was einem Durchmesserverhältnis von 5,0 entspricht. Die Anmelderin behält sich vor, auf ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäß strukturoptimierten Elektrode eine Patentanmeldung zu richten.

Dieses auf alle Ausführungsbeispiele anwendbare erfin- dungsgemäße Verfahren zur Fertigung einer Elektrode für eine Gasentladungslampe, insbesondere für eine Hoch- oder Höchstdruckgasentladungslampe, weist zur Erhöhung einer Festigkeit zumindest eines Abschnittes eines Elektroden ^¬ stabes oder des gesamten Elektrodenstabes zumindest einen der folgenden Schritte auf:

„Optimierung einer Gitterstruktur," oder „Optimierung einer Gefügestruktur", oder „Optimierung einer Oberflächenstruktur", zumindest des Abschnittes des Elektrodenstabes oder des gesamten Elektrodenstabes.

Der Schritt „Optimierung der Gitterstruktur" erfolgt bevorzugt durch eine Dotierung des Abschnittes des Elektro ^¬ denstabes oder des gesamten Elektrodenstabes oder eines Halbzeugs des Elektrodenstabes mit einem Dotierstoff. Be- vorzugt erfolgt die Dotierung durch Beigabe des Dotier ^¬ stoffes in einem pulvermetallurgischen Verfahrensschritt. Besonders bevorzugt ist der Dotierstoff Kalium oder er weist zumindest Kalium auf. Eine Konzentration des Do ^¬ tierstoffes ist dabei bevorzugt kleiner als etwa 100 ppm. Besonders bevorzugt ist sie kleiner als etwa 70 ppm. Der Schritt „Optimierung der Gefügestruktur" oder der Schritt „Optimierung der Oberflächenstruktur" erfolgt bevorzugt durch ein Ziehen oder ein Walzen eines Halbzeugs des Elektrodenstabes zu einem Draht. Die optimierte Ober- flächenstruktur weist dabei bevorzugt eine Rauheit auf, die in Längsrichtung kleiner ist als in Querrichtung. Besonders bevorzugt wird die Oberflächenstruktur durch Längsrillen optimiert. Die Gefügestruktur wird bevorzugt in einem radialen Randbereich des Halbzeugs bzw. des Drahtes durch eine feinere Körnung oder ein verdichtetes Gefüge optimiert.