CH297983A - Elektrische Hochdruck-Gasentladungslampe mit festen Glühelektroden. - Google Patents

Description

  Elektrische     Hochdruck-Gasentladungslampe    mit festen Glühelektroden.    Die Erfindung bezieht sich auf elektrische       Iloelidruckentladungsla-mpen,    bei denen in  einer beispielsweise aus Edelgasen,     insbeson-'          dere        Ki#ypton        und/oder        Xenon    bestehenden       (#'asfüllun#@    eine     Hochdrneken.tladting    zwi  schen festen     Glühelektroden    erzeugt wird.

    Derartige     Hoehdruck-        Gasentlachingsl,ampen     zeichnen sich. gegenüber     hTetalldampflampen          dadurch    aus, dass ein     zur    Dampferzeugung  erforderlicher     Einbrennvorgang        fortfällt,    dass  sie also sofort betriebsbereit sind.

   Solche     Gas-          lioclicliaieklainpen    eignen sieh je     na.cli    der  verwendeten Gasfüllung und dem Gefässbau  stoff für Zwecke der Beleuchtung, der Be  strahlung, der Projektion, des Farbfilms, fer  ner für     Absorptions-Spektralanalyse,        L'ltra-          rottherapie    sowie als     Blitzlichtlampen,    bei  spielsweise für     Stromstossbetizeb    usw.  



  Bei der Ausbildung derartiger Hochdruck  lampen tritt die Schwierigkeit auf, den Licht  bogen stabil zu erhalten, da infolge des     ver-          hältnismässig    niedrigen. Gradienten der Gas  füllung im Vergleich zu dem von     Queek-          silberdampflampen    der     Liehtbogen    überaus  leicht unruhig brennt, beispielsweise unter       Flaekererseheinungen,    hin und her springt       bzw,    seitlich ausbiegt oder auch leicht seinen       .\nsat,zpunkt    an den     Glühelektroden    häufig  wechselt.

   Bei derartigen Lampen für G     leich-          sironibetrieb    mit     übereinandergestellten    Glüh  elektroden ist nun zur     Liehtbogenstabilisie-          rung        naeli    der Erfindung die oben angeord-         nete    Anode grösser als die Kathode und ver  jüngt sieh gegen unten, dies zum Zwecke,  zu erreichen,     da.ss    im \Betrieb der Lampe     die     heissen Gase wirbelfrei an der Anode vorbei  strömen. Zweckmässig     wird-die    Anode so aus  gebildet, dass ihre Oberfläche fünf- bis zehn  mal so gross ist wie diejenige der unten an  geordneten Kathode. Hierdurch wird zu-.

    gleich die     Zerstäubung    des Anodenkörpers  niedrig gehalten.  



  Die Ausbildung einer möglichst     laminaren          Konvektionsströmung    beim Betrieb der Lampe  begünstigt die Stabilität des Lichtbogens,  ausserordentlich. Durch die Gestalt der Anode  soll ermöglicht werden, dass die heissen Gase  wirbelfrei an ihr     hochströmen.    Darüber hin  aus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, am  Anodenkörper ein     axiales    Loch vorzusehen,  dessen Durchmesser höchstens ein Drittel des  grössten Durchmessers der Anode, senkrecht  zur     Liehtbogenachse    gerechnet, beträgt.. In  diesem Fall strömen die heissen Lichtbogen  gase senkrecht aufwärts durch die Anode hin  durch, was wesentlich zur Bogenberuhigung  beiträgt.

   Vielfach tritt. dabei auch eine Art  Ansaugen durch Schornsteinwirkung auf.  



  In der Zeichnung sind als Ausführungs  beispiele der Erfindung in     Fig.    1 bis 3  mehrere     Hochdreck        Gasentladungslampen    mit  festen     Glühelektroden,    im Längsschnitt darge  stellt.           Fig.1    zeigt etwa in zwei Drittel der na  türlichen Grösse eine     luftgekühlte    Quarzglas  lampe für Gleichstrombetrieb, die eine     Xenon-          füllung    von etwa 12     Atm.    enthält.

   Die unten  angeordnete Glühkathode 1 besteht- aus einem       kegel'ig    zugespitzten,     thorierten        Wolframstift,     auf den zwei     dünndrähtige        Wolframwendeln          mit    dicht.     aneinanderliegenden    Windungen  festsitzend aufgeschraubt sind. Zur     Erleieli-          terung    der Zündung kann zwischen den Win  dungen dieser Wendeln noch     Thoriumoxyd     eingebracht. sein.

   Die oben angeordnete Anode  2, die wesentlich grösser als die Kathode aus  gebildet ist-,     besteht.    aus einem ebenfalls     ke-          gelig    zulaufenden     W        olTramsinterkörper.    In  der Lampe ist ferner seitlich     neben    der Ent  ladungsstrecke noch ein aus Wolfram beste  hender Zünddraht 3 angeordnet., um die  Lampe schon bei niedrigen Spannungen zün  den     zt.    können. Das Entladungsgefäss 4 ist  schwach oval gekrümmt.

   Sowohl die Kathode 1  als auch die Anode 2 werden von einem       llolybdändraht    5 getragen, der an     zwei    Stel  len 6 und 7 durch Hämmern zu einer Folie  von ovaler Gestalt breitgeschlagen ist. Diese  Folien sind vakuumdicht- in das umgebende  Quarzglas     eingeschmolzen,    gegebenenfalls ein  gequetscht. Die äussere Folie 7 ist so weit vom  Entladungsraum entfernt, dass sie im Betrieb  nur eine geringe Erwärmung erfährt und  demgemäss eine schädliche Oxydation des  äussern     Molybdändrahtendes    8 vermieden wird.

    Der     Quarzglasstutzen,    in den die Folie 6  vakuumdicht eingebettet ist, ist von einem  kapillaren Ringspalt umgeben, der mit dem  Entladungsraum in Verbindung steht und  demgemäss     ebenfalls,den    Hochdruck der Gas  füllung aufweist. Es lastet also der volle  Innendruck auf dem     Quarzglasstutzen,    so  dass dieser nur unter Druckspannungen steht  und demnach auch bei hohen Betriebstem  peraturen keine Neigung besitzt, sich von der  Folie 6 zu lösen. Durch die     Hintereinander-          schaltLing    der beiden Folien in der geschil  derten 'Weise wird eine zuverlässig dichte  Einschmelzung der Stromleiter gewährleistet.  



  Die Hochdrucklampe nach     Fig.2    besitzt  ein eiförmig     ausgebildetes    Lampengefäss 15.    Der     Kathodenkerndraht    16 trägt wiederum  zwei     dünndrä.htige        @V        endeln;    die innere Wen  del 17 ist zur besseren     Wärmeableitung    nach  rückwärts verlängert. Der über der Anode  verbleibende Raum erleichtert das Anbrin  gen bzw. Abschmelzen. des     Pumpstengels    bei  der Herstellung sowie das Einbringen der  Gasfüllung durch Einfrieren.  



  Die     Fig.    3     zeigt    eine     Hoclidrueklampe,    bei  der zur Erzielung einer     laminaren    Strömung  der     Anodenkörper    19 stromlinienförmig ge  formt. ist und ferner eine axiale Bohrung 20  aufweist, die am rückwärtigen Ende der  Elektrode in seitliche Kanäle ausmündet.  Zu dem Zweck, dass beim Entladungsgefäss  21 im Betrieb der Lampe an allen Stellen  der Innenwandung eine möglichst gleichmässig  hohe Temperatur auftritt, ist das Gefäss ei  förmig gestaltet. Der Abstand der Gefässwan  dung von der grösseren Anode ist demnach  grösser als der Abstand von der kleineren  Kathode.

   Da ferner die     durch        Konvektions-          strömung    aufsteigenden heissen Gase den Ober  teil des     Entladungsgefässes    zuerst bespülen,  ergibt sich als zweckmässige Lösung eine Aus  führung, bei der mindestens 60; vorzugsweise       75        %,        der        Innenoberfläche        des        Entladungs-          gefässes    oberhalb des Bogenansatzes an der  Anode liegen.

   Gegenüber einem genau kugeli  gen Entladungsgefäss mit. gleicher Innenober  fläche, bei dem die Elektroden beide in glei  chem Abstand von der     Gefässwandung    sitzen,  wird durch die vorgeschlagene Eiform eine  höhere     Wattbelastung    der Lampe möglich,  die 30 bis 50 IM betragen kann.  



  Bei Hochdrucklampen mit verhältnis  mässig langer Bogensäule wählt. man den       Elektrodenabstand    grösser als den Durch  messer des Entladungsrohres, um den Ein  fluss der     Gefässwandung    auf die Stabilisie  rung des     Bogens        auszunutzen    (siehe     Weizel          Rompe,     Theorie elektrischer Lichtbögen ,  Leipzig, 1949, Seite 38 bis     44).    Es ist zweck  mässig, zur     Beruhigung        des    Lichtbogens bei  solchen Lampen das Verhältnis der Strom  dichte in     AmpJem2    zum     Fülldruck    in Atmo  sphären grösser zu wählen als 50.

   Das meist,  aus Quarzglas bestehende Entladungsrohr      wird dabei künstlich gekühlt, zum Beispiel       mittels    eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes.  



  Bei gegebenem     Betriebsgasdruck    ergibt sich  dann der kleinste Kaltgasdruck, wenn das  Lampengefäss extrem klein ausgeführt ist. und  demgemäss die höchstmögliche Betriebstem  peratur erreicht wird. Beispielsweise emp  fiehlt. es sich, bei Lampen aus Quarzglas das  Entladungsgefäss unter Vermeidung von Tot  räumen derart zu verkleinern, dass der     Ener-          giefluss    durch die Innenoberfläche     mindestens     <B>:)0</B>     W/cm2    erreicht.

   Es kommt also meist  darauf an, das Lampengefäss, aus möglichst  hochschmelzendem Werkstoff herzustellen, ins  besondere aus Quarzglas oder noch höher  schmelzenden lichtdurchlässigen Baustoffen,  wie     Aluminiumoxyd,,        Magnesiumoxyd,        Zirkon-          oxyd    oder Gemischen dieser Oxyde.

   Aus an  dern Gesichtspunkten, zum Beispiel der bil  ligen Herstellung bzw.     Einschmelzungsrück-          siehten,    kann es aber in verschiedenen     Fällen     auch zweckmässig sein,     verhältnismässig        nied-          rigSchmelzendeHartgläser        zu    verwenden, wo  bei wiederum die Erzielung einer möglichst  gleichmässigen Temperaturverteilung bedeu  tungsvoll ist.

   Es lassen sich mit. gutem Erfolg,  ähnlich wie bei     Quecksilberhöch3tdrucklam-          pen,    auch künstlich, zum Beispiel flüssigkeits  gekühlte,     Gashöchstdrucklampen    herstellen,  wobei in einem kapillaren Entladungsröhr  ehen von     beispielsweise    5 bis 10 mm Innen  durchmesser eine Gasfüllung von sehr hohem       K        altdruck,    beispielsweise 50     Atm.,    explosions  sicher untergebracht werden kann. Meist wer  den dabei die Enden des Röhrchens zur Un  terbringung der Elektroden etwas erweitert.

    Lampen dieser Art haben meist.     Brennspan-          nungen    über 40 Volt und erhebliche Leistungs  aufnahmen von: beispielsweise 1000 Watt bei  sehr hohen     Leuchtdichten.     



  Sollen die Lampen nach der Erfindung  für Projektionszwecke eine extrem hohe  Leuchtdichte bei ruhiger Leuchtfläche be  sitzen, so wird die Anode der Kathode so weit  genähert, dass die positive Säule der Entla  dung weitgehend     unterdrückt    wird. Es strahlt  dann im wesentlichen nur die unmittelbare  Umgebung des Kathodenflecks, das heisst der    nicht mehr     zur    positiven Säule zu rechnende       kegelige        Lichtbogenteil.    Je nach dem     Strom-          stärkebereieh,    in dem die Lampe betrieben  wird, etwa zwischen 10 und 50     Amp.,

          be-          trägtder    zu diesem Zweck zu -wählende     Elek.          trodenabstand    0,5 bis 2 mm.  



  Wenn auch die Hauptfüllung der     Hoch-          drueklampen    aus schwerem Edelgas, also  Krypton und     Xenon,    besteht, so kann es in  vereinzelten Fällen auch zweckmässig sein,  ein Gemisch von schweren Edelgasen mit  Gasen von einem Atomgewicht gleich oder  kleiner als 21 zu verwenden, zum Beispiel  Wasserstoff, Helium oder Neon. Zur Erzie  lung einer bestimmten spektralen Verteilung  bzw. Farbwirkung oder zur Erhöhung des  Gradienten und damit der Spannungsauf  nahme der Lampe können auch Zusatzstoffe  zugefügt sein,     beispielsweise    Metalle, deren  Dämpfe im Betrieb     zur    Strahlung     mitangeregt     werden.  



  Das zur Zündungserleichterung dienende       Thoriumoxyd    kann den     Glühelektroden    auch  unmittelbar durch Einverleibung in das     Elek-          trodenmetall    zugefügt sein. Es wird beispiels  weise     Thoriumoxyd    in Pulverform dem Wolf  rampulver     zugemischt    und beides zusammen  gesintert. Es können auch     thorierte    Wolfram  drähte zum Aufbau der Elektroden Verwen  dung finden.

   In andern Fällen erweist es sich  als günstig, auf jegliche Aktivierung zu ver  zichten und nur blanke     Wolfram-Elektroden-          körper        vorzusehen,    wobei auf grösstmögliche  Reinheit zu achten ist.

   Zweckmässig ist ferner,  solchen     Wolframkörperrv        wenigstens    an den  blanken Kopfteilen der Elektroden eine mög  lichst hohe Dichte zu verleihen, was beispiels  weise bereits beim     Sintern    des     Wolframkör-          pers    durch Verwendung     feinstkörnigen    Wolf  rampulvers und grösster     Pressdrücke    sowie       dutch    eine dicht unter dem     Schmelzpunkt     liegende     Sintertemperatur    angestrebt und fer  ner durch ausgiebiges Hämmern des fertig  gesinterten     Wolframkörpers    erreicht werden  kann.

   Die Lebensdauer der Lampe     lässt    sich  dadurch infolge     Z.urückdrängung    der Ver  schmutzung bzw.     Schwärzung    erheblich ver  längern.      In dieser Hinsicht. erweist. sieh vielfach  auch die Verwendung von     Getterstoffen    als  günstig, insbesondere der Einbau von Hilfs  körpern aus Tautal,     Zirkon    oder     Thorium,     die so angeordnet werden. müssen, dass sie  im Betrieb cler Lampe die erforderliche Ab  sorptionstemperatur erreichen.  



       Da        alle     Lampen für Gleich  strombetrieb bestimmt sind, ist es zweck  mässig, zur Erhöhung der Stabilität des Bo  gens im Stromkreis noch eine Drosselspule  einzubauen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektrische Hoehdruck-Gasentladungslampe für Gleichstrombetrieb mit. festen, übereinan- dergestellten Glühelektroden, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Lichtbogenstabilisierung die oben angeordnete Anode grösser als die Ka thode ausgebildet ist. und sich gegen unten verjüngt., dies zum Zwecke, zu erreichen, dass im Betrieb der Lampe die heissen Gase wir belfrei. an der Anode vorbeiströmen. UNTERANSPRÜCHE:

   1. Hochdruck-Gasentla-dungslainpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Anode wenigstens fünfmal grösser ist. als diejenige der unten angeord- neten, Kathode. ?. Hoehdruck-Gasentladungslampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet., dass die oben angeordnete Anode ein axiales Loch aufweist. 3. IIoehdnick-Gasentladungslampe nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, da.ss der Durchmesser des axialen Loches in der Anode höchstens ein Drittel des grössten Durchmessers der Anode, senkrecht zur Lichtbogenachse gemes sen,, beträgt.

   4. Hoehdruck-Gasentladungslampe nach Patentanspx-Lieli, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäss eiförmig mit nach unten gerichteter Spitze und die Anode darin so angeordnet. ist, dass mindestens 601/o der Innenoberfläche des Entladungsgefässes ober-, halb des Bogenansatzes an der Anode liegen.

   5. Hoehdrnck-Clasentladnngslampe nach Patentanspruch, dadurch dass nur die Liehtbogenansatzstellen der Elektro den aus gehämmertem Wolfram grösster Dichte bestehen, während der übrige Elektro- denkörper aus nielitaktivierteni, gesinterten Metall besteht. 6. Hochdruek-Gasentladungslampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet., dass die Elektroden einander so' weit. genähert sind, .dass die positive Säule der Entladung unterdrückt wird.

   7. Ilochdiitek.sGasentladungslampe nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, da-, durch gekennzeiehn.et, dass die Elektroden einander auf 0,5 bis 2 mm genähert sind. B. Hoehdruek-CTasentladungslampe nach Patentanspruch, .dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Stromdichte in Amp./em2 zum Fülldruck in Atmosphären grösser ge wählt ist als 50. 9.

   Nicht künstlich -ekühlte Hochdruek- Gasentladungslampe nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss beim Betrieb der Lampe die Belastung der Innenoberfläelie mindestens 50 Watt/cm2 erreicht. 10. Hochdrucli:-CTasentladungslampe nach Patent.ansprueh und Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass das Lampengefäss aus einem höher als Quarzglas schmelzenden liehtdurchl.ässi.gen Baustoff aus hoehschinel- zenden Oxyden besteht.

   11. Hoehdruck-Gasentladungslampe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Füllung aus schweren Edelgasen ent- hält, der bis 5 % eines Gases mit einem Atomgewicht, unter 21 hinzugefügt sind.