DE102007013583A1

DE102007013583A1 - Hochdruck-Entladungslampe

Info

Publication number: DE102007013583A1
Application number: DE102007013583A
Authority: DE
Inventors: Shunichi Himeji Morimoto; Norihiro Himeji Inaoka; Yasuro Himeji Kikuchi
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: US7586263B2; CN101047105A; JP4725389B2; DE102007013583B4; CN101047105B; US20070228982A1; JP2007265883A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe, bei welcher in einem Kolben eine Anode und eine Kathode gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Kathode aus Wolfram besteht, welches Thoriumdioxid enthält, und auf ihrer Oberfläche außer der Spitze eine Carbidschicht aus Wolframcarbid gebildet ist, worin ein Körper für Elektronen-Emissionsmaterial aus Wolfram, welches Thoriumdioxid enthält, vorgesehen ist, der zumindest an einen Teilbereich der Außenoberfläche der Kathode angrenzt, und bei welchem zumindest in dem an die Kathode angrenzenden Bereich eine Carbidschicht aus Wolframcarbid gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe, bei welcher als Emissionsstoff Xenongas eingefüllt ist und welche beispielsweise bei einem Projektionsapparat oder dergleichen unter Ausnutzung von DLP^®(Digital Light Processing)-Technik als Lichtquelle verwendet wird.
Herkömmlicherweise ist als Hochdruck-Entladungslampe eine solche mit der beispielsweise in 8 gezeigten Anordnung bekannt. Diese Hochdruck-Entladungslampe 10 besteht aus einem Kolben aus Quarzglas, welcher eine Leuchtröhre 11 sowie hermetisch abschließende Teile 12 aufweist, sowie aus einer Kathode 19 und einer Anode 14, welche in der Leuchtröhre 11 gegenüberliegend angeordnet sind.
Ferner sind Elektrodenstäbe 191, 141 aus Wolfram, welche die Kathode 19 und die Anode 14 abstützen, in einen zylindrischen Haltezylinder 16 aus Quarzglas eingeschoben und somit festgehalten, welcher im hermetisch abschließenden Teil 12 fest angeordnet ist und in welchem eine in der Achsrichtung verlaufende Durchgangsöffnung vorhanden ist. Sie sind zugleich durch Gradientenglas 15 im hermetisch abschließenden Teil 12 abgedichtet. Diese Elektrodenstäbe 191, 141 erstrecken sich vom äußeren Ende des Kolbens nach außen vor und fungieren auch als Außenanschluss-Stifte, welche der Kathode 19 und der Anode 14 jeweils Leistung zuführen. In die Leuchtröhre 11 ist Xenongas eingefüllt.
Bei einer Hochdruck-Entladungslampe 10 mit der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht die Kathode 19 aus einem zylindrischen Rumpf 192 sowie einem kegelstumpfförmigen Kegelteil 194, welcher an einem Ende dieses Rumpfs 192 einteilig angeordnet ist bei welchem ferner der Durchmesser sich entlang der Kathodeachse L nach vorne (nach links in der Zeichnung) allmählich verkleinert und an dessen Spitze eine runde, flache Spitzenfläche 193 gebildet ist, wie in 9 gezeigt ist.
Bei einer derartigen Entladungslampe muss man, um über eine lange Zeit stabiles Strahlungslicht zu erhalten, eine zwischen den Elektroden entstehende Lichtbogen-Entladung über eine lange Zeit stabilisieren. Für die Kathode 19 wird thoriertes Wolfram verwendet, in welches Elektronen-Emissionsmaterial aus Thoriumdioxid (ThO₂) dotiert ist. Auf der Oberfläche eines basisseitigen Bereiches 195, wel cher einen Bereich außer einem spitzenseitigen Bereich 196 darstellt, ist eine Carbidschicht A aus Wolframcarbid (W₂C) gebildet. Eine derartige Technik ist in der JP-A-HEI 10-283921 beschrieben. 9 ist eine Draufsicht der Kathode, in welcher die Carbidschicht A zweckmäßigerweise anhand gestrichelter Linien gezeigt wird.
In dieser Carbidschicht A wird während der Lichtbogen-Entladung der Sauerstoff des Thoriumdioxids (ThO₂) vom Wolframcarbid (W₂C) abgefangen und Thorium (Th) mit hohem Wirkungsgrad der Spitzenfläche 193 der Kathode 19 zugeführt. Dieses Thoriumzufuhrphänomen tritt bei einer Temperatur von 1400°C bis 1800°C der Carbidschicht A aus Wolframcarbid (W₂C) optimal auf und wird durch die folgenden chemischen Formeln (Formeln 1 und 2) dargestellt. ThO₂ + W₂C → Th + 2W + CO (Formel 1) ThO₂ + 2W₂C → Th + 4W + 2CO (Formel 2)
Nachfolgend wird das Thoriumzufuhrphänomen weiter beschrieben. Die auf der Kathodenoberfläche gebildete Carbidschicht dringt nicht nur durch die Kathodenoberfläche, sondern gelangt auch ins Innere der Kathode bis zu einer Tiefe von ca. 100 μm von der Kathodenoberfläche. Die vorstehend anhand der Formeln 1 und 2 beschriebenen Reaktionen treten also nicht nur auf der Kathodenoberfläche auf, sondern auch innerhalb der Kathode. Das innerhalb der Kathode entstehende Thorium (Th) geht zwischen den Kristallkorngrenzen des Wolframs hindurch und wird auf der Kathodenoberfläche niedergeschlagen, während es teilweise durch die Kristallkorngrenzen des Wolframs hindurchgeht, sich gleichzeitig innerhalb der Kathode bewegt und auf der Spitzenfläche 193 der Kathode 19 niedergeschlagen wird.
Als Folge davon kann man nach dem Lampenbetrieb über eine lange Zeit zuverlässig Thorium (Th) mit hohem Wirkungsgrad der Spitzenfläche 193 der Kathode 19 zuführen und stabiles Strahlungslicht über eine lange Zeit erhalten.
Wenn man bis zum spitzenseitigen Bereich 196 der Kathode 19 eine Carbidschicht anbringt, erreicht der spitzenseitige Bereich 196 ca. 2900°C, wodurch Wolframcarbid (W₂C) schmilzt. Dadurch hat man die Nachteile einer frühzeitigen Abnutzung der Kathodenspitze und somit einer Verkürzung der Lebensdauer sowie die Gefahr einer Schwärzung der Leuchtröhre und somit einer frühzeitigen Verringerung der Intensität des Strahlungslichtes. Der spitzenseitige Bereich 196 der Kathode 19 ist deshalb nicht mit einer Carbidschicht versehen.
Das Thoriumzufuhrphänomen tritt ferner bei einer Temperatur der Carbidschicht von 1400°C bis 1800°C der Carbidschicht optimal auf. Man hat eine Kathode vorgeschlagen, bei welcher man ge mäß 10 auf der Kathodenoberfläche eine zur Achse L senkrechte Fläche 197 bildet, welche man mit Licht aus dem Lichtbogen bestrahlt, damit die auf der Kathode angebrachte Carbidschicht zuverlässig 1400°C bis 1800°C erreicht, und bei welcher man somit die auf der senkrechten Fläche 197 gebildete Carbidschicht A zuverlässig auf einen Bereich von 1400°C bis 1800°C festlegt und bei welcher man somit noch effektiver das Thoriumzufuhrphänomen ausführen kann. Eine derartige Technik wird in der JP-A 2005-142071 (US 2005/0099121 A1) beschrieben. 10 ist eine Draufsicht der Kathode, in welcher die Carbidschicht A zweckmäßigerweise anhand gestrichelter Linien gezeigt wird.
In letzter Zeit wird jedoch im Gebiet der Projektorapparate unter Ausnutzung von DLP^®-Technik eine Entladungslampe mit einer vermehrten Einfüllmenge des Xenongases, einem erhöhten Betriebsdruck der Lampe sowie einem gleichzeitig verkleinerten Abstand zwischen den Elektroden entwickelt, da immer mehr ein Bedarf an einer Punktlichtquellen-Lampe mit einer hohen Helligkeit besteht.
Bei einer derartigen Entladungslampe besteht die Tendenz einer Temperaturerhöhung der Kathode durch den Einfluss der Strahlungswärme der Anode, da die Anodentemperatur höher ist als bisher. Als Folge davon wird das in der Kathode enthaltene Thorium (Th) frühzeitig reduziert und in kurzer Zeit ausgetrocknet. Da ferner der Spitzenbereich der Kathode in einen Hochtemperaturzustand versetzt wird, vergrößert sich die Kristallkorngröße des Spitzenbereiches der Kathode. Die Bewegung des Thoriums (Th) in der Kathode wird durch die Kristallkörner behindert. Das Thorium (Th) wird nicht mehr der Kathodenspitze zugeführt.
Das heißt, das Thorium (Th) kann nach dem Lampenbetrieb in kurzer Zeit nicht mehr der Kathodenspitze zugeführt werden, wodurch man die Nachteile hatte, dass das Flacker-Phänomen auftritt und auf der Bildfläche die Bilder flackern.
Die Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik zu beseitigen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hochdruck-Entladungslampe mit einer langen Lebensdauer anzugeben, bei welcher man nach dem Lampenbetrieb über eine lange Zeit stabil der Kathodenspitze Thorium (Th) zuführen kann und bei welcher man ein Entstehen des Flackerphänomens über eine lange Zeit unterdrückt.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einer Hochdruck-Entladungslampe, bei welcher in einem Kolben eine Anode und eine Kathode gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die vorstehend beschriebene Kathode aus Wolfram besteht, welches Thoriumdioxid enthält, dass auf ihrer Oberfläche außer der Spitzenseite eine Carbidschicht aus Wolframcarbid gebildet ist und dass an die vorstehend beschriebene Kathode ein Körper für Elektronen-Emissionsmaterial aus Wolfram, welches Thoriumdioxid enthält, angrenzt, bei welchem zumindest in einem an die Kathode angrenzenden Bereich eine Carbidschicht aus Wolframcarbid gebildet ist.
Die Aufgabe wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bei einer Hochdruck-Entladungslampe gemäß dem ersten Aspekt insbesondere dadurch gelöst, dass der vorstehend beschriebene Körper für Elektronen-Emissionsmaterial ein massiver Körper ist, dass er mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, welche ihn durchdringt, und welche mit der vorstehend beschriebenen Kathode ein Passung bildet, und dass er von der vorstehend beschriebenen Kathode festgehalten wird.
Die Aufgabe wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bei einer Hochdruck-Entladungslampe gemäß dem ersten Aspekt insbesondere dadurch gelöst, dass der vorstehend beschriebene Körper für Elektronen-Emissionsmaterial ein linearer Körper ist und dass er dadurch festgehalten wird, dass die Kathode hiermit umwunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Entladungslampe wird vom Körper für Elektronen-Emissionsmaterial, welcher von der Kathode festgehalten wird, der Kathodenoberfläche Thorium (Th) als Elektronen-Emissionsmaterial zugeführt, so dass man über eine lange Zeit stabil der Kathodenspitze Thorium (Th) zuführen kann. Somit wird eine Entladungslampe mit einer langen Lebensdauer erhalten, bei welcher ein Entstehen des Flackerphänomens über eine lange Zeit unterdrückt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe;
2 eine schematische Darstellung der Kathode der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe;
3 eine schematische Darstellung des Stützkörpers für Elektronen-Emissionsmaterial, welcher von der Kathode der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe festgehalten wird;
4 eine schematische Darstellung der Kathode der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe, welche den Körper für Elektronen-Emissionsmaterial festhält;
5 eine schematische Darstellung der Bewegung des Thoriums (Th) bei der Kathode der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe;
6 eine schematische Darstellung der Kathode der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe, welche einen weiteren Körper für Elektronen-Emissionsmaterial festhält;
7 eine schematische Darstellung der Daten eines Versuchsergebnisses, bei welchem die Situation eines Flackerentstehens untersucht wurde;
8 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Hochdruck-Entladungslampe;
9 eine schematische Darstellung der Kathode einer herkömmlichen Hochdruck-Entladungslampe und
10 eine schematische Darstellung der Kathode einer herkömmlichen Hochdruck-Entladungslampe.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Hochdruck-Entladungslampe anhand von 1 beschrieben.
Die Hochdruck-Entladungslampe 10 umfasst einen Kolben aus Quarzglas, welcher aus einer Leuchtröhre 11 sowie hermetisch abschließenden Teilen 12 besteht, sowie eine Kathode 13 und eine Anode 14, welche in der Leuchtröhre 11 gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Kathode 13 und die Anode 14 werden von Elektrodenstäben 131, 141 aus Wolfram abgestützt, welche in einen zylindrischen Haltezylinder 16 aus Quarzglas eingeschoben sind und somit festgehalten werden, welcher eine Durchgangsöffnung aufweist, die sich im hermetisch abschließenden Teil 12 in der Achsrichtung erstreckt. Sie werden zugleich durch Gradientenglas 15 im hermetisch abschließenden Teil 12 abgedichtet. Diese Elektrodenstäbe 131, 141 erstrecken sich vom äußeren Ende des Kolbens nach außen und fungieren auch als Außenanschluss-Stifte, welche der Kathode 13 und der Anode 14 jeweils Leistung zuführen. In die Leuchtröhre 11 ist Xenongas eingefüllt.
Für die Kathode 13 wird thoriertes Wolfram verwendet, in welches Elektronen-Emissionsmaterial aus Thoriumdioxid (ThO₂) dotiert ist. Sie ist eine Sinterelektrode aus 98% Wolfram (W) und 2% Thoriumdioxid (ThO₂). Die Anode 14 besteht aus Wolfram, welches kein Thoriumdioxid (ThO₂) enthält.
2 ist eine Draufsicht der Kathode in einer vergrößerten Darstellung. Die Kathode 13 besteht aus einem zylindrischen Rumpfteil 132, einem zylindrischen, durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133, welcher einteilig an einem elektrodenspitzenseitigen Ende des Rumpfteils 132 angeordnet ist, sowie aus einem kegelstumpfförmigen Kegelteil 135, dessen Durchmesser sich entlang der Elektrodenachse L nach vorne (zur Elektrodenspitze hin, nach links in der Zeichnung) allmählich verkleinert und an dessen Spitze eine runde, flache Spitzenfläche 134 gebildet ist, welche die der Anode zugewandte Spitzenseite darstellt.
Auf der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 der Kathode 13 ist eine Carbidschicht A aus Wolframcarbid (W₂C) gebildet. Diese Carbidschicht A wird dadurch erhalten, dass eine Dispersionsflüssigkeit eines Kohlenstoffpulvers auf die Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 aufgetragen und im Vakuum wärmebehandelt wird. Als Folge davon ist diese Carbidschicht A nicht nur auf der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 vorhanden, sondern wird auch von der Oberfläche bis ca. 100 μm nach innen erzeugt und befindet sich dort.
3 ist eine perspektivische Darstellung, in welcher nur der Körper für Elektronen-Emissions material herausgenommen wurde. Der Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial ist ein scheibenartiger, massiver Körper mit einer Durchgangsöffnung 171 in seiner Mitte. Er besteht wie die Kathode 13 aus thoriertem Wolfram, in welches ein aus Thoriumdioxid (ThO₂) bestehendes Elektronen-Emissionsmaterial dotiert ist. Er ist ein Sinterkörper aus 98% Wolfram (W) sowie 2% Thoriumdioxid (ThO₂).
Auf der Gesamtoberfläche einschließlich der Innenoberfläche der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial ist eine Carbidschicht A aus Wolframcarbid (W₂C) gebildet, welche wie die Carbidschicht der Kathode dadurch erhalten wird, dass eine Dispersionsflüssigkeit eines Kohlenstoffpulvers auf die Oberfläche des Körpers für Elektronen-Emissionsmaterial 17 aufgetragen und im Vakuum wärmebehandelt wird. Als Folge davon ist diese Carbidschicht A nicht nur auf der Innenoberfläche der Durchgangsöffnung 171 vorhanden, sondern wird auch von der Oberfläche bis ca. 100 μm nach innen erzeugt und befindet sich dort.
4 ist eine Querschnittdarstellung, in welcher an der Kathode ein Körper für Elektronen-Emissionsmaterial angebracht ist. Mit der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial bildet der durchmesserverkleinerte Rumpfteil 133 der Kathode 13 eine Passung, wodurch der Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial von der Kathode 13 festgehalten wird. Die Außenumfangsfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 der Kathode 13, in welcher die Carbidschicht A gebildet ist, und die Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial, in welcher die Carbidschicht A gebildet ist, grenzen aneinander an.
Der Bereich, in welchem der Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial an die Kathode 13 angrenzt, ist also die Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial.
In 4 wird der Spalt zwischen der Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial und dem durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133 zwar übertrieben dargestellt. Die Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial grenzt jedoch tatsächlich an die Außenumfangsfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 an.
Um den durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133 ist bei Bedarf ausgehend vom Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial zur Anodenseite hin ein aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt bestehender Draht, beispielsweise ein Molybdändraht W, gewickelt und somit befestigt, um zu verhindern, dass der Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial vom durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133 der Kathode 13 herunterfällt. Durch diesen Molybdändraht W wird verhindert, dass der Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial von der Kathode 13 herunterfällt.
5 ist eine schematische Darstellung der Bewegung des Thoriums (Th) bei der Kathode der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe. Die Bewegung des Thoriums (Th) wird anhand der Pfeile schematisch gezeigt. Im durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133 der Kathode 13 ist eine Carbidschicht A gebildet. Auf der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 sowie ausgehend hiervon bis ca. 100 μm nach innen befindet sich Kohlenstoff. Wenn während des Lampenbetriebs die Temperatur des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 1400°C bis 1800°C erreicht, wird, wie anhand der vorstehend beschriebenen Formeln 1 und 2 gezeigt wird, durch Fangen des Sauerstoffes des Thoriumdioxides (ThO₂) durch Wolframcarbid (W₂C) Thorium (Th) erzeugt.
Das auf der Oberfläche der Kathode 13 sowie im Inneren der Kathode 13 erzeugte Thorium (Th) geht durch Korngrenzen-Diffusion zwischen den Kristallkorngrenzen des Wolframs hindurch und wird auf der Oberfläche der Kathode 13 niedergeschlagen. Wegen der Hochtemperatur des Spitzenbereiches der Kathode erfolgt eine Oberflächendiffusion. Das heißt, das Thorium bewegt sich entlang der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 und ferner entlang der Oberfläche des Kegelteils 135 und wird der Spitzenfläche 134 der Kathode 13 zugeführt.
Ferner bewegt sich ein Teil des Thoriums (Th), welches im Inneren der Kathode 13 erzeugt wurde, im Inneren der Kathode 13, indem es zwischen den Kristallkorngrenzen des Wolframs hindurch geht, und wird der Spitzenfläche der Kathode 13 zugeführt.
Die Oberfläche des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial sowie das Innere hiervon ausgehend von der Oberfläche bis ca. 100 μm, welche ein benachbarter Bereich ist, in welchem die Kathode 13 an den Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial angrenzt, weisen durch die Wärme von der Kathode im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie die der Kathode auf, das heißt, 1400°C bis 1800°C.
Als Folge davon ist im Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial eine Carbidschicht A gebildet. Durch Fangen des Sauerstoffes des Thoriumdioxides (ThO₂) durch Kohlenstoff, welcher auf der Innenoberfläche der Durchgangsöffnung 171 sowie im Inneren ausgehend von der Innenoberfläche bis zu einer Tiefe von ca. 100 μm vorhanden ist, an welche der Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial an die Kathode 13 angrenzt, wird auch im Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial Thorium (Th) erzeugt.
Das Thorium (Th), welches auf der Innenoberfläche der Durchgangsöffnung 171 des Körpers 17 für Elektronen-Emissionsmaterial niedergeschlagen wurde, wird der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 der Kathode 13 zugeführt, bewegt sich auf der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 und ferner entlang der Oberfläche des Kegelteils 135 und wird der Spitzen fläche der Kathode 13 zugeführt.
Als Folge davon wird auch vom Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial der Kathode 13 Thorium (Th) zugeführt. Nach dem Lampenbetrieb kann man somit über eine lange Zeit stabil der Kathodenspitze Thorium (Th) zuführen. Man kann somit ein Entstehen des Flackerphänomens infolge einer Austrocknung von Thorium (Th)-Atomen über eine lange Zeit unterdrücken.
Ferner erreicht die Spitze der Kathode 13 nach dem Betrieb eine Hochtemperatur, so dass die Kristallkorngröße der Spitze der Kathode 13 sich vergrößert. Das Thorium (Th) wird deshalb auch dann vom Körper 17 für Elektronen-Emissionsmaterial der Oberfläche der Kathode 13 zugeführt, wenn es unmöglich wird, dass das im Inneren der Kathode 13 erzeugte Thorium (Th) zwischen den Kristallkorngrenzen hindurch geht und sich im Inneren der Kathode bewegt. Man kann somit mit Sicherheit und zugleich stabil der Spitzenfläche 134 der Kathode 13 Thorium (Th) zuführen und nach dem Lampenbetrieb über eine lange Zeit stabil der Kathodenspitze Thorium (Th) zuführen. Somit kann man ein Entstehen des Flackerphänomens über eine lange Zeit unterdrücken.
6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels, bei welchem an der Kathode ein Körper 18 für Elektronen-Emissionsmaterial angebracht ist, welcher ein linearer Körper mit einem Durchmesser von 6 mm bis 12 mm ist, welcher ein Draht aus thoriertem Wolfram ist, in welchen Elektronen-Emissionsmaterial aus Thoriumdioxid (ThO₂) dotiert ist und welcher aus 98% Wolfram (W) und 2% Thoriumdioxid (ThO₂) besteht.
Auf der Oberfläche des linearen Körpers 18 für Elektronen-Emissionsmaterial ist eine Carbidschicht A aus Wolframcarbid (W₂C) gebildet, welche dadurch erhalten wird, dass eine Dispersionsflüssigkeit eines Kohlenstoffpulvers auf die Oberfläche eines Körpers 18 für Elektronen-Emissionsmaterial aufgetragen und im Vakuum wärmebehandelt wird. In 6 sind die Abmessungen der Carbidschicht A des Körpers 18 für Elektronen-Emissionsmaterial übertrieben dargestellt. Die Carbidschicht A des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 ist zweckmäßigerweise anhand gestrichelter Linien dargestellt.
Dieser Körper 18 für Elektronen-Emissionsmaterial wird in einem Zustand, in welchem im Voraus auf der Oberfläche die Carbidschicht A gebildet ist, um den durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133 der Kathode 13, in welchem die Carbidschicht A gebildet ist, eng anliegend gewickelt und somit von der Kathode 13 festgehalten.
Bei einer derartigen Kathode 13 ist im durchmesserverkleinerten Rumpfteil 133 der Kathode 13 eine Carbidschicht A gebildet. Auf der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 sowie im Inneren hiervon, ausgehend von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 100 μm, ist Kohlenstoff vor handen.
Wenn während des Lampenbetriebs eine Temperatur des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 1400°C bis 1800°C erreicht, wird, wie anhand der vorstehend beschriebenen Formeln 1 und 2 gezeigt, durch Fangen des Sauerstoffes des Thoriumdioxides (ThO₂) durch Wolframcarbid (W₂C) Thorium (Th) erzeugt.
Das auf der Oberfläche der Kathode 13 sowie im Inneren der Kathode 13 erzeugte Thorium (Th) geht zwischen den Kristallkorngrenzen des Wolframs durch eine Korngrenzen-Diffusion hindurch und wird auf der Oberfläche der Kathode 13 niedergeschlagen. Wegen der Hochtemperatur des Spitzenbereiches der Kathode erfolgt eine Oberflächendiffusion. Das heißt, das Thorium bewegt sich entlang der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 und ferner entlang der Oberfläche des Kegelteils 135 und wird der Spitzenfläche 134 der Kathode 13 zugeführt.
Ferner bewegt sich ein Teil des Thoriums (Th), welches im Inneren der Kathode 13 erzeugt wurde, im Inneren der Kathode 13, indem es zwischen den Korngrenzen des Wolframs hindurch geht, und wird der Spitzenfläche der Kathode 13 zugeführt.
Der Körper 18 für Elektronen-Emissionsmaterial weist durch die Wärme von der Kathode im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie die der Kathode auf, das heißt, 1400°C bis 1800°C.
Als Folge davon wird auch im Körper 18 für Elektronen-Emissionsmaterial durch Fangen des Sauerstoffes des Thoriumdioxides (ThO₂) durch Kohlenstoff, welcher auf der Oberfläche sowie im Inneren ausgehend von der Innenoberfläche bis zu einer Tiefe von ca. 100 μm vorhanden ist, an welche der Körper 18 für Elektronen-Emissionsmaterial an die Kathode 13 angrenzt, Thorium (Th) erzeugt.
Das Thorium (Th), welches auf der Oberfläche des Körpers 18 für Elektronen-Emissionsmaterial niedergeschlagen wurde, wird der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 der Kathode 13 zugeführt, bewegt sich auf der Oberfläche des durchmesserverkleinerten Rumpfteils 133 und ferner entlang der Oberfläche des Kegelteils 135 und wird der Spitzenfläche 134 der Kathode 13 zugeführt.
Als Folge davon wird auch vom Körper 18 für Elektronen-Emissionsmaterial der Kathode 13 Thorium (Th) zugeführt. Nach dem Lampenbetrieb kann man somit über eine lange Zeit stabil der Kathodenspitze Thorium (Th) zuführen. Man kann somit ein Entstehen des Flackerphänomens infolge einer Austrocknung von Thorium (Th)-Atomen über eine lange Zeit unterdrücken.
Vorstehend wurde zwar eine Hochdruck-Entladungslampe beschrieben, bei welcher als Emissionsstoff Xenon eingefüllt wurde. Die Erfindung kann jedoch auch für eine Hochdruck-Entladungslampe angewendet werden, bei welcher als Emissionsstoff Quecksilber eingefüllt ist.
Als nächstes wurde ein Versuch durchgeführt, bei welchem man unter Verwendung einer Hochdruck-Entladungslampe, bei welcher die in 1 und 4 gezeigte Kathode mit einem Körper für Elektronen-Emissionsmaterial verwendet wird, die Situation eines Entstehens des Flackerns untersucht wurde.
Wenn die Amplitude der Spannung beim Betrieb 1 V überschreitet, wird ein Flackern der Bildern auf der Bildfläche deutlich. Zum Zeitpunkt einer Überschreitung der Amplitude der Spannung von 1 V wird also ein Flackern der Bilder auf der Bildfläche als nachteilig angesehen. Dieser Zeitpunkt wurde daher als Lampen-Lebensdauer durch Flackern definiert.
Die Hochdruck-Entladungslampe, welche für diesen Versuch verwendet wurde, wird mit Nennwerten von 24 V, 78 A und 2 kW betrieben. Als Vergleichslampe wurde eine Lampe mit derselben Spezifikation außer einer Verwendung der in 9 gezeigten Kathode ohne Körper für Elektronen-Emissionsmaterial für den Versuch verwendet. 7 zeigt das Ergebnis.
In 7 stellen die Abszissenachse die Betriebsdauer (Stunden) und die Ordinatenachse die Amplitude der Spannung (V) dar. Die graphische Darstellung A zeigt die Daten der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe und die graphische Darstellung B die Daten der Vergleichslampe. Wie aus 7 ersichtlich wird, liegt bei der Vergleichslampe die Spannungsamplitude nach Ablauf von 900 Stunden nach dem Betrieb bei größer/gleich 1 V, wo ein Flackern der Bilder auf der Bildfläche deutlich wurde und somit die Lebensdauer der Lampe erreicht ist.
Andererseits liegt bei der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe die Spannungsamplitude erst nach Ablauf von 1100 Stunden nach dem Betrieb bei größer/gleich 1 V, wo ein Flackern der Bilder auf der Bildfläche deutlich wurde und somit die Lebensdauer der Lampe erreicht ist. Man konnte also die Lampenlebensdauer infolge des Flackerns um 200 Stunden verlängern.
Aus diesem Ergebnis wird ersichtlich, dass bei der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe nach dem Lampenbetrieb über eine lange Zeit stabil der Kathodenspitze Thorium (Th) zugeführt wird und dass man somit eine Lampe mit einer langen Lebensdauer erhält, bei welcher ein Entstehen des Flackerphänomens über eine lange Zeit unterdrückt wird.

Claims

Hochdruck-Entladungslampe, bei welcher in einem Kolben eine Anode und eine Kathode gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Kathode aus Wolfram besteht, welches Thoriumdioxid enthält, und auf ihrer Oberfläche außer der Spitze eine Carbidschicht aus Wolframcarbid gebildet ist, worin ein Körper für Elektronen-Emissionsmaterial aus Wolfram, welches Thoriumdioxid enthält, vorgesehen ist, der zumindest an einen Teilbereich der Außenoberfläche der Kathode angrenzt, und bei welchem zumindest in dem an die Kathode angrenzenden Bereich eine Carbidschicht aus Wolframcarbid gebildet ist.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper für Elektronen-Emissionsmaterial ein massiver Körper ist, dass er mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, welche ihn durchdringt und welche mit der Kathode ein Passung bildet, und dass er von der vorstehend beschriebenen Kathode festgehalten wird.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper für Elektronen-Emissionsmaterial ein linearer Körper ist, mit dem die Kathode zumindest bereichsweise umwunden ist.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, worin die Kathode einen Spitzenbereich, einen ersten Rumpfteil und einen zweiten Rumpfteil aufweist, wobei der zweite Rumpfteil zwischen dem ersten Rumpfteil und dem Spitzenbereich angeordnet ist und einen geringeren Durchmesser als der erste Rumpfteil aufweist.
Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 4, worin der Körper für Elektronen-Emissionsmaterial auf der Außenoberfläche des zweiten Rumpfteils angeordnet ist.