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Die
Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Deuteriumlampe,
mit einer Gehäusebasis aus einem isolierenden Material.
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Bei
den heute meist verwendeten Deuteriumlampen ist die Kathode von
einem Metallgehäuse umgeben, welches auf demselben Potential
wie der Anodenraum und der Formkörper liegt. Dies führt
dazu, dass sich Nebenentladungen ausbilden, welche zu einer Verspiegelung
bei Durchscheinlampen führen. Ferner bewirkt die Nebenentladung,
dass eine Formkörpererosion stattfindet und sich die Intensität der
Lampe reduziert, da der Entladungsstrom nicht mehr komplett durch
den Formkörper fließen kann.
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Bei
den bekannten Deuteriumlampen besteht das Gehäuse aus insgesamt
sechs Teilen, die alle mit Toleranzen behaftet sind und miteinander verschweißt
werden müssen. Da sich die Toleranzen unabhängig
addieren, ist die Serienstreuung unverhältnismäßig
groß, besonders im vorderen Gehäuseteil. Derartige
Deuteriumlampen benötigen ferner einen hohen Zeitaufwand
für den Zusammenbau. Es besteht dabei sowohl der vordere
als auch der hintere Gehäuseteil aus Metall, wobei die
beiden Gehäuseteile meist durch eine metallische Zwischenwand verbunden
werden. Die Kathode ist von der Gehäusefront und dem Kathodenfenster
umgeben, welche auf der Zwischenwand befestigt sind. Das Kathodenfenster
und der Formkörper sind somit konstruktionsbedingt leitend
miteinander verbunden. Dadurch ergibt sich, dass der Formkörper
und das Kathodenfenster auf demselben Potential liegen, das aber niedriger
als das Plasmapotential an der Stelle des Formkörpers ist.
Dies führt dazu, dass positive Ionen aus dem Plasma auf
dem Formkörper beschleunigt werden und zu dessen Abtrag
beitragen. Durch diese Form des Sputterns nimmt der Durchmesser
der Blende zu und die Elektrodendichte in der Blende ab, wodurch
die Lampe an UV-Intensität verliert und das abgetragene
Material des Formkör pers sich auf der Kolbeninnenseite
niederschlägt und somit eine Verringerung der Intensität
der Lampe zur Folge hat.
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Die
DE 199 01 919 A1 beschreibt
eine Miniatur-Deuteriumbogenlampe. Die Deuteriumbogenlampe weist
einen Aufbau auf, der an dem distalen Ende des elektrischen Leiters
in einem länglichen Glaskolben in einem Abstand von dem
Glaskolben angebracht ist, wobei die Abstandshaltereinrichtungen,
die mit dem Aufbau in Eingriff stehen und in geringem Abstand gegenüber
dem Kolben angeordnet sind, um die Querbewegung des Aufbaus in dem
Kolben einzuschränken, vorgesehen sind. Dabei ist die Anode
durch ein dazwischenliegendes Dielektrikum, quer im Abstand von
einem Leitblech angeordnet.
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Abstandshaltereinrichtungen
befestigen die Anode, das Leitblech und das dazwischen liegende Dielektrikum,
welches bei bisher bekannten Deuteriumlampen freitragend an dem
Ende des Leiters angebracht waren.
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Die
EP 0 727 810 A2 beschreibt
eine Gasentladungsröhre mit einem fokussierenden Stützglied
eines Isolators, wobei das Fokussierelektrodenstützglied über
eine vordere Oberfläche und eine der vorderen Oberfläche
gegenüberstehende hintere Oberfläche verfügt,
einer Glühkathode zum Emittieren von Glühelektroden,
wobei sich die Kathode auf der vorderen Oberflächenseite
des Fokussierelektrodenstützgliedes befindet; eine Anode
zum Aufnehmen der Glühelektronen, die die Glühkathode
emittiert, wobei die Anode sich auf der hinteren Oberflächenseite
des Fokussierelektrodenstützgliedes befindet und einer Öffnung
des Durchgangsloches gegenübersteht; einer vom Fokussierelektrodenstützglied
gestützten Fokussierelektrode, die über eine Fokussieröffnung
verfügt, die sich an einer Stelle einer Öffnung
vom Durchgangsloch für Konvergenzwege der Glühelektroden
befindet; einem Abstandshalter zwischen dem Fokussierelektrodenstützglied
und der Anode, der sowohl zur hinteren Oberfläche des Fokussierelektrodenstützgliedes
als auch zu einer vorderen Oberfläche der Anode Kontakt
hat; und mit einem Anodenstützglied eines Isolators, wobei
sich das Anodenstützglied auf einer gegenüberliegenden Seite
des Fokussierelektrodenstützgliedes durch die Anode befindet
und eine Oberfläche hat, die Kontakt mit der hinteren Oberfläche
der Anode hat, um die Anode auf die hintere Oberfläche
des Fokussierelektrodenstützgliedes durch den Abstandshalter
zu schieben, wodurch ein Intervall zwischen der Fokussierelektrode
und der Anode vom Elektrodenstützglied und des Abstandshalters
festgelegt wird.
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Wenn
in einer derartigen Gasentladungsröhre eine Entladung unter
der Glühkathode, der Fokussierelektrode und der Anode auftritt,
erzeugt die Anode Wärme nach Empfang der Glühelektroden
und die Fokussierelektrode erzeugt auch Wärme nach Bombardierung
mit Kationen.
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Die
DE 11 2005 001 775 beschreibt
eine Gasentladungsröhre bei welcher ein abgedichteter Behälter,
eine Anode sowie eine Kathode vorgesehen sind und ein leitfähiges
Teil, das einen Entladungsweg einschränkt, wobei das leitfähige
Teil zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist und den Entladungsweg
verkleinert, der zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet
wird. Ferner weist die Gasentladungsröhre eine Kathodenabdeckung auf,
die aus Keramik besteht und die die Kathode umschließt.
Bei dieser Gasentladungsröhre, wie in der
DE 11 2005 001 775 ist durch
den kathodenseitigen Abdeckabschnitt die Kathodenabdeckung eingeschlossen,
in welcher nur der Schlitz zur Aussendung von Elektronen als erforderliche
minimale Öffnung vorgesehen ist. Dadurch wird der Wärmehalteffekt der
Kathode in bemerkenswerter Weise durch den kathodenseitigen Abdeckabschnitt
aufrechterhalten und der Energieverbrauch verringert. Das Keramikgehäuse
dient somit zur Erhaltung der Wärme innerhalb des Kathodenraumes.
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Die
hier beschriebenen Entladungslampen haben unter anderem zur Folge,
dass Nebenentladungen entstehen und somit eine Formkörpererrosion
an der Blende stattfindet. Dies führt dazu, dass die Intensität
bzw. die Lebensdauer der Gasentladungslampe deutlich abnimmt. Ferner
sind die oben beschriebenen Entladungslampen aufwendig bei deren Zusammenbau.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Gasentladungslampe bereitzustellen,
die eine reduzierte Formkörpererosion und somit eine Reduzierung
der Serienstreuung aufweist und somit eine Erhöhung der
Intensität und der Lebensdauer bewirkt und somit die die
oben genannten Nachteile vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird bereits mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
erfindungsgemäße Gasentladungslampe umfasst einen
mit Gas gefüllten Lampenkolben, eine innerhalb des Lampenkolbens
angeordnete Anode, eine Kathode, welche beabstandet zu der Anode
innerhalb des Lampenkolbens angeordnet ist sowie ein Gehäuse,
mit einem Formkörper, einer Gehäuserückwand,
sowie einer aus zumindest teilweise nicht elektrisch leitfähigen Gehäusebasis,
wobei die Gehäusebasis eine Gehäusefront, eine
Gehäusezwischenwand und einen Kathodenraum aufweist, und einem
Kathodenabschirmfenster, wobei das Kathodenabschirmfenster gegenüber
der Gehäusebasis isoliert ist und/oder aus einem isolierenden
Material besteht.
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Bei
einer derartigen Gasentladungslampe sind somit das metallische Kathodenfenster
und der Formkörper nicht mehr leitend miteinander verbunden.
Dadurch wird die leitende Verbindung zwischen Kathodenabschirmfenster
und Formkörper verhindert, was zu einer stabilen UV-Intensität
der Lampe führt, da die Formkörpererosion, welche
durch Sputtereffekte erzeugt wird, vermieden wird. Ferner ist eine
Erhöhung des UV-Outputs zu bemerken sowie eine Reduzierung
der Serienstreuung.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sieht die Erfindung vor,
dass der Formkörper aus einem Refrektärmetall,
insbesondere aus Molybdän besteht. Dies ist von Vorteil,
da zwischen der Kathode und Anode sich eine Entladung ausbildet,
die ein kontinuierliches UV-Spektrum liefert. Zur Erhöhung der
UV-Intensität wird die Entladung durch den Formkörper
eingeschnürt, wodurch die Ladungsträgerkonzentration
im Inneren des Formkörpers stark erhöht wird und
eine punktförmige Lichtquelle entsteht. Durch die Erhöhung
der Ladungsträgerkonzentration steigt ebenfalls die Gastemperatur
an, was eine starke thermische Belastung des Formkörpers
nach sich zieht. Durch die Herstellung des Formkörpers
aus einem Refrektärmetall kann er derartigen thermischen Belastungen
standhalten.
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Vorteilhafterweise
handelt es sich bei der Gehäusebasis um eine Gehäusebasis,
die eine Keramik und/oder ein Quarz umfassen. Eine derartige Gehäusebasis
besteht somit aus einem nicht elektrisch leitfähigen Werkstoff
und isoliert somit das Kathodenfenster elektrisch gegen den Formkörper.
Dies führt dazu, dass eine leitende Verbindung zwischen Kathodenfenster
und Formkörper aufgrund der Potentialdifferenz im Plasma,
zu einem Nebenstrom vom Kathodenfenster über die Zwischenwand
zum Formkörper nicht stattfinden kann. Ein derartiger Nebenstrom
würde zu Intensitätsverlust im UV-Bereich führen,
da der Strom der Entladung nicht mehr zur Verfügung steht.
Ferner würde ein derartiger Strom auch die Aufweitung des
Formkörpers über die Lebensdauer der Lampe hinweg
beeinflussen. Mit einer wie oben beschriebenen Gehäusebasis,
welche eine Keramik und/oder ein Quarz umfasst, kann ein derartiger
Nebenstrom verhindert werden, sowie die daraus resultierenden Effekte.
Es wird somit eine deutliche Intensitätserhöhung
sowie eine Erhöhung der Lebensdauer der Deuteriumlampe
erreicht.
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Die
Erfindung sieht in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform vor, dass
die Gehäusebasis eine Gehäusefront und eine Gehäusezwischenwand
umfasst sowie eine Gehäuserückwand aus Nickel.
Ein derartiger Aufbau einer Deuteriumlampe bedingt einen einfachen
Zusammenbau der Lampe sowie eine Reduzierung der Bauteile, wodurch
ebenfalls eine Kosteneinsparung bei der Herstellung der Deuteriumlampe
gegeben ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der bevorzugten Ausführungsform
und unter Bezugnahme der beigefügten Figuren näher
erläutert.
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Dabei
zeigt in schematischer Darstellung:
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1 eine
erfindungsgemäße Deuteriumlampe mit einem keramischen
Kathodenraum;
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2 eine
erfindungsgemäße Deuteriumlampe mit einer Gehäusebasis
aus Keramik.
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In 1 ist
eine Deuteriumlampe 1 mit einem Kathodenraum 28,
welcher die Kathode 10 vollständig umschließt
dargestellt. Der Kathodenraum 28 ist Teil der Gehäusebasis 14,
welche unter anderem eine Gehäusefront 16 und
eine Gehäusezwischenwand 22 umfasst. Ferner befindet
sich innerhalb der Deuteriumlampe 1 eine Kathode 10 sowie eine
Anode 12. Bei Betrieb der Deuteriumlampe 1 bildet
sich zwischen der Kathode 10 sowie der Anode 12 eine
Entladung aus, die ein kontinuierliches UV-Spektrum liefert. Zur
Erhöhung der UV-Intensität wird die Entladung
durch den Formkörper 18 eingeschnürt.
Hierdurch wird die Ladungsträgerkonzentration im Inneren
des Formkörpers 18 deutlich erhöht und
eine punktförmige Lichtquelle entsteht.
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Die
Kathode 10 wird von einem Kathodenraum 28 umschlossen,
wobei der Kathodenraum 28 eine kreisförmige Öffnung
in Richtung der optischen Achse der Deuteriumlampe 1 besitzt,
welche das Kathodenfenster 30 bildet. Die optische Achse
wird dabei durch die Öffnungen im Formkörper 18 und
in der Anode 12 definiert. Durch das Kathodenfenster 30 wird
der Entladungspfad rechtswinklig auf die optische Achse gebogen.
Das Kathodenfenster 30 hat daher die Aufgabe, den Entladungsweg
zu definieren und befindet sich in direktem Kontakt mit dem Plasma
innerhalb der Deuteriumlampe 1.
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Der
Kathodenraum 28 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden
Material und isoliert somit das Kathodenfenster 30 gegen
den Formkörper 18. Dadurch wird die leitende Verbindung
zwischen Kathodenfenster 30 und Formkörper 18,
welche sich aufgrund der Potentialdifferenz im Plasma bilden würde
und zu einem elektrischen Nebenstrom vom Kathodenfenster 30 über
die Gehäusebasis 40 zum Formkörper 18 führen
würde, vermieden. Ein derartiger Nebenstrom führt
zu einem Intensitätsverlust, da der Strom der Entladung
nicht mehr zur Verfügung steht und verursacht unter anderem,
dass dieser Strom auch eine Aufweitung des Formkörpers 18 über
die Lebensdauer der Lampe hinweg erlebt, da dieser als eine Art
Hilfskathode fungiert und von positiv geladenen Teilchen aus dem
Plasma abgesputtert wird. Der keramische Kathodenraum ist mit zwei Nieten
an der Zwischenwand und an der Gehäusefront 16 befestigt.
Die Befestigung durch Nieten bietet eine mechanische Stabilität
bei gleichzeitig hoher Präzision. Dies gewährleistet
einen exakten Abstand zwischen Kathodenfenster 30 und Formkörper 18. Die
restlichen Bauteile der Deuteriumlampe 1 bestehen aus Metall
und sind miteinander verschweißt, um ebenfalls eine erhöhte
Stabilität zu erreichen.
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In 2 ist
eine Deuteriumlampe 1 mit einer Gehäusebasis 14 aus
Keramik dargestellt. Die Deuteriumlampe 1 umfasst unter
anderen einen luftdichten Kolben 1 sowie eine Gehäusebasis 14.
Der Kolben 1 ist dabei mit Gas, hier Deuterium, gefüllt.
Das Gehäuse, welches auch die Gehäusesbasis 14 umfasst,
besteht unter anderem ferner aus Kathode 10, Anode 12,
Formkörper 18, einem Kathodenabschirmfenster 20 sowie
einer Gehäuserückwand 24. Die Gehäusebasis 14 ist
aus einem isolierenden Werkstoff, in diesem Fall Keramik. Bei Betrieb
der hier abgebildeten Deuteriumlampe 1 bildet sich zwischen
der Kathode 10 und der Anode 12 eine Entladung
aus, die ein kontinuierliches UV-Spektrum liefert. Zur Erhöhung
der UV-Intensität wird die Entladung durch den Formkörper 18 eingeschnürt.
Hierdurch wird die Ladungsträgerkonzentration im Inneren
des Formkörpers 18 stark erhöht und es
entsteht eine punktförmige Lichtquelle, wie sie für
viele Anwendungen benötigt wird. Eine Erhöhung
der Ladungsträgerkonzentration bewirkt, dass die Gastemperatur
ansteigt und der Formkörper 18 stark thermisch
belastet wird. Daher besteht der Formkörper 18 aus
einem Refrektärmetall, hier Molybdän.
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In 2 sind
Gehäusefront 16 und Gehäusezwischenwand 22 zu
einem Bauteil zusammengefasst, welches die Gehäusebasis 14 bildet.
Dies bewirkt, dass der Zusammenbau der Gehäusefront und der
Gehäusezwischenwand 22 durch Reduzierung der Bauteile
deutlich verringert wird und eine bessere Reproduzierbarkeit beim
Zusammenbau der Teile gewährleistet ist, da diese beiden
Teile als ein Bauteil zusammengefasst werden.
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Der
Kathodenraum 28 wird in 2 durch die
Gehäusebasis 14 und das Kathodenabschirmfenster 20 gebildet,
welche die Kathode 10 umschließen. Dabei besitzt
das Kathodenabschirmfenster 20 eine schlitzförmige Öffnung
in Richtung der optischen Achse der Deuteriumlampe 1, das
so genannte Kathodenfenster. Die optische Achse der Deuteriumlampe
wird durch die Öffnung im Formkörper 18 und in
der Anode 12 definiert. Durch das Kathodenfenster 30 wird
der Entladungspfad rechtwinklig auf die optische Achse gebogen.
Somit hat das Kathodenfenster 30 die Aufgabe, den Entladungsweg
zu bestimmen und steht daher in direktem Kontakt mit dem Plasma. Das
Kathodenfenster 30 besteht aus Metall, da es dem reaktiven
Plasma widerstehen muss.
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Um
das Kathodenfenster 30 elektrisch gegen den Formkörper 18 zu
isolieren, ist die Gehäusebasis 14 aus einem elektrisch
nicht leitfähigen Werkstoff. Somit wird eine leitende Verbindung
zwischen Kathodenfenster 30 und Formkörper 18 vermieden, welche
aufgrund der Potentialdifferenz im Plasma zu einem elektrischen
Nebenstrom vom Kathodenfenster 30 über die Zwischenwand
zum Formkörper 18 führen würde.
Ein derartiger Nebenstrom führt nämlich zu einem
Intensitätsverlust im UV-Bereich, da der Strom der Entladung
nicht mehr zur Verfügung steht und verursacht darüberhinaus,
dass eine Aufweitung des Formkörpers 18 über
die Lebensdauer der Lampe hinweg stattfindet, da der Formkörper 18 als
eine Art Hilfskathode dient und von positiv geladenen Teilchen aus
dem Plasma abgesputtert wird. Dieser Effekt wird durch die hohe
Temperatur des Formkörpers 18 begünstigt,
da eine hohe Temperatur die Bindungsenergie der Oberflächenanatomie
verringert. Die in 2 dargestellte Deuteriumlampe
verhindert diesen Nebenstrom und die daraus entstehenden nachteiligen
Effekte bezüglich der Intensität und der Lebensdauer
der Deuteriumlampe.
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Das
Kathodenabschirmfenster 20 wird in der Zwischenwand durch
eine schlitzförmige Aussparung geführt und an
der Gehäusefront 16 durch zwei Niete stabil befestigt.
Insgesamt ist der Formkörper 18 durch insgesamt
vier Nieten auf der Gehäusezwischenwand 22 befestigt.
Die schlitzförmige Aussparung definiert exakt die Position
des Kathodenabschirmfensters 30 und dessen Abstand zum
Formkörper 18. Die Nietverbindung sorgt für
geringe Toleranzen und eine hohe mechanische Stabilität,
welche besonders für eine stabile UV-Intensität
von Nöten ist.
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Die
Kathode 10 wird direkt in der Bohrung auf der gegenüberliegenden
Seite des Kathodenraumes in der Gehäusebasis 14 gehaltert
und braucht nicht mehr durch ein zusätzliches Bauteil isoliert
werden. Dies verhindert, dass zusätzliche Toleranzen auftreten
können. Ferner wird auch die Position der Kathode damit
exakter definiert und gehalten.
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Die
Rückwand ist ebenfalls mit vier Nieten auf der gegenüberliegenden
Seite der Gehäusezwischenwand 22 befestigt. Aufgrund
der vereinfachten Bauweise der Deuteriumlampe 1 in 2 werden Fertigungstoleranzen
verringert und gleichzeitig findet eine Kostenersparnis durch Verkürzung
der Produktionszeit statt.
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- 1
- Deuteriumlampe
- 10
- Kathode
- 12
- Anode
- 14
- Gehäusebasis
- 16
- Gehäusefront
- 18
- Formkörper
- 20
- Kathodenabschirmfenster
- 22
- Gehäusezwischenwand
- 24
- Gehäuserückwand
- 26
- Kolben
- 28
- Kathodenraum
- 30
- Kathodenfenster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19901919
A1 [0004]
- - EP 0727810 A2 [0006]
- - DE 112005001775 [0008, 0008]