DE102011016363A1 - Kurzbogen-Entladungslampe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurzbogen-Entladungslampe (1), in der eine Kathode (2, 20) und eine Anode (30) im Inneren einer lichtdurchlässigen Röhre (11) einander gegenüber angeordnet sind, wobei die Kathode (2) an ihrer Spitze einen Abschnitt (4) mit einem abnehmenden Durchmesser und ein in der Kathode eingebrachtes Emittermaterial (3) aufweist, so dass das Emittermaterial (3) einen exponierten Abschnitt (5) im Kathodenabschnitt (4) mit einem abnehmenden Durchmesser aufweist. Der Abstand (L, L1, L2) in einer radialen Richtung der Mitte der Kathode (2a) von der Peripherie des exponierten Abschnitts (5) des Emittermaterials (3) variiert in außenumfänglicher Richtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kurzbogen-Entladungslampen, bei denen ein Emitter-Material in der Kathode eingebettet ist, und betrifft insbesondere Kurzbogen-Entladungslampen, die als Belichtungslichtquellen bei der Herstellung von Halbleitern oder Flüssigkristallen usw. oder als Projektorlichtquellen von Filmprojektoren oder für das Digitalkino usw. verwendet werden.
  • Kurzbogen-Entladungslampen, die Quecksilber enthalten, weisen einen kurzen Abstand zwischen den Spitzen eines Paars von Elektroden auf, die einander gegenüber liegend in einer lichtdurchlässigen Röhre angeordnet sind und Punktlichtquellen nahe kommen. Sie werden deshalb als Lichtquellen von Belichtungsgeräten mit hoher Fokussiereffizienz in Kombination mit einem optischen System benutzt. Kurzbogen-Entladungslampen, die Xenon enthalten, werden als Lichtquellen für sichtbares Licht in Projektoren usw. benutzt. In den letzten Jahren werden sie auch als Lichtquellen für das Digitalkino verwendet.
  • In der JP 2009-537961 A und der entsprechenden US 2009/0121634 A1 werden die Konfiguration einer bekannten Kurzbogen-Entladungslampe und die Konfiguration von deren Kathode offenbart. 5 ist eine schematische Darstellung der Gesamtkonfiguration dieser Kurzbogen-Entladungslampe. Die Kurzbogen-Entladungslampe 1 hat eine lichtdurchlässige Röhre 10, die beispielsweise aus Quarzglas besteht und die einen annähernd kugelförmigen lichtdurchlässigen Teil 11 und Dichtungsabschnitte 12, 12 an beiden Enden desselben aufweist. Im Entladungsraum S, der im Inneren des lichtdurchlässigen Teils 11 gebildet ist, ist wenigstens eine lichtemittierende Substanz, wie beispielsweise Quecksilber, Xenon und dergleichen, eingeschlossen, und ein Paar von Elektroden, die aus einer Kathode 20 und einer Anode 30 beispielsweise aus Wolfram und dergleichen bestehen, sind einander gegenüber angeordnet.
  • Was die Konfiguration der Kathode der Kurzbogen-Entladungslampen mit der oben genannten Konfiguration betrifft, so ist in dem selben Dokument eine Konfiguration beschrieben, in der ein Emitter-Material in die Spitze der Wolfram-Kathode eingebracht ist. Diese Konfiguration ist in 6 dargestellt. In der Spitze der Kathode 20 ist ein Emitter-Material 21 enthalten. Am Spitzenteil dieser Kathode 20 ist ein konischer Abschnitt 22 gebildet, dessen Durchmesser so ausgeführt ist, dass er allmählich gegen die Spitze hin abnimmt. Das Emitter-Material 21 liegt im konischen Abschnitt 22 frei und bildet einen exponierten Abschnitt 23. Die Spitze 24 der Kathode 20 und das Emitter-Material 21 sind als Flachseiten ausgeführt, und die axialen Mitten des Emitter-Materials 21 und der Kathode 20 koinzidieren.
  • Für das genannte Emitter-Material 21 werden allgemein Thorium oder Thoriumoxid verwendet oder ein Oxid der seltenen Erden wie Lanthanoxid oder Ceroxid oder ein Borid der seltenen Erden wie Lanthanborid. Da in der Regel in einer Lampe mit einer Konfiguration, bei der ein solches Emitter-Material in die Kathode eingebracht ist, zum Beleuchtungszeitpunkt ein Lichtbogen A in einem Bereich 23 gebildet wird, wo die Spitze des Emittermaterials 21 exponiert ist, muss bei Lampen, bei denen die Eingangsleistung groß ist, um die Lichtmenge zu erhöhen, das Emitter-Material mit einem großen Durchmesser implementiert und der Exponierungsbereich desselben vergrößert werden, um den Lichtbogen groß zu dimensionieren. Doch eine Vergrößerung des Emittermaterials ist unter dem Aspekt von Einsparungen der seltenen Ressourcen Thorium und seltene Erden nicht bevorzugt. Wenn außerdem Thorium als Emittermaterial verwendet wird, unterliegt die Bearbeitung von Thorium als radioaktives Material rechtlichen Bestimmungen, und wenn ein Element der seltenen Erden anstelle von Thorium als Ersatz-Emitter verwendet wird, besteht das Problem, dass die Verdampfung des Emitters mit der Vergrößerung zunimmt, weil der Dampfdruck der Elemente der seltenen Erden im Vergleich zu Thorium zunimmt und es leicht zu einer Trübung der lichtdurchlässigen Röhre kommen kann. Es bestehen deshalb unterschiedliche Einschränkungen bezüglich der Vergrößerung des Emittermaterials, um einer hohen Eingangsleistung der Lampe zu entsprechen, was die Implementierung einer solchen schwierig gestaltet.
  • Es besteht in letzter Zeit eine Nachfrage nach Lampen, bei denen die Eingangsleistung in derselben Lampe variabel ist, um die Lichtmenge in Entsprechung zu dem zu bestrahlenden Objekt ändern zu können. Wenn die Größe des Emittermaterials in einer solchen Lampe mit variablem Eingang in Entsprechung zu der Beleuchtung mit einer niedrigen Eingangsleistung bestimmt wird, besteht das Problem, dass der Lichtbogen an der Kathodenspitze nicht ausreichend ausgedehnt ist, die Stromdichte übermäßig wird und die Kathodenspitze zum Beleuchtungszeitpunkt mit einer hohen Eingangsleistung schmilzt. Wenn anderseits die Größe des Emittermaterials in Entsprechung zur Beleuchtung mit einer hohen Eingangsleistung implementiert wird, kommt es zu einem unnötig hohen Verbrauch von Emittermaterial bei der Beleuchtung mit einer niedrigen Eingangsleistung, was aus Ressourceneinsparungsgründen nicht vorteilhaft genannt werden kann.
  • Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden. Detaillierter gesagt, bestehen angesichts der oben genannten Probleme des Standes der Technik die von dieser Erfindung zu lösenden Probleme darin, eine Kurzbogen-Entladungslampe mit einer Kathodenkonfiguration zu schaffen, bei der ein Emittermaterial in die Spitze eingebracht ist, welche dieselbe Fähigkeit zur Lichtbogenbildung wie bisher aufweist, ohne zusätzliches Emittermaterial zu benötigen, und die bei einer höheren Eingangsleistung denselben Nutzgrad des Emittermaterials wie bisher erreicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Kurzbogen-Entladungslampe gemäß Anspruch 1. Bevorzugt Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Im Einzelnen ist die Kurzbogen-Entladungslampe gemäß dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode einen Abschnitt mit einem abnehmenden Durchmesser an der Spitze hat, das Emittermaterial einen exponierten Abschnitt hat, der in dem Abschnitt mit einem abnehmenden Durchmesser befindet, und der Abstand in radialer Richtung von der Kathodenmitte zu der Peripherie des exponierten Abschnitts des Emittermaterials in Außenumfangsrichtung variiert.
  • In einem weiteren Aspekt ist das Emittermaterial zylindrisch und die Mittelachse desselben exzentrisch in Bezug auf die Mittelachse der Kathode.
  • Da gemäß der Kurzbogen-Entladungslampen dieser Erfindung der Abstand der Peripherie des exponierten Abschnitts des Emittermaterials in dem Abschnitt mit dem abnehmenden Durchmesser in Außenumfangsrichtung variiert, steigt die Temperatur in Teilen, die an Positionen mit einem kurzen Abstand in Radialrichtung exponiert sind, aufgrund der Nähe zur Kathodenspitze, und der Diffusionseffekt wird stimuliert, so dass das Emittermaterial breit oberflächenverteilt wird bis hin zu Positionen, wo kein Emittermaterial vorhanden ist. So wird dieselbe Funktion erreicht, als ob Emittermaterial bis zu diesen Verteilungspositionen eingebracht wäre, und der Lichtbogen kann mit einer großen Ausdehnung bereitgestellt werden. So kommt es zu dem Ergebnis, dass eine höhere Elektronenemissionsfunktion erreicht wird, obwohl der Nutzgrad des Emittermaterials der gleiche ist wie jener von bekannten Emittermaterialien mit einer zylindrischen Form. Mit anderen Worten, ist das Ergebnis, dass es möglich ist, dieselbe Größe und Form des Lichtbogens mit einem geringeren Emitternutzgrad als bisher zu erreichen.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den rein schematischen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
  • 1(a) und 1(b) sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittansicht einer Kathode eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2(a) und 2(b) sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht der Kathode mit Darstellung der Effekte des ersten Ausführungsbeispiels.
  • 3(a) bis 3(c) sind Draufsichten der Kathoden eines zweiten bis vierten Ausführungsbeispiels.
  • 4 ist eine Erklärung der Effekte des vierten Ausführungsbeispiels.
  • 5 ist eine Gesamtansicht einer bekannten Kurzbogen-Entladungslampe.
  • 6 ist eine Querschnittansicht einer Konfiguration einer Kathode aus dem Stand der Technik.
  • 1 ist eine erklärende Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, wobei 1(a) eine Querschnittansicht und 1(b) eine Draufsicht ist. In der Zeichnung ist ein zylindrisches Emittermaterial 3 in die Spitze einer Kathode 2 eingebracht. An der Spitze der Kathode 2 ist ein konischer Abschnitt 4 mit einem abnehmenden Durchmesser ausgebildet, wobei der Durchmesser gegen die Spitzenseite hin abnimmt. Das Emittermaterial 3 ist im Abschnitt 4 mit einem abnehmenden Durchmesser exponiert. Wie ferner ebenfalls aus 1(b) ersichtlich wird, ist das Emittermaterial 3 so konfiguriert, dass die Mittelachse desselben exzentrisch mit Bezug auf die Mittelachse der Kathode 2 ist. Deshalb variiert die Länge L in Radialrichtung von der Mittelachse 2a der Kathode 2 zur Peripherie 6 des exponierten Abschnitts 5 des Emittermaterials 3 in außenumfänglicher Richtung.
  • Der Abschnitt 4 mit abnehmendem Durchmesser der Kathode ist konisch geformt, doch da es ausreicht, dass der Durchmesser zur Spitzenseite hin kleiner wird, ist nicht nur eine lineare Verringerung, sondern auch eine Verringerung mit einer Rundung auf einem kreisförmigen Bogen möglich. Weiter ist in der Zeichnung der Spitzenteil 7 als flache Oberfläche dargestellt, doch die Form derselben ist nicht unbedingt flach, sondern kann auch die Form eines kreisförmigen Bogens haben.
  • Die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels werden anhand der 2(a) und 2(b) erklärt. 2(a) ist eine Seitenansicht der Kathode, während 2(b) eine Draufsicht ist. Weil, wie in 2(a) dargestellt, ein zylindrisches Emittermaterial 3 exzentrisch mit Bezug auf die Kathode 2 eingebracht ist, ist der Grenzbereich der Peripherie 6 des exponierten Abschnitts 5 im Abschnitt 4 mit einem abnehmenden Durchmesser mit einer annähernd linearen Neigung exponiert. Das heißt, der Abstand Xa vom Kathodenspitzenteil 7 ist am kürzesten im Teil 6a, in dem der Abstand L von der Mittelachse 2a der Kathode zur Peripherie 6 des exponierten Abschnitts 5 den kürzesten Wert L1 aufweist, während der Abstand Xb von der Spitze der Kathode 2 am längsten im Teil 6b mit der größten Länge L2 ist. Die Temperatur der Kathode 2 ist am höchsten am Spitzenteil 7 und erreicht etwa 3100 K, und die Temperatur nimmt gegen die Dichtungsabschnittseite hin ab. Der Temperaturgradient des Spitzenbereichs ist steil und erreicht bis zu 700 K/mm.
  • Der Emitter, der aufgrund Korngrenzendiffusion an der Kathodenoberfläche erschienen ist, oberflächendiffundiert gegen die niedrige Konzentration mittels einer Konzentrationsdiffusion, doch da die Geschwindigkeit der Diffusion des Emitters mit steigender Temperatur zunimmt, wird der Emitter gegen den Kathodenspitzenteil 7 mit wachsender Geschwindigkeit zugeführt. Emitter, der sich zur Seite des Dichtungsabschnitts bewegt hat, verlangsamt er sich, hält an und ändert seine Ausrichtung in die Richtung mit einer höheren Temperatur und einer geringeren Konzentration, so dass sich der Emitter schließlich zum Kathodenspitzenteil 7 bewegt.
  • Zu Beginn des Leuchtbetriebs ist der Emitter am Kathodenspitzenteil 7 in ausreichender Menge vorhanden, doch da der Emitter verdampft und verteilt wird und sich folglich verringert, wird nach einer Zeit von einigen zig Stunden bis zu hundert Stunden Leuchtbetrieb eine Bedingung mit einer niedrigen Emitterkonzentration aufrechterhalten, und der Emitter wird kontinuierlich zum Kathodenspitzenteil 7 geliefert. Jetzt oberflächendiffundiert der Emitter vom exponierten Abschnitt 5 zum Kathodenspitzenteil 7, doch weil er auch diffundiert, während er sich in außenumfänglicher Richtung ausbreitet, was auch zu der Tatsache beiträgt, dass die Emitterkonzentration niedrig ist, diffundiert er überall an der Oberfläche des Hauptkörpers der Kathode 2. Deshalb erscheint ein Emitterfilm auch in Teilen, wo kein Emittermaterial 3 exponiert ist, was einen Effekt hat, als ob Emittermaterial auch in diesen Teilen eingebracht wäre, und der Lichtbogen dehnt sich aus. Als Konsequenz diffundiert der Emitter, der vom Emittermaterial 3 zur Oberfläche des Abschnitts 4 mit einem abnehmenden Durchmesser der Kathode 2 diffundiert, zum Kathodenspitzenteil 7 nicht nur im exponierten Abschnitt 5, sondern auch von Bereichen, die weit von der Spitze des exponierten Abschnitts 5 entfernt sind, während er sich über die Oberfläche des Hauptkörpers der Kathode 2 bewegt. Deshalb breitet sich der Emitter in einem von der punktierten Linie angezeigten Bereich aus, wie in 2(b) dargestellt. Folglich ist eine Elektronenstrahlungsfunktion, so als ob Emittermaterial in dem von der gestrichelten Linie dargestellten Bereich eingebracht wäre, bereitgestellt. Das heißt, zu Beginn des Leuchtbetriebs wird ein Lichtbogen gebildet, wie von der gestrichelten Linie angezeigt, doch wenn die Kathodentemperatur wegen des Leuchtbetriebs zunimmt und die Diffusion des Emitters stimuliert wird, kommt es zu einer Bildung eines Lichtbogens A gemäß Darstellung anhand der durchgehenden Linie.
  • 3(a) bis 3(c) sind Draufsichten eines zweiten bis vierten Ausführungsbeispiels, wobei sich die Formen der Emittermaterialien unterscheiden. 3(a) ist ein Beispiel, in dem die Querschnittfläche des Emittermaterials 3 elliptisch ist. 3(b) ist ein Beispiel mit einer Seestern-Querschnittfläche, und 3(c) ist ein Beispiel mit einer noch schmäleren Seestern- oder Kreuzform. Das Emittermaterial 3 ist nicht auf der ganzen Oberfläche des Kathodenspitzenteils 7 exponiert.
  • In diesen Ausführungsbeispielen sind Beispiele dargestellt, bei denen die Mittelachse des Emittermaterials 3 mit der Mittelachse der Kathode 2 zusammenfällt, doch sind auch Konfigurationen möglich, bei denen diese Achsen nicht koinzidieren. Von diesen Ausführungsbeispielen ist der Zustand der Diffusion des Emitters vom Emittermaterial 3 im vierten Ausführungsbeispiel in 4 dargestellt. Ebenfalls in diesem Beispiel ist der Effekt gegeben, dass das Emittermaterial 3 von den exponierten Abschnitten der Zweigbereiche 8a, 8b, 8c, 8d zu Bereichen ohne Exponierung des Emittermaterials diffundiert und sich der dabei gebildete Lichtbogen ausdehnt.
  • Zur Bestätigung der Ergebnisse der vorliegenden Erfindung wurden Lampen mit unterschiedlichen Arten von Kathodenkonfigurationen hergestellt und getestet. Zuerst wurde als Kathode nach dem Stand der Technik eine Kathode mit einem Außendurchmesser von 15 mm und ein Emittermaterial mit einem Durchmesser von 3 mm, das 2 Gew.-% hochgeschmiedetes, hochdichtes Thoriumoxid enthielt, hergestellt. Dann wurde ein ähnlicher thorierter Wolframstab (Emittermaterial) in Quadratform mit Wolframpulver umhüllt, während die Mitte des thorierten Wolframstabes und die Mitte des quadratischen Wolframpulverblocks versetzt positioniert wurden. Danach wurde der thorierte Wolframstab durch Komprimierung unter Hochdruck und Sintern integriert in das äußere Wolframmaterial eingebracht. Die Oberfläche wurde geschleift und endbearbeitet zu einer Kathode mit einem Außendurchmesser von 15 mm, und eine Kathode mit einem Durchmesser des Emittermaterials von 3 mm, bei der die Mittelachse der Kathode und die Mittelachse des Emittermaterials um nicht mehr als 0,5 mm versetzt waren, wurde hergestellt (1).
  • Gleicherweise wurde eine Kathode mit einem Außendurchmesser von 15 mm, in die ein Emittermaterial mit einer annähernd elliptischen Querschnittfläche (Längsachse 3,2 mm, kurze Achse 2,8 mm) in der Mitte eingebracht war, hergestellt, indem eine thorierte Wolframstange rechteckig mit Wolframpulver (3(a)) umhüllt wurde. Dann wurde Wolframpulver, das 2 Gew.-% Thoriumoxid enthielt, in eine Quadratform gesintert. Diese gesinterte, thorierte Wolframstange (Emittermaterial) wurde in einer Quadratform mit Wolframpulver umhüllt, während die Winkel des gesinterten thorierten Wolframstabs und des quadratischen Wolframpulverblocks um 45° versetzt positioniert wurden. Danach wurde der thorierte Wolframstab durch Komprimierung mit hohem Druck und Sintern integriert in das äußere Wolframmaterial eingebracht. So wurde eine Kathode mit einem Emittermaterial mit Seesternquerschnitt wie in 3(b) hergestellt. Eine Kathode wie in 3(c) wurde ähnlich wie jene in 3(b) hergestellt. Die Querschnittflächen des Emittermaterials in den genannten Kathoden 2 bis 5 wurden so angelegt, dass sie demselben Wert wie jener des Emittermaterials der oben genannten Kathode 1 entsprachen. Diese Kathoden wurden so geschnitten, dass ein Spitzendurchmesser von 1,5 mm und ein Spitzenwinkel von 60° erzielt wurden, und Kurzbogen-Entladungslampen, in denen diese Kathoden montiert waren, wurden hergestellt.
  • Diese Lampen wurden mit einer Lampeneingangsleistung von 8 kW betrieben, und die Schmelzbedingung der Kathodenspitzen nach einem Leuchtbetrieb von 500 Stunden wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
    Kathode Schmelzen der Kathodenspitze
    Stand der Technik (Figur 6) vorhanden
    vorliegende Erfindung (Figur 1) keines
    vorliegende Erfindung (Figur 3(a)) keines
    vorliegende Erfindung (Figur 3(b)) keines
    vorliegende Erfindung (Figur 3(c)) keines
  • Wie oben aufgeführt, findet ein Schmelzen des Spitzenteils im Fall der Kathode 1 nach dem Stand der Technik statt, während bei den anderen Kathoden 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung kein Schmelzen stattfindet.
  • Es folgt eine Betrachtung zu den vorstehenden Ergebnissen. Wenn die Lampeneingangsleistung erhöht wird, nimmt hauptsächlich der Lampenstrom zu, weil die Lampenspannung vom Gastyp/der Gasdichte und dem Elektrodenabstand bestimmt wird. Im Fall der bekannten Kathode 20 gemäß Darstellung in 6 wird davon ausgegangen, dass eine ausreichende Emitter-Beschichtung erreicht wird, weil das Emittermaterial 23 an der Kathodenspitzenfläche exponiert ist, doch an der weiter hinten gelegenen Oberfläche der Kathode, wo kein Emittermaterial exponiert ist, diffundiert der Emitter aus den oben genannten Gründen kaum gegen die Dichtungsabschnittseite hin, weshalb sich der Lichtbogen nicht ausdehnt, die Stromdichte am Kathodenspitzenteil hoch wird und der Kathodenspitzenteil 26 eine hohe Temperatur erreicht und schmilzt.
  • Wenn dann die Mitten des Emittermaterials 3 und der Kathode 2 versetzt sind (1), diffundiert der Emitter von der Region 5, in der das Emittermaterial 3 in Richtung der Kathodenspitze exponiert ist, doch weil der Emitter diffundiert, während er sich auch in Richtung des Außenumfangs ausbreitet, diffundiert er auch an den Oberflächen des Kathodenhauptkörpers, an dem kein Emittermaterial 3 exponiert ist. Da deshalb, vor allem in dem Bereich 6a, in dem der Abstand zur Peripherie 6 des exponierten Abschnitts 5 kurz ist und der Abstand vom Kathodenspitzenteil 7 kurz ist, der Emitter so diffundiert, dass er vom Bereich 6b, in dem der Abstand zur Peripherie 6 des exponierten Abschnitts 5 lang ist und der Abstand vom Kathodenspitzenteil 7 lang ist, über die Oberfläche des Hauptkörpers der Kathode 2 wandert, breitet sich der Emitter so aus, dass eine Abdeckung bis zum Bereich 6c erreicht wird und sich die Elektrodenemissionsfunktion so ausbreitet, als ob auch dort Emittermaterial 3 eingebracht wäre. Da sich in Verbindung damit auch der Lichtbogen ausdehnt, findet nur eine relativ kleine Steigerung der Stromdichte am Kathodenspitzenteil 7 statt, eine Temperatursteigerung des Kathodenspitzenteils 7 wird unterdrückt, und es findet kein Schmelzen statt.
  • Auch für den Fall, dass das Emittermaterial 3 eine flache elliptische Form aufweist (3(a)), diffundiert der Emitter vom dem Teil der Längsachse der Ellipse zu dem Teil der kurzen Achse der Ellipse über die Oberfläche des Hauptkörpers der Kathode 2 in außenumfänglicher Richtung, weshalb es zu einer Ausbreitung des Emitters einschließlich des Teils der Längsachse kommt und sich der Lichtbogen in Zusammenhang damit erweitern kann. Weil am Kathodenspitzenteil 7 eine nur relativ kleine Steigerung der Stromdichte stattfindet, wird der Temperaturanstieg des Kathodenspitzenteils unterdrückt und kommt es zu keinem Schmelzen. Gleicherweise diffundiert in den Fällen der 3(b) und (c) der Emitter in seitlicher Richtung, weshalb sich der Lichtbogen ausdehnen kann.
  • Da, wie oben erklärt, die Kurzbogen-Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung so konfiguriert ist, dass das in die Kathodenspitze eingebrachte Emittermaterial in dem Abschnitt mit einem abnehmenden Durchmesser exponiert ist und der Abstand in radialer Richtung von der Kathodenmitte zur Peripherie des exponierten Abschnitts des Emittermaterials in Außenumfangsrichtung variiert, findet eine Diffusion in Außenumfangsrichtung des Emittermaterials von dem Teil statt, in dem der Abstand zur Peripherie des exponierten Abschnitts lang ist, und der Emitter oberflächendiffundiert in dem Teil des Hauptkörpers der Kathode, wo kein Emittermaterial exponiert ist, und erreicht den Bereich, in dem der Abstand vom exponierten Emittermaterial groß ist, d. h. der Lichtbogen erweitert sich so, als ob Emittermaterial bis zur Position der Diffusion eingebracht wäre. Deshalb kann auch mit demselben Nutzgrad des Emittermaterials wie bisher ein größerer Lichtbogen gebildet werden, es findet kein Schmelzen der Kathodenspitze statt und die Eingangsleistung der Lampe kann groß sein. Da mit anderen Worten ein Lichtbogen derselben Größe mit einem kleineren Emitternutzgrad als bisher erreicht werden kann, liegt ein wesentlicher Beitrag für die Einsparungen von Ressourcen vor.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-537961 A [0003]
    • US 2009/0121634 A1 [0003]

Claims (4)

  1. Kurzbogen-Entladungslampe (1), in der eine Kathode (2, 20) und eine Anode (30) im Inneren einer lichtdurchlässigen Röhre (11) einander gegenüber angeordnet sind, wobei die Kathode (2) an ihrer Spitze einen Abschnitt (4) mit einem abnehmenden Durchmesser und ein in der Kathode eingebrachtes Emittermaterial (3) aufweist, so dass das Emittermaterial (3) einen exponierten Abschnitt (5) im Kathodenabschnitt (4) mit einem abnehmenden Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (L, L1, L2) in einer radialen Richtung der Mitte der Kathode (2a) von der Peripherie des exponierten Abschnitts (5) des Emittermaterials (3) in außenumfänglicher Richtung variiert.
  2. Kurzbogen-Entladungslampe gemäß Anspruch 1, worin das Emittermaterial (3) zylindrisch ist und eine Mittelachse desselben exzentrisch mit Bezug zu einer Mittelachse (2a) der Kathode (2) ist.
  3. Kurzbogen-Entladungslampe gemäß Anspruch 1, worin das Emittermaterial (3) eine elliptische, eine kreuzförmige oder eine seesternförmige Querschnittfläche aufweist.
  4. Kurzbogen-Entladungslampe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Emittermaterial (3) ausgewählt ist aus Thorium, Thoriumoxid, einem Metall der seltenen Erden, einem Oxid der seltenen Erden und einem Borid der seltenen Erden.
DE102011016363.8A 2010-04-23 2011-04-07 Kurzbogen-entladungslampe mit kathode, in der ein emittermaterial entweder exzentrisch angeordnet oder elliptisch ausgebildet ist Active DE102011016363B4 (de)

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