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Die Erfindung betrifft einen Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung, aufweisend ein abgeschlossenes Hüllrohr aus Quarzglas, eine innerhalb des Hüllrohres angeordnete Elektrode und eine gasdichte Abdichtung, durch die eine Stromversorgung geführt ist, welche eine innere Stromzuführung in das Hüllrohr zur Kontaktierung der Elektrode, eine äußere Stromzuführung zur Kontaktierung einer elektrischen Anschlussleitung und ein innerhalb der Abdichtung angeordnetes Verbindungselement zur Verbindung der äußeren und inneren Stromzuführung umfasst.
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Strahler in diesem Sinne sind beispielsweise Halogenlampen, Gasentladungslampen, Metalldampflampen und Infrarotstrahler, bei denen jeweils die Stromversorgung durch eine oder mehrere gasdichte Einschmelzungen des Lampenkolbens herausgeführt ist.
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Stand der Technik
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Bei den ersten Ausführungsformen dieser Strahler, die ähnlich heute noch bei der Herstellung von Glühlampen für den Massenmarkt eingesetzt werden, wurde die Stromversorgung aus einem Metall gefertigt, das einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie das Glas des Hüllkolbens aufwies. Daher konnte die Stromversorgung direkt in das Hüllkolben-Glas eingeschmolzen werden. Dies ist möglich, wenn ein geringer Strom zu übertragen ist und die stromführenden Drähte einen geringen Durchmesser von beispielsweise weniger als 0,5 mm aufweisen, sowie aufgrund der geringen Leistung ein niedrig schmelzendes Lampenglas, typisch ein Alkali-Erdalkali Glas, eingesetzt wird.
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Bei Strahlern, die eine hohe Leistung aufweisen, die bei hohen Temperaturen oder in einer chemisch aggressiven Umgebung einsetzbar sind, besteht das Hüllrohr typischerweise aus einem hochkieselsäurehaltigen Glas, wie etwa Quarzglas, das sich durch einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und sehr hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Da sich die Stromversorgung während des Betriebs des Strahlers ausdehnt, führt der Einsatz einer Stromversorgung, deren Ausdehnungskoeffizienten sich erheblich vom Ausdehnungskoeffizienten des Quarzglases unterscheidet, zu thermischen und mechanischen Spannungen innerhalb des Hüllrohres, wodurch sich Sprünge im Glas bilden können, die zu Undichtigkeiten führen.
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In der
DE 36 16 673 A1 sind Halogenglühlampen mit einem einseitig gequetschten Hüllrohr aus Quarz- oder Hartglas einander gegenübergestellt, bei denen die Einschmelzung der Stromversorgung in die Quetschung bei einem Hüllrohr aus Hartglas direkt und bei einem Quarzglashüllrohr unter Verwendung von Metall-Folien erfolgt. Als Unterschied zwischen beiden Gläsern wird in der Druckschrift der höhere Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Hartgläser benannt.
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Im Fall des gattungsgemäßen Strahlers mit Quarzglashüllrohr wird das Problem der gasdichten Durchführung der Stromversorgung durch eine so genannte „Quetschung” gelöst, bei der eine dünne Molybdänfolie als leitendes elektrisches Verbindungselement zwischen innerem und äußerem Anschlussstift in das zusammengequetschte Ende des Quarzglas-Hüllrohrs eingeschmolzen wird.
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Ein weiterer Strahler der eingangs genannten Gattung ist auch aus der
DE 10 2006 033 715 A bekannt Er besteht aus einem Lampengefäß mit zwei entgegengesetzt angeordneten Endabschnitten, in die jeweils eine Molybdän-Folie gasdicht in einer Quetschdichtung eingebettet ist. An den gegenüberliegenden Schmalseiten der Molybdän-Folien sind jeweils eine innere und eine äußere Stromzuführung angeordnet, wobei die elektrische Anschlussleitung mit der äußeren Stromzuführung verbunden ist.
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Bei der Verwendung von Hüllrohren aus Quarzglas sind die gasdichten Durchführungen der Stromversorgung aufwändig zu fertigen. Die Stromversorgung besteht aus drei Teilen, einer äußeren Stromzuführung, einer inneren Stromzuführung und einer Metallfolie, die vorbehandelt und anschließend auf die Metallfolie geschweißt werden müssen. Die Herstellung der gasdichten Durchführung erfolgt anschließend beispielsweise durch Quetschung mit einer Quetschmaschine, wobei zunächst das Quarzglashüllrohr erweicht wird. Das erweichte Quarzglashüllrohr wird durch Quetschbacken zusammengepresst, so dass die darin eingelegte Stromversorgung eingepresst wird.
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Die Quetschungen haben eine gewisse Längserstreckung, die sich aus der Länge der Folie und beidseitig davon einem Bereich für die Quarzglasdichtung ergibt; typische Längen der Quetschung sind 25 bis 40 mm.
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In der Praxis ist es schwierig, die metallischen Bauteile der Quetschung, also die beiderseitigen Stromzuführungen und die Metallfolie, exakt fluchtend einzurichten, oder den nach außen gehenden Metallstift genau mittig zu fixieren. Infolgedessen sind die außen angebrachten Anschlussdrähte oder Sockel großzügig zu tolerieren. Dies erschwert raumsparende, exakte Fassungen oder Kontaktierungen für solche Strahler.
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Technische Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Strahler mit einem Hüllrohr aus Quarzglas und potenziell hoher Leistung eine gasdichte Abdichtung mit einer Durchführung für die Stromversorgung anzugeben, die geeignet ist, Bereiche unterschiedlicher Medien oder Drücke zu separieren, und dabei eine exakte Ausrichtung der Kontaktierungen sowie einen einfachen und kostengünstigen Herstellungsprozess ermöglicht.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Strahler mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromversorgung als einstückiges Metallteil ausgebildet ist und im Bereich der gasdichten Abdichtung eine querschnittsverminderte Zone aufweist.
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Beim erfindungsgemäßen Strahler wird auf die mehrteilige Ausführung der Stromversorgung bestehend aus dem Verbindungselement, der inneren und der äußeren Stromzuführung verzichtet. Stattdessen ist die Stromversorgung als einstückiges Metallteil ausgebildet, welches im Bereich der gasdichten Abdichtung, beispielsweise der Quetschung, eine querschnittsverminderte Zone aufweist. Die querschnittsverminderte Zone erstreckt sich innerhalb der Quetschung und nicht darüber hinaus. Sie erstreckt über die gesamte Abdichtung oder einen Teil davon. Im Hüllrohr ist das einstückige Metallteil mit der Elektrode verbunden oder es geht unmittelbar in die Elektrode über. Außerhalb des Hüllrohres wird das Metallteil zur Kontaktierung einer elektrischen Anschlussleitung verwendet.
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Ein solches Metallteil ist einfach zu fertigen. Die Ausführung der Stromversorgung als einstückiges Metallteil erleichtert die exakte Ausrichtung des metallischen Bauteils in der Quetschung, so dass eine Platz sparende, kompakte Bauweise des Strahlers möglich ist.
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Die Dichtheit der Abdichtung wird durch die querschnittsverminderte Zone des einstückigen Metallteils gewährleistet. Sie ist zur Abdichtung des Hüllrohres sowohl unter Vakuum als auch unter Überdruckbedingungen geeignet.
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Durch die querschnittsverminderte Zone wird der Wärmetransport durch das Metallteil und die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung beeinflusst, so dass die thermischen und mechanischen Spannungen in der gasdichten Abdichtung gegenüber einer Ausführungsform ohne Querschnittsverminderung vermindert werden. Durch eine Quetschung können ein oder zwei Stromversorgungen geführt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers umfasst das Metallteil im Bereich der gasdichten Abdichtung mehrere, beabstandet voneinander verlaufende querschnittsverminderte Zonen, von denen jede eine Länge im Bereich von 2 mm bis 6 mm aufweist.
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Die Dichtheit der gasdichten Abdichtung wird durch die querschnittsverminderten Zonen des einstückigen Metallteils gewährleistet. Die Anzahl querschnittsverminderter Zonen beeinflusst den Wärmetransport durch das Metallteil und die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung und damit die Ausdehnung der metallischen Bestandteile. Mehrere querschnittsverminderte Zonen tragen so zu einer Verminderung der thermischen und mechanischen Spannungen bei. Bei einer querschnittsverminderten Zone mit einer Länge von weniger als 2 mm verliert sich ihr Effekt auf den Wärmetransport durch das Metallteil und die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung. Mehrere querschnittsverminderte Zonen mit einer Länge von mehr als 7 mm beeinträchtigen die kompakte Bauweise des Strahlers.
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Es hat sich bewährt, wenn dass das Metallteil im Bereich der gasdichten Abdichtung eine querschnittsverminderte Zone umfasst, die eine Länge im Bereich von 12 mm bis 24 mm aufweist.
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Bei einem Metallteil mit einer gasdichten Abdichtung, die eine querschnittsverminderten Zone mit einer Länge von weniger als 12 mm umfasst, verliert sich der Effekt der Querschnittsverminderung auf den Wärmetransport durch das Metallteil und die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung. Eine querschnittsverminderte Zone mit einer Länge von mehr als 24 mm erfordert eine lange Quetschung und beeinträchtigt die kompakte Bauweise des Strahlers.
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Es hat sich bewährt, dass die querschnittsverminderte Zone als umlaufende Nut ausgeführt ist.
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Eine umlaufende Nut ist einfach und kostengünstig zu fertigen. Im Gegensatz zu einer Stromdurchführung bestehend aus Metallfolie, äußerer und innerer Stromzuführung ist das einstückige Metallteil, bei dem die querschnittsverminderte Zone als Nut ausgeführt ist, rotationssymmetrisch um seine Längsachse, wodurch die exakte Ausrichtung desselben bei der Quetschung erleichtert wird und eine eher rotationssymmetrische Spannungsverteilung bewirkt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Strahlers sieht vor, dass das Metallteil in der querschnittsverminderten Zone einen runden Querschnitt hat.
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Ein runder Querschnitt ist einfach und kostengünstig zu fertigen.
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Es hat sich bewährt, wenn das Verhältnis des Querschnitts der querschnittsverminderten Zone und des nicht verminderten Querschnitts im Bereich von 0,2 bis 0,5 liegt.
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Bei einem Querschnittsverhältnis kleiner als 0,2 kann der Strahler nur mit einem vergleichsweise geringen Lampenstrom betrieben werden. Bei einem Querschnittsverhältnis größer als 0,5 verliert sich der Effekt der querschnittsvermindertern Zone auf den Wärmetransport durch das Metallteil und die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung.
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Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Metallteil aus Wolfram oder einer Niob-Zirkonium-Legierung besteht.
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Das Metallteil kann aus einem oder aus mehreren Werkstoffen bestehen. Im Falle mehrerer Werkstoffe kann beispielsweise durch einen Gradienten in der Zusammensetzung die elektrische Leitfähigkeit im Bereich der Abdichtung verändert werden. Metallteile aus Wolfram oder einer Niob-Zirkonium-Legierung zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass der Strahler zwei entgegengesetzt angeordnete Enden mit jeweils einer gasdichten Abdichtung und mit jeweils einem Metallteil zur Stromdurchführung aufweist.
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Zweifach gesockelte Strahler mit zwei entgegengesetzt angeordneten Enden, wobei jedes Ende eine gasdichte Abdichtung mit jeweils einer Stromdurchführung aufweist, sind aus dem Stand der Technik an und für sich bekannt. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Stromdurchführung in Form eines einstückigen Metallteils ermöglicht eine exakte, reproduzierbare Anordnung und Ausrichtung der gegenüberliegenden Elektroden innerhalb des Hüllrohres.
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Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass in der gasdichten Abdichtung zwei einstückige Metallteile zur Stromversorgung verlaufen.
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Einfach gesockelte Strahler, bei denen in einer Abdichtung zwei Stromversorgungen verlaufen, sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. Für die Herstellung kompakter, einfach gesockelter Strahler ist eine exakte Positionierung der Stromversorgungen innerhalb der Abdichtung erwünscht. Durch die Verwendung eines einstückigen Metallteils können die Stromversorgungen reproduzierbar und exakt fluchtend in der Abdichtung positioniert werden und erlauben so eine kompaktere Bauform der Abdichtung und eine einfachere Montage.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung
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1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung, bei dem die Stromversorgung im Bereich der gasdichten Abdichtung eine einzelne querschnittsverminderte Zone aufweist,
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2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung, bei der die Stromversorgung im Bereich der gasdichten Abdichtung mehrere querschnittsverminderte Zonen aufweist,
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3 eine dem Stand der Technik entsprechende Ausführungsform des Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung, bei dem die Stromversorgung aus einer inneren, einer äußeren Stromzuführung und einer Metallfolie besteht.
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3 zeigt eine dem Stand der Technik entsprechende Ausführungsform des Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung, dem insgesamt die Bezugsziffer 31 zugeordnet ist.
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Der Strahler 31 besteht aus einem Hüllrohr 3 aus Quarzglas, einer gasdichten Abdichtung 4, durch die eine Stromversorgung 35 geführt ist, und zwei innerhalb und an entgegengesetzten Enden des Hüllrohres angeordneten Elektroden 2. Zur Vereinfachung ist in 3 nur ein Ende des Hüllrohres dargestellt.
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Die Stromversorgung 35 besteht aus einer äußeren Stromzuführung 9 und einer inneren Stromzuführung 7, die auf eine Molybdän-Folie 8 geschweißt sind. Die innere Stromzuführung 7 ragt in das Hüllrohr 3 hinein und dient zur Kontaktierung der Elektrode 2. Die äußere Stromzuführung 9 wird zu Kontaktierung einer elektrischen Anschlussleitung (nicht dargestellt) verwendet.
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Zwischen der Elektrode 2 und der ihr gegenüberliegenden zweiten Elektrode (in der 3 nicht dargestellt) wird im Betrieb ein Lichtbogen erzeugt.
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Sofern in den 1 und 2 dieselben Bezugsziffern verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschreibung der Ausführungsform des Strahlers aus 3 näher erläutert sind.
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1 zeigt schematisch einen Abschnitt des erfindungsgemäßen Strahlers 1 für die Erzeugung optischer Strahlung. Der Strahler zeichnet sich durch eine Nominal-Leistung von 1.000 W (bei einem nominalen Lampenstrom von 8,0 A), eine Leuchtlänge von 50 mm, einen Strahlerdurchmesser von 24,5 mm und durch eine Leistungsdichte von etwa 200 W/cm aus.
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Der Strahler 1 besteht aus einem Hüllrohr 3 aus Quarzglas und zwei innerhalb und an entgegengesetzten Enden des Hüllrohres 3 angeordneten Elektroden 2. Zur Vereinfachung ist in 1 nur ein Ende des Hüllrohres dargestellt. Das andere Ende des Hüllrohres ist genauso ausgebildet. Das Hüllrohr 3 ist mit Quecksilber, Metallhalogeniden und Argon gefüllt. Beide Enden des Hüllrohres sind durch eine gasdichte Abdichtung 4 in Form einer Quetschung verschlossen, durch die eine Stromversorgung geführt ist, die als zylinderförmiges, einstückiges Metallteil 5 ausgebildet ist. Das Metallteil 5 weist drei Abschnitte 5a, 5b und 5c auf, die sich in ihrem Durchmesser unterscheiden. Die Bereiche 5a und 5c haben einen Außendurchmesser von 0,7 mm und der Außendurchmesser des Bereiches 5b beträgt 0,3 mm. Die querschnittsverminderte Zone 5b ist innerhalb der gasdichten Abdichtung 4 angeordnet und weist einen runden Querschnitt auf. Die Gesamtlänge des Metallteils beträgt 55 mm und die Länge der querschnittsverminderten Zone beträgt 18 mm.
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Zur Kontaktierung der Elektrode 2 ragt der Abschnitt 5c des Metallteils 5 in das Hüllrohr 3 hinein. Auf der anderen Seite ragt aus der gasdichten Abdichtung 4 der Abschnitt 5a des Metallteils 5 heraus und wird zu Kontaktierung einer elektrischen Anschlussleitung (nicht dargestellt) verwendet.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung dargestellt, dem insgesamt die Bezugsziffer 21 zugeordnet ist. Der Grad der Querschnittsverminderung hängt von der Leistung ab. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Nominal-Leistung des Strahlers 1000 W (bei einem nominalen Lampenstrom von 8,0 A). Der Strahler zeichnet sich durch eine Leuchtlänge von 50 mm, einen Strahlerdurchmesser von 24,5 mm und durch eine Leistungsdichte von etwa 200 W/cm aus.
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Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass die Stromversorgung als zylinderförmiges, einstückiges Metallteil 25 ausgebildet ist. Das Metallteil 25 weist die Abschnitte 25a, 25b, 25c und 25d auf, die sich in ihrem Durchmesser unterscheiden. Die Bereiche 25a, 25c und 25d haben einen Außendurchmesser von 1 mm. Der Außendurchmesser der Bereiche 25b beträgt 0,3 mm. Die querschnittsverminderten Zonen 25b sind innerhalb der gasdichten Abdichtung 4 angeordnet und weisen einen runden Querschnitt auf. Die Gesamtlänge des Metallteils 25 beträgt 55 mm. Die querschnittsverminderten Zonen 25b weisen jeweils eine Länge von 3 mm auf und ihr Mittenabstand beträgt 3 mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3616673 A1 [0005]
- DE 102006033715 A [0007]
