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Die Erfindung betrifft einen Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung, aufweisend ein Leuchtrohr mit einem Leuchtrohrende, in dem zur gasdichten Abdichtung eine durch Handeinschmelzung erzeugte Einschmelzung mit einer Stromdurchführung vorgesehen ist, die eine in der Einschmelzung angeordnete Metallfolie umfasst, die elektrisch mit einem Heizmittel und einer äußeren elektrischen Anschlussleitung verbunden ist.
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Strahler in diesem Sinne sind beispielsweise Halogenlampen, Gasentladungslampen, Metalldampflampen und Infrarotstrahler, bei denen jeweils die Stromversorgung durch eine gasdichte Einschmelzung des Lampenkolbens herausgeführt ist.
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Stand der Technik
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Derartige Strahler weisen ein Leuchtrohr mit einer gasdichten Abdichtung auf, durch die eine Stromdurchführung geführt ist. Das Leuchtrohr dieser Strahler ist typischerweise aus einem hochkieselsäurehaltigen Glas, beispielsweise aus Quarzglas, gefertigt.
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Hochkieselsäurehaltige Gläser zeichnen sich durch einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aus. Da sich die Stromdurchführung während des Betriebs erwärmt und ausdehnt, verursacht eine Stromdurchführung, deren Ausdehnungskoeffizient sich vom Ausdehnungskoeffizienten des Quarzglases unterscheidet, thermische und mechanische Spannungen innerhalb des Leuchtrohres, wodurch sich Sprünge im Glas bilden können, die zu Undichtigkeiten führen.
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Um eine gasdichte Abdichtung zu gewährleisten, ist daher üblicherweise eine Stromdurchführung mit einer in der Einschmelzung angeordneten, dünnen Metallfolie vorgesehen, die über Stromzuführungsdrähte elektrisch mit einer Elektrode und einer äußeren Anschlussleitung verbunden ist.
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Beispielsweise ist in der
DE 10 2006 033 715 A1 eine Halogenglühlampe mit einem Leuchtrohr und einer gasdichten Abdichtung des Leuchtrohres offenbart, bei dem in der gasdichten Abdichtung eine Stromdurchführung vorgesehen ist, die eine Molybdänfolie, eine innere und einer äußere Anschlussleitung umfasst.
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Aus der
DE 697 25 262 T2 ist eine elektrische Lampe mit einer Abdichtung bekannt, durch die eine Stromdurchführung geführt ist, wobei die Stromdurchführung mehrere, voneinander beabstandete Molybdänfolien umfasst, die in der Abdichtung hintereinander angeordnet sind, wobei jede Metallfolie sowohl mit den äußeren als auch dem inneren Stromzuführungsdraht verschweißt ist.
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In der
WO 2005/001880 A2 ist eine elektrische Lampe mit einer gasdichten Abdichtung beschrieben, durch die eine Stromdurchführung mit zwei parallel angeordnete Molybdänfolien geführt ist. Durch die parallele Anordnung der Molybdänfolien wird eine kompakte Bauform der Lampe ermöglicht.
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Die gasdichte Abdichtung kann als Quetschung oder als (Hand-)Einschmelzung ausgeführt sein. Eine Abdichtung, die als Quetschung ausgeführt ist, wird dadurch hergestellt, dass das Leuchtrohr um die Stromdurchführung erwärmt, erweicht und durch Quetschbacken zusammengequetscht wird. Bei Strahlern mit hohen Gasdrücken im Leuchtrohr sind zur Gewährleistung einer ausreichenden Dichtigkeit eine lange Dichtungszone und damit einhergehend eine lange Metallfolie erforderlich. Derartige lange Dichtungszonen sind nur schwer maschinell zu erzeugen. In diesen Fällen ist es üblich, die gasdichte Abdichtung durch manuelle Einschmelzung des Leuchtrohres herzustellen.
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Handeinschmelzungen sind aufwendig zu fertigen. In der Praxis ist es schwierig, Metallfolien, insbesondere längere Metallfolien, durch Handeinschmelzung exakt fluchtend einzuschweißen oder den nach außen gehenden Stromzuführungsdraht genau mittig zu fixieren. Infolgedessen sind die außen angebrachten Anschlussdrähte oder Sockel großzügig zu tolerieren. Dies erschwert raumsparende exakte Fassungen oder Kontaktierungen. Darüber hinaus werden längere Metallfolien häufig krumm und wellig eingeschmolzen, wodurch vermehrt Folienabhebungen und Folienrisse entstehen können, die zu Ausfällen der Strahler führen.
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Technische Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Strahler anzugeben, der für eine Handeinschmelzung optimiert ist, der eine lange Lebensdauer hat, und bei dem es insbesondere vereinfacht ist, die Stromdurchführung exakt fluchtend auszurichten, und das Risiko von Folienrissen minimiert ist.
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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 im Bereich des Leuchtrohrendes mehrere, hintereinander angeordnete Einschmelzungen vorgesehen sind, deren jeweilige Metallfolien über einen Verbindungsdraht elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei einem Strahler, bei dem die gasdichte Abdichtung des Leuchtrohres in Form einer Handeinschmelzung erzeugt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Strahler sind im Bereich des Leuchtrohrendes zwei oder mehr hintereinander angeordnete Einschmelzungen vorgesehen. Die Einschmelzungen können unmittelbar oder mit Abstand hintereinander angeordnet sein.
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Handeinschmelzungen werden bevorzugt dann eingesetzt, wenn die Stromdurchführung eine lange Metallfolie aufweist. Dabei wird die komplette Folie beispielsweise in das Leuchtrohrende eingeschmolzen. Beim erfindungsgemäßen Strahler wird auf den Einsatz einer einzelnen, langen Metallfolie verzichtet. Stattdessen sind mehrere Einschmelzungen hintereinander vorgesehen, deren Stromdurchführungen jeweils eine vergleichsweise kleine Metallfolie aufweisen. Die Metallfolien haben die gleiche Länge oder sie haben unterschiedliche Längen; sie sind aber in jedem Fall kürzer als die einzelne Metallfolie bei der Handeinschmelzung des Standardstrahlers. Die Metallfolien benachbarter Stromdurchführungen sind über einen Verbindungsdraht elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Einschmelzungen kleiner Metallfolien sind schnell, einfach und kostengünstig zu fertigen. Durch die Verwendung kleiner Metallfolien ist das Risiko von Folienabhebungen oder Folienrissen reduziert, wodurch gleichzeitig auch der Ausschuss bei der Strahlerherstellung vermindert wird.
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Das Leuchtrohr ist mit einem Füllgas, mit Quecksilber-haltigen und/oder Metallhalogenid-haltigen Füllstoffen gefüllt. Innerhalb des Leuchtrohres sind als Heizmittel Elektroden oder eine Heizwendel angeordnet. Die Dichtheit der Abdichtung wird durch die Handeinschmelzung der Stromdurchführung gewährleistet. Da Handeinschmelzungen von Stromdurchführungen mit kleinen Metallfolien ein vermindertes Risiko von Folienrissen besitzen, ist die gasdichte Abdichtung des erfindungsgemäßen Strahler insbesondere geeignet, Bereiche mit großen Druckunterschieden zu separieren und beispielsweise in Hochdruckentladungslampen einsetzbar.
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Im Vergleich zu langen Metallfolien können kleine Metallfolien einfacher exakt fluchtend eingeschmolzen werden. Die Anordnung mehrerer Handeinschmelzungen entlang der Strahler-Längsachse erleichtert so die exakte Ausrichtung der Stromdurchführung, so dass eine Platz sparende, kompakte Bauweise des Strahlers möglich ist. Auch kann der nach außen gehende Stromzuführungsdraht einfacher mittig fixiert werden, so dass sich geringere Abweichungen von der Sollabmessung ergeben und die außen angebrachten Anschlussdrähte oder Sockel weniger großzügig zu tolerieren sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Einschmelzungen durch eine nichteingeschmolzene Zwischenzone voneinander getrennt sind, und dass die nichteingeschmolzene Zwischenzone aus Quarzglas gefertigt ist.
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Die nichteingeschmolzene Zwischenzone separiert die Einschmelzungen voneinander. Voneinander beabstandete Einschmelzungen erleichtern die Handeinschmelzung und damit die Herstellung. Im Querschnitt entspricht die nichteingeschmolzene Zwischenzone dem Querschnitt des Leuchtrohres oder des Leuchtrohrendes oder sie weicht davon ab. Vorzugsweise weist die nichteingeschmolzene Zwischenzone einen runden Querschnitt auf. Eine nichteingeschmolzene Zwischenzone mit einem runden Querschnitt ist mechanisch besonders stabil und einfach zu fertigen.
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Eine nichteingeschmolzene Zwischenzone aus Quarzglas verringert die Wärmeleitung in Richtung der Strahlerlängsachse und beeinflusst die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung. Es hat sich gezeigt, dass durch eine hohe thermische Beanspruchung, insbesondere des Anschlussbereichs, die Lebensdauer der Strahler reduziert wird. Die wärmeisolierende Wirkung der nichteingeschmolzenen Zwischenzone trägt dazu bei, dass die gasdichte Abdichtung im Bereich zur Kontaktierung der elektrischen Anschlussleitung, dem Anschlussbereich, nicht übermäßig stark erwärmt wird.
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Es hat sich bewährt, wenn die nichteingeschmolzene Zwischenzone einen mit einem inerten Füllgas gefüllten oder evakuierten Hohlraum aufweist, durch den der Verbindungsdraht geführt ist.
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Der Hohlraum trägt zur thermischen Isolierung bei und beeinflusst die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung, wodurch insbesondere die äußere Einschmelzung, bei der ein Anschlussdraht zur Kontaktierung einer elektrischen Anschlussleitung vorgesehen ist, von den näher zum Leuchtrohr angeordneten Einschmelzungen thermisch isoliert wird. Durch die thermisch-isolierende Wirkung der nichteingeschmolzenen Zwischenzone wird eine höhere Temperatur im Innern des Leuchtrohres ermöglicht, ohne dass der Anschlussbereich des Strahlers übermäßig stark erwärmt und damit die Lebensdauer des Strahlers beeinträchtigt wird.
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Die Metallfolien benachbarter Einschmelzungen sind durch einen Verbindungsdraht verbunden, der durch den Hohlraum verläuft. Da sich der Verbindungsdraht während des Betriebs erwärmt und mit Bestandteilen des Hohlraumes reagieren kann, wird durch einen mit einem inerten Füllgas gefüllten oder einen evakuierten Hohlraum die Lebensdauer des Verbindungsdrahtes erhöht. Bei dem Füllgas handelt es sich beispielsweise um ein Edelgas oder eine Mischung von Edelgasen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die nichteingeschmolzene Zwischenzone eine Länge von 20 bis 80 mm aufweist.
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Die Länge der nichteingeschmolzenen Zwischenzone wirkt sich auf die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung aus.
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Bei einer nichteingeschmolzenen Zwischenzone mit einer Länge von weniger als 20 mm verliert sich ihr Effekt auf die Wärmeverteilung innerhalb der gasdichten Abdichtung. Eine nichteingeschmolzene Zwischenzone mit einer Länge von mehr als 80 mm beeinträchtigt die kompakte Bauweise des Strahlers.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Strahler zweiseitig gesockelt ist.
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Bei zweiseitig gesockelten Strahlern ergibt sich eine vereinfachte Stromversorgung gegenüber einem einseitig gesockelten Strahler.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Metallfolie eine Länge im Bereich von 10 mm bis 25 mm und eine Dicke im Bereich von 0,03 bis 0,05 mm aufweist.
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Je länger die Metallfolie ist, umso schwieriger gestaltet sich die Handeinschmelzung und die Gewährleistung von Rissfreiheit. Die Länge, die Breite und die Dicke der Metallfolie beeinflussen die Dichtheit. Metallfolien mit einer Länge von mehr als 25 mm werden durch Handeinschmelzung häufig krumm und wellig eingeschmolzen, so dass vermehrt Folienabhebungen und Folienrisse entstehen, die zu Undichtigkeiten und Ausfällen dieser Strahler führen. Metallfolien mit einer Länge von weniger als 10 mm sind schwer zu verarbeiten und können hohen Stromstärken nur bedingt standhalten. Metallfolien mit einer Dicke von weniger als 0,03 mm ermöglichen einen Betrieb des Strahlers nur bei vergleichsweise geringen Stromstärken. Eine Metallfolie mit einer Dicke von mehr als 0,05 mm beeinträchtigt die Dichtheit der Einschmelzung.
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Es hat sich bewährt, wenn im Betriebszustand der Gasdruck im Leuchtrohr im Bereich von 5 bis 40 bar liegt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Metallfolie und/oder der Verbindungsdraht aus Molybdän gefertigt sind.
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Eine aus Molybdän gefertigte Metallfolie und/oder ein aus Molybdän gefertigter Verbindungsdraht zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus.
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Es hat sich bewährt, wenn der Verbindungsdraht auf die Metallfolie geschweißt ist.
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Dadurch, dass der Verbindungsdraht auf die Metallfolie geschweißt ist, wird eine besonders dauerhafte Verbindung erhalten.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Verbindungsdraht einen runden Querschnitt aufweist, und wenn der Durchmesser des Verbindungsdrahtes im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm liegt.
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Verbindungsdrähte mit einem runden Querschnitt sind kommerziell verfügbar. Da über den Verbindungsdraht zwei Metallfolien benachbarter Einschmelzungen miteinander verbunden sind, sind zumindest die Enden des Verbindungsdrahtes in den Einschmelzungen angeordnet. Daher beeinflusst auch der Durchmesser des Verbindungsdrahtes die Dichtheit der Einschmelzung. Darüber hinaus hängt auch der maximale Betriebsstrom der Lampe von dem Durchmesser des Verbindungsdrahtes ab. Beträgt der Verbindungsdraht-Durchmesser weniger als 0,5 mm, ist der maximale Betriebsstrom der Lampe gering. Ein Verbindungsdraht-Durchmesser von mehr als 2,0 mm beeinträchtigt die Dichtheit der Einschmelzung.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung
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1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung, bei dem im Bereich des Leuchtrohrendes zwei hintereinander angeordnete Einschmelzungen vorgesehen sind.
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1 zeigt schematisch einen Abschnitt des erfindungsgemäßen Strahlers 1 für die Erzeugung optischer Strahlung. Der Strahler 1 weist eine Strahlerlängsachse 11 auf. Er besteht aus einem Leuchtrohr 9 und einem innerhalb des Leuchtrohres 9 angeordneten Heizmittel in Form einer Elektrode 8. Der Strahler 1 weist zwei Leuchtrohrenden auf. Zur Vereinfachung ist nur ein Ende des Leuchtrohres 9 dargestellt. Das andere Ende ist genauso ausgebildet. Im Bereich des Leuchtrohrendes sind zur gasdichten Abdichtung des Leuchtrohres 9 zwei Handeinschmelzungen 2a, 2b mit einer Stromdurchführung vorgesehen, die durch eine nichteingeschmolzene Zwischenzone 3 voneinander getrennt sind. Die Stromdurchführung der Handeinschmelzung 2b besteht aus einer Molybdänfolie 4b, die mit einer äußeren Stromzuführung 6 zur Kontaktierung einer elektrischen Anschlussleitung und einem Verbindungsdraht 5 verschweißt ist. Der Verbindungsdraht 5 ist durch den Hohlraum 10 der nichteingeschmolzenen Zwischenzone 3 geführt. Die Stromdurchführung der Handeinschmelzung 2a besteht aus einer Molybdänfolie 4a, die mit dem Verbindungsdraht 5 und einer inneren Stromzuführung 7 zur Kontaktierung der Elektrode 8 verschweißt ist.
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Das Leuchtrohr 9 ist aus Quarzglas gefertigt und hat einen Außendurchmesser von 36 mm. Er ist mit Argon gefüllt. Die innerhalb des Leuchtrohres 9 angeordneten Elektroden 8 bestehen aus Wolfram.
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Die innere Stromzuführung, der Verbindungsdraht und die äußere Stromzuführung sind drahtförmig ausgebildet und bestehen aus Molybdän. Ihr Außendurchmesser beträgt 1,7 mm. Die Molybdänfolien 4a, 4b sind gleich groß und weisen eine Länge von 20 mm, eine Breite von 8 mm und eine Dicke von 0,04 mm auf. Der freie Abstand zwischen den Molybdänfolien 4a, 4b beträgt 80 mm.
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Die Länge der Einschmelzungen 2a, 2b in Richtung der Längsachse 11 gesehen beträgt ungefähr 20 mm. Sie weisen in etwa die gleiche Länge auf.
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Die nichteingeschmolzene Zwischenzone ist zylinderförmig ausgebildet. Sie weist denselben Außendurchmesser wie das Leuchtrohrende 9 und eine Länge von etwa 75 mm auf. Der Hohlraum 10 der nichteingeschmolzenen Zwischenzone 3 ist evakuiert.
