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Gasentladungslampe mit Quarzkolben Die Erfindung bezieht sich auf
eine Gasentladungslampe mit (Quarzkolben für stoßartige Entladungen, insbesondere
Blitzlichtlämpe, bei der innerhalb des Kolbens der der Einschmelzstelle einer Elektrode
oder Elektrodenzuführung benachbarte konische Raum von dem eigentlichen Entladungsraum
durch eine Wand abgetrennt ist, die zwischen den beiden Räumen einen geringen Querschnitt
frei läßt. Aufgabe ist es, die Einschmelzstellen der Elektroden oder Elektrodenzuleitungen
im Quarzkolben vor Beschädigungen bei der stoßartigen Entladung zu schützen und
damit Belastbarkeit und Lebensdauer der Entladungslampe zu erhöhen. Die Belastbarkeit
und höchstzulässige Leistungsdichte von stoßartig betriebenen Gasentladungslampen,
wie z. B. den- Blitzlichtlampen, läßt sich erhöhen, wenn man für diese statt des
sonst üblichen Glaskolbens einen Quarzkolben verwendet, weil Quarzglas höhere Temperaturen
verträgt.
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Obwohl solche Lampen mit Quarzkolben eine Steigerung der Leistungsdichte
gestatten, weisen diese Lampen noch gewisse Mängel auf, die bei weiterer Steigerung
der Leistungsdichte und zum Teil auch schon bei der Herstellung der Lampen hervortreten.
Die Erfindung zeigt, wie diese Mängel auf einfache Weise behoben werden können.
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Bei kleinen und preiswerten Blitzlichtlampen ist man beim Übergang
auf Quarzkolben gezwungen, eine billige und nur geringes Volumen benötigende Einschmelzung
der Elektroden bzw. ihrer Zuführungen anzuwenden. Die hierfür wohl gebräuchlichste
Methode ist die Einschmelzung dünner Molybdänfolien unter Druck. Dabei wird, wie
es die Fig. 1 und 2 veranschaulichen, der Kolben 1 zunächst an den für die Einschmelzung
vorgesehenen Stellen 2 etwas zusammengedrückt und dann evakuiert. Erhitzt man nun
den Quarzkolben 1 an der zusammengedrückten Stellet bis zur Erweichung, so preßt
der äußere Luftdruck den Quarzkolben zusammen, so daß er sich eng an die Molybdänfolie
3 anschmiegt und dichte Verbindungen ergibt.
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Unter gewissen Voraussetzungn kann auch auf das vorherige Evakuieren
des Kolbens verzichtet und der erforderliche Druck durch ein geeignetes Werkzeug
aufgebracht werden.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bildet sich bei dieser Einschmelzung ein
zur Einschmelzstelle spitz zulaufender konischer Hohlraum 6 aus; dadurch entstehen
zwei sehr spitz verlaufende Räume zwischen der Molybdänfolie 3 und der Wandung des
Quarzkolbens 1, weil diese Einschmelztechnik eine langsame Annäherung der Kolbenwand
an die Molybdänfolie verlangt. Die bei Stoßentladung auftretenden impulsartigen
Druckerhöhungen kürzester Dauer im Röhrenl:olben zersprengen nun leicht diese Einschmelzung
durch Kerbwirkung. Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie diese die Röhre zerstörenden
Erscheinungen vermieden werden können. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß
die Elektrode oder Elektrodenzuführung durch die Wand in den Entladungsraum hindurchragt
und der von der Wand frei gelassene Querschnitt so klein ist, daß der Ausgleich
einer Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen erst nach einer Zeit stattfindet,
die lang gegenüber der Dauer der stoßartigen Entladung ist.
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Dieser Erfindungsgedanke läßt sich zweckmäßig in der Weise praktisch
durchführen, daß die Wand eine Scheibe aus geeignetem Material ist, die am Rande
und/oder auf ihrer Fläche mit entsprechenden Kanälen versehen ist. In Weiterbildung
dieser Erfindung ist es vorteilhaft, wenn sich die Scheibe in an sich bekannter
Weise mindestens mit Teilen ihres Außenumfangs gegen die Innenwandung des Kolbens
abstützt und die sie durchdringende Elektrode oder Elektrodenzuführung haltert und/oder
zentriert.
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Die genannte Scheibe kann beispielsweise aus einem keramischen Material
oder aus einem hochschmelzenden Metall bestehen; sie kann auch mit der von ihr gehaltenen
Elektrode ein einziges Stück bilden. Schließlich kann man die Scheibe zugleich zur
Erhöhung der Wärmekapazität der von ihr gehaltenen Elektrode ausnutzen, indem man
ihre Dicke und ihr Material in geeigneter Weise wählt.
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Die erfindungsgemäße Scheibe erfüllt den Zweck, die Druckspitzen gegen
die Einschmelzungsstellen zu dämpfen, die bei der stoßartigen Entladung im Entladungsraum
des Kolbens auftreten, und zugleich die eigentliche Elektrode definiert zu haltern
sowie in an sich bekannter Weise einen Schutz gegen unerwünschte Bedampfungen der
inneren Kolbenwände und der Elektrode während des Einschmelzens zu bieten.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen in ähnlicher Weise wie die Fig. 1 und 2 eine
nach der Erfindung aufgebaute Entladungslampe,
wo 7 die erfindungsgemäße
Scheibe ist, die, z. B. mit Hilfe von Lappen 8, an der Elektrode 4 befestigt ist.
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Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß zwar einerseits eine gasdurchlässige
Verbindung zwischen dem eigentlichen Entladungsraum 10 und dem konischen Endraum
11 besteht, durch die eine vergleichsweise langsame Evakuierung des letzteren möglich
ist, daß aber andererseits diese gasdurchlässige Verbindung einen solchen Strömungswiderstand
hat, daß sie für schnelle Druckänderungen praktisch undurchlässig ist. Praktisch
erforderlich sind dafür Kanäle 9, die größenordnungsmäßig eine Breite von 1/2o bis
1/s mm je nach Entladungsdauer der Blitzlichtlampe haben. Die genauen Abmessungen
der Kanäle 9 hängen noch von ihrer Länge ab, sind jedoch nicht so kritisch. Die
Kanäle 9 wirken ähnlich wie Längsinduktivitäten und stellen für schnelle Druckänderungen
(z. B. innerhalb von 1. 10-3 Sekunden) einen sehr großen, dagegen für langsame Druckänderungen
(z. B. innerhalb von 100 Sekunden) einen sehr kleinen Widerstand dar.
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Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß man zur Schaffung
dieser Druckaustausch- und Dämpfungskanäle 9 praktisch keinen Aufwand zu treiben
braucht. Durch die üblichen Toleranzen und die Unrundheiten des Quarzrohr-Innendurchmessers
sowie durch die Bearbeitungsungenauigkeiten der Scheibe 7 erhält man gerade Kanäle
9 der gewünschten Form und Größe.
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Es ist jedoch erforderlich, der Wahl des Materials für die Scheibe
7 eine gewisse Aufmerksamkeit zu schenken. Geeignet sind nämlich nur Materialien
mit hochliegendem Schmelzpunkt, geringem Dampfdruck und kleiner Elastizitätskonstante.
Die letzte Eigenschaft ist nur schwer gleichzeitig mit den beiden ersten zu erfüllen.
In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, daß die Scheibe oder Wand 7 in Analogie
ähnlich wie ein Längskondensator wirkt. Kann man also keine genügend kleine Elastizitätskonstante
verwirklichen, so muß die Scheibe 7 dafür entsprechend dicker gemacht werden. Am
geeignetesten erwiesen sich gewisse Metalle, wie z. B. Molybdän oder bestimmte Keramiken
(z. B. A1203).
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Es leuchtet ein, daß die nach der Erfindung vorgesehene Scheibe 7
zugleich eine wirkungsvolle Elektrodenhalterung darstellt. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung muß aber noch in der folgenden Erscheinung erblickt werden: Beim Einschmelzen
der Molybdänfolie treten bekanntlich hohe Temperaturen auf (1200° C). Das führt
dazu, daß sowohl etwas ",folybdän der Folie als auch vor allem Kupferrückstände
von den Schweißelektroden verdampfen.. Diese setzen sich auf den Elektroden sowie
an den kalten Stellen des Kolbens ab und verursachen Schwärzungen der Kolbenwand.
Besonders auf den aktivierten Kathoden rufen diese Niederschläge Vergiftungen hervor.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß nur noch ganz geringe Mengen
der verdampfenden Stoffe an die erwähnten Stellen gelangen, die Hauptmenge schlägt
sich dagegen an der Scheibe 7 nieder. Wenn die Scheibe 7 aus Molybdän oder auch
aus keramischem Material besteht, vergrößert sie die Wärmekapazität der Elektroden
beträchtlich, so daß diese höher belastet werden dürfen. Die Scheibe 7 kann auf
beliebige Weise an der Elektrode 4 angebracht, mit dieser verbunden oder aus einem
Stück mit dieser sein. Im Bedarfsfalle kann man zwischen Scheibe 7 und Elektrode
4 weitere Druckausgleichskanäle vorsehen.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte und beschriebene
Ausführungsform beschränkt.