DE1194053B

DE1194053B - High and high pressure gas discharge lamp high power for alternating current

Info

Publication number: DE1194053B
Application number: DED39380A
Authority: DE
Inventors: Herbert Burck
Original assignee: BERLINER GLUEHLAMPENWERK VEB
Current assignee: BERLINER GLUEHLAMPENWERK VEB
Priority date: 1962-07-16
Filing date: 1962-07-16
Publication date: 1965-06-03

Description

Hoch- und Höchstdruckgasentladungslampe hoher Leistung für Wechselstrom Die Erfindung betrifft Hoch- und Höchstdruckgasentladungslampen hoher Leistung für Wechselstrom.High and ultra-high pressure gas discharge lamp for alternating current The invention relates to high and extremely high pressure gas discharge lamps for high power Alternating current.

Für die Filmindustrie, Kinoprojektion, Theater, Fernsehen; für Schiffs-, Leuchtturm-, Flugzeugscheinwerfer werden Lichtquellen mit immer höherer Leistung gefordert.For the film industry, cinema projection, theater, television; for ship, Lighthouse and aircraft headlights are becoming light sources with ever higher power required.

Bekannt ist eine Gasentladungslampe für den Wechselstrombetrieb, bei der einem gasgefüllten Körper sich zwei Elektrodensysteme gegenüberstehen. Die als Kathode wirkende Elektrode des Systems ist eine fremdgeheizte Glühkathode und ist von einem Anodenblech umgeben. Bedingt durch einen gewissen Spannungsabfall, verursacht durch den Heizstrom und den Widerstand der Heizwendel, und den Austritt von Elektronen aus der Glühkathode wird die Anoden- und Kathodenfunktion im Wechsel der Frequenz der angelegten Spannung von den konstruktiv getrennten Elektroden wahrgenommen.A gas discharge lamp for alternating current operation is known two electrode systems face each other in a gas-filled body. As The system's cathode-acting electrode is an externally heated hot cathode and is surrounded by an anode plate. Caused by a certain voltage drop due to the heating current and the resistance of the heating coil, and the escape of electrons The hot cathode becomes the anode and cathode function in alternation of frequency the applied voltage perceived by the structurally separate electrodes.

Für Hochdruckentladungslampen hoher Leistung sind neben Wechselstromanlagen vor allem Gleichstromentladungslampen bekannt.For high-intensity discharge lamps, there are also AC systems especially known DC discharge lamps.

Bei einer dieser Lampen wird eine hohe Lichtausbeute erreicht, indem durch den Entladungsraum eines eingeengten Lichtbogens zusätzlich ein unter Druck stehendes inertes Gas stetig hindurchgeführt wird. Der Kreislauf für das zusätzliche Gas wird gewöhnlich über einen außerhalb der Lampe befindlichen Wärmeaustauscher und eine Pumpe geschlossen.With one of these lamps, a high luminous efficacy is achieved by due to the discharge space of a narrowed arc, an additional one under pressure standing inert gas is continuously passed through. The cycle for the additional Gas is usually supplied via a heat exchanger located outside the lamp and one pump closed.

Die Leistungsaufnahme all dieser Hochdruckentladungslampen hängt von der Abführung der Wärme und von der Belastbarkeit der Elektroden, insbesondere der Anode ab. Während sich die Wärmeabführung in gewissen Grenzen steigern läßt, sind der Belastbarkeit der Anoden durch die Materialkonstanten Grenzen gesetzt. Ein äußerer Gaskreislauf zur Wärmeabführung schränkt die Anwendbarkeit einer solchen Lampe ein.The power consumption of all these high pressure discharge lamps depends on the dissipation of heat and the resilience of the electrodes, especially the Anode. While the heat dissipation can be increased within certain limits, are the load capacity of the anodes is limited by the material constants. An outer one Gas circulation for heat dissipation limits the applicability of such a lamp.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Leistungsaufnahme von Hoch- und Höchstdruckgasentladungslampen zu verdoppeln, ohne daß es dabei einer erhöhten Wärmeabführung von der Anode bedarf.The present invention has the task of reducing the power consumption of Double high and ultra-high pressure gas discharge lamps without the need for one requires increased heat dissipation from the anode.

Erfindungsgemäß wird die Hoch- und Höchstdruckgasentladungslampe mit Wechselstrom betrieben, wobei die Anoden- und Kathodenfunktion im Wechsel der Frequenz der angelegten Spannung von konstruktiv getrennten Elektroden wahrgenommen wird.According to the invention, the high and extremely high pressure gas discharge lamp is with Alternating current operated, with the anode and cathode function changing in frequency the applied voltage is perceived by structurally separate electrodes.

Die Elektroden, insbesondere die Anode, sind hierbei konstruktiv so geformt, daß der auf Grund der Kaminwirkung der Elektrode entstehende Konvektionsstrom so geleitet wird, daß eine gute Kühlwirkung zusätzlich zur Wasserkühlung erreicht wird. Es wurden mit dieser Anordnung bereits Standzeiten von über 100 Brennstunden bei Leistungen bis zu 3 kW und etwa 100 Ampere erreicht.The electrodes, in particular the anode, are structurally like this shaped so that the convection current created by the chimney effect of the electrode is directed so that a good cooling effect is achieved in addition to water cooling will. With this arrangement, idle times of over 100 burning hours have already been achieved at powers of up to 3 kW and around 100 amperes.

Die Trennung zwischen Anoden- und Kathodenfunktion wird dabei von den Elektroden selbst bewirkt und ermöglicht zugleich das brennflecklose Ansetzen des Bogens.The separation between anode and cathode function is made by causes the electrodes themselves and at the same time enables them to be attached without focal spots of the bow.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird die als Kathode wirkende Elektrode aus einem hochtemperaturfesten Baustoff, beispielsweise aus thoriertem Wolfram mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit hergestellt.In a further embodiment of the inventive concept, the cathode Acting electrode made of a high temperature-resistant building material, for example thoriated Tungsten produced with a low electron work function.

Zum anderen besteht die als Anode wirkende Elektrode aus einem vorzugsweise wassergekühlten, gut Strom- und wärmeleitenden Baustoff, beispielsweise aus Kupfer, das mit einem hochtemperaturfesten Baustoff, z. B. mit einer Wolframschicht bedampft oder besprüht ist.On the other hand, the electrode acting as an anode preferably consists of one water-cooled building material that conducts electricity and heat well, for example made of copper, that with a high-temperature-resistant building material, e.g. B. vaporized with a tungsten layer or is sprayed.

An zwei Ausführungsbeispielen soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden.The subject matter of the invention is intended to be more detailed in two exemplary embodiments explained.

F i g. 1 zeigt die Trennung der Anoden- und Kathodenfunktion durch geeignet geschaltete Gleichrichter. Bei der dargestellten ersten Halbperiode brennt der Lichtbogen zwischen dem Kathodenteil der Elektrode El und dem gut gekühlten Anodenteil der Elektrode E2. In der nächsten Halbperiode brennt der Boden dann zwischen dem Kathodenteil der Elektrode E2 und dem gut gekühlten Anodenteil der Elektrode Ei. In dieser zweiten Halbperiode wird also der Anodenteil der Elektrode E2 thermisch kaum belastet, sondern kann sich sogar recht beträchtlich abkühlen. Das gleiche gilt für den Anodenteil der Elektrode Ei in der dritten, fünften, siebenten usw. Halbperiode. Die für kurze Zeit recht hohen Belastungen der Anodenteile werden im zeitlichen Mittel auf fast die Hälfte ihres Effektivwertes während der Halbperiode, in der sie jeweils Anodenfunktion ausüben, herabgemindert.F i g. 1 shows the separation of the anode and cathode functions through appropriately switched rectifier. Burns in the first half period shown the arc between the cathode part of the electrode E1 and the well-cooled one Anode part of electrode E2. In the next half-period, the ground then burns between the cathode part of the electrode E2 and the well-cooled anode part of the electrode Egg. In this second half cycle, the anode part of the electrode E2 becomes thermal hardly stressed, but can even cool down considerably. The same applies to the anode part of the electrode Ei in the third, fifth, seventh, etc. Half period. That's right for a short time high loads on the anode parts are on average over time to almost half of their effective value during the Half-period in which they each have an anode function, reduced.

Die Trennung von Anoden- und Kathodenfunktion der Elektroden durch Gleichrichter ist jedoch technisch nicht immer durchführbar. Die notwendige Isolation der Durchführungen durch die Wandung des Entladungsgefäßes ist, insbesondere bei Höchstdrucklampen, äußerst schwierig zu erreichen. Die Verwendung von Gleichrichtern ist aber nicht erforderlich. Die Elektroden können konstruktiv so gestaltet werden, daß sie selbst die gewünschte Funktionstrennung vornehmen.The separation of the anode and cathode function of the electrodes through Rectifying, however, is not always technically feasible. The necessary isolation of the bushings through the wall of the discharge vessel, in particular at Extreme pressure lamps, extremely difficult to get to. The use of rectifiers but is not required. The electrodes can be designed in such a way that that they carry out the desired separation of functions themselves.

F i g. 2 zeigt nun die entsprechende Anordnung. Die Elektrode E2 liegt auf beispielsweise negativem Potential. Der Kathodenstift K2, der z. B. aus thoriertem Wolfram besteht, wirkt dann als Kathode. Der Spannungsabfall am Kathodenstift K2 bewirkt, daß das Anodenteil A2 auf negativerem Potential liegt als K2. Trotzdem ist ein kathodisches Ansetzen des Bogens am Anodenteil A2 nicht zu befürchten. Einmal kann die relativ großflächige, glatte und gut gekühlte Ausführung von A2 (und natürlich auch von A) dies verhindern. Zum anderen kann man die Austrittsarbeit des allerdings hochtemperaturfesten und intensiv gekühlten Anodenteils A2 groß wählen gegenüber der Austrittsarbeit der Elektronen und dem Kathodenteil K1 und K2. Ein Arbeiten der Kathode im brennflecklosen Zustand ist dabei durchaus möglich, er begünstigt sogar diese Funktionstrennung.F i g. 2 now shows the corresponding arrangement. The electrode E2 is at a negative potential, for example. The cathode pin K2, the z. B. consists of thoriated tungsten, then acts as a cathode. The voltage drop at the cathode pin K2 has the effect that the anode part A2 is at a more negative potential than K2. Nevertheless, there is no need to fear a cathodic attachment of the arc to the anode part A2. On the one hand, the relatively large, smooth and well-cooled design of A2 (and of course A ) can prevent this. On the other hand, the work function of the anode part A2, which, however, is highly temperature-resistant and intensely cooled, can be selected to be large compared to the work function of the electrons and the cathode parts K1 and K2. It is entirely possible for the cathode to work in a focal-free state; it even favors this separation of functions.

Die Elektrode Ei befindet sich auf positivem Potential. Auch hier wäre der Spannungsabfall im Kathodenteil K1 wesentlich größer als im Anodenteil A1, wenn durch beide ein gleicher Strom fließen würde.The electrode Ei is at positive potential. Here too the voltage drop in the cathode part K1 would be significantly greater than in the anode part A1, if an equal current would flow through both.

Praktisch kommt es aber hier zu einer Stromverzweigung. Durch Verändern der Höhe der Spitze des Kathodenstiftes gegenüber der Oberfläche der Anode kann diese Stromverzweigung auf einen günstigen Wert eingestellt werden. Die Leistungsabgabe an das eigentliche Anodenteil wird aber nicht nur durch den kleinen Widerstand des Anodenteils auf einen größeren Wert gebracht, sondern auch durch die größere frei werdende Austrittsarbeit der Elektronen aus der Oberfläche des Anodenteils. Wie bereits angedeutet, kann der Kathodenstift beispielsweise aus thoriertem Wolfram, das Anodenteil beispielsweise aus einem wasserdurchflossenen Kupferteil bestehen, dessen Oberfläche ganz oder teilweise mit einer Wolframschicht bedampft oder besprüht wurde. Einkerbungen erhöhen nicht nur den elektrischen Widerstand, sondern begünstigen auch den Übergang zum brennflecklosen Bogen. Die Elektroden können gleichfalls nach dem Prinzip der Kaminanode aufgebaut werden, wie es A b b. 2 als Beispiel zeigt. Die Formgebung des Entladungsgefäßes kann der Formgebung der Quarzzylinderlampe entsprechen, um eine gute Kühlung des Lampeninneren, ein ruhigeres Brennen des Bogens und einen großen Lichtaustrittswinkel zu ermöglichen.In practice, however, there is a current branching here. By changing the height of the tip of the cathode pin relative to the surface of the anode this current branching can be set to a favorable value. The power output the actual anode part is not only supported by the small resistance of the Part of the anode is brought to a greater value, but also free by the greater one increasing work function of the electrons from the surface of the anode part. As already indicated, the cathode pin can, for example, be made of thoriated tungsten, the anode part consist, for example, of a copper part through which water flows, the surface of which is wholly or partially vaporized or sprayed with a layer of tungsten became. Notches not only increase the electrical resistance, they also favor it also the transition to the arc without focal point. The electrodes can also be used the principle of the chimney anode, as shown in A b b. 2 shows as an example. The shape of the discharge vessel can match the shape of the quartz cylinder lamp correspond to a good cooling of the lamp interior, a quieter burning of the arc and to enable a large angle of light emission.

Claims

Claims: 1. High and extremely high pressure gas discharge lamp Power for alternating current, d u r c h marked that with an alternating current operated arc the anode and cathode function in alternation of the frequency of the applied voltage perceived by structurally separate electrodes (A and K) will.

2. High and extremely high pressure gas discharge lamp according to claim 1, characterized in that that the electrodes (Ei and E2) are designed so that they themselves the Make a separation between anode and cathode function and what is known per se Allow the arc to be attached to the cathode (K1 or K2) without focal spots.

3. High and ultra-high pressure gas discharge lamp according to claims 1 and 2, characterized in that, that the electrode part, which acts as a cathode, is made of a high-temperature-resistant building material with a low electron work function, for example made of thoriated tungsten, consists.

4. High and ultra-high pressure gas discharge lamp. according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the electrode part, which acts as an anode, preferably from a water-cooled building material that conducts electricity and heat well, e.g. copper, consists.

5. High and ultra-high pressure gas discharge lamp according to claim 4, characterized in that the surface of the electrode part acting as an anode is coated with a high temperature-resistant building material, e.g. B. with a tungsten layer, vaporized or sprayed. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 100 167; British Patent Nos. 400 764, 573 141.