DE1539595B1 - Discharge lamp - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wärme- und Lichtstrahlungsquellen und insbesondere auf eine Entladungslampe für einen derartigen Zweck.The invention relates generally to sources of heat and light radiation, and more particularly to one Discharge lamp for such a purpose.
Als Wärme- und Lichtquelle dienende Entladungslampen sind häufig länglich ausgebildet. Sie weisen im allgemeinen ein Rohr aus transparentem Material, wie zum Beispiel Quarz, auf, welches einen Entladungsraum bildet, in welchem Lichtbogenelektroden angeordnet sind. Die Elektroden sind im allgemeinen konzentrisch zur Längsachse des Entladungsraumes angeordnet..Discharge lamps used as heat and light sources are often elongated. You wise generally a tube made of transparent material, such as quartz, which has a discharge space forms in which arc electrodes are arranged. The electrodes are generally arranged concentrically to the longitudinal axis of the discharge space.
Eine bekannte Entladungslampe weist zur Stabilisierung des Entladungsbogens je eine Gaseinlaß- und Gasauslaßöfthung auf, wobei die Gesamteinlaßöffnung zur Erzeugung einer Wirbelbewegung des eintretenden Gases, etwa in der Mitte zwischen den beiden Elektroden, tangential in den Entladungsraum mündet, während eine der beiden Elektroden einen axialen Gasauslaßkanal aufweist.A known discharge lamp has a gas inlet and a gas inlet to stabilize the discharge arc Gas outlet opening on, the total inlet opening for generating a vortex movement of the entering Gas, approximately in the middle between the two electrodes, tangentially into the discharge space opens, while one of the two electrodes has an axial gas outlet channel.
Es ist ferner eine Entladungslampe mit einer Stabelektrode bekannt, die innerhalb einer Düse mit einem verjüngenden Gaseinlaßdurchgang angeordnet ist, wobei sich die Spitze dieser Elektrode in dem eingeengten Durchgang befindet, sowie mit einer zweiten, gegenüberliegenden Elektrode, wobei die Düse mit einer Zuführung von inertem Gas verbunden ist. Bei dieser Vorrichtung ist zum gleichen Zweck der Entladungsraum Teil eines Leitungssystems, welches dem Umwälzen des Düsengases dient, und die Ergänzungselektrode mit einem axialen Durchlaß versehen.There is also a discharge lamp with a rod electrode is known, which inside a nozzle with a tapered gas inlet passage is arranged, the tip of this electrode in the constricted Passage is located, as well as with a second, opposite electrode, the nozzle with a supply of inert gas is connected. In this device, the discharge space is for the same purpose Part of a line system which is used to circulate the nozzle gas and the supplementary electrode provided with an axial passage.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese bekannten Vorrichtungen wegen der auftretenden Gasturbulenzen nicht den zunehmenden Anforderungen an Stabilität und Leuchtdichte gerecht werden konnten.It has been shown, however, that these known devices because of the gas turbulence that occurs could not meet the increasing demands on stability and luminance.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Entladungslampe zu schaffen, die einen langen Lichtbogen mit einem höheren Grad an Stabilität sowie einer höheren Strahlungsintensität als bisher aufweist.The object of the invention is therefore to provide a discharge lamp to create a long arc with a higher degree of stability as well has a higher radiation intensity than before.
Gemäß der Erfindung wird eine Entladungslampe hoher Strahlungsintensität mit je einer Elektrode an' den Enden des von einer lichtdurchlässigen rohrförmigen Hülle umschlossenen Entladungsraumes mit einem tangential in den Entladungsraum mündenden Gaseinlaß zur Erzeugung einer Wirbelbewegung des Eintrittsgases sowie mit einem nur in einer der beiden Elektroden befindlichen axialen Gasauslaß vorgesehen.According to the invention, a discharge lamp of high radiation intensity, each with an electrode on ' the ends of the discharge space enclosed by a translucent tubular envelope with a gas inlet opening tangentially into the discharge space for generating a vortex movement of the inlet gas and with an axial gas outlet located in only one of the two electrodes intended.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich der in den Entladungsraum mündende Gaseinlaß an dem Ende des Entladungsraumes befindet, an dem auch die mit dem axialen Gasauslaß versehene Elektrode liegt.The invention is characterized in that the gas inlet opening into the discharge space is located is located at the end of the discharge space at which the electrode provided with the axial gas outlet is also located lies.
Mit dieser Anordnung strömt das Wirbelgas längs der Innenfläche des Rohres, das den Entladungsraum umhüllt, zum gegenüberliegenden Ende des Rohres, wo eine Stromumkehr stattfindet und das Gas zum zentralen Auslaßkanal im Bereich der Mittelachse des Entladungsraumes und aus dem Kanal hinausströmt. Dieses Strömungsbild ergibt einen einwandfreien Niederdruckbereich an der Achse des Entladungsraumes, wo der Lichtbogen auftritt. Das Phänomen der Erzeugung der Niederdruckzone kann mit dem eines Tornados verglichen werden. Dort ist auch eine rotierende Gasmasse vorhanden, die eine zentrale Säule von noch schneller rotierendem Gas umgibt. Da jedes Gasteilchen längs einer Bahn von abnehmendem Radius spiralförmig nach innen läuft, nimmt seine Tangentialgeschwindigkeit zu. Da das Moment erhalten bleibt, nimmt auch die Zentrifugalkraft zu. Der Druckgradient entgegen dieser Kraft bewirkt daher, daß der Druck in der Mitte am geringsten ist. Der Gesamteffekt dieses Tornado-Phänomens ist die Bildung einer aerodynamischen Düse, die den Querschnittsbereich des Lichtbogens und dessen Stabilität erhöht.With this arrangement, the fluidizing gas flows along the inner surface of the tube, which is the discharge space enveloped, to the opposite end of the pipe, where a current reversal takes place and the gas to the central outlet channel in the area of the central axis of the discharge space and flows out of the channel. This flow pattern results in a perfect low-pressure area on the axis of the discharge space, where the arc occurs. The phenomenon of the generation of the low pressure zone can be with can be compared to that of a tornado. There is also a rotating mass of gas there, which is a central Surrounding column of even faster rotating gas. Since each gas particle follows a path of decreasing Radius spirals inwards, its tangential speed increases. Since that If the moment is retained, the centrifugal force also increases. The pressure gradient causes against this force hence the pressure is lowest in the center. The overall effect of this tornado phenomenon is the formation of an aerodynamic nozzle that controls the cross-sectional area of the arc and its stability elevated.
Auf Grund dieses Phänomens wird mit der Erfindung ein langer, extrem stabiler Lichtbogen mit hoher Intensität erzielt. Tatsächlich hat man mit der vorliegenden Erfindung Lichtbögen von 10 bis 13 cm Länge mit Stromdichten von 1000 Amp/cm2 bei außerordentlichen Drücken in dem Entladungsraum erhalten. Es besteht somit ein wesentlicher Unterschied bei der Bildung des Lichtbogens, ob das Gas an dem Ende des Entladungsraumes, an dem sich die mit einem zentralen Gasauslaßkanal versehene Elektrode befindet, einströmt oder ob das Gas von beiden Enden des Entladungsraumes mit einem einzigen Gasauslaßkanal eingeführt wird.Because of this phenomenon, a long, extremely stable, high intensity arc is achieved with the invention. In fact, with the present invention, arcs of 10 to 13 cm in length with current densities of 1000 amps / cm 2 at extraordinary pressures in the discharge space have been obtained. There is thus an essential difference in the formation of the arc, whether the gas flows in at the end of the discharge space at which the electrode provided with a central gas outlet channel is located, or whether the gas is introduced from both ends of the discharge space with a single gas outlet channel.
Die Erfindung schließt weiterhin die Verwendung seltener Erden ein, um neben der erhaltenen Stabilität auch gleichzeitig die Intensität des Lichtbogens als Lichtquelle zu erhöhen. Die seltenen Erden können in die Vorrichtung in Form von Pulver oder vorzugsweise in Stabform eingegeben werden. In letzterem Fall wirkt der Stab selbst als Elektrode gegenüber derjenigen, die den zentralen Gasauslaßkanal aufweist. The invention further includes the use of rare earths in addition to the stability obtained also at the same time the intensity of the arc as Increase light source. The rare earths can be in the device in powder form or preferably can be entered in stick form. In the latter case, the rod itself acts as an electrode opposite that which has the central gas outlet channel.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nacll·-
folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
Es zeigtFurther features, advantages and possible applications of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing.
It shows
F i g. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch die Entladungslampe nach der Erfindung,F i g. 1 shows a vertical longitudinal section through the discharge lamp according to the invention,
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch die Entladungslampe der Linie 2-2 der F i g. 1,Fig. 2 is an enlarged cross section through the Discharge lamp of line 2-2 of FIG. 1,
F i g. 3 ein Schaubild, das die Abhängigkeit der Intensität von der Wellenlänge beim Betrieb der erfindungsgemäßen Entladungslampe mit Argongas darstellt, undF i g. 3 is a diagram showing the dependence of the intensity on the wavelength during operation of the inventive Represents discharge lamp with argon gas, and
F i g. 4 ein charakteristisches Spektrum, bei dem der Effekt des Eingehens von seltener Erde in den Argongas-Lichtbogen gezeigt ist.F i g. 4 a characteristic spectrum in which the effect of entering rare earths into the Argon gas arc is shown.
Wie aus" den F i g. 1 und 2 hervorgeht, weist die dargestellte Vorrichtung im allgemeinen eine Gasentladungslampe T mit einer Elektrode 10 auf, die mit der Düsenelektrode 12 axial fluchtet und von dieser durch einen gasdichten Entladungsraum 14 getrennt ist. Die Elektrode 10 ist in einem geeigneten Halter 16 gelagert. Beide Elektroden können beispielsweise mittels Wasserkühlung gekühlt werden. Die Elektrode 10 ist vorzugsweise aus einem Emissionsmäterial, wie zum Beispiel aus Wolfram oder Thorium enthaltendem Wolfram, hergestellt. Die Düsenelektrode 12 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Kupfer.As can be seen from FIGS. 1 and 2, the device shown generally has a gas discharge lamp T with an electrode 10 which is axially aligned with the nozzle electrode 12 and is separated from it by a gas-tight discharge space 14. The electrode 10 is stored in a suitable holder 16. Both electrodes can be cooled, for example by means of water cooling. The electrode 10 is preferably made of an emission material, such as, for example, tungsten or thorium-containing tungsten Copper.
Ein Lichtbogen 18 wird erzeugt und aufrechterhalten, indem die Elektroden mit der Energiequelle 20 verbunden werden. Es kann sowohl Gleichstrom wie auch Wechselstrom benutzt werden. Die Entladung kann mittels geeigneter Vorrichtungen, wie zum Beispiel mittels Hochfrequenzzündung, eingeleitet werden. An arc 18 is created and sustained by connecting the electrodes to the energy source 20 get connected. Both direct current and alternating current can be used. The discharge can be initiated using suitable devices such as high frequency ignition.
Der Entladungsraum 14 befindet sich in einer rohrförmigen Hülle 22, von der mindestens ein Teil ganz oder teilweise transparent ist. Als durchsichtigesThe discharge space 14 is in a tubular shape Sheath 22, of which at least a part is completely or partially transparent. As a see-through
Wandmaterial kann beispielsweise Quarz benutzt werden.Wall material, for example, quartz can be used.
Ein langer, schmaler, intensiver Lichtbogen 18 mit extremer Stabilität wird durch Verwendung der neuartigen erfindungsgemäßen Ausbildung einer Wirbelgasströmung erzielt.A long, narrow, intense arc 18 with extreme stability is achieved by using the new achieved formation of a fluidizing gas flow according to the invention.
Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, tritt das Lichtbogengas durch den Einlaß 24 in den Ringraum 26 ein, von wo es durch mehrere tangentiale Öffnungen oder Schlitze 28 strömt, um in eine Wirbelbewegung versetzt zu werden, während es in Richtung des gegenüberliegenden Endes des Entladungsraumes 14 längs der Innenfläche der Hülle 22 strömt. Wenn es das gegenüberliegende Ende erreicht hat, kehrt sich die Strömungsrichtung des Gases um, das Gas bewegt sich zurück zum Düsenende, und zwar in enger Nachbarschaft mit dem Lichtbogen 18, wobei die Wirbelform der Strömung aufrechterhalten bleibt. Das Gas strömt dann durch den Kanal 30 in der Düsenelektrode 12 nach außen. Dieser Gasströmungsverlauf wirkt in der gleichen Weise wie ein Tornado, indem er eine Niederdruck- oder Unterdruckzone im Bereich der Mittelachse der Kammer erzeugt, wo sich der Lichtbogen 18 ausbildet.As shown in Figs. 1 and 2, the arc gas occurs through the inlet 24 into the annular space 26, from where it passes through several tangential openings or slots 28 flows to be vortexed while it flows towards the opposite The end of the discharge space 14 flows along the inner surface of the envelope 22. If it is that reaches the opposite end, the direction of flow of the gas is reversed, moving the gas back to the nozzle end, in close proximity to the arc 18, being the vortex shape the flow is maintained. The gas then flows through channel 30 in the nozzle electrode 12 to the outside. This gas flow acts in the same way as a tornado by it creates a low pressure or negative pressure zone in the area of the central axis of the chamber where the Arc 18 forms.
Die neue Strömungsführung gemäß der Erfindung liefert nicht nur einen Lichtbogen 18 von hoher Dichte und Stabilität und erheblich größere.n Längen als etwa 2,5 cm, sondern sie schützt die transparente Hülle 22 sehr wirksam von den Wärmeeinwirkungen des Lichtbogens. Somit ermöglicht die Erfindung die Erzeugung und den Betrieb eines Lichtbogens mit einer Dichte von mindestens 1000 Amp/cm2 ohne Beschädigung der transparenten Hülle 22.The new flow guide according to the invention not only provides an arc 18 of high density and stability and considerably greater lengths than about 2.5 cm, but it also protects the transparent envelope 22 very effectively from the heat effects of the arc. The invention thus enables an arc to be generated and operated with a density of at least 1000 amps / cm 2 without damaging the transparent envelope 22.
Bei der praktischen Ausführung der Lampe nach der Erfindung kann jedes inerte Gas aus der Gruppe Argon, Xenon und Krypton verwendet werden.In the practical implementation of the lamp according to the invention, any inert gas from the group Argon, Xenon and Krypton can be used.
F i g. 3 zeigt typische Betriebsbedingungen und die bei verschiedenen Wellenlängen mit Argongas erreichten Intensitäten. Die Daten wurden mit einer Entladungslampe Γ der in F i g. 1 gezeigten Art erzielt. Jedoch wurde eine Wolfram-»Knopf«-Elektrode an Stelle der Stabelektrode 10 benutzt.F i g. 3 shows typical operating conditions and those achieved at different wavelengths with argon gas Intensities. The data were obtained with a discharge lamp Γ of the type shown in FIG. 1 achieved. However, a tungsten "button" electrode was used in place of the stick electrode 10.
Wie im vorstehenden dargelegt worden ist, beinhaltet die Erfindung auch die Verwendung seltener Erden, um bei der Stabilität des Bogens auch die HeI-ligkeit bzw. Leuchtdichte des Lichtbogens zu erhöhen, um so die Vorrichtung besonders vorteilhaft als Lichtquelle benutzen zu können. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß an Stelle der Stabelektrode 10 ein Stab aus seltener Erde verwendet wird. Dieser Stab aus seltener Erde arbeitet dann wie eine abschmelzende Elektrode. Wenn die Elektrode abschmilzt, tritt die seltene Erde in den Lichtbogen ein und verstärkt dessen Leuchtkraft erheblich.As pointed out above, the invention also involves the use less frequently Grounding in order to increase the brightness or luminance of the arc while maintaining the stability of the arc, in order to be able to use the device particularly advantageously as a light source. This is preferred achieved by using a rare earth rod in place of the rod electrode 10. This Rare earth rod then works like a melting electrode. When the electrode melts, the rare earth enters the arc and significantly increases its luminosity.
In Fig. 4 zeigt die obere Kurve den Effekt der Eingabe von seltener Erde in einen Lichtbogen, wobei Argongas dem Entladungsraum gemäß Fig. 1 zugeführt wurde. Die seltene Erde wurde in Form einer an Stelle der Stabelektrode 10 verwendeten abschmelzenden Elektrode zugeführt.In Fig. 4, the upper curve shows the effect of Input of rare earth in an arc, with argon gas supplied to the discharge space according to FIG. 1 became. The rare earth was in the form of a consumable used in place of the rod electrode 10 Electrode supplied.
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