DE1809443A1 - Metal vapor arc lamp - Google Patents
Metal vapor arc lampInfo
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Description
4 DÜSSELDORF, XINDBMANNSTBASSK Sl TBLKFOIf β7 29*β4 DÜSSELDORF, XINDBMANNSTBASSK Sl TBLKFOIf β7 29 * β
DIPK-ING. H. MARSCHDIPK-ING. H. MARSCH
Beschreibung zum PatentgesuchDescription of the patent application
der Uarian Associates^ 611 Hansen ü)ayt PaIo Altoy California/USAder Uarian Associates ^ 611 Hansen ü) ay t PaIo Alto y California / USA
betreffend tconcerning t
"IKIe tall dampf bogenlampe""IKIe tall steam arc lamp"
Die Erfindung bezieht sich auf (liletalldampfbogenlampen und insbesondere auf Kurzbogenmetalldampflampen hoher Intensität mit einem eingebauten Reflektor, der in einem vakuumdichten keramischen Gehäuse angeordnet ist.The invention relates to (purple metal vapor arc lamps and especially on high-intensity short-arc metal halide lamps with a built-in reflector that is vacuum-sealed in a ceramic housing is arranged.
In der US-Patintanmeldung, Serien-Nr. 655,717, uiird eine Kurzbogenlampe -hoher Intensität beschrieben, die ein neuartiges Gehäuse besitzt. Das Gehäuse umfaßt einen keramischen Zylinder, der einerseits durch den Reflektor und andererseits durch ein optisches Fenster vakuumdicht verschlossen ist. In diesem Gehäuse sind zwei Elektroden angeordnet und der Gehäuseinnenraum ist mit ioniaierbarem Gas unter Druck gefüllt. Durch diese Konstruktion uiird eine Bogenlampe hoher Intensität geschaffen, die einen zusammengesetzten stabilen Kolben und einen Reflektor besitzt. Da~ bei wird eine Glas-flfletall-Dichtung vermieden, und das verwendete (flaterial ist so ausgewählt, daß keine Reaktion mit der inneren Atmosphäre auftritt. Die innere Gasatmosphäre kann aus einem Inertgas, wie z.B. Xenon, Argon oder Krypton, oderIn U.S. patent application serial no. 655,717, uiird a short arc lamp -high intensity described, which has a new type of housing. The housing comprises a ceramic Cylinder, which is closed vacuum-tight on the one hand by the reflector and on the other hand by an optical window is. Two electrodes are arranged in this housing and the interior of the housing is filled with ionizable gas filled under pressure. This construction makes an arc lamp created high intensity, which has a composite stable bulb and reflector. There ~ a glass-metal seal is avoided and this is used (flaterial is selected so that it does not react with the internal atmosphere. The internal gas atmosphere can from an inert gas such as xenon, argon or krypton, or
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aber auch einem Metalldampf, mie z.B. Quecksilber, Cäsium, Rubidium, Natrium, Kalium oder Lithium bestehen»but also a metal vapor, such as mercury, cesium, Consist of rubidium, sodium, potassium or lithium »
Die Erfindung stellt, ©ine Verbesserung gegenüber der oben beschriebenen Lampe dar, uienn bei dieser das ionisierbare Gas aus einem korrosiven Metalldampf, wie z.B. Cäsium, Rubidium, Natrium und Kalium besteht. Dies© Elemente sind als Strahlungsquelle in der Nähe des infraroten Bereiches des Spektrums sehr wirksam. Sie müssen jedoch über Raumtemperatur erhitzt werden» damit sie durch ein elektrisches Potential ionisiert werden können und der Lichtbogen gezündet werden kann. Da aber die beschriebene Lampe keine Heizeinrichtuiigsn enthält, muß sin Inertgas mit dem Metalldampf gemischt werden? welches als Zündkatalysator dient· Dieser Zusatz verändert jedoch die Spektraiemiesion der Lampe; dadurch tuird ihre Verwendbarkeit eingeschränkt und in einigen Fällen ihr Einsatz unmöglich· Weiterhin, erfordert ein hoher Energieumuiandlungstuirkungsgrad entsprechend große Metalldampfdrucks^ die durch Erhitzen dae Dampfes auf Temperaturen von ettue 1000 C erzeugt weidan· Da die beschriebene Lampe eine eingebaute Strahlungsquelle und einen Reflektor besitzt, muß die gesamte Konstruktion aufge» heizt werden, damit der nötige Druck zur Erzielung eines hohen Umwandlungswirkungsgrades erreicht wird, falls die Lampe mit einem korrosiven Metalldampf gefüllt ist*The invention represents an improvement over the above-described lamp, uienn in this the ionizable gas from a corrosive metal vapor, such as cesium, rubidium, Is composed of sodium and potassium. As a radiation source, these elements are very close to the infrared region of the spectrum effective. However, they have to be heated above room temperature »so that they can be ionized by an electrical potential and the arc can be ignited. But since the lamp described does not contain any Heizeinrichtuiigsn, must be sin Inert gas mixed with the metal vapor? which as Ignition catalyst is used · However, this addition changes the spectrum of the lamp; this makes them usable limited and in some cases impossible to use. Furthermore, requires high energy conversion efficiency correspondingly high metal vapor pressures caused by heating Weidan · Da the lamp described has a built-in radiation source and a reflector, the entire construction must be be heated so that the pressure required to achieve a high conversion efficiency is achieved, if the Lamp is filled with a corrosive metal vapor *
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Bogenlampe hoher Intensität gefüllt mit einem ionisierbaren gasförmigem Medium aus Metalldämpfen ohne Zusatz fremder katalytischer Dämpfe, welche einen hohen Emissionswirkungsgrad in der Nähe des infraroten Bereiches des elektromagnetischen Spektrums aufweist? dabei soll sie zur Erzielung eines hohen Energieumiuandlungswirkungsgrades bei Temperaturen von etwa 1000° C betrieben werden und mit einem Gehäuse ausgestattetThe object of the invention is to create a high intensity arc lamp filled with an ionizable gaseous Medium made of metal vapors without the addition of external catalytic Vapors that have a high emission efficiency in the vicinity of the infrared region of the electromagnetic Spectrum? it should achieve a high energy conversion efficiency at temperatures of about 1000 ° C and equipped with a housing
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sein, welche« einen keramischen Zylinder umfaßt, der eineraeita durch einen Reflektor und andererseits durch ein optisches Fenster vakuumdicht verschlossen ist·which "comprises a ceramic cylinder which is closed vacuum-tight on the one hand by a reflector and on the other hand by an optical window.
Eins Metalldampfbogenlampe dieser Bauart ist zur Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse ein abgedichtetes Bogsnrohr angeordnet ist, das ein ionisierbares Fluid - ausgewählt aus der Gruppe der aus Cäsium, Natrium, Kalium und Rubidium bestehenden Alkalimetalle - enthält und in das im Abstand voneinander endende, den Bogenspalt definierende Elektroden eingeführt sind, und daß eine Heizeinrichtung für die Erhitzung des Fluids und damit zur Ermöglichung der Ionisierung desselben mittels einer über dem Bogenspalt angelegten Spannung und damit zur Zündung der Lampe vorgesehen ist.A metal vapor arc lamp of this type is characterized to achieve the object in that a sealed arc tube is arranged in the housing, which is a ionizable fluid - selected from the group of alkali metals consisting of cesium, sodium, potassium and rubidium - and into which electrodes ending at a distance and defining the arc gap are inserted, and that a heating device for the heating of the fluid and thus for enabling the ionization of the same means a voltage applied across the arc gap and thus intended to ignite the lamp.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing.
Fig» 1 ist die Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, undFig. 1 is the side view of a preferred embodiment of the subject invention, and
Fig. 2 ist die Vorderansicht der in Fig· 1 gezeigten Konstruktion.FIG. 2 is the front view of the structure shown in FIG.
Die Zeichnung zeigt eine metalldampfbogenlampe mit einem keramischen zylindrischen Teil 10, das vorzugsweise aus polykristalliner Tonerde hergestellt wird} das keramische Teil 10 ist an ein ringförmiges Itietallbauteil 12 mit Flanschansatz 14 gelötet. Ring 12 und Flanschansatz 14, die vorzugsweise aus einem material mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die verwendete Keramik, etwa aus dem handelsüblichen Kovar hergestellt sind, sind ein TeilThe drawing shows a metal vapor arc lamp with a ceramic cylindrical part 10, which is preferably made of polycrystalline alumina} the ceramic Part 10 is soldered to an annular integral component 12 with a flange attachment 14. Ring 12 and flange attachment 14, which are preferably made of a material with the same coefficient of thermal expansion as the ceramic used, for example the commercially available Kovar are part of it
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des Lampengehäuses und bilden gleichzeitig einen äußeren Anschluß einer Lampenelektrode. Ein metallischer,Abstandsring 16 wird durch Lötung einerseits mit dem Fensterrahmen 18, der aus Kovar gefertigt ist, und andererseits mit dem Ring 12 verbunden. Ein optisches Fenster 20, in diesem Falle aus Glas, ist vakuumdicht in den Fensterrahmen eingesetzt. Ein konzentrischer Ring 22 ist mit Hilfe eines Zwischenringes 23 durch Schutzgas-Schuieißung mit dem Abstandsring 16 verbunden.of the lamp housing and at the same time form an external connection of a lamp electrode. A metallic, spacer ring 16 is soldered on the one hand to the window frame 18, the is made of Kovar, and on the other hand connected to the ring 12. An optical window 20, in this case made of glass, is inserted into the window frame in a vacuum-tight manner. A concentric one Ring 22 is connected to spacer ring 16 with the aid of an intermediate ring 23 by means of inert gas Schuieißung.
Die andere Seite des keramischen Teils 10 wird an einem weiteren Kovar-Ring 24 durch Lötun^g befestigt· Der Ring 24 besitzt einen Kupfer-Rohranschluß 26. Ein konzentrischer Ring 26 ist am Ring 24 befestigt und mit dem keramischen Teil 10 verlötet. Ein Ring 29 wird mit dem Kovar-Ring 24 verlötet und die Ringe 28 und 29 werden an ihren äußeren Enden durch Schutzgas-Schuieißung verbunden·The other side of the ceramic part 10 is attached to another Kovar ring 24 by soldering Ring 24 has a copper pipe connection 26. A concentric ring 26 is attached to ring 24 and with the ceramic Part 10 soldered. A ring 29 is soldered to the Kovar ring 24 and the rings 28 and 29 are attached to theirs outer ends connected by inert gas injection
Ein parabolischer Reflektor 30 besitzt eine axiale öffnung und wird an einer Innenkante des Kovar-Ringes 24 festgelötet. Der Reflektor hat einem Metallboden mit einem sehr dünnen Gold-, Silber- oder Platinbelag. Die Geometrie des Reflektors verursacht eine Strahlenstreuung, die auf nur 1 bis 2 begrenzt ist.A parabolic reflector 30 has an axial opening and is attached to an inner edge of the Kovar ring 24 soldered on. The reflector has a metal base with a very thin gold, silver or platinum coating. The geometry of the reflector causes radiation scattering limited to only 1 to 2.
Die eine Seite eines Metallbauteiles aus Kovar in Form eines Rohres 32 ist an den Rand der Reflektoröffnung angelötet« Die andere Seite des Kovar-Rohres 32 ist mit dem äußeren Rand einer Kappe 34 verschweißt. Innerhalb der Kappe 34 ist ein scheibenförmiger keramischer Einsatz 36 verlötet. Der Einsatz besitzt eine Öffnung koaxial mit der Reflektoröffnung. Eine Elektrode 38 iuird durch die Öffnung des Einsatzes 36 eingeführt und mittels eines Dichtringes 40 an ihm befestigt} damit ist das Lampengehäuse vervollständigt.One side of a metal component made of Kovar in the form of a tube 32 is at the edge of the reflector opening soldered on «The other side of the Kovar tube 32 is welded to the outer edge of a cap 34. Inside the cap 34 a disk-shaped ceramic insert 36 is soldered. The insert has an opening coaxial with the reflector opening. An electrode 38 is inserted through the opening of the insert 36 inserted and fastened to it by means of a sealing ring 40} so that the lamp housing is completed.
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Ein liliderstandsheizdraht 42 wird um einen Teil der Elektrode 38 gewickelt. Ein End» des tüiderstandsheizdrahtea wird an der Elektrode befestigt, das andere Ende am Kovar-Rohr 32. Auf diese U/eise dienen sowohl die Elektrode 38 als auch das Kovar-Rohr 32, ebenso wie der Flansch 14, als von außen zugänglicher Anschluß für die Lampenelektroden.A resistance heating wire 42 is wrapped around a portion of the electrode 38. One end of the resistance heating wire a is attached to the electrode, the other end to the Kovar tube 32. In this way, both the electrode 38 and the Kovar tube 32, as well as the flange 14, serve as an externally accessible connection for the lamp electrodes.
Die in das Lampengehäuse hineinragende Elektrode 38 ist in ein Bogenrohr eingeführt. Dieses Bogenrohr besteht aus einer transparenten Saphir-Röhre 44, welche an beiden Seiten durch Kappen 46 dicht verschlossen ist· Die Kappen werden vorzugsweise aus Niob gefertigt· Gegenüber der Elektrode 38 ist koaxial innerhalb des Bogenrohres die Elektrode 48 angeordnet, welche durch eine der beiden Kappen 46 eingeführt u/ird« Der Abstand zwischen dsn beiden Elektroden be» stimmt die Bogenlänge, welche annähernd dem Durchmesser der Elektroden entsprechen soll. Durch ihren geometrischen Aufbau fällt die Lampe unter die Kategorie der Kurzbogenlampen·The electrode 38 protruding into the lamp housing is inserted into an arc tube. This bow tube is made from a transparent sapphire tube 44, which is tightly closed on both sides by caps 46 · The caps are preferably made of niobium. Opposite the electrode 38, the electrode is coaxial within the arc tube 48 arranged, which is inserted through one of the two caps 46 and «The distance between the two electrodes is» the arc length is correct, which should approximately correspond to the diameter of the electrodes. Due to their geometric structure the lamp falls under the category of short-arc lamps
Das Bogenrohr wird mit Cäsium, Natrium, Kalium oder Rubidium gefüllt. Diese alkalischen metalle befinden sich bei Raumtemperatur im flüssigen Zustand. Werden die Metalle erhitzt, so gehen sie in den dampfförmigen Zustand über} dabei bildet sich ein typischer Druck von etwa 10 Atmosphären.The arc tube is filled with cesium, sodium, potassium or rubidium. These alkaline metals are found at Room temperature in the liquid state. When the metals are heated, they change into a vaporous state} a typical pressure of about 10 atmospheres is formed.
Das eine Ende der Elektrode 48, das sich außerhalb des Bogenrohres, aber innerhalb des Lampengehäuses befindet, ist durch eine Lötverbindung an 3 bogenförmigen Stützen 50 befestigt· Diese Stützen 50 werden zweckmäßigerweise aus Kouar oder Molybdän hergestellt. Die freien Enden dieser Stützen 50 sind am Ring 12 angelötet, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen Elektrode 48 und Flansch 14 entsteht. Die Bogenform der Stützen 50 gewährleistet einen Spannungsausgleich während des Betriebes der Lampe bei hohen Temperaturen.One end of the electrode 48, which is outside the arc tube but inside the lamp housing, is by a soldered connection on 3 arched supports 50 attached · These supports 50 are expediently made of Kouar or molybdenum. The free ends of this Supports 50 are soldered to the ring 12, whereby an electrical contact between the electrode 48 and the flange 14 is created. the The arch shape of the supports 50 ensures equalization of stresses during operation of the lamp at high temperatures.
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Nach dem Zusammenbau wird das Gehäuse mit Hilfe des KupferrohranschluQes 26 evakuiert. Letzterer wird dann dicht verschlossen· Das Gehäuse kann wahlweise mit einem Inertgas gefüllt werden.After assembly, the housing is evacuated with the aid of the copper pipe connection 26. The latter then becomes tight closed · The housing can optionally be filled with an inert gas.
Die beschriebene Metalldampf bogenlampe* eignet sich vorzüglich als intensive Infrarot-Strahlungsquelle im Spektralbereich von 7500 bis 12000 A. Die Tatsache, daß das mit metalldampf gefüllte Bogenrohr bei hohen Temperaturen, welche wiederum hohe Dampfdrücke erzeugen, arbeiten kann, bietet den erheblichen Vorteil einer Verstärkung der infraroten Strahlung unter Verzicht auf eine totale Lichtemission, So wird bei einer verborgenen Quelle weniger sichtbare Strahlung erzeugt und mehr Energie in infrarote Strahlung umgewandelt*The metal halide arc lamp * described is suitable excellent as an intense infrared radiation source in the spectral range from 7500 to 12000 A. The fact that that with metal vapor filled arc tube at high temperatures which in turn generate high vapor pressures, can work, offers the considerable advantage of an amplification of the infrared radiation without total light emission, With a hidden source, less visible radiation is generated and more energy is generated in infrared radiation converted*
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