-
Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit
einer Füllung,
die Deuterium, Wasserstoff, Quecksilber, ein Metallhalogenid oder
Edelgas aufweist, in einem Lampenkolben aus Quarzglas oder hochsilikatischem
Glas mit einem darin angeordneten Gehäuse, welches eine Anode und
eine Kathode enthält,
wobei sich zwischen beiden Elektroden wenigstens zwei Blenden aus
hochschmelzendem Werkstoff mit Blendenöffnungen zur Einschnürung der
zwischen den Elektroden erzeugten Bogenentladung befinden, wobei
die Kathode außerhalb
der Achse eines von der Blende ausgehenden Strahlenganges liegt.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin
eine Entladungslampe mit einer Füllung,
die Deuterium, Wasserstoff, Quecksilber, ein Metallhalogenid oder
Edelgas aufweist, in einem Lampenkolben aus Quarzglas oder hochsilikatischem
Glas mit einem darin angeordneten Gehäuse, welches eine Anode und
eine Kathode enthält,
wobei sich zwischen beiden Elektroden wenigstens ein Blendenkörper aus
hochschmelzendem Werkstoff mit Blendenöffnung zur Einschnürung der
zwischen den Elektroden erzeugten Bogenentladung befindet und die
Kathode außerhalb
der Achse eines von der Blende ausgehenden Strahlenganges liegt.
-
Aus der
DE 39 08 553 C1 ist eine
mit Deuterium oder Wasserstoffgas gefüllte Gasentladungslampe mit
einem zylindrischen Lampenkolben aus Quarzglas bekannt, der ein
darin angeordnetes Gehäuse
enthält,
welches eine Anode und eine Kathode aufweist; zwischen beiden Elektroden
ist das Gehäuse
mit einer Blende aus hochschmelzendem Werkstoff zur Einschnürung einer
zwischen den Elektroden erzeugten Bogenentladung versehen, wobei
die Kathode außerhalb
der Achse des von der Blende ausgehenden Strahlenganges liegt und
mit einem blendenartigen Kathodenfenster aus dem Gehäusematerial
zur Abschirmung von Kathodenemittermaterial versehen ist. Aufgrund
der Einzelblendenanordnung ist es möglich, nur einen einzigen Plasmabereich
zu erhalten.
-
Die
JP 06-310101 A offenbart eine Entladungslampe
mit einer Füllung
aus Deuterium in einem Lampenkolben aus Quarzglas, wobei der Lampenkolben
ein Gehäuse
mit zwei Blenden zur Einschnürung
des Plasmas aufweist, um eine Erhöhung der Intensität zu erzielen.
Dabei wird davon ausgegangen, dass die Einschnürung des Entladungsbogens mit
Hilfe zweier entlang einer Achse angeordneten Blenden zu einer Verdopplung
der abgegebenen Luminanz beziehungsweise Leuchtdichte führt. Hinweise
darauf, dass die Blenden gegeneinander elektrisch isoliert sind
oder dass die Blenden als Hilfsanoden fungieren sollen, sind der
JP 06-310101 A nicht zu
entnehmen.
-
Die
DE-AS 1 042 115 offenbart eine gekühlte Wasserstofflampe
mit einem Quarzglasentladungsgefäß, einer
beheizten Kathode, einer Anode und einem zwischen Anode und Kathode
angeordneten Blendenkörper,
welcher zur Erhöhung
der Strahldichte dient. Hinweise darauf, dass der Blendenkörper als Hilfsanode
fungieren soll, sind nicht offenbart.
-
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,
die Intensität
der abgegebenen Strahlung und insbesondere die nutzbare Strahldichte
in einer Wasserstoff-Entladungslampe, Deuteriumlampe, Quecksilberdampflampe
oder Entladungslampe mit Edelgasfüllung zu erhöhen.
-
Die Aufgabe wird gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
-
Als besonders vorteilhaft erweist
sich die starke Erhöhung
bzw. Vervielfachung der Strahldichte durch Bildung mehrerer Plasmabälle bei
verhältnismäßig geringem
Aufwand.
-
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform bestehen
die Blenden aus einem hochschmelzenden metallischen Werkstoff und
sind elektrisch gegeneinander isoliert; als Füllgas dient vorzugsweise Deuterium;
es ist jedoch auch möglich,
als Füllgas
Wasserstoff oder Edelgas wie z.B. Xenon oder Quecksilber bzw. Metallhalogenide
einzusetzen; als Ausführungsbeispiel
wird nachstehend eine Lampe mit Deuteriumfüllung beschrieben.
-
Als vorteilhaft erweist es sich,
dass aufgrund des Strahlungsmechanismus das Deuterium-Kontinuum optisch
dünn ist
(d.h. praktisch keine Re-Absorption der emittierten Strahlung im
2. und 3. Plasma) und keine D2-Verarmung
auftritt und eine starke Erhöhung
bei zwei Blenden bzw. eine Vervielfachung der Intensität bei drei
Blenden zu erhalten ist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
-
Als vorteilhaft erweist es sich,
dass vier verschiedene Möglichkeiten
für die
Schaltung der Blenden bestehen:
- 1) Die Blenden
sind elektrisch miteinander verbunden.
- 2) Die Blenden sind elektrisch gegeneinander isoliert.
- 3) Die Blenden sind zwecks Verbesserung der Zündung über einen
Widerstand verbunden.
- 4) Das Anodenpotential wird zwecks Zündung Blende für Blende
durchgeschaltet.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß Anspruch
1 sind drei Blenden vorgesehen, die gemäß Anspruch 9 oder 10 jeweils
an unterschiedlichen Potentialabgriffen einer mit der Anode verbundenen
Widerstandskette angeschlossen sind; weiterhin ist es gemäß Anspruch
11 auch möglich,
die Blenden jeweils einzeln über
steuerbare Schalter mit der Spannungsversorgung der Elektroden zu
verbinden, wobei die Blenden aufeinanderfolgend durchgezündet werden.
Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, dass die Blenden eine Hilfsanodenfunktion
wahrnehmen, die eine schrittweise Zündung der Deuteriumlampe ermöglicht,
woraus sich eine erhöhte
Zündsicherheit
ergibt.
-
Die Aufgabe wird gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs
12 gelöst.
-
Als besonders vorteilhaft erweist
sich dabei die starke Erhöhung
der Strahldichte durch Erweiterung der Plasmabildung entlang der
Achse des Strahlenganges bei verhältnismäßig einfachem Aufbau.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung nach Anspruch 13 weist die Blendenöffnung einen Durchmesser im
Bereich von 0,1 bis 2 mm auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der zweiten
Ausführungsform
sind in Anspruch 14 angegeben. Die Blende besteht hier vorzugsweise
aus Wolfram, Molybdän
oder einer hochschmelzenden Keramik, wobei die hochschmelzende Keramik
eine elektrisch leitende Oberfläche
aufweist, wie beispielsweise Aluminiumnitrid.
-
Im folgenden ist der Gegenstand der
Erfindung in seiner ersten Ausgestaltung anhand der Ausführungsbeispiele
in den 1a, 1b, 1c, 1d und 1e, 1f, in seiner zweiten Ausgestaltung anhand
der Ausführungsbeispiele
in den 2a, 2b und 2c näher
erläutert;
die Bezugsziffern der zweiten Ausgestaltung bezeichnen zum Teil
die gleichen Merkmale, wie sie in 1 dargestellt
sind; zur besseren Übersicht
sind die Ziffern der zweiten Ausgestaltung jedoch um den Wert 100
erhöht.
-
1a zeigt
eine Deuteriumlampe mit drei Blenden entlang der optischen Achse
des Strahlenganges im Längsschnitt.
-
1b zeigt
einen Ausschnitt des Kreises Z der 1a in
vergrößertem Maßstab.
-
1c zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie AB der 1a und 1b.
-
1d zeigt
einen Längsschnitt
der Deuteriumlampe, der gegenüber 1a um 90° gedreht ist.
-
1e zeigt
eine elektrische Schaltung der Elektroden und Blenden, wobei Anode
und Blenden über
Widerstände
verbunden sind;
-
1f zeigt
eine elektrische Schaltung, wonach Anode und Blenden über steuerbare
Schalter mit einer Stromversorgung verbunden sind.
-
2a zeigt
eine Deuteriumlampe mit einem sich entlang der optischen Achse des
Strahlenganges erstreckenden Blendenkörper mit einer Dicke im Bereich
von 1 bis 50 mm.
-
2b zeigt
einen Ausschnitt des Kreises Z der 2a in
vergrößertem Maßstab.
-
2c zeigt
einen Querschnitt durch die mit Linie AB der 2a, 2b angedeuteten
Fläche.
-
2d zeigt
einen Längsschnitt
der Deuteriumlampe, der gegenüber 1a um 90° gedreht ist.
-
2e zeigt
schematisch eine elektrische Schaltung von Elektroden und Blende.
-
Gemäß 1a und 1b weist
das in einem aus Quarzglas bestehenden Lampenkolben 1 untergebrachte
Gehäuse 2 eine
plattenförmige
Anode 3 sowie eine heizbare Kathode 4 auf; unmittelbar
vor der Anode 3 befinden sich in Richtung der Achse 5 der
Lichtaustrittsrichtung eine erste Blende 6, zweite Blende 7 und
dritte Blende 8, die jeweils aus hochschmelzendem Material
bestehen, welche zur Intensitätssteigerung
jeweils eine Einschnürung
der Entladung in den entlang der Achse 5 liegenden Öffnungen 10, 11, 12 der
ersten, zweiten und dritten Blende vornehmen; die Hochachse des
Lampenkolbens ist mit Ziffer 29 bezeichnet.
-
In 1c ist
ein Querschnitt entlang der Linie AB dargestellt, wobei erkennbar
ist, dass Anode 3 von Achse 5 der Lichtaustrittsrichtung
geschnitten wird; die Kathode 4 ist dagegen in einem seitlichen Bereich
angeordnet, um einen freien Strahlenaustritt entlang der Achse 5 zu
ermöglichen.
Im normalen Betrieb befindet sich in den Öffnungen 10, 11, 12 der Blenden 6, 7, 8 jeweils
eine Plasmakugel 41, 42, 43, die schematisch
eingetragen ist; zur Abschirmung von Kathodenemittermaterialien
ist ein blendenartiges Gehäusefenster 32 zwischen
der Kathode 4 und der Achse 5 vorgesehen.
-
Gemäß 1c ist das Gehäuse 2 gegenüber den
Blenden 6, 7, 8 elektrisch isoliert.
-
Gemäß
1d erfolgt die Stromversorgung – ähnlich wie
bei der eingangs genannten
DE
39 08 553 C1 über
einen mit Stromzuleitung
22 im Sockel
23 verbundenen
Kontaktbolzen
24, wobei die andere Seite über einen
Bügel
25 mit
einer ebenfalls in den Sockel führenden
Leitung
26 verbunden ist, so dass sich ein geschlossener
Heizkreis für
die Kathode bildet. Die nach außen
führenden
Kontakte für
die Leitungen
22,
26 sowie die zur Anode und zum
Gehäuse
2 führenden
Anschlusskontakte sind mit den Bezugsziffern
27,
28 bezeichnet.
-
1e zeigt
schematisch die elektrische Schaltung der Mehrfachblendenanordnung,
wobei die aus Metall bestehenden Blenden 6, 7, 8 an
Spannungsabgriffen 14, 15, 16 einer aus
den Widerständen 17, 18, 19 bestehenden
Widerstandskette angeschlossen sind, die die Blenden im nichtgezündeten Zustand
auf Anodenpotential halten; Anode 3 und die Widerstandskette
der Widerstände 17, 18, 19 sind am
positiven Pol 46 einer Gleichspannungsquelle 44 angeschlossen,
während
Kathode 4 mit dem negativen Pol 45 verbunden ist;
die Blenden 6, 7, 8 dienen dabei als
Hilfsanoden, wobei nach Zündung
der Entladung zwischen Kathode 4 und erster Blende 8 ein durch
den Widerstand 19 begrenzter Strom fließt, dessen zugehöriger Spannungsabfall
eine Potentialabsenkung der Blende 8 gegenüber Blende 7 erzeugt,
die zum Durchzünden
der ersten Blendenöffnung
(Blende 8) dient; d.h. Blende 7 übernimmt
die Hilfsanoden-Funktion; dieser Zündmechanismus setzt sich solange
fort, bis alle drei Blenden 6, 7, 8 durchgezündet sind.
Es ist selbstverständlich
auch möglich,
diese schrittweise Zündung
durch Beaufschlagen der Blenden 8, 7, 6 mit
dem Anodenpotential mittels ansteuerbarer Schalter einer Spannungsversorgungsschaltung
durchzuführen,
wie nachfolgend anhand 1f erläutert wird.
-
Die Abstände zwischen den hier nur schematisch
dargestellten Blenden 6, 7, 8 betragen
0,5 bis 2 mm, vorzugsweise entspricht der Abstand dem Blendendurchmesser.
Die Blendendicke liegt im Bereich von 0,3 mm; als Werkstoff für die Blenden
hat sich insbesondere Molybdän
als zweckmäßig erwiesen,
es ist jedoch auch möglich,
Wolfram bzw. einen wolframhaltigen Werkstoff oder hochschmelzende Keramikwerkstoffe
wie z.B. Aluminiumnitrid als Material für die Blenden 6, 7, 8 einzusetzen;
Blenden aus elektrisch isolierenden Werkstoffen werden zur Bildung
der elektrischen Leitfähigkeit
mit einer elektrisch leitenden Beschichtung, z.B. aus Nickel, Wolfram,
Molybdän
versehen.
-
Ein Betrieb gemäß 1b ermöglicht praktisch eine Vervielfachung
der Strahldichte, da sich die aus den Plasmabereichen abgegebenen
Strahlungen keinesfalls gegenseitig behindern, sondern eine starke
Erhöhung
der Strahldichte zur Folge haben.
-
In 1f ist
schematisch eine ähnliche
Ansteuerungsschaltung für
Anode 3 und die Blenden 6, 7, 8 gezeigt,
wobei die Zündung über einzeln
ansteuerbare Schalter 36, 37, 38, 39 erfolgt;
dabei ist die Kathode 4 ständig mit dem negativen Pol 45 einer Gleichspannungsquelle 44 verbunden,
während
der positive Pol 46 zwecks sicherer Zündung zunächst über den steuerbaren Schalter 39 mit
Blende 8 zur Bildung einer Bogenentladung verbunden wird;
anschließend
wird Schalter 38 geschlossen und Schalter 39 geöffnet, so
dass Blende 7 auf Anodenpotential liegt und Blende 8 in
dem neu entstehenden Lichtbogen durchgezündet wird; daraufhin wird Schalter 37 geschlossen
und Schalter 38 geöffnet,
so dass Blende 6 die Anodenfunktion übernimmt und die Blenden 7 und 8 durchgezündet sind.
Nach Schließen
des mit der Anode 3 verbundenen steuerbaren Schalters 36 wird
Schalter 37 geöffnet,
so dass eine Bogenentladung zwischen Anode 3 und Kathode 4 entsteht,
wobei alle drei Blenden 6, 7, 8 durchgezündet sind.
-
Gemäß
2a und
2b weist
das in einem aus Quarzglas bestehenden Lampenkolben
101 untergebrachte
Gehäuse
102 eine
plattenförmige
Anode
103 sowie eine heizbare Kathode
104 auf;
unmittelbar vor der Anode
103 befindet sich in Richtung der
Achse
105 des Strahlenganges ein Blendenkörper
109,
der aus hochschmelzendem Material besteht, wobei zur Erhöhung der
Strahldichte eine Einschnürung
der Entladung in der entlang der Achse
105 liegenden Blen denöffnung
113 vorgesehen
ist; ein ähnlicher
Blendenkörper
ist bereits aus
US 5,327,049 für elektrodenlose
Entladungslampen bekannt.
-
2c zeigt
schematisch die elektrische Schaltung der Blendenanordnung mit Blendenkörper, wobei
der aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehende Blendenkörper 109 über Widerstand 131 an den
Spannungsabgriff 130 zwischen der Anode 103 und
dem positiven Pol 146 der Spannungsquelle 144 angeschlossen
ist; dabei liegt das Potential des Blendenkörpers 109 im nicht
gezündeten
Zustand auf Anodenpotential; der Blendenkörper 109 dient dabei
als Hilfsanode, wobei nach Zündung
der Entladung zwischen der mit dem negativen Pol 145 der
Spannungsquelle 144 verbundenen Kathode 104 und Blendenkörper 109 ein
durch Widerstand 131 begrenzter Strom fließt, dessen
zugehöriger
Spannungsabfall eine Potentialabsenkung des Blendenkörpers 109 gegenüber Anode 103 erzeugt,
die zum Durchzünden
der Blendenöffnung 113 dient;
d.h. Blendenkörper 109 übernimmt
eine Hilfsanoden-Funktion. Es ist selbstverständlich auch möglich, diese
Zündung
durch Beaufschlagen des Blendenkörpers 109 mit
dem Anodenpotential mittels ansteuerbarer Schalter einer Spannungsversorgungsschaltung
durchzuführen,
wobei dann Blendenkörper 109 gegenüber Anode 103 elektrisch
isoliert ist.
-
Der Abstand zwischen dem hier nur
schematisch dargestellten Blendenkörper 109 zur Anode 103 beträgt 0,5 bis
2 mm, vorzugsweise entspricht der Abstand dem Doppelten des Blendendurchmessers, so
dass eine Kontaktierung des Plasmaballs im Blendenkörper 109 mit
der Anode 103 verhindert wird. Die Blendendicke entlang
der Achse 105 liegt im Bereich von 1 bis 50 mm; vorzugsweise
bei 1 bis 5 mm; als Werkstoff für
den Blendenkörper
hat sich insbesondere Molybdän
als zweckmäßig erwiesen,
es ist jedoch auch möglich,
Wolfram bzw. einen Wolframhaltigen Werkstoff oder hochschmelzende
Keramikwerkstoffe wie z.B. Aluminiumnitrid als Material für den Blendenkörper 109 einzusetzen;
bei elektrisch isolierenden Keramikwerkstoffen werden diese mit einer
hochtemperaturbeständigen
elektrisch leitenden Beschichtung aus z.B. Nickel, Wolfram, Molybdän versehen.
Ein Betrieb gemäß 2b ermöglicht praktisch eine Vervielfachung
der Strahldichte, da sich die aus den Plasmabereichen entlang der
optischen Achse 105 abgegebenen Strahlungen keinesfalls
gegenseitig behindern, sondern eine starke Erhöhung der Strahldichte zur Folge
haben. Auch bei dieser Ausführungsform
ist die Zündung
in zwei Schritten möglich:
Schritt
1: Zündung
zwischen Kathode 104 und Blendenkörper 109, wobei der
Blendenkörper 109 zunächst als
Hilfs-Anode dient.
Schritt 2: Zündung zwischen Kathode 104 und
Anode 103, wobei der Blendenkörper 109 in diesem
Schritt ein freies Potential aufweist.
-
In 2d ist
ein Querschnitt entlang der Linie AB dargestellt, wobei erkennbar
ist, dass Anode 103 von Achse 105 der Lichtaustrittsrichtung
geschnitten wird; die Kathode 104 ist dagegen in einem seitlichen
Bereich angeordnet, um einen freien Strahlenaustritt entlang der
Achse 105 zu ermöglichen.
Im normalen Betrieb befindet sich in der Öffnung 113 des Blendenkörpers 109 ein
Plasmabereich, der schematisch in 2b eingetragen
ist; zur Abschirmung von Kathodenemittermaterialien ist gemäß 2d zwischen Kathode 104 und
Strahlenachse 105 ein blendenartiges Gehäusefenster 132 vorgesehen.
-
Gemäß 2d ist das Gehäuse 102 gegenüber dem
Blendenkörper 109 elektrisch
isoliert.
-
Gemäß
2e erfolgt die Stromversorgung ähnlich wie
bei der eingangs genannten
DE
39 08 553 C1 der Kathode
104 über einen mit Stromzuleitung
122 im
Sockel
123 verbundenen Kontaktbolzen
124, wobei
die andere Seite über
einen Bügel
125 mit einer
ebenfalls in den Sockel führenden
Leitung
126 verbunden ist, so dass sich ein geschlossener
Heizkreis für
die Kathode bildet. Die nach außen
führenden
Kontakte für
die Leitungen
122,
126 sowie die zur Anode und
zum Gehäuse
102 führenden
Anschlusskontakte sind mit den Bezugsziffern
127,
128 bezeichnet.