DE19729219A1 - Hochdruckentladungslampe mit gekühlter Elektrode - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe mit gekühlter Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Quecksilber-Hochdruckentladungslampen hoher Leistung, aber auch um andere Metalldampflampen, insbesondere Metallhalogenid­ lampen sowie um Edelgas-Hochdruckentladungslampen, insbesondere Xe­ non-Hochdrucklampen.

Stand der Technik

Aus der US-A 3 636 401 ist bereits eine Hochdruckentladungslampe mit flüssigkeitsgekühlter Elektrode bekannt, bei der der Elektrodenschaft ein Rohr ist, in dem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Ein Innenrohr mit kleinem Durchmesser, in dem die Kühlflüssigkeit zur Spitze der Elektrode hin trans­ portiert wird, ist von einem Außenrohr mit größerem Durchmesser konzen­ trisch umgeben, in dem die Kühlflüssigkeit wieder zurückströmt.

Schon früh wurde erkannt, daß für die Anwendung flüssigkeitsgekühlter Elektroden insbesondere bei Metalldampflampen (Quecksilber- Hochdruckentladungslampen), evtl. auch bei Metallhalogenidlampen und Edelgas-Hochdrucklampen, ein sorgfältiges Design der Elektrode notwen­ dig ist, damit die Temperatur am Elektrodenkopf nicht zu hoch wird. Bei metallhaltigen Lampen darf andererseits die Temperatur am Elektroden­ schaft nicht zu niedrig werden (wegen der Kondensationsgefahr). In der US- A 3 412 275 ist eine Elektrode beschrieben, bei der am Schaft die Wandung des Außenrohrs so dünn ist, daß durch den Lampenstrom, der über das als Elektrodenschaft wirkende Außenrohr fließt, eine zusätzliche Widerstand­ serwärmung auftritt. Zusätzlich ist das das Kühlwasser zuführende Schaf­ trohr von innen mit einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit ausgeklei­ det (Keramik- Quarz). Auf diese Weise wird der Elektrodenkopf gekühlt und andererseits der Kühleffekt im Schaftbereich der Elektrode so einge­ schränkt, daß keine unerwünschte Kondensation von Quecksilber stattfinden kann. Die Elektroden sind durch eine Übergangsgläsereinschmelzung mit Kovar-Bechern abgedichtet, wobei die Einschmelzung eine Verengung zur Zentrierung des Elektrodenschafts aufweist, die aber den dahinterliegenden Einschmelzbereich nicht vakuumdicht abdichtet. Ein Teil der Füllung dif­ fundiert somit in den Bereich der Übergangsgläsereinschmelzung. Nachtei­ lig ist der hohe Energieverbrauch durch die Widerstandsheizung und die geringe Temperaturbelastbarkeit einer derartigen Einschmelzung. Weiterhin besteht die Gefahr der Bildung von Rissen und Spalten im Bereich der Ein­ schmelzung, so daß Kühlwasser mit heißen Stellen in Berührung kommen kann und zum Sieden kommt.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslam­ pe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die sehr lei­ stungsfähig ist und einen hohen Strahlungsfluß ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängi­ gen Ansprüchen.

Die vorliegende Erfindung ist im Prinzip für Edelgas- Hochdruckentladungslampen anwendbar, insbesondere aber vor allem für quecksilberhaltige Lampen geeignet. Besonders vorteilhaft läßt sich die vor­ liegende Erfindung auf Lampen mit kurzem Elektrodenabstand (wenige Millimeter bis zu einem Zentimeter) anwenden (sog. Kurzbogenlampen). Quecksilber-Kurzbogenlampen sind in ihrer Leistungsdichte eingeschränkt, weil das Schmelzen und Verdampfen des Elektrodenmaterials der maximal erreichbaren Leistungsdichte im Entladungsbogen eine Grenze setzt. Beson­ ders wichtig ist die vorliegende Erfindung für Gleichstrom-Lampen, da hier die Anode besonders stark (deutlich stärker als die Kathode) aufgeheizt wird. Sie ist aber auch bei Wechselstromlampen verwendbar.

Die gleichzeitige Forderung nach einem hohen Strahlungsfluß und kleinen spektralen Linienbreiten der Quecksilberlinien (insbesondere i-Linie bei 365 nm) ist nur mit einer hohen Stromdichte im Entladungsbogen zu erfüllen. Durch die Eintrittsarbeit der Elektronen an der Anode wird diese dabei be­ sonders stark aufgeheizt.

Durch die Flüssigkeitskühlung der Elektroden können wesentlich leistungs­ fähigere Lampen realisiert werden (bis zu mehr als 10 000 W) als bei Ver­ wendung herkömmlicher Elektroden, deren Kühlung auf Abstrahlung und Konvektion basiert.

Bei Quecksilberhochdrucklampen ist besonders zu berücksichtigen, daß die Temperatur an keinem Punkt im Innern des Entladungsgefäßes unter der Kondensationstemperatur des Quecksilbers liegen darf. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch eine besonders gute thermische Isolie­ rung der Zufuhr und Rückfuhr des Kühlmittels gelöst.

Dies wird dadurch erreicht, daß das Kühlrohrsystem, bestehend aus Zu- und Rücklaufrohr, mit Hilfe eines äußeren Hüllrohrs isoliert wird. Zwischen Hüllrohr und Kühlrohrsystem befindet sich ein Zwischenraum, der evaku­ iert ist oder mit einem thermisch isolierenden Medium ausgefüllt ist.

Diese Lösung ist im Vergleich zur US-A 3 412 275 einfacher, billiger und ef­ fektiver. Denn statt einer hochtemperaturbeständigen wasserdichten Innen­ auskleidung wird jetzt ein äußeres Hüllrohr verwendet, das einfacher her­ zustellen und zu verarbeiten ist. Diese Lösung zeigt eine bessere Isolations­ wirkung. Außerdem ist keine Widerstandsheizung (durch den Lampen­ strom verursacht) notwendig, da die Isolation durch das Hüllrohr so effektiv ist, daß sie alleine ausreicht um eine Kondensation der Füllung (Quecksilber) zuverlässig zu verhindern. Eine Mindesttemperatur von etwa 300°C für die Oberfläche aller Teile im Lampeninneren ist daher sichergestellt, auch wenn sich im Elektrodenschaft ein Kühlrohrsystem mit wesentlich kälteren Kühlmitteln (eine typische Temperatur ist 20-40°C) befindet. Maximal kann die Temperatur des Kühlmittels etwa 120°C betragen, da darüber Berstge­ fahr besteht. Unter 20°C besteht die Gefahr der Kondensation von Luft­ feuchtigkeit. Bei Xenon-Lampen ist ein Betrieb mit frostschutzhaltigem Was­ ser als Kühlmittel bis herab zu -40°C möglich.

Im einzelnen besitzt die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe ein Entladungsgefäß und zwei darin angeordnete Elektroden. Die Elektroden bestehen jeweils aus einem Schaft und einem Kopf, wobei der Schaft jeweils in einem Endbereich des Entladungsgefäßes vakuumdicht abgedichtet ist. Mindestens eine Elektrode (insbesondere bei Gleichstromlampen die Anode) ist gekühlt, indem ihr Schaft ein Rohrsystem enthält, in dem eine Flüssigkeit oder ein Gas zirkuliert. Dieses Schaftrohr ist von einem zusätzlichen Hüll­ rohr beabstandet umgeben, wobei der Zwischenraum zwischen Hüllrohr und Schaftrohr mit einem Mittel zur thermischen Isolierung ausgestattet ist.

Vorteilhaft ist das Mittel zur thermischen Isolierung Vakuum oder ein Me­ dium mit niedrigem Wärmeleitungsvermögen, insbesondere eine geeignete Gasfüllung, beispielsweise Argon oder Stickstoff. Zusätzlich oder alternativ kann ein den konvektiven Wärmetransport verminderndes Medium wie Mi­ neralwolle oder Keramikfilz in den Zwischenraum des Hüllrohrs einge­ bracht sein.

Das Hüllrohr selbst besteht vorteilhaft aus Molybdän, da dieses Material wegen seines hohen Scbmelzpunkts gut mit Quarzglas verarbeitet werden kann und außerdem eine hohe Resistenz gegenüber möglicherweise aggres­ siven und korrosiven Füllungsbestandteilen (Natriumdampf, Metallhaloge­ nid) besitzt. Aber auch andere Materialien wie zum Beispiel Niob, Kupfer (evtl. beschichtet), Tantal oder Nickel oder deren Legierungen sind ver­ wendbar. Der besondere Vorteil von Molybdän ist jedoch, daß es keine Verbindung (Amalgam) mit Quecksilber eingeht.

In einer Ausführungsform besteht das Hüllrohr zumindest überwiegend aus Hartglas oder Quarzglas. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllrohr teilweise durch den Endbereich des Entladungsgefäßes gebildet. Vorteilhaft erfolgt die Verbindung zwischen dem Hüllrohr und dem Schaft dann durch eine Molybdänkappen- oder Übergangsgläserein­ schmelzung. Das Prinzip einer Einschmelzung mit Molybdänkappen ist bei­ spielsweise aus der US-A 3 685 475 und DE-OS 22 36 973 bekannt. Die Technik mit Kovar-Bechern und übergangsgläsern ist beispielsweise in der US-A 3 636 401 beschrieben.

In einer zweiten Ausführungsform besteht das Hüllrohr aus Metall. Dabei ist das Hüllrohr bevorzugt als äußeres Teil des Schafts ausgeführt.

Eine höhere Lebensdauer und Betriebssicherheit der Molybdänkappenein­ schmelzung bei erhöhten Betriebstemperaturen wird vorteilhaft durch eine zweite Dichtung (Molybdänkappeneinscbmelzung/O-Ring-Dichtung/Ver­ klebung) erzielt, die die erste Dichtung entlastet. Die zweite Dichtung ver­ hindert, daß Sauerstoff aus der Luft an die Rückseite der Metallteile der er­ sten, relativ heißen Dichtung gelangt. Dazu wird zwischen erster und zwei­ ter Dichtung Vakuum oder Schutzgas (Argon, Stickstoff) eingebracht.

Zusätzlich kann dadurch eine Druckentlastung der ersten Dichtung bewirkt werden, daß sich zwischen den beiden Dichtungen Gas mit einem Druck zwischen dem im Entladungsgefäß und dem Atmosphärendruck befindet. Dies gilt vornehmlich für Xenonhochdrucklampen, die einen besonders ho­ hen Druck im Entladungsgefäß aufweisen.

Ein besonderer Vorteil der Verwendung der vorliegende Erfindung bei Xe­ non-Hochdruckentladungslampen ist, daß durch die Molybdänkappenein­ schmelzung unerwünschte Totvolumina vermieden werden. Diese würden zu einer erhöhten Bogenunruhe führen. Darüber hinaus erlaubt die neue Technik eine Absenkung des Fülldrucks, wodurch die Zündwilligkeit der Lampe erhöht wird. Schließlich gibt es nur eine Lötstelle, nämlich zwischen Anodenkopf und Molybdänkappe, die völlig vakuumdicht sein muß. Das Hüllrohr aus Glas schützt dann die vakuumtechnische Integrität des Lam­ penkolbens vor mikroskopischen Undichtigkeiten des Kühlrohrsystems.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für gekühlte hochwattige Quecksilber- Hochdruckentladungslampen ist die Photolithographie, insbesondere für die Belichtung von Wafern (siehe DE-OS 35 27 855). Die Strahlung muß dabei in einem möglichst punktförmigen Volumen erzeugt werden, entsprechend einem sehr kurzen Entladungsbogen (Kurzbogenlampe). Nur dann kann das dabei notwendige optische System die Strahlung optimal nutzen. Eine Erhö­ hung der Bestrahlungsstärke und damit eine Verkürzung der Belichtungs­ zeit des Wafers kann somit nur über eine Steigerung der Strahlungsdichte im Entladungsbogen der Lampe erfolgen, entsprechend einer Leistungssteige­ rung. Diese Steigerung führt jedoch ohne Kühlung schnell dazu, daß das Material an der Oberfläche der Elektrode schmilzt und verdampft. Davon besonders betroffen ist die Anode.

Als Medium für die Kühlung wird normalerweise Wasser verwendet. Dane­ ben ist aber auch Öl, insbesondere Silikonöl oder das aus Wärmetauschern bekannte Öl (beispielsweise Farolin), oder Gas (Inertgas wie Argon oder Stickstoff) geeignet. Öl hat den Vorteil, nicht korrosiv zu sein und außerdem nicht zu verkalken. Schließlich kann mit Öl eine Betriebstemperatur von bis zu etwa 200°C realisiert werden.

Gase besitzen zwar eine geringe Wärmekapazität pro Volumen, doch erlau­ ben sie Betriebstemperaturen, die sich bei Wasser aufgrund des hohen Dampfdrucks verbieten. Die zulässige Temperaturerhöhung des Kühlmittels ist im Fall der Verwendung von Gasen nicht mehr wie bei einer Flüssigkeit durch Erreichen des Siedepunkts begrenzt.

Normalerweise wird eine koaxiale Anordnung der Kühlflüssigkeitsrohre gewählt, wobei das Zuflußrohr innen und das Rückflußrohr außen (als ein das Zuflußrohr umgebender Mantel) angeordnet ist. Statt einer koaxialen Anordnung können aber auch für den Zu- und Rücklauf zwei Rohre glei­ chen Durchmessers in einem Hüllrohr nebeneinanderliegend angeordnet sein oder ein einziges Rohr mit axialer Trennwand.

Ein geeigneter Leistungsbereich für Quecksilberhochdrucklampen ist zwi­ schen 3000 und 10 000 Watt. Dabei werden Ströme über 100 A erzielt (beispielsweise bis zu 300 A). Bei Xenonhochdrucklampen liegen bevorzugte Leistungsbereiche zwischen 5000 und 30 000 Watt. Typische Betriebstempera­ turen liegen zwischen 250 und 600°C. Die Obergrenze ist etwa 900°C. Sie ist durch die Temperaturfestigkeit der Molybdänkappen gegeben.

Bei sorgfältiger Isolation kann die Temperatur des cold spot im Lampenin­ neren auf über 600°C gesteigert werden. Dies erlaubt die Verwendung von Halogeniden und somit den Bau hochwattiger Metallhalogenidlampen.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anode für eine Quecksilber-Kurzbogenlampe,

Fig. 2 eine Kathode für eine Quecksilber-Kurzbogenlampe,

Fig. 3 eine Quecksilber-Kurzbogenlampe,

Fig. 4 die Anode der Lampe aus Fig. 3 im Detail,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anode im Detail,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anode im Detail,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anode im Detail.

Beschreibung der Zeichnungen

Eine mit Gleichstrom betriebene Quecksilber-Kurzbogenlampe enthält eine Anode 3 (Fig. 1) und eine Kathode 4 (Fig. 2), die einander gegenüberlie­ gend angeordnet sind. Beide Elektroden 3, 4 bestehen aus einem der Entla­ dung zugewandten Kopf 5 aus Wolfram (oder einem anderen wärmebe­ ständigen (Sinter-)Material wie Molybdän, Niob oder Tantal) und einem daran angesetzten Schaft 6. Der Kopf beider Elektroden besteht jeweils aus einem Grundkörper 19a, b und einer darin eingesetzten Spitze 5a, b. Der Schaft 6 der Elektroden heizt sich normalerweise im Lampenbetrieb auf, und zwar durch die Erwärmung des Elektrodenmaterials selbst, der heißen Fül­ lung und der Strahlung.

Beide Elektroden 3, 4 sind wassergekühlt. Zu diesem Zweck ist der Schaft 6 jeweils als Kühlrohrsystem ausgebildet. Ein innen liegendes axiales Rohr dient als Zuflußrohr 7 eines Kühlmittels. Es ist von einem koaxialen Rohr mit größerem Durchmesser umgeben, das als Rückflußrohr 8 dient, indem es einen koaxialen Ringspalt um das Zuflußrohr erzeugt. Das Zuflußrohr 7 ist entladungsseitig zum Rückflußrohr 8 hin offen. Das Kühlmittel 11 wird an der Rückwand 21 des Grundkörpers zum Rückflußrohr 8 hin umgelenkt. Auf diese Weise kann eine Flüssigkeit 11 (Wasser) im Schaft jeder Elektrode zirkulieren.

Das Rückflußrohr 8 ist von einem Hüllrohr 9 beabstandet umgeben. Die Verbindung der Schaftrohre 7, 8, 9 mit dem Grundkörper 19 der Elektroden erfolgt durch Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Hochtempe­ raturlöten (beispielsweise Platin). Das Hüllrohr 9 ist aus Molybdän gefertigt. Es ist Bestandteil des Schaftes 6 und legt dessen Außendurchmesser fest. Die Wandstärke der drei Rohre ist jeweils ca. 1 mm. Der Außendurchmesser des Zuflußrohrs 7 (aus Edelstahl) ist ca. 6 mm, der des Rückflußrohrs 8 (aus Molybdän) ist ca. 10 mm und der des Hüllrohrs 9 ist ca. 14 mm.

Im Zwischenraum 10 zwischen Hüllrohr 9 und Rückflußrohr 8 befindet sich etwa 700 mb Argon. Aber auch der Einsatz von Vakuum ist möglich. Die Länge des Hüllrohrs ist ca. 80 mm. Das Wasser 11 zirkuliert mit einer Ge­ schwindigkeit von etwa 1 bis 5 l/min im Zu- und Rückflußrohr 7, 8.

Bei der Kathode 4 (Fig. 2) trägt der gekühlte Grundkörper 19b die eigentli­ che Spitze 5b und ist mit ihr in innigem thermischen Kontakt. Der ganze Kopf wird also gekühlt.

Der Grundkörper 19a der Anode (Fig. 1) ist durch einen querlaufenden Spalt 19c, der einen Hohlraum innerhalb des Anodenkopfs 5 bildet, von der Spitze 5a thermisch getrennt. Dieser Spalt behindert in Achsnähe den Wär­ mefluß von der Spitze 5a zum Grundkörper 19a und verlagert ihn mehr an die Peripherie. Die Oberfläche der Anode wird dadurch heißer. Der Ansatz­ punkt des Hüllrohrs 9 am Grundkörper 19a erhält daher eine höhere Tempe­ ratur und das Hüllrohr 9 wird durch Wärmeleitung heißer. Der Spalt 19c kann notwendig sein um die Temperatur des Hüllrohr über 300°C anzuhe­ ben. Durch die: Länge des Spalts 19c läßt sich die Temperatur regeln.

Die Temperaturverteilung der Kathode besitzt ein Maximum an der Spitze 5b und ein Minimum im Bereich der Rückwand 21 des Grundkörpers, die an das Kühlmittel grenzt. Dazwischen fällt die Temperatur stetig ab. Die Tem­ peratur des "cold spot" der Lampe, also des kältesten Punkts, der der Lam­ penfüllung zugänglich ist, kann dadurch verändert werden, daß das Hüll­ rohr 9 in unterschiedlicher Höhe an dem Grundkörper ansetzt. Der Abstand des Ansatzpunktes 9A des Hüllrohrs von der eigentlichen Spitze der Katho­ de sei mit x bezeichnet, die Restlänge bis zur Rückwand mit y (siehe Fig. 2). Mit wachsendem Abstand x des Ansatzpunktes des Hüllrohrs von der Spitze und mit wachsendem Verhältnis x/y (vgl. Fig. 2) sinkt die Tempera­ tur des cold spot. Die Summe x+y ist die Gesamtlänge des Kopfs 5. Diese Betrachtung gilt natürlich gleichermaßen für die Anode.

In Fig. 3 ist eine mit Gleichstrom betriebene Quecksilber-Kurzbogenlampe mit einer Leistung von 6000 W dargestellt. Sie besteht aus einem Entla­ dungsgefäß 1 aus Quarzglas, deren zwei Endbereiche als Einschmelzungen 2, 22 ausgeführt sind. Im Entladungsgefäß sind, ähnlich wie oben beschrie­ ben, eine Anode 3 und eine Kathode 4 einander gegenüberliegend angeord­ net. Beide Elektroden 3, 4 bestehen aus einem der Entladung zugewandten Kopf 5 aus Wolfram (oder einem anderen wärmebeständigen Material) und einem daran angesetzten Schaft 6. In den Endbereichen 2, 22 sind die Schäfte der Anode 3 und der Kathode 4 vakuumdicht abgedichtet.

Das Hüllrohr 9 der Kathode ist mit einer Molybdänfolie 12 umwickelt. Die Molybdänfolie 12 verhindert, daß sich das Quarzglas des Endbereichs mit dem Molybdänrohr verbindet. Der unterschiedliche thermische Ausdeh­ nungskoeffizient beider Materialien würde sonst zu Sprüngen im Quarzglas führen. Zur vakuumdichten Abdichtung sitzt entladungsseitig eine topfartig geformte Molybdänkappe 13 so am Schaft 6, daß ihr offenes Ende 14 mit dem Endbereich 2 vakuumdicht verschmolzen ist. Das Bodenteil 15 der Kappe 13 ist mit dem Hüllrohr 9 verlötet.

Abgesehen von dem Spalt 19c und dem abgestumpften Kopf 5 ist die Anode 3 ähnlich aufgebaut wie die Kathode 4. Der Durchmesser des Anodenkopfs 5 ist jedoch deutlich größer als der des Schafts 6'. Dieser umfaßt nur das Kühl­ rohrsystem, aber kein integriertes Hüllrohr. Das Kühlrohrsystem besteht aus den Zuleitungsrohr 17 und dem Rückflußrohr 18.

Um die Anode im Entladungsgefäß aus Quarzglas vakuumdicht abzudich­ ten ist eine doppelte Molybdänkappeneinschmelzung verwendet. Dabei ist jede Molybdänkappe 23a, b vakuumdicht mit dem Rückflußrohr 18 verlötet.

Das Hüllrohr 16 der Anode 3 ist separat gebildet. Es besteht zu einem we­ sentlichen Teil aus dem die Anode beabstandet umgebenden kreiszylindri­ schen Endbereich 22 des Entladungsgefäßes. Die endständigen Teile des Hüllrohrs sind durch die Seitenwände der Molybdänkappen gebildet. Der Schaft 6 der Anode wird lediglich aus dem koaxialen Zu- und Rückflußrohr 17, 18 gebildet. Die Wandstärke der beiden Rohre 17, 18 ist jeweils 1 mm, die des Endbereichs 22 ist ca. 5 mm. Der Außendurchmesser des Zuflußrohrs 17 ist 6 mm, der des Rückflußrohrs 18 ist 10 mm. Der Außendurchmesser des Endbereichs 22 ist 28 mm.

Im Zwischenraum 20 zwischen Endbereich 22 und Rückflußrohr 18 befindet sich Vakuum. Die Länge des Endbereich 22 ist ca. 90 mm. Wasser 11 zirku­ liert mit einer Geschwindigkeit von ca. 5 l/min im Zu- und Rückflußrohr 17, 18.

Die vakuumdichte Abdichtung der Anode 3 wird dadurch vermittelt, daß zwei topfartig geformte Molybdänkappen 23 eine Verbindung zwischen Endbereich 22 und Anode 3 herstellen. Die erste, entladungsnahe Kappe 23a ist mit ihrem Bodenteil 24 direkt hinter dem Grundkörper 19 der Anode an dessen Rückwand 41 angebracht. Dabei ist ihr offenes Ende 25 in den End­ bereich 22 eingeschmolzen. Das Bodenteil 24 der Kappe ist mit der Rück­ wand 41 mittels eines an sich bekannten Metallots (Silber-Kupfer-Palladium) verbunden.

Die zweite, entladungsferne Kappe 23b ist mit ihrem Bodenteil 24 außerhalb des Entladungsgefäßes am Rückflußrohr 18 verlötet und ragt mit ihrem frei­ en Ende 25 in das äußere Ende des Endbereichs 22 hinein. Das freie Ende ist dort eingeschmolzen. Somit bilden die beiden Kappen 23a und 23b zusam­ men mit dem Endbereich 22 des Entladungsgefäßes das Hüllrohr 16 für die Anode 3. Die Seitenwand 26 der Kappen 23 ist also jeweils ein endenständi­ ger Teil des Hüllrohrs. Der Zwischenraum zum Rückflußrohr 18 hin ist eva­ kuiert.

Diese Anordnung ist in Fig. 4 nochmals im Detail vor dem Einschmelzen im Gefäßende gezeigt. Die Kontur der Rückwand 21 der Anodenspitze ist so geformt, daß sie Seitenwände 21a für das Hüllrohr und Umlenkbögen 21b für den Zu- und Rückfluß bildet. Die Molybdänkappe ist zunächst in eine kurzes Quarzglasrohr 22' eingeschmolzen, das später mit dem Endbereich des Entladungsgefäßes verschmolzen wird.

Das Hüllrohr nimmt im Lampenbetrieb eine derart hohe Temperatur an, daß die Kondensation des Quecksilbers auf dem Hüllrohr bzw. dessen im Entla­ dungsgefäß befindlichen Teilen (hier hauptsächlich die Seitenwand 26 der entladungsnahen Molybdänkappe) vermieden wird.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anode 3 gezeigt. Im Unterschied zu Fig. 4 ist das Hüllrohr 30 als metallischer äußerer Teil des Schafts 6 der Elektrode ausgebildet. Die entladungsnahe Kappe 23a, die ebenso wie das Quarzglasrohr 31 hier nicht Teil des Hüllrohrs ist, ist nicht an der Spitze der Anode, sondern ähnlich wie bei der entladungsfernen Kappe 23b (Fig. 3) am Hüllrohr 30 verlötet. Damit läßt sich die Länge des Hüllrohrs beeinflussen bzw. verkürzen. Diese Anordnung für die Anode entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau dem aus Fig. 1.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Anode (Fig. 6) übernimmt der Grundkörper 38 der Anode teilweise die Funktion des weiter hinten an­ setzenden Hüllrohrs 37. Das Rohrsystem ragt tief in den Grundkörper 38 hinein. Der vorderste Teil des Hüllrohrs 37 fehlt und ist durch eine entspre­ chend ausgebildete Seitenwand 39 des Grundkörpers gebildet.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lampe im Ausschnitt gezeigt. Dabei ist das Elektrodensystem erst in den Endbereich 22' einge­ führt, aber noch nicht damit verschmolzen. Der Unterschied zu Fig. 3 be­ steht darin, daß das entladungsseitige Ende der drei Rohre 17, 18, 30 nicht direkt an der Spitze 5 der Anode endet, sondern daß ein separates Deckelteil 35 aus massivem Molybdän für die Strömungsumlenkung im Innern der Anodenspitze 5 angebracht ist. Es verbindet Zu- und Rückflußrohre 17, 18 mittels eines Umlenkbogens 34 an seiner Rückseite. Das Deckelteil 35 ist mit dem einteiligen Anodenkopf durch ein Metallot 40 thermisch verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kathode (nicht gezeigt) eine konventio­ nelle Kathode ohne Flüssigkeitskühlung. Mit dieser Ausführungsform konnte bei einer 6500 W Quecksilber-Kurzbogenlampe mit einem Elektro­ denabstand von 4,5 mm bei konstanter Leistung in der i-Linie des Quecksil­ bers (365 nm) von etwa 120 W ein hoher Stromfluß von etwa 260 A zugelas­ sen werden.

Fig. 7 zeigt, daß zur Herstellung der Lampe zunächst ein Elektrodensy­ stem, bestehend aus der Anode 3 und den Molybdänkappen 23 einschließ­ lich zweier kurzer Quarzglasrohre 36 in den Endbereich 22' eingeführt wird. Die Quarzglasrohre 36 sind vom Hüllrohr durch eine Molybdänfolie 12 ge­ trennt. Erst dann wird der Endbereich 22' mit den Quarzglasrohren 36 ver­ schmolzen, so daß ein verdickter Endbereich 22 wie in Fig. 3 entsteht.

Claims (13)

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß (1) und zwei darin angeordneten Elektroden (3, 4), wobei jede Elektrode aus einem Schaft (6) und einem Kopf (5) besteht, wobei der Schaft jeweils in einem Endbereich des Entladungsgefäßes vakuumdicht ab gedichtet ist, und wobei mindestens eine Elektrode gekühlt ist, indem ihr Schaft ein Kühlrohrsystem enthält, in dem ein Kühlmittel (11) zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Kühlrohrsystem von einem zusätzlichen Hüllrohr (9, 16) beabstandet umgeben ist, wobei der Zwischenraum (10, 20) zwischen Hüllrohr und Kühlrohrsystem mit einem Mittel zur thermischen Isolierung ausgestattet ist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlrohrsystem alleine den Schaft der Elektrode bildet.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hüllrohr Bestandteil des Schaftes ist.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mittel zur thermischen Isolierung Vakuum oder ein Medi­ um mit niedrigem Wärmeleitungsvermögen ist, insbesondere eine ge­ eignete Inertgasfüllung.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hüllrohr (9, 16) aus Hartglas oder Quarzglas besteht.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hüllrohr (16) zumindest teilweise durch den Endbereich (22) des Entladungsgefäßes gebildet ist.

7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbindung zwischen dem Hüllrohr und dem Schaft durch Molybdänkappen (23) oder durch eine Übergangsgläserein­ schmelzung erfolgt.

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hüllrohr (30) aus Metall besteht.

9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hüllrohr (30) als Teil des Schafts ausgeführt ist.

10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lampe mit Gleichstrom betrieben ist.

11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hüllrohr das Schaftrohr zumindest über die Länge des Endbereichs umgibt.

12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlmittel eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.

13. Elektrode für eine Hochdruckentladungslampe, wobei die Elektrode aus einem Schaft (6) und einem Kopf (5) besteht, wobei der Schaft ein Kühlrohrsystem enthält, in dem ein Kühlmittel zirkulieren kann, da­ durch gekennzeichnet, daß dieses Kühlrohrsystem von einem zusätzli­ chen Hüllrohr (9) beabstandet umgeben ist, wobei der Zwischenraum (10, 20) zwischen Hüllrohr und Kühlrohrsystem mit einem Mittel zur thermischen Isolierung ausgestattet ist.