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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einer
Hochdruckentladungslampe mit gekühlter
Elektrode sowie der Elektrode selbst gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und
13. Es handelt sich dabei insbesondere um Quecksilber-Hochdruckentladungslampen
hoher Leistung, aber auch um andere Metalldampflampen, insbesondere
Metallhalogenidlampen sowie um Edelgas-Hochdruckentladungslampen, insbesondere
Xenon-Hochdrucklampen.
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Stand der Technik
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Aus der
US 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 transportiert wird, ist von einem Außenrohr
mit größerem Durchmesser
konzentrisch umgeben, in dem die Kühlflüssigkeit wieder zurückströmt.
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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 notwendig ist, damit die Temperatur am Elektrodenkopf
nicht zu hoch wird. Bei metall haltigen Lampen darf andererseits
die Temperatur am Elektrodenschaft nicht zu niedrig werden (wegen
der Kondensationsgefahr). In der
US 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
Widerstandserwärmung
auftritt. Zusätzlich
ist das das Kühlwasser
zuführende
Schaftrohr von innen mit ei= nem Material geringer Wärmeleitfähigkeit ausgekleidet
(Keramik, Quarz). Auf diese Weise wird der Elektrodenkopf gekühlt und
andererseits der Kühleffekt
im Schaftbereich der Elektrode so eingeschränkt, 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 diffundiert
somit in den Bereich der Übergangsgläsereinschmelzung.
Nachteilig 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 Einschmelzung, so daß Kühlwasser mit heißen Stellen
in Berührung
kommen kann und zum Sieden kommt.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Hochdruckentladungslampe bzw. eine Elektrode gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und
13 bereitzustellen, die sehr leistungsfähig ist und einen hohen Strahlungsfluß ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 13 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die vorliegende Erfindung ist im
Prinzip für Edelgas-Hochdruckentladungslampen
anwendbar, insbesondere aber vor allem für quecksilberhaltige Lampen
geeignet. Besonders vorteilhaft läßt sich die vorliegende 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. Besonders 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.
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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 besonders stark aufgeheizt.
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Durch die Flüssigkeitskühlung der Elektroden können wesentlich
leistungsfähigere
Lampen realisiert werden (bis zu mehr als 10000 W) als bei Verwendung
herkömmlicher
Elektroden, deren Kühlung
auf Abstrahlung und Konvektion basiert.
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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 Isolierung
der Zufuhr und Rückfuhr
des Kühlmittels
gelöst.
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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 evakuiert ist oder mit einem
thermisch isolierenden Medium ausgefüllt ist.
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Diese Lösung ist im Vergleich zur
US 3 412 275 einfacher,
billiger und effektiver. Denn statt einer hochtemperaturbeständigen wasserdichten
Innenauskleidung wird jetzt ein äußeres Hüllrohr verwendet,
das einfacher herzustellen und zu verarbeiten ist. Diese Lösung zeigt
eine bessere Isolationswirkung. Außerdem ist keine Widerstandsheizung
(durch den Lampenstrom 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
Berstgefahr besteht. Unter 20 °C
besteht die Gefahr der Kondensation von Luftfeuchtigkeit. Bei Xenon-Lampen
ist ein Betrieb mit frostschutzhaltigem Wasser als Kühlmittel
bis herab zu –40 °C möglich.
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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.
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Vorteilhaft ist das Mittel zur thermischen
Isolierung Vakuum oder ein Medium mit niedrigem Wärmeleitungsvermögen, insbesondere
eine geeignete Gasfüllung,
beispielsweise Argon oder Stickstoff. Zusätzlich oder alternativ kann
ein den konvektiven Wärmetransport
verminderndes Medium wie Mineralwolle oder Keramikfilz in den Zwischenraum
des Hüllrohrs
eingebracht sein.
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Das Hüllrohr selbst besteht vorteilhaft
aus einem Metall wie Molybdän,
da dieses Material wegen seines hohen Schmelzpunkts gut mit Quarzglas
verarbeitet werden kann und außerdem
eine hohe Resistenz gegenüber
möglicherweise
aggressiven und korrosiven Füllungsbestandteilen
(Natriumdampf, Metallhalogenid) besitzt. Aber auch andere Materialien
wie zum Beispiel Niob, Kupfer (evtl. beschichtet), Tantal oder Nickel
oder deren Legierungen sind verwendbar. Der besondere Vorteil von
Molybdän
ist jedoch, daß es
keine Verbndung (Amalgam) mit Quecksilber eingeht.
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In einer alternativen 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 VerUindung zwischen dem Hüllrohr und
dem Schaft dann durch eine Molybdänkappen- oder Übergangsgläsereinschmelzung.
Das Prinzip einer Einschmelzung mit Molybdänkappen ist beispielsweise
aus der
US 3 685 475 und
DE-OS 2 236 973 bekannt.
Die Technik mit Kovar-Bechern und Übergangsgläsern ist beispielsweise in
der
US 3 636 401 beschrieben.
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In einer zweiten Ausführungsform
besteht das Hüllrohr
aus Metall. Dabei ist das Hüllrohr
bevorzugt als äußeres Teil
des Schafts ausgeführt.
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Eine höhere Lebensdauer und Betriebssicherheit
der Molybdänkappeneinschmelzung
bei erhöhten
Betriebstemperaturen wird vorteilhaft durch eine zweite Dichtung
(Molybdänkappeneinschmelzung/O-Ring-Dichtung/Verklebung)
erzielt, die die erste Dichtung entlastet. Die zweite Dichtung verhindert,
daß Sauerstoff
aus der Luft an die Rückseite
der Metallteile der ersten, relativ heißen Dichtung gelangt. Dazu
wird zwischen erster und zweiter Dichtung Vakuum oder Schutzgas
(Argon, Stickstoff) eingebracht.
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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 hohen Druck im Entladungsgefäß aufweisen.
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Ein besonderer Vorteil der Verwendung
der vorliegenden Erfindung bei Xenon-Hochdruckentladungslampen ist,
daß durch
die Molybdänkappeneinschmelzung
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 Lampenkolbens vor mikroskopischen
Undichtigkeiten des Kühlrohrsystems.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet
für gekühlte hochwattige
Quecksilber-Hochdruckentladungslampen
ist die Photolithographie, insbesondere für die Belichtung von Wafern
(siehe
DE 35 27 855 A1 ).
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 Erhöhung
der Bestrahlungsstärke
und damit eine Verkürzung
der Belichtungszeit des Wafers kann somit nur über eine Steigerung der Strahlungsdichte
im Entladungsbogen der Lampe erfolgen, entsprechend einer Leistungssteigerung.
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.
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Als Medium für die Kühlung wird normalerweise Wasser
verwendet. Daneben 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.
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Gase besitzen zwar eine geringe Wärmekapazität pro Volumen,
doch erlauben 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.
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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 gleichen Durchmessers in einem Hüllrohr nebeneinanderliegend
angeordnet sein oder ein einziges Rohr mit axialer Trennwand.
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Ein, geeigneter Leistungsbereich
für Quecksilberhochdrucklampen
ist zwischen 3000 und 10000 Watt. Dabei werden Ströme über 100
A erzielt (beispielsweise bis zu 300 A). Bei Xenonhochdrucklampen
liegen bevorzugte Leistungsbereiche zwischen 5000 und 30000 Watt.
Typische Betriebstempera turen liegen zwischen 250 und 600 °C. Die Obergrenze ist
etwa 900 °C.
Sie ist durch die Temperaturfestigkeit der Molybdänkappen
gegeben.
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Bei sorgfältiger Isolation kann die Temperatur
des cold spot im Lampeninneren auf über 600 °C gesteigert werden. Dies erlaubt
die Verwendung von Halogeniden und somit den Bau hochwattiger Metallhalogenidlampen.
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Figuren
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Im folgenden soll die Erfindung anhand
mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Es
zeigen:
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1 eine
Anode für
eine Quecksilber-Kurzbogenlampe,
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2 eine
Kathode für
eine Quecksilber-Kurzbogenlampe,
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3 eine
Quecksilber-Kurzbogenlampe,
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4 die
Anode der Lampe aus 3 im Detail,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Anode im Detail,
-
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Anode im Detail, und
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Anode im Detail.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Eine mit Gleichstrom betriebene Quecksilber-Kurzbogenlampe
enthält
eine Anode 3 (1) und
eine Kathode 4 (2),
die einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Beide Elektroden 3,4 bestehen
aus einem der Entladung zugewandten Kopf 5 aus Wolfram
(oder einem anderen wärmebeständigen (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 Füllung und der Strahlung..
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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.
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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, Laserschweigen oder Hochtemperaturlöten (beispielsweise
Platin). Das Hüllrolrr 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.
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Im Zwischenraum 10 zwischen
Hüllrohr 9 und
Rückflußrohr 8 befindet
sich etwa 700 mbar Argon. Aber auch der Einsatz von Vakuum ist möglich. Die
Länge des
Hüllrohrs
ist ca. 80 mm. Das Wasser 11 zirkuliert mit einer Geschwindigkeit
von etwa 1 bis 5l/min im Zu- und Rückflußrohr 7,8.
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Bei der Kathode 4 (2) trägt der gekühlte Grundkörper 19b die eigentliche
Spitze 5b und ist mit ihr in innigem thermischen Kontakt.
Der ganze Kopf wird also gekühlt.
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Der Grundkörper 19a der Anode
(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 Wärmefluß von der Spitze 5a zum
Grundkörper 19a und
verlagert ihn mehr an die Peripherie. Die Oberfläche der Anode wird dadurch heißer. Der
Ansatzpunkt des Hüllrohrs 9 am
Grundkörper 19a erhält daher
eine höhere
Temperatur und das Hüllrohr 9 wird
durch Wärmeleitung
heißer.
Der Spalt 19c kann notwendig sein, um die Temperatur des
Hüllrohrs
auf über
300 °C anzuheben.
Durch die Länge
des Spalts 19c läßt sich
die Temperatur regeln.
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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 Temperatur des „cold spot" der Lampe, also
des kältesten
Punkts, der der Lampenfüllung
zugänglich
ist, kann dadurch verändert
werden, daß das
Hüllrohr 9 in
unterschiedlicher Höhe
an dem Grundkörper
ansetzt. Der Abstand des Ansatzpunktes 9a des Hüllrohrs
von der eigentlichen Spitze der Kathode sei mit x bezeichnet, die
Restlänge
bis zur Rückwand
mit y (siehe 2). Mit
wachsendem Abstand x des Ansatzpunktes des Hüllrohrs von der Spitze und
mit wachsendem Verhältnis
x/y (vgl. 2) sinkt die
Temperatur des cold spot. Die Summe x+y ist die Gesamtlänge des
Kopfs 5. Diese Betrachtung gilt natürlich gleichermaßen für die Anode.
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In 3 ist
eine mit Gleichstrom betriebene Quecksilber-Kurzbogenlampe mit,
einer Leistung von 6000 W dargestellt. Sie besteht aus einem Entladungsgefäß 1 aus
Quarzglas, deren zwei Endbereiche als Einschmelzungen 2,22 ausgeführt sind.
Im Entladungsgefäß sind, ähnlich wie
oben beschrieben, eine Anode 3 und eine Kathode 4 einander
gegenüberliegend
angeordnet. Beide Elektroden 3,4 bestehen aus
einem der Entladung zugewandten Kopf 5a bzw. 5b aus
Wolfram (oder einem anderen wärmebeständigen Mate rial)
und einem daran angesetzten Schaft 6 bzw. 6'.
In den Endbereichen 2,22 sind die Schäfte der
Anode 3 und der Kathode 4 vakuumdicht abgedichtet.
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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
Ausdehnungskoeffizient 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.
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Abgesehen von dem Spalt 19c (siehe 1) und dem abgestumpften
Kopf 5a 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 Külhrohrsystem,
aber kein integriertes Hüllrohr.
Das Kühlrohrsystem
besteht aus dem Zuleitungsrohr 17 und dem Rückflußrohr 18.
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Um die Anode im Entladungsgefäß aus Quarzglas
vakuumdicht abzudichten ist eine doppelte Molybdänkappeneinschmelzung verwendet.
Dabei ist jede Molybdänkappe 23a
,b vakuumdicht
mit dem Rückflußrohr 18 verlötet.
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Das Hüllrohr 16 der Anode 3 ist
separat gebildet. Es besteht zu einem wesentlichen Teil aus dem
die Anode beabstandet umgebenden kreiszylindrischen 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 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.
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Im Zwischenraum 20 zwischen
Endbereich 22 und Rückflußrohr 18 befindet
sich Vakuum. Die Länge
des Endbereichs 22 ist ca. 90 mm. Wasser 11 zirkuliert
mit einer Geschwindigkeit von ca. 5 l/min im Zu- und Rückflußrohr 17,18.
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Die vakuumdichte Abdichtung der Anode 3 wird
dadurch vermittelt, daß zwei
topfartig geformte Molybdänkappen 23a und 23b 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 Endbereich 22 eingeschmolzen.
Das Bodenteil 24 der Kappe ist mit der Rückwand 41 mittels
eines an sich bekannten Metalllots (Silber-Kupfer-Palladium) verbunden.
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Die zweite, entladungsferne Kappe 23b ist mit
ihrem Bodenteil 24 außerhalb
des Entladungsgefäßes am Rückflußrohr 18 verlötet und
ragt mit ihrem freien Ende 25 in das äußere Ende des Endbereichs 22 hinein.
Das freie Ende ist dort eingeschmolzen. Somit bilden die beiden
Kappen 23a und 23b zusammen mit dem Endbereich 22 des
Entladungsgefäßes das
Hüllrohr 16 für die Anode 3.
Die Seitenwand 26 der Kappen 23 ist also jeweils
ein endenständiger
Teil des Hüllrohrs.
Der Zwischenraum zum Rückflußrohr 18 hin
ist evakuiert.
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Diese Anordnung ist in 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 ein kurzes Quarzglasrohr 22' eingeschmolzen, das später mit dem
Endbereich des Entladungsgefäßes verschmolzen
wird.
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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.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Anode 3 gezeigt. Im Unterschied zu 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 (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 1.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
einer Anode (6) übernimmt
der Grundkörper 38 der Anode
teilweise die Funktion des weiter hinten ansetzenden Hüllrohrs 37.
Das Rohrsystem ragt tief in den Grundkörper 38 hinein. Der
vorderste Teil des Hüllrohrs 37 fehlt
und ist durch eine entsprechend ausgebildete Seitenwand 39 des
Grundkörpers
gebildet.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Lampe im Ausschnitt gezeigt. Dabei ist das Elektrodensystem erst
in den Endbereich 22' eingeführt, aber noch nicht damit
verschmolzen. Der Unterschied zu 3 besteht
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 konventionelle Kathode ohne
Flüssigkeitskühlung. Mit
dieser Ausführungsform
konnte bei einer 6500 W Quecksilber-Kurzbogenlampe mit einem Elektrodenabstand
von 4,5 mm bei konstanter Leistung in der i-Linie des Quecksilbers
(365 nm) von etwa 120 W ein hoher Stromfluß von etwa 260 A zugelassen
werden.
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7 zeigt,
daß zur
Herstellung der Lampe zunächst
ein Elektrodensystem, bestehend aus der Anode 3 und den
Molybdänkappen 23 einschließlich zweier
kurzer Quarzglasrohre 36 in den Endbereich 22' eingeführt wird.
Die Quarzglasrohre 36 sind vom Hüllrohr durch eine Molybdänfolie 12 getrennt.
Erst dann wird der Endbereich 22' mit den Quarzglasrohren 36 verschmolzen,
so daß ein
verdickter Endbereich 22 wie in 3 entsteht.