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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Hohlkathodenlampen,
und insbesondere eine verbesserte Hohlkathodenlampe, welche die
Ablagerung verspritzter Gettermetalle auf dem Fuß und den Kathodenleitungen
der Lampe einschränkt.
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Für Hohlkathodenlampen
sind verschiedene Konstruktionen bekannt. Hohlkathodenlampen, die unter
extremen Bedingungen eingesetzt werden, sind häufig so ausgelegt, dass zwei
Kathodenleitungen und zwei Anodenleitungen elektrische Energie von
der Stromversorgung, durch den Glasfuß der Lampe zur Kathode und
Anode im Inneren der Lampe befördern.
Es ist bekannt, dass Hohlkathodenlampen, die über längere Zeiträume arbeiten müssen, und
von denen ein Spektrum mit hoher Qualität gefordert wird (also z. B.
Spektren-Kalibrierungslampen für
Satelliteninstrumente) einen Getter aufweisen sollten, um gasförmige Verunreinigungen
abzufangen, nachdem die Lampe abgedichtet wurde. Bekanntlich kann
ein Getter die nutzbare Lebensdauer der Lampe dadurch verlängern, daß sichergestellt wird,
daß die
Spektren der Lampe nicht durch Wasserstoff, Sauerstoff oder Wasserdampf
beeinträchtigt werden,
die aus den internen Bauteilen ausdiffundieren. Der Getter, der
aus einem reaktiven Metall wie beispielsweise Barium besteht, wird
erhitzt, bis das Metall im Inneren der Lampe verdampft oder verspritzt,
wodurch irgendwelche unerwünschten
Gase an einem Ort eingefahren werden, von dem aus sie die Spektren
nicht beeinflussen können.
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Die
EP 0 360 927 A1 beschreibt
ebenfalls eine Hochvakuumlampe sowie dafür angewandte Gettermittel.
Beim Stand der Technik bildet ein gewisser Anteil des verdampften
oder verspritzten Gettermetalls einen Film auf den Kathodenleitungen.
Dieser Kontakt erzeugt ein negatives Potential in dem Getterfilm.
Dies führt
zu dem unerwünschten
Ergebnis, daß die
elektrische Entladung der Lampe zwischen der Anode und dem Getterfilm
auftreten kann, statt zwischen der Anode und der Kathode. Der Getterfilm
arbeitet daher als Anode. Da es erforderlich ist, daß das Kathodenmetall
statt des Gettermetalls die ausgesandten Spektren erzeugt, führt eine
zwischen der Anode und dem Gettermetallfilm auftretende Entladung
dazu, daß die
Lampe nutzlos wird. Daher wäre
es nützlich,
eine Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung zur Verfügung zu
stellen, welche die Ablagerung des Gettermetalls auf den Kathodenleitungen
und dem Fuß einschränkt, um
zu verhindern, daß das
Gettermetall ein negatives Potential erlangt und daher den ordnungsgemäßen Betrieb
der Lampe stört.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wie nachstehend noch genauer erläutert wird, eine verbesserte
Hohlkathodenlampe (15) zur Verfügung gestellt, die einen Fuß (23)
aufweist, eine Kathodenleitung (18), die durch den Fuß hindurchgeht,
und einen Getter (26). Die Verbesserung umfaßt eine
Spritzabschirmung (28), die zwischen dem Getter und dem Fuß angeordnet
ist, wodurch die Spritzabschirmung die Ablagerung von Gettermetall
auf dem Fuß einschränkt, wenn
der Getter verspritzt wird.
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Die
Spritzabschirmung kann als kreisringförmige Scheibe ausgebildet sein
und aus Nickel bestehen. Die Spritzabschirmung kann einen Evakuierungskanal
(46) umfassen.
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Die
Spritzabschirmung kann auch so ausgebildet sein, daß sie während des
Spritzens auf etwa 1000°C
erhitzt wird, um auf herkömmliche
Weise das Gettermetall abzustoßen,
wenn der Getter verspritzt wird.
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Der
allgemeine Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der
Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung,
welche die Ablagerung von Gettermetall auf dem Fuß und den
Kathodenleitungen der Lampe beschränkt, wenn der Getter verspritzt
wird.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten
Hohlkathodenlampe, welche verhindert, daß das Gettermetall ein negatives
Potential annimmt.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten
Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung, welche die unbeschränkte Evakuierung
des Kolbens gestattet, wenn die Lampe abgedichtet wird.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten
Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung, welche hohe Pumpgeschwindigkeiten
während
der Evakuierung gestattet.
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Diese
und weitere Ziele und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeipiels
anhand der Zeichnungen noch deutlicher. Es zeigen:
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1 eine
Ansicht, teilweise als Vertikalschnitt, der verbesserten Hohlkathodenlampe;
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2 eine
Ansicht der rechten Seite, teilweise im Vertikal schnitt, der in 1 dargestellten,
verbesserten Hohlkathodenlampe;
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3 eine
Perspektivansicht der Spritzabschirmung;
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4a eine
Teilansicht des unteren Randendabschnitts einer Hohlkathodenlampe,
die im Stand der Technik bekannt ist, wobei die Vektoren in Bezug auf
das Verspritzen von Gettermetall beim Stand der Technik dargestellt
sind;
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4b eine
Teilansicht, welche das Bodenrandende der verbesserten Hohlkathodenlampe zeigt,
und die Vektoren beim Verspritzen von Gettermetall angibt; und
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5 eine
Horizontalschnittansicht der in 4b dargestellten
Hohlkathodenlampe entlang der Linie 5-5 von 4b.
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Zunächst wird
darauf hingewiesen, daß gleiche
Bezugszeichen dazu dienen sollen, gleiche Bauteile, Abschnitte oder
Oberflächen
konsistent in den verschiedenen Figuren zu bezeichnen, wobei derartige
Bauteile, Abschnitte oder Oberflächen
in dem gesamten Beschreibungstext weiter erläutert werden können, von
welchem diese detaillierte Beschreibung einen wesentlichen Teil
bildet.
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In
der folgenden Beschreibung betreffen die Begriffe ”horizontal”, ”vertikal”, ”links”, ”rechts”, ”oben” und ”unten”, sowie
entsprechende Adjektive und Adverbien (beispielsweise ”horizontal”, ”nach rechts”, ”nach oben” usw.)
einfach die Orientierung der dargestellten Anordnung, wenn die jeweilige Zeichnungsfigur
dem Betrachter gegenüberliegt.
Auf entsprechende Weise betreffen die Begriffe ”innen” und ”außen” allgemein die Orientierung
einer Oberfläche
in Bezug auf ihre Längs-
oder Drehachse, je nach Fall.
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Wie
nunmehr insbesondere aus den 1 und 2 hervorgeht,
stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Hohlkathodenlampe
zur Verfügung,
wobei die jeweils bevorzugte Ausführungsform allgemein mit dem
Bezugszeichen 15 bezeichnet ist. Die Lampe 15 ist
so dargestellt, daß sie
allgemein eine Kathode 16 aufweist, eine Anode 20,
einen Getter 26, eine Spritzabschirmung 28, einen
Glasfuß 23 und
einen Glaskolben 24. Die Kathode 16, die Anode 20,
der Getter 26, die Spritzabschirmung 28, der Fuß 23 und
der Kolben 24 sind kreisringförmige Teile, mit der gemeinsamen
Vertikalachse x-x. Der Fuß 23 ist
eine kreisringförmige
Glasscheibe. Der Kolben 24 ist ein zylindrisches Teil,
welches an seinem Bodenrandende entlang dem Außendurchmesser des Fußes 23 am
Fuß 23 befestigt
ist.
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Vier
elektrische Leitungen 18, 19, 21 und 22 transportieren
elektrische Energie von einer (nicht dargestellten) Stromversorgung
zur Kathode 16 und zur Anode 20. Zwei gegenüberliegende
Anodenleitungen 21, 22 liefern elektrische Energie
an die Anode 20, und zwei gegenüberliegende Kathodenleitungen 18, 19 liefern
elektrische Energie an die Kathode 16. Wie aus den 1, 2 und 5 hervorgeht, gehen
die Anodenleitungen 21, 22 und die Kathodenleitungen 18, 19 durch
den Fuß 23 in
gleichen Radialentfernungen von der Achse x-x hindurch. Die Leitungen 18, 19, 21, 22 sind
metallische Leiter mit kreisringförmigen Querschnitten. Die Kathodenleitungen 18, 19 verlaufen
durch den Fuß 23 nach oben,
parallel zur Achse x-x, zu axialen Positionen unmittelbar unterhalb
der Kathode 16.
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Wie
aus den 1 und 2 hervorgeht,
ist die Kathode 16 ein massives zylindrisches Teil, welches
in Längsrichtung
entlang der Achse x-x verläuft. Die
Kathode 16 ist am Zentrum ihrer nach unten weisenden, kreisringförmigen Oberfläche an einer
Halterungsstange 28 befestigt, die wiederum durch Verbindungen
zum oberen Kathodenstreifen 35 und zum unteren Kathodenstreifen 36 gehaltert
wird. Die Streifen 35, 36 sind rechteckige Querstangen,
die zwischen den Kathodenleitungen 18, 19 und
senkrecht zur Achse x-x verlaufen. Die Halterungsstange 38 ist am
Streifen 36 an ihrem unteren Randende und am Streifen 35 in
der Nähe
von ihrem oberen Randende angebracht.
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Die
Anode 20 ist ein zylindrisches, ringförmiges Teil, dessen Außendurchmesser
mit den oberen Randenden gegenüberliegender
Anodenleitungen 21, 22 verbunden ist. Die Anodenleitungen 21, 22 verlaufen
parallel zur Achse x-x und durch den Fuß 23 nach oben, zu
Axialpositionen, die höher
liegen als die oberen Enden der Kathodenleitungen 18, 19. Daher
ist die Anode 20 oberhalb der Kathode 16 angeordnet.
Der Innendurchmesser der Anode 20 ist größer als
der Außendurchmesser
der Kathode 16.
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Vier
kreisringförmige
Glimmer-Halterungsscheiben, von denen einige mit 33 bezeichnet
sind, sind um die Kathode 16 herum angeordnet. Die Scheiben 33 sind
länglich
entlang der Achse x-X und stellen ringförmige Teile dar. Der Außendurchmesser jeder
Halterungsscheibe 33 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser
des Kolbens 24. Der Innendurchmesser jeder Halterungsscheibe 33 ist
etwas größer als
der Außendurchmesser
der Kathode 16. Anodenleitungen 21, 22 gehen
durch zwei gegenüberliegende,
kreisringförmige
Löcher
in jeder Halterungsscheibe 33 hindurch. Die Halterungsscheiben 33 sind
in gleichmäßigem Abstand
angeordnet, wobei die untere Scheibe in der Nähe des unteren Randendes der Kathode 16 angeordnet
ist, und die obere Scheibe etwas höher angeordnet ist als die
obere Oberfläche der
Kathode 16. Vier Keramikmuffen, von denen einige mit 34 bezeichnet
sind, isolieren die Anodenleitungen 20, und sorgen für einen
Abstand zwischen den einzelnen Halterungsscheiben 33 sowie
zwischen der oberen Halterungsscheibe und der Anode 20.
Die Halterungsscheiben 33 dienen dazu, den Innenaufbau
der Hohlkathodenlampe 15 beizubehalten.
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Ein
Bariumgetter 26 wird dazu eingesetzt, unerwünschte Gase
einzufangen, nachdem die Lampe abgedichtet wurde. Wie in 2 gezeigt,
ist der Getter 26 ein zylindrisches, ringförmiges Teil,
welches in Längsrichtung
entlang der Achse x-x verläuft und
einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner ist als die Querentfernung zwischen den Kathodenleitungen 18 und 19.
Der Getter 26 ist nach unten gerichtet und an der Unterseite
des unteren Streifens 36 angebracht. Aus dem Stand der
Technik ist bekannt, daß ein
Bariumgetter die nutzbare Lebensdauer der Lampe verlängern und
sicherstellen kann, daß das von
der Lampe ausgesandte Spektrum nicht durch Wasserstoffspektrallinien
gestört
wird. Sauerstoff oder Wasserdampf kann aus den internen Bauteilen ausdiffundieren,
nachdem die Lampe evakuiert und abgedichtet wurde. Der Getter 26 wird
durch Kopplung mit einem Radiofrequenzfeld erhitzt, bis das Metall
verdampft und sich auf der Innenseite der Lampe niederschlägt. Bei
den bevorzugten Ausführungsformen
kann z. B der Bariumgetter eingesetzt werden, der von Toshiba Amerika,
Electronics Components, mit der Adresse 290 Donald Lynch Blvd.,
Marlborough, MA 01752 unter der Teil nummer N-1350M(6) hergestellt
wird. Wie in den 4a, 4b gezeigt, ist
der Getter 26 gerichtet angeordnet, und zwar so, daß er nach
unten verspritzt wird, wie dies durch Vektoren 29 angedeutet
ist. Bei Konstruktionen nach dem Stand der Technik, wie in 4a gezeigt,
wird das Bariummetall verspritzt und bildet einen Film auf dem unteren
Innenabschnitt des Kolbens 24 und dem Inneren des Fußes 23.
Allerdings führt
eine derartige Konstruktion häufig
dazu, daß das
verspritzte Barium einen elektrischen Kontakt mit den Kathodenleitungen
hervorruft, wodurch wiederum in dem Barium ein negatives Potential
erzeugt wird. Diese unerwünschte
elektrische Verbindung tritt hauptsächlich an den Kathodenauslässen 25 und 27 auf,
an denen die Kathodenleitungen 18, 19 durch den
Fuß 23 und
in das Innere der Lampe hineingehen.
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Wie
in den 1 und 4b gezeigt, weist das verbesserte
Gerät eine
Spritzabschirmung 28 auf, um die Ablagerung des Bariumgettermetalls
auf dem Fuß 23 und
den Auslässen 27, 27 einzuschränken. Wie
in 3 gezeigt, ist die Spritzabschirmung 28 eine
kreisförmige
Scheibe, die sich entlang der Achse x-x erstreckt und durch eine
nach oben weisende, kreisringförmige,
horizontale Oberfläche 39, einen
nach unten gerichtete, kreisringförmige, horizontale Oberfläche (nicht
dargestellt), eine nach außen
gerichtete, zylindrische Vertikaloberfläche 41 und nach innen
weisende, rechteckige, vertikale, ebene Oberflächen 42, 43, 44 und 45 begrenzt
wird. Die Oberflächen 42, 43, 44 und 45 bilden
einen rechteckigen Evakuierungskanal 46 aus. Der Evakuierungskanal 46 gestattet
ein ungehindertes Evakuieren des Kolbens. Wie in 3 gezeigt,
weist die Spritzabschirmung 28 zusätzlich zum Evakuierungskanal 46 zwei
koaxiale Kathodenleitungsdurchgangsbohrungen auf, die mit 47 bezeichnet
sind, sowie zwei koaxiale Anodenleitungsdurchgangsbohrungen, die
mit 48 bezeichnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Spritzabschirmung 28 aus Nickel, und weist
eine Dicke von annähernd
0,2 mm auf.
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Darüber hinaus
kann die Spritzabschirmung 28 auf 1000 oe erhitzt werden,
bevor der Getter verspritzt wird. Im erhitzten Zustand stellt die
Spritzabschirmung 28 nicht nur eine materielle Abschirmung für die Ba riumgetterionen
dar, sondern auch eine Abschirmung in thermodynamischer Hinsicht.
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Wenn
der Getter 26 verspritzt wird, neigt das verdampfte Barium
dazu, sich zu Bereichen mit niedriger Temperatur zu bewegen, und
weg von der erhitzten Spritzabschirmung 28, wodurch der
Kontakt von Barium unterhalb der Spritzabschirmung 28 und auf
dem Fuß 23 und
den Kathodenauslässen 25, 27 eingeschränkt wird.
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Wie
in 4b gezeigt ist, weist der Fuß 23 Glasvorsprünge auf,
von denen einige mit 50 bezeichnet sind, und zwar an den
Kathodenauslässen 25, 27 sowie
den Anodenauslässen 29.
Die Kathodenleitungen 18, 19 und die Anodenleitungen 21, 22 sind
mit dem Glasfuß 23 an
ihren Berührungsoberflächen chemisch
verbunden. Die Glasvorsprünge 50 sorgen
für eine
zusätzliche
Oberfläche,
um eine luftdichte, chemische Verbindung zwischen den Leitungen
und dem mit diesen in Berührung
stehenden Glasfuß zu
erleichtern. Vier Keramikmuffen, von denen einige mit 51 bezeichnet
sind, isolieren die Leitungen 18, 19, 21, 22 beim
Austritt aus dem Fuß 23. Die
Muffen 51 dienen darüber
hinaus zur Halterung der Spritzabschirmung 28. Wie aus 1 hervorgeht,
sitzt die Spritzabschirmung 28 auf der nach oben weisenden,
kreisringförmigen
Horizontaloberfläche
der zylindrischen Muffen 51 auf. Um zusätzliche Stabilität zur Verfügung zu
stellen, kann ein Kleber zwischen der Spritzabschirmung 28 und
den nach oben weisenden, kreisringförmigen, vertikalen Oberflächen der
Muffen 51 verwendet werden. Die Spritzabschirmung 28 wird
darüber
hinaus durch Anodenmuffen 31 an ihrem Ort gehalten, welche
die Anodenleitungen 21, 22 zwischen der Oberseite
der Spritzabschirmung 28 und der untersten Halterungsscheibe 33 isolieren.
Kathodenmuffen 32 isolieren die Kathodenleitungen 18, 19 zwischen
der Oberseite der Spritzabschirmung 28 und einer axialen
Position unmittelbar oberhalb des Getters 26.
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5 ist
eine Schnittansicht der in 4b dargestellten
Hohlkathodenlampe entlang der Linie 5-5 von 4b. 5 zeigt
die gegenüberliegende, koaxiale
Orientierung der Kathodenleitungen 18, 19 und
der Anodenleitungen 21, 22. Diese Orientierung sorgt
dafür,
daß die
Hohlkathodenlampe 15 mechanisch stabil aufgebaut ist. Weiterhin
zeigt 5 die Muffen 31 und 32, den
Getter 26, die Spritzabschirmung 28, den rechteckigen
Evakuierungskanal 46 und die axiale Durchgangsbohrung 53.
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Wie
in 4b gezeigt, erstreckt sich ein Auslaßrohr 52 vom
Fuß 21 aus
nach unten. Das Rohr 52 ist ein zylindrisches Glasteil.
Eine axiale Durchgangsbohrung 53 ist durch den Fuß 21 geschnitten, und
weist einen Durchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser des
Rohrs 52 ist. Nach dem Evakuieren des Kolbens 24 wird
das Rohr 52 abgeschmolzen, um eine kegelstumpfförmige Dichtung
der axialen Fußdurchgangsbohrung 53 auszubilden.
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Wie
in 4b gezeigt ist, begrenzt die Spritzabschirmung 28 die
Ablagerung von Bariummetall auf dem Fuß 23 und den Kathodenauslässen 25 und 27.
Da das Barium, wenn es verspritzt wird, nicht in Kontakt mit den
Kathodenleitungen gelangt, wird es nicht aufgeladen, nimmt kein
negatives Potential an, und wirkt nicht als Kathode, wenn in der Lampe
eine Entladung brennt. Daher werden die gewünschten Spektren während der
Entladung der Hohlkathodenlampe 15 emittiert.
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Bei
der vorliegenden Erfindung können
zahlreiche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden. Die speziellen Materialien,
aus denen die verschiedenen Teile und Bauteile bestehen, sind nicht
kritisch, und können
leicht abgeändert
werden. Die Form und die Abmessungen der Bauteile, einschließlich der
Spritzabschirmung, können
ebenfalls leicht geändert
werden.