DE2614149A1 - Bogenlampe - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

DR. CAM)I, RkINLaMDER
DIPL-ING. KL/.U3 BERNHARD. ^

, D - 8 MÖNCHEN ώθ ί, ΑρΠί 1975

OKTHSTRASSE12

Vl P 423 D

VARIAN Associates
Palo Alto, CaI. USA

Bogenlampe

Priorität: 7. April 1975 - USA - Ser. No. 565 893

Zus ammenfa s sung

Die Fähigkeit einer gasgefüllten Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode, Wärme übergehen zu lassen, wird optimiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die bewegbare Elektrode die Anode, die koaxial zur Kathode und im Abstand von dieser an der Basis der Lampe montiert ist. Ein Niederspannungszünden der Lampe wird durch eine Zylinderspuleneinrichtung erreicht, mit der die Anode kurz in Kontakt mit der Kathode gebracht wird und dann die Anode aus der Berührung mit der Kathode zurückgezogen wird, so daß eine elektrische Potentialdifferenz sich

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zwischen der Kathode und der Anode entwickelt, die ausreicht, das Gas im dazwischen gebildeten Spalt zu ionisieren. Der auf diese Weise erzeugte Bogen im Spalt folgt der sich zurückziehenden Anode zu ihrer Position, in der sie vollen Abstand von der Kathode hat. Ein Wärmeabfuhrelement ist innerhalb des gasgefüllten Kolbens an der Basis der Lampe angeordnet, und ein Metallkragen ist an der bewegbaren Anode befestigt und umgibt diese. Der Kragen sorgt für einen thermisch leitenden Kontakt mit dem Wärmeableitelement, wenn sich die Anode in ihrer Position in vollem Abstand von der Kathode befindet. Die Wärmeimpedanz durch den Kragen zum Wärmeableitelement ist kleiner als die Wärmeimpedanz über irgendeinen anderen Weg von der Anode.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Bogenlampen mit bewegbaren Elektroden. Insbesondere wird die Fähigkeit einer solchen Bogenlampe, Wärme zu übertragen, optimiert.

Bogenlampen mit bewegbaren Elektroden, die in der Lage sind, von einer einzigen Stromversorgung mit niedriger Spannung gezündet und betrieben zu werden, sind bereits bekannt (DOS 2 408 127).

In einer Bogenlampe werden nur etwa 14 % bis 16 % der der Lampe zugeführten elektrischen Energie in sichtbares Licht umgewandelt. Der Rest wird in Wärme umgewandelt, die von der Lampe entfernt werden muß, um eine Zerstörung der Lampenbestandteile zu verhindern. Je wirksamer die Fähigkeit der Lampe ist, Wärme zu übertragen, umso größer ist die zu erwartende Betriebslebensdauer der Lampe.

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Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung wird die Fähigkeit einer Bogenlampe mit zwei Elektroden, Wärme zu übertragen, optimiert, wobei eine Elektrode stationär ist und die andere gegenüber der stationären Elektrode bewegbar ist. Die beiden Elektroden sind in einen gasgefüllten Kolben in der Weise montiert, daß während des Betriebs der Lampe die Elektroden einen Abstand voneinander haben, so daß der im Spalt gebildete Bogen im Brennpunkt eines Reflektors oder in dessen Nähe liegt. Der Reflektor konvergiert das Licht vom Bogen in einen Strahl, der durch ein optisches Fenster aus dem Kolben herausgeschickt wird. Für maximalen optischen Wirkungsgrad sollte der hellste Punkt des Bogens, praktisch etwa die Spitze der Kathode, präzise mit Bezug auf den Brennpunkt des Reflektors positioniert sein. Um Änderungen in der präzisen Positionierung der Kathodenspitze mit Bezug auf den Brennpunkt des Reflaktors durch Wärmezyklen der Lampe während des Betriebes zu minimieren, ist es vorteilhaft, daß die Kathode stationär montiert wird und die Anode relativ zur stationären Kathode bewegbar ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Kathode und die Anode koaxial angeordnet. Eine Niederspannungszündung der Lampe wird durch eine Zylinderspuleneinrichtung erreicht, mit der die Anode in Kontakt mit der Kathode bewegt wird und dann zurückgezogen wird, so daß sich zwischen den Elektroden eine elektrische Potentialdifferenz entwickelt. Diese Potentialdifferenz reicht aus, das Gas im Spalt zwischen den Elektroden zu ionisieren, wodurch ein Bogen erzeugt wird. Wenn die Anode aus der Berührung mit der Kathode zurückgezogen wird, folgt der Bogen der Anode.

Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung ist ein relativ massives Wärmeableitelement an der Basis der Lampe innerhalb des gasgefüllten Kolbens vorgesehen, und ein metallner Kragen

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ist an der bewegbaren Elektrode befestigt und umgibt diese. Dieser Kragen \ireist eine angepaßte Oberfläche auf, die einen thermisch leitenden Kontakt mit dem Wärmeableitelement bewirkt, wenn die bewegbare Elektrode sich in ihrer Position befindet, in der sie vollen Abstand von der stationären Elektrode hat. Der Kragen ist an der bewegbaren Elektrode in der Weise befestigt, daß die thermische Impedanz des Wärmeübergangsweges von der bewegbaren Elektrode durch den Kragen zum Wärmeableitelement kleiner ist als die thermische Impedanz irgendeines Wärmeübergangsweges von der bewegbaren Elektrode. Es wurde festgestellt, daß in einer Bogenlampe die Anode deutlich heißer arbeitet, typischerweise etwa 50 % heißer, und zwar durch die Elektronenbombardierung der Anode. Vom Standpunkt des Wärmeübergangs ist es deshalb vorteilhaft, die Anode bewegbar zu machen statt die Kathode, weil von der Anode mehr Wärme abgeführt werden muß als von der Kathode. Im allgemeinen wird deshalb der Wärmeübergangskragen nach der Erfindung an der Anode befestigt. In einem speziellen Falle, wo z.B. Überlegungen hinsichtlich der optischen Konstruktion eine Bevorzugung einer rückwärts montierten bewegbaren Kathode diktieren, könnte der Wärmeübergangskragen nach der Erfindung auch an der Kathode befestigt sein.

Die Funktion des Wärmeübergangskragens nach der Erfindung ist es, einen Wärmeübergangsweg mit kleiner thermischer Impedanz zu schaffen. Der Kragen würde also typischerweise aus Kupfer hergestellt v/erden. Da Kupfer ein leicht kaltverformbares Metall ist, könnte eine Folge von Stoßen des Kragens gegen das Wärmeableitelement während des BenützungsZyklus der Lampe eine Verbiegung des Kragens mit sich bringen. Um den Kragen steifer zu machen und damit weniger einer Biegung durch wiederholte Kontakte mit dem Wärmeableitelement zu unterwerfen, ist es vorteilhaft, eine Lage Kovar-Legierung auf der Vorderseite des Kragens vorzusehen (d.h., auf der Oberfläche, die sich nicht in Kontakt mit dem Wärmeableiteleinent befindet).

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Durch die Erfindung soll also die Fähigkeit einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode, Wärme zu übertragen, optimiert werden.

Insbesondere soll durch die Erfindung der Wärmeübergang von einer bewegbaren Elektrode in einer Bogenlampe zu einem Wärmeabfuhrmedium erleichtert werden, das außerhalb der Lampe angeordnet ist..

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, einen wärmeleitenden Weg von einer bewegbaren Elektrode in einer Bogenlampe zu einem externen Wärmeableitmedium über ein stationäres Wärmeableitelement zu schaffen, das eine Wärmeübergangsfläche innerhalb der Lampe aufweist, und einen Metallkragen, der an der bewegbaren Elektrode befestigt ist, wobei dieser Kragen eine Wärmeübergangsfläche aufweist, die an die Wärmeübergangsfläche des Wärmeableitelementes während des Lampenbetriebes angepaßt ist.

Weiter soll durch die Erfindung eine Bogenlampe für Niederspannungszündung verfügbar gemacht werden, die aus einer stationären Kathode/,—einer bewegbaren Anode, einer Zylinderspuleneinrichtung zum Bewegen der Anode in Kontakt mit der Kathode und anschließendes Zurückziehen der Anode aus dem Kontakt mit der Kathode zur Erzeugung eines Bogens im sich dazwischen ergebenden Spalt, ein relativ massives Wärraeableitelement und ein Metallkragen, der an der bewegbaren Anode in der Weise befestigt ist, daß ein thermischer leitender Kontakt zwischen dem Kragen und dem Wärmeableitelement verfügbar gemacht wird, wenn die Anode in ihre Position zurückgezogen ist, in der sie vollen Abstand von der stationären Kathode hat.

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Ferner soll durch die Erfindung ein Wärmeübergangsweg von einer bewegbaren Elektrode in einer Bogenlampe über einen Metallkragen verfügbar gemacht werden, der an der bewegbaren Elektrode befestigt ist, und zwar zu einem Wärmeabführmedium, das außerhalb der Lampe angeordnet ist, wobei dieser Wärmeübergangsweg eine niedrigere thermische Impedanz hat als irgendein anderer Wärmeübergangsv/eg von der bewegbaren Elektrode.

Weiter soll durch die Erfindung ein strukturell verstärkter Wärmeübergangskragen verfügbar gemacht werden, der an der bewegbaren Bogenlampenelektrode befestigt ist, so daß der Wärmeübergangskragen einen Wäraeleitweg niedriger Impedanz von der bewegbaren Elektrode zu einem Wärmeableitelement verfügbar macht, während er strukturell gegen mechanische Verbiegung oder Verformung widerstandsfähig ist, trotz wiederholten Stößen auf das Wärmeableitelement.

Insbesondere soll durch die Erfindung ein kupferner Wärmeübergangskragen auf einer bewegbaren Bogenlampenelektrode verfügbar gemacht werden, der strukturell durch eine Lage Kovar-Legierung verstärkt ist, die auf einer anderen Fläche des Kragens als der leitenden Wärmeübergangsflache angeordnet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnungj es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Bogenlampe nach der Erfindung, wobei die bewegbare Elektrode in der Position mit vollem Abstand von der stationären Elektrode dargestellt ist;

Fig. 2 einen Teilschnitt der Bogenlampe nach Fig. 1,

wobei die bewegbare Elektrode mit der stationären Elektrode in Berührung stehtj

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Fig. 3 einen Teilschnitt einer anderen Ausführungsform des Wärmeübergangskragens entsprechend der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Wärmeübergangskragens gemäß Fig. 3; und

Fig. 5 noch eine andere Ausführungsform des Wärmeübergangskragens gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Bogenlampe 10 besteht aus einem gasgefüllten, hermetisch abgedichteten Kolben, der typischerweise Xenongas enthält. Eine längliche, metallne Kathode 11 ist fest innerhalb des Kolbens montiert, so daß die Kathodenspitze 12 eine feste Position mit Bezug auf eine reflektierende Fläche 13 einhält, die auf einem keramischen Isolierelement 14 gebildet ist. Das Isolierelement 14 dient dazu, die Kathode 11 elektrisch gegen eine Anode 15 zu isolieren, wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen die Kathode und die Anode angelegt wird.

In einer Bogenlampe ist der hellste Fleck des Bogens in unmittelbarer Nähe der Kathodenspitze lokalisiert. Um den optischen Wirkungsgrad zu maximieren, ist es deshalb vorteilhaft, die reflektierende Fläche 13 als quadratische Fläche auszulegen und die Spitze 12 der Elektrode 11 in einer festen Brennpunktposition mit Bezug auf die Oberfläche 13 zu lokalisieren. Typischerweise ist die Fläche 13 ellipsoidisch und die Kathodenspitze 12 im wesentlichen an einem der Brennpunkte des Ellipsoides lokalisiert. In einer komplizierteren Ausführungsform kann die Fläche 13 aus einer Serie von ellipsoidischen Segmenten bestehen, die alle senkrecht zur gleichen Hauptachse liegen, wobei benachbarte Segmente allmählich ineinander übergehen, um eine glatte Gesamtfläche zu bilden. In einer solchen komplizierteren Ausführungsform haben alle ellipsoidischen Elemente einen gemeinsamen externen Brennpunkt, der außerhalb der Lampe liegt, aber die internen

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Brennpunkte der aufeinanderfolgenden Segmente liegen aufeinanderfolgend längs einer Linie, die die Kathodenspitze 12 mit der gegenüberliegenden Fläche der Anode 15 verbindet. Auf diese Weise liegt jeder Punkt des Bogens zwischen den Elektroden im Brennpunkt einer ellipsoidischen Fläche, so daß das gesamte Licht des Bogens in einen einzigen Brennpunkt außerhalb der Lampe gebracht werden kann.

Was auch immer die Form der reflektierenden Oberfläche 13 ist, das im Bogenspalt zwischen den Elektroden 11 und 15 erzeugte Licht wird durch ein optisches Fenster 20 aus der Lampe herausreflektiert. Gemäß Fig. 1 ist die Kathode 11 auf Stützstäbe montiert, die an einen Ring 22 angelötet sind, der selbst an einer ihn umgebenden, vorderseitigen, ringartigen Metallstruktur 23 befestigt ist, beispielsweise durch Löten oder Schweißen. Die vordere Ringstruktur 23 stützt dadurch nicht nur die Kathodenmontageelemente 22 und 21 ab, sondern auch das Fenster 20 und das zugehörige Montageglied.

Das keramische Isolierelement 14 ist allgemein zylindrisch aufgebaut und mit bekannten Keramik-Metall-Dichttechniken an die vordere Ringstruktur 23 gebunden, und mit dem anderen Ende an eine rückwärtige metallne Ringstruktur 30. Die reflektierende Fläche 13 ist auf einem internen, konkaven Teil des Isolierelementes 14 geformt und allgemein symmetrisch um dessen Zylinderachse. Typischerweise besteht die reflektierende Fläche 13 aus einer Metallschicht, die auf der Aushöhlung des Isolierelementes 14 durch Niederschlag aus dem Dampf oder Aufsprühen niedergeschlagen ist. Es besteht kein Kontakt zwischen der metallischen Reflektionsfläche 13 und den metallischen ringförmigen Endstrukturen 23 und 30, so daß die elektrische Isolierung zwischen den Endstrukturen 23 und aufrechterhalten werden kann.

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Die Elektroden 11 und 15 sind koaxial zueinander und zum Isolierelement 14 montiert. Die rückwärtige Elektrode 15 ist verschiebbar montiert und kann zwischen einer ersten Position, in der sie maximalen Abstand von der vorderen Elektrode 11 hat, wie in Fig. 1 dargestellt, und einer zweiten Position, in der sie in Kontakt mit der vorderen Elektrode 11 steht, wie in Fig. 2 dargestellt, hin- und herbewegt werden. Die Erfindung betrifft die Optimierung der Wärmeabfuhr von der rückwärtigen Elektrode 15 während des Lampenbetriebes. Im üblichen Fall diktiert der optische Wirkungsgrad den Wunsch nach der Montage der Kathode als vordere Elektrode 11. In irgendeinem speziellen Fall, wo eine rückwärtig montierte bewegbare Kathode erwünscht sein kann, soll die folgende Diskussion hinsichtlich der Mittel zur Erzielung einer Wärmeabfuhr von der rückwärtigen Elektrode 15 allgemein auf eine rückwärtige Elektrode bezogen werden, die als eine heiße, mechanische Struktur anzusehen ist, unabhängig davon, ob die rückwärtige Elektrode elektrisch als Anode oder als Kathode arbeitet.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Lampe 10 ist für Niederspannungszündung von einer Gleichstromquelle ausgelegt, beispielsweise einer Stromversorgung mit 24 Volt. Um einen Bogen zwischen den Elektroden 11 und 15 einzuleiten, wird eine Zylinderspule 40 erregt, um die bewegbare, hinten montierte Anode 15 aus der Ruhestellung, in der maximaler Abstand von der stationären, vorn montierten Kathode 11 vorliegt, gemäß Fig. 1, in die erregte zweite Position in Berührung mit der Kathodenspitze 12 zu treiben, wie in Fig. 2 dargestellt. Wenn die Zylinderspule 40 entregt wird, wird dafür gesorgt, daß die Anode 15 sich aus dem Kontakt mit der Kathodenspitze 12 zurückzieht und in die erste Ruhestellung zurückkehrt. Die Trennung von Anode 15 und Kathode 11 sorgt dafür, daß eine Spannung, die vielfach höher ist als die von der Stromversorgung gelieferte, sich zwischen den beiden Elektroden

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entwickelt. Die Spannung reicht aus, das Gas im Spalt zwischen den Elektroden zu ionisieren, so daß ein Bogen im Spalt erzeugt wird. Der Bogen folgt der sich zurückziehenden Anode 15, wenn sich diese der ersten Ruhestellung nähert, worauf ein stabiler Bogen danach in der Lampe von der Niederspannung von der Stromversorgung aufrechterhalten werden kann. Eine elektrische Schaltung zum Zünden einer Bogenlampe der in Fig. 1 dargestellten Art aus einer Niederspannungs-Stromversorgung ist aus der DOS 2 408 127 bekannt. Typischerweise wird aus Sicherheitsgründen die vordere Elektrode 11 auf Erdpotential betrieben und die rückwärtige Elektrode 15 auf einem niedrigen Potential von beispielsweise 24 Volt über Erde.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht die Zyiinderspule 40 aus einer Spule 41, die ein zylindrisches Gehäuse 42 umgibt, das eine Feder 43 und einen ferromagnetische!! Zylinderspulenanker 44 umschließt, der an der länglichen Anode 15 befestigt ist.Wenn die Zylinderspule 40 erregt wird, führt das Gehäuse 42 die Verschiebebewegung des Ankers 44 (und damit also auch die Bewegung der daran befestigten Anode 15) nach vorn gegen die einschränkende Kraft der Feder 43, bis die Vorderfläche der Anode 15 mit der Spitze 12 der Anode 11 in Kontakt kommt. Wenn die Zylinderspule 40 anschließend entregt wird, zwingt die mechanische Vorspannung der Feder 43 den Anker 44 nach rückwärts, bis die daran befestigte Anode 15 eine Position maximalen Abstands von der Kathode 11 erreicht.

Das Gehäuse 42 ist hermetisch mit einem metallnen Endstopfen 45 abgedichtet, der ein Quetschröhrchen 46 aufweist, das durch ihn hindurchführt. Der hermetisch abgedichtete Kolben der Lampe 10 wird durch das Röhrchen 46 evakuiert und anschließend mit dem ionisierbare,n Gas gefüllt, ehe das Röhrchen abgequetscht wird. Bei der Ausführungsform nach Fig* I liegt das rückwärtige Ende der Anode 15 verschiebbar in thermisch leitendem Lagerkontakt mit einer Zentralbohrung

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des Endstopfens 45. Dieser thermisch leitende Kontakt sorgt für einen Wärmeübergangsweg von der Elektrode 15 über den Endstopfen 45 zu irgendeinem Wärmeableitmedium, das in bequemer Weise außerhalb der Lampe in Kontakt mit dem Endstopfen 45 angeordnet sein kann. Es war charakteristisch für den Stand der Technik, die Wärme von einer rückwärtig montierten Elektrode über einen Wärmeübergangsweg abzuführen, der vom rückwärtigen Teil der Elektrode wegführte. Der Kontakt zwischen dem rückwärtigen Teil der Anode 15 und dem Endstopfen 45, der in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zufällig glatt genug ist, um ein Gleiten der Elektrodewährend des Zündvorgangs zu erlauben, sorgt also für einen Wärmeübergangsweg, der dem Stand der Technik entspricht. Es ist Zweck der Erfindung, einen dazu parallel liegenden Wärmeübergangsweg zu schaffen, der vom vorderen Teil der Anode abgeht. Der Wärmeübergangsweg nach der Erfindung sorgt für eine bessere Wärmeleitung als es beim Stand der Technik möglich war, und zwar auch hinsichtlich von Wärmeeinheiten pro Zeiteinheit, die von der rückwärts montierten Elektrode weggeführt werden. Die in der Anode 15 erzeugte Wärme stammt aus dem Bogen an der Vorderfläche 16, und fließt durch Leitung innerhalb der Anode. Entsprechend bekannten Wärmeübergangstechniken fließt die Wärme über die Länge der Anode 15, ehe sie an eine externe Wärmeableitung über ein rückwärtiges Wärmeableitelement geleitet wird, beispielsweise den Endstopfen 45. Die Anode einer Bogenlampe besteht typischerweise aus Wolfram, das im Vergleich zu Kupfer eine ziemlich schlechte Wärmeleitfähigkeit hat. Das rückwärtige Wärmeleitelement, wie der Endstopfen 45, besteht typischerweise aus Kupfer, das eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit hat. Bei bekannten Wärmeübertragungstechniken enthält der Wärmeübergangsweg notwendigerweise einen großen Teil, wenn nicht sogar die gesamte Länge, der Wolframanode mit hohem Wärmewiderstand.

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Um die Beweglichkeit für die Anode 15 zu erreichen, ist der eiserne Anker 44 daran befestigt. Damit die Grenzen der Vorwärts- und Rückbewegung der Anode 15 bei jeder Zündung der Lampe 10 präzise wiederholbar sind, ist es notwendig, daß der Anker 44 fest an der Anode 15 befestigt ist. Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 ist der Anker 44 eine Hohlzylinderstruktur, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Anode 15 in der ¥eise entspricht, daß der Anker eng über die Anode paßt. Der Preßsitz des Ankers 44 auf der Anode wird formschlüssig durch C-Ringe 48 und 49 aus getemperten Stahl festgelegt, die in präzis positionierten C-Ring-Aufnahmenuten auf der Anode 15 einrasten. Der Eisenanker steht in mechanischem Kontakt mit der Anode 15, es liegt jedoch kein direkter Wärmeleitweg durch den Anker 44 zu einer äußeren Wärmeableitung vor. Während des Betriebs einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode, bei der die bewegbare Elektrode nur durch bekannte Wärmeübergangstechniken gekühlt wird, neigt also der daran befestigte Eisenanker dazu, Wärmeenergie anzusammeln. In ähnlicher Weise neigt die Zylinderspulenfeder, die mit dem vorderen Ende des Ankers in Berührung steht, dazu, Wärmeenergie durch Leitung vom Anker aufzunehmen. Die Wärmeansammlung im Anker und der Feder wird nur durch Strahlung abgelassen und durch den ziemlich begrenzten Wärmeübergangsweg, der von der Feder zu einer sie umgebenden Gehäusestruktur führen kann. Eine Wärmedehnung der Feder und/oder des Ankers neigt dazu, die Präzision zu verringern, mit der die Grenzen der Vor- und Rückbewegung der Anode kontrolliert werden können. Im Falle eines extremen Wärmestaus im Anker kann eine thermische Dehnung ein Verklemmen des Ankers innerhalb des Gehäuses verursachen, so daß ein wiederholtes Ein- und Aus-Schalten der Lampe bei heißer bewegbarer Elektrode ausgeschlossen wird.

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Es ist ein spezielles Merkmal der Erfindung, daß die Wärmeenergie, die durch Leitung durch die Anode 15 von deren Vorderfläche 16 fließt, einen Weg mit geringerem thermischen Widerstand zu einer externen Wärmeableitung durch einen Nebenfluß-Wärmeübergangskragen 50 findet, der am vorderen Teil der Anode 15 befestigt ist, statt über die ganze Länge der Anode 15 zu fließen. Der Wärmeübergangskragen 50 ist ein relativ massives Bauteil aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer. Der Kragen 50 ist vor der die Anode 15 umgebenden Zylinderspulenfeder 43 und dem Anker an der Anode 15 befestigt. An der Basis der Lampe 10, auf der Rückseite des keramischen Isolierelementes 14 ist ein massives hohlzylindrisches metallnes Wärmeableitelement 51 angeordnet. Das Wärmeabieitelement 51 ist gleicherweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer. Die Wolframanode 15 ist koaxial mit Bezug auf das Wärmeableitelement 51 angeordnet und in ihrer Verschiebebewegung durch eine Lagerfläche 52 des Wärmeableitelementes 51 geführt. Es wurde festgestellt, daß gewöhnlich eine ausreichende Abstützung für die Anode 15 dadurch erreicht werden kann, daß die Lagerfläche 52 aus dem gleichen Kupfermaterial wie die Masse des Wärraeableitelementes 51 ist, wobei ein Spiel von 0,13 mm (0,005 ") zwischen der Lagerfläche 52 und der Anode 15 bei Zimmertemperatur der Bauteile ausreicht, einen Gleitsitz zwischen diesen Komponenten zu gewährleisten, wenn sie Temperaturen im Bereich der Betriebstemperatur der Lampe erreichen. Für spezielle Zwecke könnte ein spezielles Lagermaterial, beispielsweise ein Ring aus rostfreiem Stahl, an das Wärmeableitelement 51 gelötet werden, um für die Lagerfläche 52 zu sorgen. In ähnlicher Weise könnte für spezielle Zwecke eine Lagerfläche aus rostfreiem Stahl auf der Innenfläche des Endstopfens 45 vorgesehen werden.

Die ringförmige, metallne Abdichtstruktur 30 sorgt für eine · hermetische Abdichtung zwischen dem keramischen Isolierelement

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und dem kupfernen Wärmeableitelement 51. Das Isolierelement 14 und das Wärmeableitelement 51 bilden, wenn sie zusammengefügt sind, einen Hohlraum 53, in dem der Kragen. untergebracht ist. Wenn die Anode 15 sich in ihrer rückwärtigen Stellung befindet, d.h., wenn die Zylinderspule entregt ist, so daß die Anode 15 sich in ihrer Position mit vollem Abstand von der Spitze 12 der Kathode 11 befindet, steht eine Fläche des Kragens 50 in thermisch leitendem Kontakt mit dem Wärmeableitelement 51. Ein guter mechanischer Kontakt wird durch die mechanische Vorspannung der Feder erreicht. Gemäß Fig. 1 umgeben die Windungen der Feder 43 koaxial die Anode 15. Das rückwärtige Ende der Feder 43 schlägt am Anker 44 an, der fest an der Anode 15 befestigt ist, und das vordere Ende der Feder 43 stützt sich an der stationären Basis der Lampe 10 ab. Der Kragen 50 ist auf der Anode 15 derart angeordnet, daß die mechanische Vorspannung der Feder 43 eine Kraft auf den Anker 44 ausübt, der die Anode in ihrer Position hält, so daß ein fester mechanischer Kontakt zwischen dem Kragen 50 und dem Wärmeableitelement 51 aufrechterhalten wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Basis der Lampe 10 das massive Wänneableitelement 51, und die Feder 43 stützt sich am Wärmeableitelement 51 ab. Das Wärmeableitelement 51 dient also im Effekt auch als Teil des Gehäuses für die Zylinderspulenfeder. Es wird angenommen, daß ein lokalisierter Wärmeübergang von der Feder 43 durch das Wärmeableitelement auf diese Weise geschaffen wird, obwohl die Feder 43 niemals so viel Wärme speichert, wie sie bei bekannten Wärmeübergangstechniken gespeichert haben würde, und zwar wegen des Wärmenebenschlusses mit geringem Widerstand, der durch den Kragen 50 nach der Erfindung geschaffen ist.

Der Kragen 50 ist an der bewegbaren Elektrode 15 befestigt, beispielsweise durch Löten. Da die Funktion des Kragens

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darin besteht, einen thermisch leitenden Kontakt mit dem Wärmeableitelement 51 herzustellen, ist es erwünscht, die Kontaktfläche zwischen dem Kragen 50 und dem Wärmeableitelement 51 so groß wie möglich zu machen. Es ist auch erwünscht, das Wärmeableitelement 51 so massiv wie innerhalb der Konstruktionsgrenzen der Lampe möglich zu machen, um einen so schnellen Wärmeübergang wie möglich an ein externes Wärmeableitmedium zu erreichen. Es wird angenommen, daß in den meisten Anwendungsfällen eine adäquate Wärmeabfuhr vom Wärmeableitelement 51 in die Umgebungsatmosphäre durch die in Fig 1 und 2 dargestellte Konstruktion erreicht wird. In speziellen Fällen, wo eine schnellere Wärmeabfuhr an die Umgebungsatmosphäre erwünscht wäre, können Fahnen- oder Rippen-Strukturen bekannter Form in thermisch leitendem Kontakt mit dem Wärmeableitelement 51 vorgesehen werden. In gewissen Anwendungsfällen könnte ein Wassermantel oder eine Kühlung mit zirkulierender Flüssigkeit dazu verwendet werden, die Wärme vom Wärmeableitelement 51 abzuleiten.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Wärmeübergangskragen 50 als ringförmige Platte oder Scheibe ausgeführt, die die Anode 15 umgibt, wobei die Flächen senkrecht zur Achse der Anode 15 stehen. Ein Loch 54 kann durch den Kragen 50 gebohrt werden, um einen Stoßdämpfereffekt zu erreichen, um damit die Rückbewegung der Anode 15 aufgrund der Entregung der Zylinderspule 40 zu dämpfen. Die nach rückwärts weisende Fläche des Kragens 50 paßt mit einer ähnlichen, vorwärts weisenden Fläche des Wärmeableitelementes 51 zusammen. Um für eine größere Kontaktfläche zwischen dem Kragen 50 und dem Wärmeableitelement 51 zu sorgen, könnte die rückwärts weisende Fläche des Kragens 50 konisch ausgeführt werden, wie in Fig. dargestellt. Bei dieser Ausführungsform hätte das Wärmeableitelement 51 eine konkave vorwärts weisende Fläche, die an die konische rückwärts weisende Fläche des Kragens 50 angepaßt ist.

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Das praktikabelste Metall für den Wärmeübergangskragen 50 ist Kupfer, was ein relativ weiches Metall ist. Ein wiederholter Kontakt zwischen dem Kragen 50 und dem Wärmeableitelement 51 durch die Entregung der Zylinderspule 40 könnte in einem Verbiegen oder Nachgeben des Kragens 50 resultieren. Um eine mechanische Festigkeit gegen solches Verbiegen oder Nachgeben zu erreichen, ist es möglich, eine Aufplattierung 60 aus einem relativ unnachgiebigen Metall vorzusehen, beispielsweise Kovar-Legierung, und zwar auf der vorwärts weisenden (d.h., nicht wärmeübertragenden) Fläche des Kragens 50, wie in Fig. 4 und 5 für verschiedene Formen des Kragens dargestellt. Das Kovar kann auf das Kupfer durch Löten aufplattiert werden, wobei beispielsweise eine Kupfer-Silber-Lötpaste verwendet wird. Die in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen deuten ein Waffelmuster für die Kupferoberfläche an, das mit der aufplattierten Kovar-Fläche zusammenpaßt. In einer speziellen Ausführungsform können die Inseln der kupfernen Wärmeübergangsfläche etwa 3 mm (1/8 ") breit sein, wobei die Nuten 1,5 mm (1/16 ") tief sind. Der Zweck dieses Waffelmusters ist es, die Bindung der Kovar-Legierung an das Kupfer zu erleichtern. Insbesondere kann während des Kühlens des plattierten Wärmeübergangs-Kragens nach dem Löten das Kupfervolumen, das zwischen zwei Nuten verbleibt, in die Nuten fließen, so daß die Spannung frei wird, die sich durch die unterschiedlichen Raten des thermischen Zusammenziehens für die Kovar-Legierung und das Kupfer ergeben.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1. j Bogenlampe, bestehend aus einem hermetisch dichten Kolben, von dem ein Teil eine Basisstruktur bildet, einer länglichen Elektrode·, die in der Basisstruktur montiert ist, und einer Bogenspitze der Elektrode, die von der Basisstruktur vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nebenschluß-Wärmeübergangsweg von einem Bereich der Elektrode zwischen der Bogenspitze und der Basisstruktur wegführt, wobei die thermische Impedanz von der Bogenspitze durch diesen leitenden Nebenschluß-Wärmeübergangsweg niedriger ist als die thermische Impedanz von der Bogenspitze über die Länge der Elektrode.

   2. Bogenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß-Wärmeübergangsweg aus einem metallnen Kragen besteht, der an der Elektrode befestigt ist.

   3. Bogenlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallne Kragen im Bereich zwischen der Bogenspitze und der Basisstruktur befestigt ist.

   oder 3,

   4. Bogenlampe nach Anspruch 2/~"dadurch gekennzeichnet, daß

   der Nebenschluß-Wärmeübergangsweg ferner aus einem metallnen Wärmeableitelement besteht, von dem eine Fläche so geformt ist, daß sie einen thermisch leitenden Kontakt mit dem Kragen erlaubt, und eine andere Oberfläche des Wärmeableitelementes einer Umgebung außerhalb der Lampe ausgesetzt ist.

   .../A2

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   5. Bogenlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Wärmeableitelementes, die einen thermisch leitenden Kontakt mit dem Kragen erlaubt, allgemein senkrecht zur Längsachse der länglichen Elektrode liegt.

   6. Bogenlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Wärmeableitelementes, die so geformt ist, daß sie thermisch leitenden Kontakt mit dem Kragen erlaubt, nicht senkrecht zur Längsachse der länglichen Elektrode liegt.

   7. Bogenlampe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergangskragen aus Kupfer besteht.

   8. Bogenlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergangskragen zusätzlich ein nicht kupfernes Strukturelement aufweist, das Festigkeit gegen Biegung ergibt.

   9. Bogenlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht kupferne Strukturelement aus einer Lage Kovar-Legierung besteht, die auf einer Fläche des Kragens angeordnet ist, die nicht mit dem Wärmeableitelement in Berührung kommt.

   10. Bogenlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer stationären Elektrode und einer länglichen bewegbaren Elektrode, einer Einrichtung, mit der die bewegbare Elektrode zwischen einer ersten Position, in der ihre Bogenspitze im Kontakt mit der stationären Elektrode ist, und einer zweiten Position, in der die Bogenspitze der

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   "bewegbaren Elektrode einen Abstand von der stationären Elektrode hat, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß-Wärmeübergangsweg von der Bogenspitze der bewegbaren Elektrode wegführt.

   11. Bogenlampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Elektrode eine Anode ist.

   12. Bogenlampe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der bewegbaren Elektrode aus einer Zylinderspule besteht, deren Anker an der bewegbaren Elektrode befestigt ist.

   609 .m/0359

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