DE2614150A1

DE2614150A1 - ARC LAMP

Info

Publication number: DE2614150A1
Application number: DE19762614150
Authority: DE
Inventors: Edwin Thomas Chan; Charles Henry Mcglew
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1975-04-10
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1976-10-21
Also published as: JPS51133983A; FR2307372B3; CH600731A5; IL49311A0; FR2307372A1; GB1509984A; NL7603823A

Description

Vl P424 DVl P424 D

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DR. CLAUS UclNLÄNDER
DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT
4 D - 8 MÖNCHEN 00
ÜRTHSTRASSE \% DR. CLAUS UclNLÄNDER
DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT
4 D - 8 MONKS 00
ÜRTHSTRASSE \%

VARIAN Associates
Palo Alto, CaI., USAVARIAN Associates
Palo Alto, CaI., USA

BogenlampeArc lamp

Priorität: 10. April 1975 - USA - Ser. No. 566 651Priority: April 10, 1975 - USA - Ser. No. 566 651

summary

In einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode ist diejenige Elektrode, die die Kathode kontaktiert, um den Bogen einzu-? leiten, mit einem eingetieften Kontaktbereich versehen. Die Eintiefung ist so dimensioniert, daß sie die Kathodenspitze aufnimmt, ohne einen Kontakt zwischen dem Scheitel der Kathodenspitze und der kontaktierenden Elektrode zu bewirken. Diese Konfiguration erleichtert ein Ausfluchten der Elektroden und verbessert die Stabilität des resultierenden Bogens.In an arc lamp with a movable electrode is the electrode that contacts the cathode in order to insert the arc? conduct, provided with a recessed contact area. The recess is dimensioned so that it is the cathode tip picks up without causing contact between the apex of the cathode tip and the contacting electrode. This configuration facilitates alignment of the electrodes and improves the stability of the resulting arc.

Background of the invention

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung von Bogenlampen mit bewegbaren Elektroden. Insbesondere erleichtert dieThe invention relates to a further development of arc lamps with movable electrodes. In particular, that facilitates

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Erfindiang das Ausfluchten von kontaktierenden Elektroden in einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode und verbessert die Stabilität des so eingeleiteten Bogens.Inventing the alignment of contacting electrodes in an arc lamp with a movable electrode and improves the stability of the arc introduced in this way.

Es ist bekannt, einen Bogen in dem gasgefüllten Kolben einer Bogenlampe dadurch einzuleiten, daß zwei Elektroden in Kontakt gebracht werden und anschließend der Kontakt unterbrochen wird, so daß eine elektrische Potentialdifferenz sich zwischen den Elektroden entwickelt, die ausreicht, das Gas im dazwischen gebildeten Spalt zu ionisieren. Eine Schaltung zum Einleiten eines Bogens in einer solchen Bogenlampe aus einer Niederspannungs-Stromversorgung ist bekannt (DOS 2 408 127). Dabei sind eine Zwei-Elektroden-Ausführung und eine Drei-Elektroden-Ausführung bekannt. Bei der Zwei-Elektroden-Ausführung wird eine bewegbare Anode in Kontakt mit einer stationären Kathode gebracht und anschließend aus diesem Kontakt zurückgezogen. Der dadurch eingeleitete Bogen folgt der Anode, wenn diese sich in eine Position maximalen Abstands von der Kathode zurückzieht. Bei der Ausführungsform mit drei Elektroden ist eine bewegbare Stiftelektrode in eine hohle stationäre Anode montiert. Die Stiftelektrode ist elektrisch gegen die Anode isoliert und wird zunächst mit der stationären Kathode in Kontakt gebracht und dann von der Kathode in die hohle Anodenstruktur zurückgezogen. Der Bogen folgt der sich zurückziehenden Stiftelektrode, bis die Spitze der Stiftelektrode sich in die Anodenstruktur zurückzieht, und daraufhin springt der Bogen zwischen der Kathode und der Stiftelektrode auf die Anode über und wird danach zwischen der stationären Kathode und Anode aufrechterhalten.It is known to initiate an arc in the gas-filled bulb of an arc lamp by having two electrodes in contact are brought and then the contact is broken, so that an electrical potential difference is developed between the electrodes, sufficient to ionize the gas in the gap formed between them. A circuit for Initiation of an arc in such an arc lamp from a low-voltage power supply is known (DOS 2 408 127). There is a two-electrode version and a three-electrode version known. In the two-electrode version, a movable anode is in contact with a brought stationary cathode and then withdrawn from this contact. The arc initiated by this follows the anode when it retracts to a position of maximum distance from the cathode. In the embodiment with three Electrodes, a movable pin electrode is mounted in a hollow stationary anode. The pin electrode is electrical is insulated from the anode and is first brought into contact with the stationary cathode and then from the cathode into the hollow anode structure withdrawn. The arc follows the retracting pin electrode until the tip of the pin electrode retracts into the anode structure, and then the arc jumps between the cathode and the pin electrode to the anode and is thereafter maintained between the stationary cathode and anode.

In einer Bogenlampe ist der hellste Fleck des Bogens eng der Spitze der Kathode benachbart. Die Kathode besteht typischerweise aus einer Hartmetallegierung, wie thoriertem Wolfram. Ungeachtet der Härte der Kathode neigt die Kathodenspitze dazu, stumpf zu werden, wenn eine andere Elektrode währendIn an arc lamp, the brightest spot on the arc is narrow Tip adjacent to the cathode. The cathode is typically made of a hard metal alloy such as thoriated tungsten. Regardless of the hardness of the cathode, the cathode tip tends to become blunt when another electrode is used

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des Benutzungszyklus der Lampe die Kathodenspitze mehrfach kontaktiert. Ein Stumpfwerden der Kathodenspitze hat einen nachteiligen Effekt auf die Bildung eines Bogens und erhöht insbesondere die zum Einleiten des Bogens benötigte Spannung. Weiter ist es für maximalen optischen Wirkungsgrad erwünscht, die Spitze der Kathode (und damit die Stelle des hellsten Flecks des Bogens) an einer festen Position relativ zu einem optischen Reflektor zu halten. Ein wiederholtes Aufprallen einer anderen Elektrode auf die Kathodenspitze neigt dazu, den Ort des hellsten Bogenfleckes zu ändern, so daß der optische Wirkungsgrad der Lampe verringert wird.the cathode tip several times during the cycle of use of the lamp contacted. Dulling of the cathode tip has one adverse effect on the formation of an arc and in particular increases the tension required to initiate the arc. Furthermore, for maximum optical efficiency, it is desirable to place the tip of the cathode (and thus the point of the brightest Spot of the arc) in a fixed position relative to an optical reflector. A repeated impact Another electrode on the cathode tip tends to change the location of the brightest arc spot, so that the optical Lamp efficiency is reduced.

Summary of the invention

Durch die Erfindung wird eine Aussparung oder Eintiefung in der Fläche der Elektrode vorgesehen, die mit der Kathode einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode in Kontakt kommt. Bei einer Bogenlampe mit zwei Elektroden, wo die Kathode die bewegbare Elektrode ist, befindet sich die Aussparung oder Eintiefung in der stationären Anode. In einer Bogenlampe mit zwei Elektroden, bei der die Anode die bewegbare Elektrode ist, befindet sich die Eintiefung in der bewegbaren Anode. Bei einer Bogenlampe mit drei Elektroden, bei der der Bogen dadurch eingeleitet wird, daß der Kontakt zwischen einer bewegbaren Stiftelektrode und der stationären Kathode unterbrochen wird, befindet sich die Eintiefung in der bewegbaren Stiftelektrode. Die Kathode hat in jeder Ausführungsform einen gespitzten Scheitel, der den Ort des hellsten Bogenfleckes definiert, der während des Lampenbetriebes zwischen der Kathode und der Anode aufrechterhalten werden muß. Die Eintiefung in der anderen Elektrode, die die Kathode kontaktiert, ist so dimensioniert, daß ein elektrischer Kontakt zwischen der Kathode und dieser anderen Elektrode hergestellt werden kann, ohne daß ein mechanischer Kontakt des Scheitelpunkts der Kathode mit der anderen Elektrode entsteht.The invention provides a recess or depression in the Surface of the electrode is provided which comes into contact with the cathode of an arc lamp with a movable electrode. at an arc lamp with two electrodes, where the cathode is the movable electrode, is the recess or Depression in the stationary anode. In a two-electrode arc lamp where the anode is the movable electrode, the recess is in the movable anode. In the case of an arc lamp with three electrodes, which causes the arc it is initiated that the contact between a movable pin electrode and the stationary cathode is interrupted, the recess is in the movable pin electrode. In each embodiment, the cathode has a pointed vertex which defines the location of the brightest arc spot, which must be maintained between the cathode and the anode during lamp operation. The depression in the other electrode that contacts the cathode is dimensioned so that an electrical contact between the cathode and this other electrode can be made without mechanical contact of the apex of the cathode with the other electrode.

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Durch die Erfindung soll die Ausrichtung der kontaktierenden Elektroden in einer Bogenlampe mit bewegbaren Elektroden erleichtert werden, indem eine Eintiefung in der Spit ze der Elektrode vorgesehen wird, mit der die Kathode in Berührung kommt. Die Eintiefung ist so dimensioniert, daß sie die Spitze der Kathode aufnimmt, ohne für einen mechanischen Kontakt zwischen dem Scheitel der Kathodenspitze und der Elektrode mit eingetiefter Spitze zu sorgen. Gewöhnlich hat die Spitze der Kathode allgemein konische Form. Ein mechanischer Kontakt zwischen der Kathode und der Elektrode mit eingetiefter Spitze wird durch Kontakt eines nicht optischen Teils der Kathode mit dem Rand der Eintiefung der Elektrode mit eingetiefter Spitze bewirkt. Der scheitelferne Kontaktteil der Kathode ist allgemein der Umfang einer konischen Sektion, die senkrecht zur Längsachse der Kathode im Bereich von 20 bis 80 % des Abstandes vom Scheitel der konischen Spitze zur Basis der konischen Spitze liegt.The invention is intended to facilitate the alignment of the contacting electrodes in an arc lamp with movable electrodes by providing a recess in the tip of the electrode with which the cathode comes into contact. The recess is sized to receive the tip of the cathode without providing mechanical contact between the apex of the cathode tip and the recessed tip electrode. Usually the tip of the cathode is generally conical in shape. Mechanical contact between the cathode and the recessed tip electrode is effected by contacting a non-optical portion of the cathode with the edge of the recess of the recessed tip electrode. The distal contact portion of the cathode is generally the circumference of a conical section which is perpendicular to the longitudinal axis of the cathode in the range of 20 to 80 % of the distance from the apex of the conical tip to the base of the conical tip.

Gleicherweise wird durch die Erfindung ein Kontakt zwischen einer Kathode und einer anderen Elektrode in einer Bogenlampe ermöglicht, um einen Bogen dazwischen einzuleiten, ohne daß bewirkt wird, daß der Scheitel der Kathodenspitze auf die andere Elektrode aufprallt.Likewise, the invention provides a contact between a cathode and another electrode in an arc lamp allows to introduce an arc therebetween without causing the apex of the cathode tip to hit the impacts another electrode.

Weiter soll durch die Erfindung eine Anode mit eingetiefter Spitze in einer Bogenlampe für den Zweck einer Stabilisierung des Bogens verfügbar gemacht werden.The invention also aims to provide an anode with a recessed tip in an arc lamp for the purpose of stabilization of the arch.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing; show it:

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Fig. 1 einen Schnitt durch eine Bogenlampe mit zweiFig. 1 is a section through an arc lamp with two

Elektroden nach der Erfind\mg; Fig. 2 einen Teilschnitt einer Bogenlampe mit dreiElectrodes according to the invention; Fig. 2 is a partial section of an arc lamp with three

Elektroden nach der Erfindung; und Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Kathode und dieElectrodes according to the invention; and FIG. 3 shows a partial section through the cathode and the

Elektrode mit eingetiefter Spitze nach derRecessed tip electrode after the

Erfindung in der Kontaktposition.Invention in the contact position.

Eine Bogenlampe 10 mit zwei Elektroden nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein hermetisch dichter, gasgefüllter Kolben, der typischerweise Xenongas unter einem Druck von 15 Atmosphären enthält, wird von einem optischen Fenster 11, einer zylindrischen Keramik-Seitenwand 12, einer metallnen Basis 13t die dem Fenster 11 gegenüber angeordnet ist, einem Gehäuse 14 für eine bewegbare Elektorde, das so angeordnet ist, daß es eine Gleitbewegung einer bewegbaren Elektrode innerhalb des Kolbens längs der Achse der zylindrischen Seitenwand 12 erlaubt, einem Endstopfen 15 und einem Abquetschröhrchen 16 gebildet. Das Fenster 11 besteht typischerweise aus Saphir in Form einer kreisförmigen Scheibe und ist an einen Dichtring 20 gelötet, der aus Kovar-Legierung hergestellt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Dichtungsring 20 so angeordnet, daß er sehr wenig Spannung durch den Druck des Gases innerhalb des Kolbens aufnimmt. Dementsprechend kann der Dichtungsring 20 relativ dünn sein. Der federartige J-förmige Querschnitt des Dichtungsrings 20 ist so konstruiert, daß er eine thermische Dehnung und Zusammenziehung des Fensters während des Betriebszyklus der Lampe ermöglicht. Der Ring 20 ist an einen umgebenden Stützring 21 angelötet, der einen Lippenteil aufweist, der die Außenseite des Fensters 11 überlappt. Ein biegsamer Metallring 22, beispielsweise aus Kupfer, ist zwischen den überlappenden Teil des Dichtungsrings 20 auf der anderen Seite eingesetzt. Der Ring 22 ist weder mit dem Stützring 21, dem Fenster 11 noch dem Dichtungsring 20 dicht verbunden, um eine Relativbewegung dieser StrukturenAn arc lamp 10 with two electrodes according to the invention is shown in FIG. A hermetically sealed, gas-filled one Piston, which typically contains xenon gas under a pressure of 15 atmospheres, is surrounded by an optical window 11, a cylindrical ceramic side wall 12, a metal base 13t which is arranged opposite the window 11, a Housing 14 for a movable electrode which is arranged to allow sliding movement of a movable electrode allowed within the piston along the axis of the cylindrical side wall 12, an end plug 15 and a squeeze tube 16 formed. The window 11 is typically made of sapphire in the form of a circular disc and is on a Soldered sealing ring 20 made of Kovar alloy. In the embodiment of Fig. 1, the sealing ring 20 is arranged so that it has very little tension by the pressure of the Receives gas within the piston. Accordingly, the sealing ring 20 can be relatively thin. The feathery one J-shaped cross-section of the sealing ring 20 is designed so that it thermal expansion and contraction of the Window during the operating cycle of the lamp. The ring 20 is soldered to a surrounding support ring 21 which has a lip portion which is the outside of the window 11 overlaps. A flexible metal ring 22, for example made of copper, is between the overlapping part of the sealing ring 20 used on the other side. The ring 22 is not connected to the support ring 21, the window 11 or the sealing ring 20 closely connected to a relative movement of these structures

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durch thermische Dehnung und Zusammenziehung zu erlauben. Der das Fenster überlappende Teil des Stützrings 21 neigt dazu, das Fenster 11 in Kompression zu halten, während die federartige Natur des J-förmigen Dichtungsrings 20 dazu neigt, seitlich wärmeinduzierte Spannungen im Fenster 11 freizulassen. Der Stützring 21 ist an einen Außenring 23 angelötet oder angeschweißt, der seinerseits an die zylindrische Seitenwand 12 angelötet ist. Die Seitenwand 12 besteht aus einem Keramikmaterial, beispielsweise polykristalliner Tonerde.by thermal expansion and contraction. The part of the support ring 21 which overlaps the window is inclined to keep the window 11 in compression while the springy nature of the J-shaped seal ring 20 does so tends to release heat-induced stresses in the window 11 laterally. The support ring 21 is soldered to an outer ring 23 or welded on, which in turn is soldered to the cylindrical side wall 12. The side wall 12 consists of a ceramic material such as polycrystalline alumina.

Eine längliche Kathode 30, beispielsweise aus thoriertem Wolfram, mit einer allgemein konischen Spitze 31» ist koaxial zum Keramikzylinder 12 auf metallne Stützschenkel 32, beispielsweise aus Molybdän, montiert. Die Stützschenkel 32, typischerweise drei, sind jeweils an einem Ende an die Kathode 30 und am anderen Ende an einen Stützring 33 gelötet. Der Stützring 33 ist koaxial mit dem Zylinder 12 ausgefluchtet und an den Außenring 23 gelötet. Ein Reflektor ist in gleicher Weise an den Stützring 33 angelötet. In einer Bogenlampe befindet sich der hellste Fleck des Bogens in enger Nachbarschaft des Scheitels der Kathodenspitze. Um den optischen Wirkungsgrad zu maximieren, ist es deshalb vorteilhaft, die reflektierende Oberfläche des Reflektors 34 als quadratische Fläche zu entwerfen und den Reflektor 34 fest mit Bezug auf den Scheitel des Spitzenteils 31 der Kathode zu positionieren. Typischerweise ist die reflektierende Innenfläche des Reflektors 34 ellipsoidisch und ist der Scheitel des Kathodenspitzenteils 31 im wesentlichen an einem der Brennpunkte des Ellipsoids angeordnet. Der Stützring 33 ist ausreichend steif, um sowohl die Kathode 30 als auch den Reflektor 34 fest mit Bezug aufeinander abzustützen. Ein geeignetes Material für den Stützring 33 ist Kovar-Legierung. Eine eingehendere Beschreibung einer Technik zur Montage der Kathode 30 auf Stützschenkeln 32, die ihrerseits auf denAn elongated cathode 30, for example made of thoriated tungsten, with a generally conical tip 31 'is coaxial to the ceramic cylinder 12 on metal support legs 32, for example made of molybdenum, mounted. The support legs 32, typically three, each soldered to the cathode 30 at one end and to a support ring 33 at the other end. The support ring 33 is aligned coaxially with the cylinder 12 and soldered to the outer ring 23. A reflector is soldered to the support ring 33 in the same way. In an arc lamp, the brightest spot on the arc is in close proximity of the apex of the cathode tip. In order to maximize the optical efficiency, it is therefore advantageous to Design the reflective surface of the reflector 34 as a square area and fix the reflector 34 with respect to the apex of the tip portion 31 of the cathode. Typically the inner reflective surface is of the reflector 34 is ellipsoidal and the apex of the cathode tip portion 31 is substantially at one of the Foci of the ellipsoid arranged. The support ring 33 is sufficiently stiff to both the cathode 30 and the Support reflector 34 firmly with respect to each other. A suitable material for the support ring 33 is Kovar alloy. A more detailed description of a technique for mounting the cathode 30 on support legs 32 which in turn is attached to the

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Stützring 33 montiert sind, ist in der US-Patentschrift 3 715 615 enthalten. Gemäß Fig. 1 ist eine längliche, bewegbare Anode 40, beispielsweise aus Wolfram, verschiebbar in das Gehäuse 14 am rückwärtigen Ende der Basisstruktur 13 montiert. Eine Bewegung der Anode 40 wird durch Erregung und anschließende Entregung einer Zylinderspule 50 erreicht. Die Zylinderspule 50 umfaßt eine Spule 51» die das Gehäuse 14 umgibt, eine Feder 52, die innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet ist, und einen ferromagnetischen Anker, der an der Anode 40 befestigt ist. Der Eisenanker 53 hat zylindrische Form, ist, beispielsweise durch Löten," hülsenartig koaxial über dem rückwärtigen Teil der Anode 40 befestigt. Die Feder 52 ist in gleicher Weise koaxial über der Anode 40 angeordnet, wobei das rückwärtige Ende der Feder gegen den Zylinderspulenanker 53 anliegt, und das vordere Ende gegen eine einwärts vorstehende Lippe 54 in der Nähe des vorderen Teils des Gehäuses 14. Der vordere Teil der Anode 40 wird verschiebbar in der Zentralbohrung einer Keramik-Lagerhülse 55 durch die Lampenbasis 13 aufgenommen. Eine Gaskommunikation zwischen dem Anodengehäuse 14 und dem vorderen internen Teil der Lampe wird durch eine Bohrung 56 durch die Lampenbasis 13 geschaffen. Der vordere Teil der Lampe 10 wird durch die Bohrung 56 evakuiert und mit dem bogenführenden Gas wieder gefüllt, ehe das Abschlußröhrchen 16 abgequetscht wird.Support ring 33 is mounted is in the US patent 3 715 615 included. According to FIG. 1, an elongated, movable anode 40, for example made of tungsten, is displaceable in FIG the housing 14 is mounted on the rear end of the base structure 13. Movement of the anode 40 is caused by excitation and subsequent de-excitation of a solenoid 50 is achieved. The cylinder coil 50 comprises a coil 51 which forms the housing 14 surrounds, a spring 52 which is arranged within the housing 14, and a ferromagnetic armature which is attached to the Anode 40 is attached. The iron anchor 53 has a cylindrical shape, is, for example by soldering, "sleeve-like coaxial attached over the rear of the anode 40. The spring 52 is arranged in the same way coaxially over the anode 40, the rear end of the spring bears against the solenoid armature 53 and the front end bears against an inward protruding lip 54 near the front part of the housing 14. The front part of the anode 40 becomes slidable received in the central bore of a ceramic bearing sleeve 55 through the lamp base 13. A gas communication between the anode housing 14 and the front internal portion of the lamp is created by a bore 56 through the lamp base 13. The front part of the lamp 10 is evacuated through the bore 56 and filled with the arc-carrying gas again before the end tube 16 is squeezed off.

Um' einen Bogen in der Lampe 10 einzuleiten, wird die Anode zunächst mit der Kathode 30 in Berührung gebracht. Die Anode 40 wird daraufhin aus der Berührung mit der Kathode zurückgezogen, wobei eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird, die ausreicht, das Gas im dazwischen gebildeten Spalt zu ionisieren. Eine Schaltung zum Einleiten eines Bogens auf diese Weise ist bekannt (DOS 2 408 127). Die Erregung der Zylinderspule50 sorgt dafür, daß der Anker 53, und damit die daran befestigteIn order to initiate an arc in the lamp 10, the anode is first brought into contact with the cathode 30. the Anode 40 is then withdrawn from contact with the cathode, creating an electrical potential difference is generated between the two electrodes, which is sufficient to ionize the gas in the gap formed between them. One Circuitry for initiating an arc in this way is known (DOS 2 408 127). The excitation of the solenoid 50 ensures that the anchor 53, and thus the attached

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Anode 40, gegen die Kraft der Feder 52 sich in eine vordere Stellung in Kontakt mit der Kathode 30 bewegt. Eine anschließende Entregung der Zylinderspule 50 sorgt dafür, daß die Feder die Anode 40 in eine Position maximalen Abstandes von der Kathode 30 zurückzieht.Anode 40, against the force of the spring 52 into a front Position in contact with the cathode 30 moved. Subsequent de-excitation of the solenoid 50 ensures that the spring retracts the anode 40 to a position of maximum distance from the cathode 30.

Eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer Bogenlampe mit drei Elektroden ist teilweise in Fig. 2 dargestellt. Die stationäre Kathode ist vorn montiert, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Die rückwärtige, verschiebbar montierte bewegbare Elektrode 40' ist jedoch nicht die Anode, wie im Fall der Fig. 1, sondern eine Stiftelektrode, die elektrisch gegen die Anode isoliert ist. Eine zylindrische, stationäre Anode 60 ist rückwärts in der Basis 13 montiert, sie umgibt zwar die Stiftelektrode 40', hat jedoch von dieser Abstand. Eine elektrische Isolierung der Anode 60 gegen die Stiftelektrode 40' wird durch einen keramischen Isolierzylinder erreicht, der einen Teil des Gehäuses der bewegbaren Stiftelektrode 40' bildet, und der zwischen dem Metallteil 14 des Stiftgehäuses und der metallnen Basis 13 der Lampe zwischengeschaltet ist. Der Bogen wird, wie im Fall der Fig. 1, durch Erregung der Zylinderspule 50 eingeleitet, die dafür sorgt, daß sich die Stiftelektrode 40' nach vorn in Kontakt mit der Kathode 30 bewegt, wonach die Zylinderspule 50 entregt wird, so daß der Kontakt zwischen der Stiftelektrode 40¹ und der Kathode 30 unterbrochen wird. Die Kontaktunterbrechung zwischen der Stiftelektrode 40' und der Kathode 30 sorgt dafür, daß sich zwischen den beiden Elektroden eine elektrische Potentialdifferenz entwickelt, die ausreicht, das Gas im dazwischen gebildeten Bogen zu ionisieren.An embodiment of the invention in the form of an arc lamp with three electrodes is partially shown in FIG. The stationary cathode is front-mounted, as in the embodiment of FIG. 1. The rear, slidably mounted movable electrode 40 ', however, is not the anode, as in the case of FIG. 1, but a pin electrode which is electrically insulated from the anode . A cylindrical, stationary anode 60 is mounted rearwardly in the base 13, it surrounds the pin electrode 40 'but is spaced therefrom. Electrical insulation of the anode 60 from the pin electrode 40 'is achieved by a ceramic insulating cylinder which forms part of the housing of the movable pin electrode 40' and which is interposed between the metal part 14 of the pin housing and the metal base 13 of the lamp. The arc is initiated, as in the case of Fig. 1, by energizing the solenoid 50, which causes the pin electrode 40 'to move forward into contact with the cathode 30, after which the solenoid 50 is de-energized so that the contact between the pin electrode 40 ¹ and the cathode 30 is interrupted. The interruption of contact between the pin electrode 40 'and the cathode 30 ensures that an electrical potential difference develops between the two electrodes which is sufficient to ionize the gas in the arc formed between them.

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Die Stiftelektrode 40' wird verschiebbar in der Zentralbohrung einer keramischen Lagerhülse 55' aufgenommen, die fest, beispielsweise durch Löten, in der hohlen Anode 60 befestigt ist. Die hohle Anode 60 ist in die Lampenbasis 13 montiert und erstreckt sich einwärts zum Scheitel der Kathodenspitze 31 hin. Wenn sich die Stiftelektrode 40' aus dem Kontakt mit der Kathode 30 zurückzieht, folgt der so erzeugte Bogen der sich zurückziehenden Stiftelektrode, bis die Spitze der Stiftelektrode vollständig in die sie umgebende Anode 60 zurückgezogen ist, und zu diesem Zeitpunkt springt der Bogen zwischen der Kathodenspitze 31 und der sich bewegenden Stiftelektrode 40' zum vorderen Rand der Anode 60. Danach wird der Bogen zwischen der Kathodenspitze 31 und dem Rand der Anode 60 aufrechterhalten.The pin electrode 40 'becomes displaceable in the central bore a ceramic bearing sleeve 55 'received, which is fixed, for example by soldering, in the hollow anode 60 is attached. The hollow anode 60 is mounted in the lamp base 13 and extends inwardly to the apex of the Cathode tip 31 out. When the pin electrode 40 'withdraws from contact with the cathode 30, so does so created arcs of the retracting pin electrode until the tip of the pin electrode was completely inserted into the surrounding area Anode 60 is withdrawn, at which point the arc jumps between the cathode tip 31 and the moving one Pin electrode 40 'to the front edge of the anode 60. Thereafter, the arc between the cathode tip 31 and the The edge of the anode 60 is maintained.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 1 mit zwei Elektroden als auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mit drei Elektroden wird der Boden durch mechanischen Kontakt zwischen der Kathode 30 und einer anderen Elektrode eingeleitet. In beiden Ausführungsformen ist eine präzise Positionierung des Scheitels der Kathodenspitze 31 relativ zum Reflektor 34 wichtig. Bisher trat bei Bogenlampen mit bewegbaren Elektroden im Zusammenhang mit dem mechanischen Kontakt zwischen der Kathode und der anderen Elektrode der Aufprall des Scheitels der Kathodenspitze auf die gegenüberliegende Fläche der anderen Elektrode auf. Ein wiederholter Aufprall des Scheitels der Kathodenspitze auf die andere Elektrode hat jedoch dazu geneigt, den Scheitel abzustumpfen. Eine Abstumpfung des Scheitels der Kathodenspitze hat eine Verschiebung des Ortes des hellsten Fleckes des Bogens relativ zum Brennpunkt des Reflektors bewirkt und hat damit einen Verlust an optischem Wirkungsgrad mit sich gebracht.Both in the embodiment according to FIG. 1 with two electrodes and in the embodiment according to FIG. 2 with three electrodes the soil is introduced by mechanical contact between the cathode 30 and another electrode. In both Embodiments is a precise positioning of the vertex of the cathode tip 31 relative to the reflector 34 is important. Previously, in arc lamps with movable electrodes, the Relation to the mechanical contact between the cathode and the other electrode is the impact of the vertex the cathode tip on the opposite surface of the other electrode. A repeated impact of the crown however, the tip of the cathode to the other electrode has tended to blunt the apex. A blunting of the The apex of the cathode tip has a shift in the location of the brightest spot of the arc relative to the focal point of the Reflector causes and has thus brought a loss of optical efficiency with it.

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Die Elektrode, die mit der Kathode in einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode in Kontakt kommt, hat deshalb bisher der gegenüberliegenden Kathodenspitze eine glatte, abgerundete Oberfläche dargeboten. Eine glatte, polierte Oberfläche wurde als wichtig angesehen, um eine gleichförmige elektrische Feldverteilung zu erreichen, in der das Bogenplasma zwischen den Elektroden eingeschnürt werden sollte. Spitzenartige Vorsprünge und selbst scharfe Kanten sind in solchen Situationen zu vermeiden, in denen eine Wärmeübertragung durch Leitung ein wichtiger Gesichtspunkt ist. Die Wärmeübergangsrate von einer Bogenlampenelektrode, insbesondere von der Anode, die etwa 50 % heißer arbeitet als die Kathode, ist ein wesentlicher Gesichtspunkt. Abgerundete Spitzenflächen sind deshalb allgemein für andere Bogenlampenelektroden als die Kathode bevorzugt worden. Darüber hinaus wurde eine abgerundete Fläche für die Spitze der Elektrode gegenüber der Kathode bisher gewöhnlich als notwendig angesehen, um eine Gasturbulenz in der Nähe des Bogens zu verhindern. Das Bogenplasma, das heißer ist als das umgebende Gas im gasgefüllten Kolben der Bogenlampe, sorgt für Konvektionsströme innerhalb des Kolbens. Mit einer flachen oder in anderer Weise scharfkantigen Elektrodenfläche, die der Kathodenspitze gegenüber angeordnet war, wurde befürchtet, daß ein nicht laminarer Konvektions-Gasstrom in der Nähe der Elektrodenfläche eine ausreichende Turbulenz bewirken würde, um die Stabilität des Bogens herabzusetzen. Sowohl mit Rücksicht auf den Wärmeübergang als auch auf die Bogenstabilität wurde also beim Stand der Technik allgemein eine Abrundung der Stirnfläche der Elektrode bevorzugt, die die Kathodenspitze berührt. Dementsprechend ergab es sich beim Stand der Technik,daß der Scheitel einer konisch geformten Kathodenspitze mehrfachThe electrode that comes into contact with the cathode in an arc lamp with a movable electrode has therefore previously presented the opposite cathode tip with a smooth, rounded surface. A smooth, polished surface was considered important in order to achieve a uniform electric field distribution in which the arc plasma should be constricted between the electrodes. Pointed protrusions and even sharp edges should be avoided in situations where conduction heat transfer is an important consideration. The rate of heat transfer from an arc lamp electrode, particularly from the anode, which operates about 50% hotter than the cathode, is an important consideration. Rounded tip surfaces have therefore generally been preferred for arc lamp electrodes other than the cathode. In addition, a rounded surface for the tip of the electrode opposite the cathode has traditionally been considered necessary to prevent gas turbulence in the vicinity of the arc. The arc plasma, which is hotter than the surrounding gas in the gas-filled bulb of the arc lamp, creates convection currents within the bulb. With a flat or otherwise sharp-edged electrode surface opposite the cathode tip, it was feared that a non-laminar convection gas flow in the vicinity of the electrode surface would cause sufficient turbulence to reduce the stability of the arc. With regard to both the heat transfer and the arc stability, a rounding of the end face of the electrode that touches the cathode tip was generally preferred in the prior art. Accordingly, it has been found in the prior art that the apex of a conically shaped cathode tip multiple times

uf die abgerundete Spitze einer anderen Elektrode aufprallen mußte.Hit the rounded tip of another electrode had to.

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In einem mechanischen System, in dem eine zugespitzte Spitze mehrfach auf eine abgerundete Fläche aufprallt, ist die präzise Ausfluchtung der scharfen Spitze mit einem bestimmten Punkt der abgerundeten Fläche schwierig zu kontrollieren, weil die angespitzte Spitze dazu neigt, längs der runden Fläche in verschiedenen Richtungen während aufeinanderfolgender Stöße zu gleiten. Bei einer Bogenlampe mit bewegbarer Elektrode bekannter Art würde eine abgerundete Elektrode auf eine zugespitzte Kathode in der Weise aufprallen, daß die zugespitzte Kathode dazu neigte, längs der abgerundeten Oberfläche der anderen Elektrode in verschiedenen Richtungen während aufeinanderfolgender Stöße zu gleiten, so daß sich Änderungen der Ausfluchtung der Kathode und der abgerundeten Elektrode ergaben. Änderungen der Ausfluchtung der Elektroden in einer Bogenlampe können Änderungen des Brennfleckes oder hellsten Fleckes des Bogens mit sich bringen, die ihrerseits einen Verlust an optischem Wirkungsgrad mit sich bringen können.In a mechanical system in which a pointed tip hits a rounded surface several times, the precise alignment of the sharp point with a certain point of the rounded surface difficult to control, because the pointed tip tends to move along the round surface in different directions during successive To slide bumps. In the case of an arc lamp with a movable electrode of the known type, a rounded electrode would appear impact a pointed cathode in such a way that the pointed cathode tended to run along the rounded surface the other electrode to slide in different directions during successive impacts, so that Changes in the alignment of the cathode and the rounded electrode resulted. Changes to the alignment of the electrodes in an arc lamp, changes in the focal spot or brightest spot of the arc can in turn bring about them can bring about a loss of optical efficiency.

Erfindungsgemäß wird die Verringerung des optischen Wirkungsgrades durch Stumpfwerden des Scheitels der Kathodenspitze und/oder Fehlausrichtung der Elektroden minimiert. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Eintiefung oder Aussparung in der Stirnfläche der Anode 40 gegenüber der Kathodenspitze vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Aussparung 41* in der Stirnfläche der Stiftelektrode 40' vorgesehen, die der Kathodenspitze 31 gegenüberliegt. Die Aussparungen oder Eintiefungen 41 bzw. 41· sind so geformt, daß, wenn die Elektrode 40 bzw. 40' in Berührung mit der Kathodenspitze 31 kommt, der Scheitel der Kathodenspitze nicht auf irgendeinen Teil der gegenüberliegenden Elektrode 40 bzw. 40· aufprallt. Ein Kontakt zwischen der Elektrode 40 oder 40' und der Kathode 30 ist in Fig. 3 dargestellt.According to the invention, the reduction in the optical efficiency minimized by dulling the apex of the cathode tip and / or misalignment of the electrodes. As in 1, there is a depression or recess in the end face of the anode 40 opposite the cathode tip intended. In the embodiment according to FIG. 2, a recess 41 * is provided in the end face of the pin electrode 40 ', which is opposite the cathode tip 31. The recesses or depressions 41 and 41 are shaped so that, when the electrode 40 or 40 'comes into contact with the cathode tip 31, the apex of the cathode tip does not open impinges on any part of the opposing electrode 40 or 40 ·. A contact between the electrode 40 or 40 ' and cathode 30 is shown in FIG.

Wie in der Teildarstellung in Fig. 3 erkennbar ist, ist die Spitze der Elektrode 40 mit einer zylindrischen Aussparung 41As can be seen in the partial illustration in FIG. 3, the tip of the electrode 40 has a cylindrical recess 41

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versehen, die koaxial zur Elektrode 40 angeordnet ist. Die Tiefe der Aussparung 41 längs der Achse der länglichen Elektrode 40 reicht aus, so daß, wenn die Kathodenspitze 31 in die Aussparung 41 aufgenommen wird, der Scheitel der Kathode 31 keinen Teil der Elektrode 40 berührt. Die Kathodenspitze 31 ist allgemein konisch, und die radiale Abmessung der Aussparung 41 ist so gewählt, daß, wenn ein mechanischer Kontakt zwischen der Elektrode 40 und der Kathode 30 erreicht ist, der Rand der Eintiefung 41 gegen die Fläche der konischen Kathodenspitze 31 an irgendeinem Punkt im Bereich von 20 % bis 80 % des Abstandes vom Scheitel zur Basis der konischen Spitze der Kathode 30 liegt.which is arranged coaxially to the electrode 40. The depth of the recess 41 along the axis of the elongated electrode 40 is sufficient so that when the cathode tip 31 is received in the recess 41, the apex of the cathode 31 does not touch any part of the electrode 40. The cathode tip 31 is generally conical and the radial dimension of the recess 41 is chosen so that when mechanical contact is achieved between the electrode 40 and the cathode 30, the edge of the recess 41 against the surface of the conical cathode tip 31 at some point is in the range of 20 % to 80 % of the distance from the apex to the base of the conical tip of the cathode 30.

Die Abmessungen der Aussparung 41 und der Kathodenspitze 31 sind nicht kritisch für die praktische Auswertung der Erfindung, vorausgesetzt, daß die Aussparung tief genug ist, um einen Kontakt des Scheitels der Kathodenspitze 31 mit irgendeinem Teil der Elektrode 40 zu verhindern. Je schärfer die Spitze der Kathodenspitze 31 ist, umso präziser kann die Kontrolle des Ortes des hellsten Bogenfleckes sein. Eine solche Kontrolle ist vorteilhaft beim Optimieren des optischen Wirkungsgrades. Auf der anderen Seite, je schärfer oder spitzer die Kathodenspitze ist, umso schwieriger ist es, Wärme von der Spitze abzuführen. Es wurde festgestellt, daß für den Betriebstemperaturbereich einer Xenon-gefüllten Bogenlampe ein Kathodenspitzenwinkel von 60 Grad adäquaten Wärmeübergang erlaubt, während er gleichzeitig eine adäquate Kontrolle über den Ort des hellsten Fleckes des Bogens erlaubt. Für eine Kathodenspitze mit 60 Grad ist ein ziemlich breiter Bereich radialer und axialer Abmessungen für die Aussparung 41 in der gegenüberliegenden Elektrode 40 verfügbar. Im allgemeinen ist es erwünscht, die radiale Abmessung der Aussparung 41 so klein wie möglich zu machen, um so viel Metall wie möglich in der Nähe des vorderen TeileThe dimensions of the recess 41 and the cathode tip 31 are not critical for the practical evaluation of the invention, provided that the recess is deep enough to contact the apex of the cathode tip 31 with any Part of the electrode 40 to prevent. The sharper the tip of the cathode tip 31, the more precise the control can be the location of the brightest arc spot. Such Control is beneficial in optimizing optical efficiency. On the other hand, the sharper or the The more pointed the cathode tip, the more difficult it is to dissipate heat from the tip. It was found that a cathode tip angle of 60 degrees is adequate for the operating temperature range of a xenon-filled arc lamp Allowing heat transfer while at the same time allowing adequate control over the location of the brightest spot on the arc. For a 60 degree cathode tip, there is a fairly wide range of radial and axial dimensions for the Recess 41 in the opposite electrode 40 available. In general, it is desirable to have the radial dimension Make the recess 41 as small as possible to get as much metal as possible near the front parts

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der Anode 40 zu haben, um den Wärmeübergang weg von der Elektrodenspitze zu erleichtern. Es 1st jedoch zu erwarten, daß für niedrige Leistungspegel, d.h., in der Nachbarschaft von 20 bis 30 Watt, die Stabilität des Bogens durch die Tatsache verbessert wird, daß die Aussparung 41 die Spitze der Elektrode 40 heißer hält als es sonst ohne eine solche Aussparung der Fall wäre.of the anode 40 to facilitate the transfer of heat away from the electrode tip. However, it is to be expected that for low power levels, i.e., in the neighborhood of 20 to 30 watts, the stability of the arc by the Improved the fact that the recess 41 keeps the tip of the electrode 40 hotter than it would otherwise without one such a recess would be the case.

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Claims

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Claims

A movable electrode arc lamp comprising a hermetically sealed bulb containing an ionizable gas, a cathode with one end protruding into the bulb and having an apex, another electrode with one end protruding into the bulb, a device with which contact is made between the cathode and the other electrode, characterized in that the end of the other electrode is recessed so that the end of the cathode is received in the recess without the apex of the cathode end with any Part of the other electrode comes into contact.

2. Arc lamp according to claim 1, characterized in that the cathode is mounted stationary in the bulb.

3. Arc lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the other electrode is the only other electrode, which is mounted in the piston.

4. Arc lamp according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the means with which a contact is brought about between the cathode and the other electrode consists of a solenoid device, with which the other electrode is moved relative to the cathode.

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5. Arc lamp according to claim 3 or 4, characterized in that that the other electrode is elongate and is arranged coaxially with respect to the cathode, and that the recess has a cylindrical shape and is coaxial with the cathode.

6. Arc lamp according to claim 5, characterized in that the axial dimension of the cylindrical recess is sufficient is large so that the apex of the cathode end cannot come into contact with the other electrode.

7. arc lamp according to claim 1 or 2, characterized in that 'that the other electrode is a pin electrode which "is movably mounted in a stationary anode.

8. Arc lamp according to claim 7, characterized in that the pin electrode is electrically insulated from the anode is.

9. arc lamp according to claim 7 or 8, characterized in that the device with which a contact between the Cathode and the pin electrode is effected, consists of a ZyIinderspuleneinrichtung with which the pin electrode is moved relative to the cathode.

10. arc lamp according to claim 7, characterized in that the pin electrode is elongated and coaxial with reference is arranged to the cathode, and that the recess has a cylindrical shape and is coaxial with the cathode.

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