DE3037223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bogenentladungslampe mit einer Kathode und einer Anode, zwischen denen sich eine hochschmelzende Metallmembran befindet, welche eine Öffnung zum Einschränken des Entladungsgebiets aufweist.

Eine solche Lampe ist aus der DE-AS 12 73 690 bekannt. Die bekannte Lampe ist eine wassergekühlte Wasserstofflampe mit einer ringförmigen Anode. Der Vorteil der ringförmigen Anode liegt darin, daß sie spezifisch gering belastet ist, wodurch die Metallverdampfung herabgesetzt und die Lebensdauer der Lampe erhöht wird. Die ringförmige Anode kann noch zusätzlich mit Kühlblechen versehen werden.

Eine solche Lampe benötigt nicht nur eine Wasserkühlung, sondern darüber hinaus eine aufwendige und viel Platz beanspruchende Anodenkonstruktion.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bogenentladungslampe zu schaffen, in der eine konzentrierte Entladung erzeugt werden kann, ohne die Anode temperaturmäßig zu sehr zu belasten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anode ein becherförmiges Element mit einer Öffnung in seinem der Membran mit der Öffnung zugewandten Boden enthält, wobei die beiden Öffnungen miteinander fluchten, und daß sich an das offene Ende des Anodenelementes eine flanschförmige Erweiterung anschließt.

Die bei der Lampe nach der Erfindung verwendete Anode weist folgende Vorteile auf:

• a) kompakte Konstruktion mit verringerter Betriebstemperatur infolge relativ großer Strahlungsoberfläche und guter Wärmeableitung
• b) konzentrierte Entladung
• c) Möglichkeit der Montage von Schutzschirmen

Eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, daß das becherförmige Element als an einem Ende geschlossener, gerader, kreisförmiger Hohlzylinder ausgebildet ist.

Auf diese Weise ist eine rotationssymmetrische Konstruktion erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Explosiv-Zeichnung einer elektrischen Bogenentladungslampe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die zusammengesetzte Kathodenmembran und Anode nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Unteransicht einer elektrischen Bogenentladungslampe nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine Ansicht der Lampe nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine Explosiv-Zeichnung einer elektrischen Bogenentladungslampe mit einem Sockel 1, einer Kathodenzusammensetzung 2, einem im wesentlichen rohrförmigen Element 3, einer Membran 4, einem im wesentlichen rohrförmigen Element 5, einer becherförmigen Anode 6, einer Anodenerweiterung 7 und einem Kolben 8 dargestellt.

Der Sockel 1 trägt drei Leitungen 11, die über den größten Teil ihrer Länge von Keramikröhrchen 12 umgeben sind, drei weitere Leitungen 13, von denen zwei dargestellt sind, die von Keramikröhrchen 14 umgeben sind, und drei Leitungen 15, von denen nur eine dargestellt ist.

Die Kathodenzusammensetzung 2 ist in vergrößertem Maßstab und mit weiteren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt. Eine imprägnierte Kathodenpastille 21 ist auf dem Ende einer Metallhülse 22 montiert, die eine Heizspule 23 umgibt. Die Hülse 22 ist mit Hilfe von drei in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneten Drähten 20, von denen nur einer dargestellt ist, in einem elektrisch leitenden, im allgemeinen rohrförmigen Element 24 angeordnet, wobei die Drähte sich zwischen den Elementen 22 und 24 in radialer Richtung erstrecken, um die Wärmeleitung zwischen den Elementen zu minimieren und gleichzeitig zwischen ihnen eine elektrische Verbindung herzustellen. Das Element 24 ist in einer Keramikscheibe 25 angeordnet, die weiter zwei Anschlußstifte 26 und 27 enthält. Ein weiterer Stift 28 ist mit dem rohrförmigen Element 24 verschweißt und dient zur Bildung einer elektrischen Verbindung mit der Kathodenpastille 21 über die Drähte 20 und die Metallhülse 22. Die Keramikscheibe 25 wird von einem Metallkragen 29 umgeben. Der Kathodenheizer 23 ist mit den Anschlußstiften 26 und 27 über Metallplatten 261 und 271 sowie über schraubenförmig gewickelte Leitungen 231 und 232 verbunden. Diese Konstruktion wird zum Minimieren der Wärmeleitung verwendet und bildet dabei eine gute Stütze für den Heizer. Die Metallplatten 261 und 271 sind an den Stiften 26 bzw. 27 angeschweißt und ihre Zungen 262 und 272 dienen zum Anschließen an zwei der Leitungen 15, während der Anschlußstift 28 mit der dritten Leitung 15 verbunden wird.

Die Membran 4 ist aus einem hochschmelzenden Metall wie Molybdän hergestellt und hat, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine zentrale Vertiefung 41 mit einer Zentralöffnung 42 mit einem Durchmesser von etwa 1 mm.

Das Element 5 besteht aus rostfreiem Stahl und weist angeschweißte Schellen 51 auf, in die die Leitungen 13 aufgenommen werden. Das Element 5 nimmt die Membran 4 auf und beide bilden dann zusammen ein becherförmiges Element.

Die Anode 6 enthält ein becherförmiges Element, das durch die besseren Wärmeleitungseigenschaften dieser Konfiguration im Vergleich zu bereits bekannten Konfigurationen aus einem nicht hochschmelzenden Metall wie rostfreiem Stahl hergestellt sein kann. Die Anode hat angeschweißte Schellen 61 zum Aufnehmen der Leitungen 11 sowie eine Zentralöffnung 62 (Fig. 2) mit einem ungefähren Durchmesser von 3 mm.

Die Anodenerweiterung 7 enthält zwei rohrförmige Teile 71 und 73, die über einen Teil 72 mit Kegelstumpfform aneinander anschließen. Der Teil 71 ist mit der Innenseite der Anode 6 zur Vergrößerung der Strahlungsfläche der Anode und so zur weiteren Reduzierung ihrer Betriebstemperatur verschweißt.

In einer Ausführungsform war das becherförmige Element als ein mit Ausnahme der Öffnung 62 an einem Ende geschlossener, gerader, kreisförmiger Hohlzylinder ausgebildet. Der Durchmesser des Bechers betrug etwa 12 mm und seine Höhe ebenfalls etwa 12 mm. Die Anode war mit einer flanschförmigen Erweiterung 7 ausgerüstet, deren äußerer rohrförmiger Teil einen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Höhe von 2 mm hatte. Der Teil 72 mit Kegelstumpfform war etwa 3 mm hoch.

Der Kolben 8 ist im wesentlichen rohrförmig und mit einem Fenster 81 aus synthetischem Quarz an einer Stirnseite ausgebildet. Dieses Fenster 81 ist für mindestens einen ausgewählten Teil der vom Bogen erzeugten Strahlung durchlässig.

In Fig. 3 und 4 ist die zusammengesetzte Lampe dargestellt. Die Membran 4 ist im rohrförmigen Element 5 zur Bildung eines becherförmigen Elements dargestellt. Die Kathodeneinheit 2 ist im rohrförmigen Element 3 angeordnet und wird in das becherförmige Element eingeführt, das aus dem rohrförmigen Element 5 und der Membran 4 besteht. Durch die fluchtende Anordnung des Bodens des rohrförmigen Elements 3 mit dem Boden des rohrförmigen Elements 5, wie in Fig. 2 dargestellt, läßt sich der Abstand zwischen Kathode und Membran genau einstellen, da er durch die Abmessungen der Kathodeneinheit 2, deren Kragen 29 an eine umgesetzte Zunge 31 am rohrförmigen Element 3 stößt, die Abmessungen der Membran 4, die an eine umgesetzte Zunge 52 am rohrförmigen Element 5 stößt, und die Abmessungen des rohrförmigen Elements 3 bestimmt wird. Alle diese Elemente können mit Werkzeugen hergestellt werden, die die erforderliche Genauigkeit in den Abmessungen herbeiführen können. Die Kathoden- und Membraneinheit wird dann auf dem Sockel montiert und die Leitungen 13, die mit Keramikröhrchen 14 versehen werden, in die Schellen 51 eingeführt und damit verschweißt. Gleichzeitig werden die Leitungen 28, 262 und 272 mit den Leitungen 15 verbunden. Auf eine andere Weise könnte die Leitung 28 und die Leitung 262 oder die Leitung 272 im Inneren mit einer der Leitungen 13 verbunden werden, weil die Membran 4 und die Kathode auf dem gleichen Potential gehalten werden müssen. Jedoch kann es bei einigen Anwendungen wünschenswert sein, durch eine Änderung des Potentials an der Membran die Lampe zu schalten, in welchem Fall die Kathode und die Membran elektrisch zu isolieren sind.

Die Anodenerweiterung 7 ist in der Anode 6 verschweißt und die Zusammensetzung von Anode und Erweiterung wird an den Leitungen 11 mittels der Schellen 61 montiert. Diese Zusammensetzung wird dann in den Kolben 8 eingeführt und der Sockel 1 mit dem Kolben verschmolzen. Der abgedichtete Kolben wird darauf evakuiert und auf einem Druck von 13 mbar mit Deuterium gefüllt.

Im Betrieb wird ein elektrisches Potential zwischen der Anode und der Kathode angelegt, um eine elektrische Bogenentladung auszulösen. Diese Entladung wird auf die Vertiefung in der Membran 4 beschränkt und Strahlung vom Bogen geht durch das Fenster 81 über die Öffnung 62 in der Anode. Bei einer Deuterium-Lampe tritt die Strahlungsaussendung im ultravioletten Bereich des Spektrums und bei einer geringeren Intensität im blauen Endteil des sichtbaren Spektrums auf. Wenn der Kolben 8 aus Glas ist, ist die blaue Strahlung durch die Seitenwände der Hülse sichtbar, aber der Kolben wird für die Ultraviolettstrahlung, ausgenommen durch das Fenster 81, im wesentlichen undurchlässig sein.

Die flanschförmige Anodenerweiterung 7 kann mit quergerichteten Schutzschirmen mit Öffnungen ausgerüstet sein, die sich ständig vergrößernde Durchmesser aufweisen, um die ausgesandte Strahlung auf einen gewünschten festen Winkel zu beschränken, der der vom Fenster 81 von der Anodenöffnung 62 aus gebildete Winkel sein kann.

Wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, liegt die Symmetrieachse der Anode 6 auf der Längsachse des Kolbens 8 und auch die Öffnung 42 in der Membran 4. Demzufolge erfolgt die größte Aussendung von Strahlung entlang der Längsachse des Kolbens. Jedoch strahlen manche häufig benutzten Lampen in einer quer zur Längsachse stehenden Richtung aus. Dadurch wird die in der Ausführungsform beschriebene Lampe möglicherweise nicht gut in normale Spektrofotometer passen. Diese Lampen werden normalerweise als Breitband-Strahlungsquelle für Spektrofotometer benutzt. Jedoch wäre es möglich, eine Lampe nach der Erfindung herzustellen, deren Elektrodenstruktur über 90° gedreht ist und deren Strahlungsdurchlaßfenster 81 sich in der gekrümmten Oberfläche des zylindrischen Kolbens 8 befindet. Hierzu wäre eine kürzere Elektrodenstruktur erforderlich, wenn der Kolben keine größere Breite besitzt. Dies ist durch Vergrößerung der Anodenabmessung in der Richtung quer zur Symmetrieachse A-A in Fig. 2 erreichbar, wodurch also statt der Verringerung der Höhe der Wände eine große Strahlungsoberfläche erhalten wird. Die flanschförmige Erweiterung kann dabei auch ein untieferes Profil haben. Auf diese Weise ist es möglich, Lampen nach der Erfindung zur Verwendung in den gleichen Geräten wie herkömmliche herzustellen.

Das rohrförmige Element 5 kann aus Molybdän bestehen, in welchem Fall die Membran 4 zur Bildung des becherförmigen Elements eine Einheit mit dem Element 5 bilden kann. Auf andere Weise ist eine plattenförmige Ausführung der Membran möglich, die auf einem, mit einer Öffnung versehenen, becherförmigen Element geschweißt sein kann. Der Kolben kann in Abhängigkeit von den Eigenschaften der erforderlichen Strahlung mit zusätzlichen oder alternativen Gasen gefüllt werden. Ein direkt geheizter Kathodenheizdraht kann an der Stelle der imprägnierten Kathode 2 benutzt werden und die flanschförmige Anodenerweiterung 7 kann als eine Einheit mit der Anode ausgebildet werden. Die Anode kann in verschiedenen Konfigurationen ausgebildet werden unter der Voraussetzung, daß die gesamte wirksame Strahlungsoberfläche derart ist, daß ihr Temperaturanstieg im normalen Betrieb der Lampe auf einen niedrigen Wert beschränkt bleibt, wobei die Verwendung eines hochschmelzenden Metalls erforderlich ist, um eine entsprechende Betriebsdauer zu erreichen.

Claims (2)

1. Elektrische Bogenentladungslampe mit einer Kathode und einer Anode, zwischen denen sich eine hochschmelzende Metallmembran befindet, welche eine Öffnung zum Einschränken des Entladungsgebiets aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ein becherförmiges Element (6) mit einer Öffnung (62) in seinem, der Membran (4) mit der Öffnung (42) zugewandten Boden enthält, wobei die beiden Öffnungen (42, 62) miteinander fluchten, und daß sich an das offene Ende des Anodenelementes eine flanschförmige Erweiterung (7; 71, 72, 73) anschließt.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das becherförmige Element (6) als an einem Ende geschlossener, gerader, kreisförmiger Hohlzylinder ausgebildet ist.