DE3535407A1 - Lichtbogenroehre mit erhoehter leistungfaehigkeit fuer eine hochleistungs-entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kurzbogen-Hochleistungsentladungslampen/ wie sie in bestimmten Photoprojektoren verwendet werden. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Lichtbogenroehre fuer Kurzbogen-Hochleist.ungsentladungslampen, die eine Dosis enthaelt, die die Lumen pro Watt oder die Wirksamkeit der Lichtabgabe erhoeht und die bisher bekannte Lebensdauer der Lichtbogenroehre verlaengert.

Eine typische Kurzbogen-Hochleistungsentladungslampe hat eine Lichtbogenroehre, die eine Quarzhuelle mit einer dickwandigen kugelfoermigen Lichtbogenkammer und ein Paar verlaengerter, in die Lampenfuesse der Huelle eingeschmolzener Elektroden umfasst, die sich von der Huelle auf einer gemeinsamen Achse in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Die Lichtbogenkammer zwischen den inneren Enden der Elektroden hat etwa 2 bis 3 mm, der Gesamtdurchmesser betraegt etwa 8 bis 10 mm und die Gesamtlaenge (einschliesslich der Lampenfuesse) betraegt etwa 5 cm fuer eine 300 W Kurzbogen-Hochleistungsentladungslampe.

In der US-PS 41 38 621 ist eine solche, in einem Reflektor angebrachte Kurzbogen-Entladungslampe offenbart.

In der US-PS 37 80 342 ist ein Vorschaltstromkreis fuer die Kurzlichtlampe offenbart, der einen verhaeltnismaessig hohen Zuendspannungsimpuls an die Lampe legt, gefolgt von einer verhaeltnismaessig niedrigen Betriebsspannung.

Obwohl die Kurzbogen-Entladungslampe der US-PS 41 38 621 dem vorgesehenen Zweck dient, ist es erwuenscht, die Leistungsfaehigkeit, die vorgesehene Lebensdauer und die Ge-

samtlichtabgabe der Lampe weiter zu steigern. Die Leistungsfaehigkeit und die Lebensdauer werden in erster Linie durch die Lichtbogenroehre der Kurzbogen-Entladungslampe bestimmt.

Demgemaess wird durch die vorliegende Erfindung eine Lichtbogenroehre fuer eine Kurzbogen-Hochleistungsentladungslampe mit erhoehter Leistungsfaehigkeit sowie einer laengeren vorgesehenen Lebensdauer geschaffen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenroehre fuer eine Kurzbogen-Hochleistungsentladungslampe mit einer erhoehten nutzbaren Leistungsfaehigkeit zusammen mit erhoehter, bisher bekannter Lebensdauer. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vergroesserung des Volumens der Lichtbogenroehre, um ihre Gesamtlichtabgabe zu erhoehen.

Die Lichtbogenroehre umfasst eine Huelle mit einem Kolbenteil und einem ersten und einem zweiten, sich von dem Kolbenteil erstreckenden Lampenfuessen. Die Lichtbogenroehre umfasst ferner eine erste und eine zweite verlaengerte, sich in die Huelle erstreckende Elektroden, die im Kolben einen Abstand voneinander haben, um einen Lichtbogenweg zu definieren. Beide Elektroden sind in die Lampenfuesse in Bereichen eingeschmolzen, die einen Abstand zum Kolbenteil haben. Der Kolbenteil enthaelt ein inertes Gas und eine Quecksilber (Hg), Dysprosium (Dy) und Jod (J) umfassende Dosis. Der Kolbenteil kann auch ein inertes Gas und eine Quecksilber (Hg), Dysprosium (Dy), Jod (J) und Indium (In) umfassende Dosis enthalten.

Figur 1 ist eine Vorderansicht einer Kombination aus Lampe und Reflektor nach einer Ausfuehrungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linien 2-2 der Figur 1 und

Figur 3 zeigt die Lichtbogenroehre der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt eine Projektionseinheit 10 mit Reflektorteil 12, die vorzugsweise aus Glas besteht, eine runde konkave Form hat und eine Lichtquelle in Form einer Lichtbogenroehre 14 aufweist. Durch die Verwendung eines Glasreflektors wird die Formbestaendigkeit des Reflektors 12 sichergestellt. Die elliptische Form des Reflektors 12 konzentriert das Licht im entfernten Brennpunkt, der zweckmaessig vor der Randebene der Lichteinheit 10 in einem etwa dem Durchmesser des Randes entsprechenden Abstand angeordnet sein kann.

Der Reflektor 12 ist mit einem Rand 16 versehen, durch welchen die Lampe getragen wird, wenn sie zu ihrem typischen Gebrauch fuer das Photographieren befestigt wird. Der Reflektor 12 kann auf seiner inneren Oberflaeche mit einem Ueberzug 18 versehen sein, der aus einer bekannten Art von mehrschichtigem Interferenzfilm besteht, der das sichtbare Licht stark reflektiert, aber durchlaessig fuer Waerme- oder Infrarotstrahlung ist. Ein Metallreflektor 12 mit einem geeigneten Spiegelschliff kann ebenfalls verwendet werden.

Der Reflektor 12 hat vorzugsweise einen Kuehlabschnitt 20, der in Figur 1 phantomartig gezeigt und im hinteren Teil des Reflektors 12 hinter der Lichtbogenroehre 14 angeordnet ist. Der Kuehlabschnitt 20 bietet ein zusaetzliches Mittel um Kuehlluft, die durch das photographische System, das die Projektionseinheit 10 enthaelt, entwickelt werden kann, zum Eintritt in den Reflektor 12 zur Kuehlung der Lichtbogenroehre 14 zu veranlassen. Ferner bietet der Kuehlabschnitt 20 das Mittel fuer einen Teil der durch die Lichtbogenroehre 14 entwickelten ümgebungswaerme, die Lichtbogenroehre 14 durch den Kuehlabschnitt 20 zu verlassen. Die

durch den Kuehlabschnitt 20 ermoeglichte Kuehlung traegt zur Verlaengerung der Betriebszeit der Lichtbogenroehre 14 bei.

Die Lichtbogenroehre 14 hat zwei verlaengerte, sich in die Lichtbogenroehre 14 erstreckende und im Abstand zueinander im Kolbenteil 26 angebrachte Elektroden 22 und 24, die einen Lichtbogenentladungsweg beschreiben. Die Elektroden 22 und 24 sind bevorzugt aus Wolframdraht gebildet. Die gezeigte Lampe 10 ist fuer Gleichstrombetrieb vorgesehen.

Die Anode 22 ist aus Wolframdraht mit einem groesseren Durchmesser als die Elektrode 24 gebildet. Die Elektrode 22 dient bei Gleichstrombetrieb als Anode der Lichtbogenroehre 14, waehrend die Elektrode 24 als Kathode der Lichtbogenroehre 14 dient. Bei Wechelsstrombetrieb haben beide Elektroden 22 und 24 im wesentlichen dieselbe Groesse. Die Lampe 10 arbeitet mit den Elektroden 22 und 24 nahe dem Schmelzpunkt von Wolfram und sie kann mit im wesentlichen geschmolzenen Spitzen betrieben werden, was zur Abrundung und Zusammenballung an den Elektrodenenden waehrend des Betriebes fuehrt. Der elektrische Anschluss der Elektroden 22 und 24 ist zusammen mit dem Anbringen der Lichtbogenroehre 14 zwischen den Schultern 28 und 30 im Detail in Figur 2 gezeigt.

Der Reflektor 12 hat Oeffnungen 32 und 34, die auf einer Linie zentriert sind, die durch den nahen Brennpunkt 36 des Reflektors 12 und quer zur optischen Achse der Lampe 10 verlaeuft.

Die Lichtbogenroehre 14 ist seitlich auf der optisehen Achse des Reflektors angebracht, wobei sich ihr Lampenfuss 38 in die Oeffnung 32 erstreckt. Der Lampenfuss 38 ist in glasartigen, das Volumen der Oeffnung 32 ausfuellenden Zement 40 eingebettet. Ein isolierter Draht 42 ist an eine Zuleitung 44 angeschweisst und tritt durch eine kleine Seitenoeffnung im hinteren Teil der Schulter 28 in diese ein. Der andere Lampenfuss 46 der Lichtbogenroehre 14 er-

streckt sich in die Oeffnung 34 und ist in den glasartigen Zement 40 eingebettet, der das Volumen der Oeffnung 34 ausfuellt. Ein isolierter Draht 48 ist an eine Zuleitung 50 der Lichtbogenroehre 14 angeschweisst und tritt durch eine kleine Oeffnung im hinteren Teil der Schulter 30 in diese ein.

Waehrend des Zusammenbaus der Lampe 10 vor Haertung des Zementes 42, wird die Lichtbogenroehre 14 relativ zum Rand 16 der Einheit 10 optisch ausgerichtet. Es wird bevorzugt ein unter Einwirkung von Waerme schnell haertender Zement benutzt, der sich mit dem Glasreflektor 12 und der Lichtbogenroehre 14, die normalerweise aus einem Quarzmaterial gebildet ist, verbindet. Ein geeigneter Zement umfasst in erster Linie feines Aluminiumoxid und kalziniertem Kaolin zusammen mit geringen Mengen von Dinatriumphosphat und Trialuminiumphosphat, vermischt mit Phosphorsaeure, zur Bildung einer Paste.

Durch Einbetten der Lampenfuesse 38 und 46 der Lichtbogenroehre 14 in den Zement 42, so dass sie fest am Reflektor 12 angebracht sind, wird eine Projektionslampen-Einheit 10 erhalten, in der die Lichtbogenroehre genau im optischen Bezugssystem angeordnet ist. Wenn anschliessend die Einheit 10 in eine geeignete Fassung eingefuegt und ihr Rand 16 genau angepasst ist, gibt sowohl das photographische System als auch die darin montierte Einheit 10, das gewuenschte Licht ohne weitere Einstellung.

Die Lichtbogenroehre 14 kann eine Zuendhilfseinrichtung haben, die der Art entsprechen kann, die in der vorerwaehnten US-PS 41 38 621 beschriebenen ist, auf deren detaillierte Beschreibung der Zuendhilfseinrichtung 36 Bezug genommen werden kann.

Zum Betrieb wird an die Lichtbogenroehre 14 zur Einleitung des anfaenglichen Lichtbogenentladungszustandes, ei-

ne verhaeltnismaessxg hohe, durch einen Vorschaltstromkreis erzeugte Anfangsspannung von etwa 8000 V bis etwa 10 000 V ueber die Anode und die Kathode der Lichtbogenroehre 14 angelegt. Nach seinem anfaenglichen Lichtbogenzustand haelt eine durch einen strombegrenzenden Vorschaltstromkreis erzeugte Spannung im Bereich von etwa 40 bis 120 V die Lichtbogenroehre in ihrem Betriebszustand.

Erfindungsgemaess dient die in Figur 3 in leicht vergroessertem Zustand gezeigte Lichtbogenroehre 14 als Lichtquelle fuer die Lampe 10. Die Lichtbogenroehre 14 umfasst eine Quartzhuelle mit einem allgemein elliptischen Teil oder Kolben 26, der mit allgemein zylindrischer, sich nach aussen erstreckenden Lampenfuessen oder Verlaengerungen 38 und 46 versehen ist, deren Aussendurchmesser betraechtlieh geringer ist als der des Kolbens 26. Beide Elektroden 22 und 24 sind an Molybdaenfolien 64 und 66 angeschweisst, waehrend die Folien 52 und 54 wiederum an die Zuleitungen und 50 angeschweisst sind. Die Folien 52 und 54 werden durch das Quartzmaterial der Lampenfuesse 38 und 46 benetzt um eine hermetische Abdichtung der Lichtbogenroehre 14 zu gewaehrleisten.

Die Lichtbogenroehre 14 hat normalerweise eine Gesamtlaenge 56 von etwa 4,2 cm und der Aussendurchmesser 58 in der Mitte seines Kolbenteils 26 betraegt normalerweise etwa 12 mm. Der Innendurchmesser 60 betraegt in der Mitte des Kolbenteils 26 etwa 6 mm. Die Lichtbogenlaenge zwischen den inneren der Elektroden 22 und 24 betraegt etwa 4 mm. 30

Die Lichtbogenroehre 14 verfuegt ueber eine erhoehte Wirksamkeit und laengere vorgesehene Lebensdauer im Vergleich zu den bekannten Lichtbogenroehren fuer Kurzbogen-Hochleistungs-Projektions-Entladungslampen. Die Lichtbogenroehre 14 enthaelt ein inertes Gas, wie beispielsweise

4 Argon, das einen typischen Fuelldruck von etwa 4.10 Pa

f /ίο

(300 Torr) hat. Die Verbesserungen der Lichtbogenroehre 14 werden in erster Linie durch eine Quecksilber (Hg), Dysprosium (Dy) und Jod (J) umfassende Dosis erreicht. Die Dosis kann auch Quecksilber (Hg), Dysprosium (Dy), Jod (J) und Indium (In) umfassen.

Die in der Lichtbogenroehre 14 enthaltene Dosis kann in einer ersten Ausfuehrungsform folgendes umfassen: 27,12 Mikromol (89,4 Mol%) Hg; 0,44 Mikromol (1,4 Mol%) Dy;

2,78 Mikromol (9,2 Mol%) J„; und

einen Zusatz an In im Bereich von 0 bis etwa 0,73 Mikromol.

Eine zweite Ausfuehrungsform kann die angegebenen Bestandteile der ersten Ausfuehrungsform in den folgenden Bereichen umfassen:

etwa 7 Mikromol bis etwa 243 Mikromol Hg, etwa 0,1 Mikromol bis etwa 2,0 Mikromol Dy, etwa 0,2 Mikromol bis etwa 6,5 Mikromol In und etwa 0,7 Mikromol bis etwa 25,0 Mikromol J_.

Bei der zweiten Ausfuehrungsform, die die angegebenen Bereiche hat, liegt das Volumen der Lichtbogenroehre

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im Bereich von etwa 0,1 cm bis etwa 0,5 cm . Bei derartigen Volumina liegt der Abstand zwischen beiden Elektroden im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 6 mm.

Der Betrieb der Kurzbogen-Hochleistungs-Entladungslampe 10 mit der vorhergehend offenbarten Lichtbogenroehre schafft ein durch Druck verbreitertes Spektrum in den WeI-lenlaengen von 430 bis 700 Nanometer. Die Lichtbogenroehre 14 hat eine um etwa 40% erhoehte Leistungsfaehigkeit im Vergleich zu den bisher bekannten Roehren, die noch nicht ueber die erfindungsgemaessen Vorteile verfuegen.

Die Lichtbogenroehre 14 der vorliegenden Erfindung wurde waehrend mehr als 250 h getestet, ohne dass ein Versagen eintrat, und sie zeigte am Anfang eine 40%-ige Zunahme der Leistungsfaehigkeit im Vergleich zu herkoemmlichen Liehtbogenroehren.

Es sollte hervorgehoben werden, dass die Kurzbogen-Hochleistungs-Entladungslampe 10 der vorliegenden Erfindung eine erhoehte Leistungsfaehigkeit und eine laengere Lebensdauer hat, im Vergleich zu bisher bekannten Vorrichtungen.

Weiterhin sollte hervorgehoben werden, dass der Kuehlabschnitt 20, wie bereits erlaeutert, die Lichtbogenroehre 14 zusaetzlich kuehlt, wobei die Wandtemperatur der Lichtbogenroehre weiter verringert werden kann durch Vergroessern des Volumens der Lichtbogenkammer. Diese Verringerung verbessert die Lebensdauer der Lichtbogenroehre.

Es sollte noch hervorgehoben werden, dass bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung Reflektoren mit unterschiedlichen konkaven Formen, wie beispielsweise eine Parabol- oder Kugelform, in Erwaegung gezogen werden koennen, obwohl die Kurzbogen-Hochleistungs-Entladungslampe 10 mit einem Reflektor 12 mit elliptischer Form beschrieben worden ist. Bei derartigen Reflektoren ist es wichtig, dass die Lichtbogenroehre 14 zur Anpassung an die optischen Erfordernisse der Kurzbogen- Hochleistungslampe innerhalb des Reflektors angeordnet ist.

Weiter kann die Lehre der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Anordnungen eingesetzt werden, bei denen eine aehnlich spezifizierte Hochleistungs-Lichtbogen-Entladungslampe verwendet werden kann, z.B. fuer Studio- oder Buehnenbeleuchtung, oder in der Faseroptik, obwohl die Lichtbogenroehre 14 fuer Kurzbogen-Hochleistungs-Entladungslampen beschrieben worden ist.

Ferner kann die Lichtbogenroehre 14 bei anderen Beleuchtungsanwendungen eingesetzt werden, bei denen helle, leistungsfaehige Lichtquellen benoetigt werden.

Claims (9)

Lichtbogenroehre mit erhoehter Leistungsfaehigkeit fuer eine * Hochleistungs-Entladungslampe Patentansprueche 25

1. Lichtbogenroehre fuer eine Hochleistungsentladungslampe mit

einer Huelle mit einem Kolbenteil und sich von dem Kolbenteil erstreckenden ersten und zweiten verlaengerten Lampenfuessen;

einer ersten und zweiten verlaengerten Elektrode, die sich in die Huelle erstrecken und im Abstand voneinander im Kolbenteil angeordnet sind, um den Entladungsweg zu definieren, wobei beide Elektroden in die verlaengerten Lampenfuesse im Abstand zu dem Kolbenteil eingeschmolzen sind und

einer Fuellung, die ein inertes Gas und eine Quecksilber (Hg), Dysprosium (Dy) und Jod (I) umfassende Dosis enthaelt.

2. Lichtbogenroehre fuer eine Hochleistungsentladungslampe, die

eine Huelle mit einem Kolbenteil und einem ersten und einem zweiten Verlaengerungsteil, die sich von dem Kolbens erstrecken, umfasst;

zwei verlaengerte Elektroden, die sich in die Huelle erstrecken und in dem Kolben im Abstand voneinander angeordnet sind, um den Bogenentladungsweg zu definieren, wobei beide Elektroden in die Verlaengerungsteile in Regionen eingeschmolzen sind, die sich in Abstaenden vom Kolbenteil befinden und

eine Fuellung, die ein inertes Gas und eine Quecksilber (Hg), Dysprosium (Dy), Jod (J) und Indium (In) umfassende Dosis enthaelt.

3.Lichtbogenroehre nach Anspruch 2, in der die Dosis 27,12 Mikromol (89,4 Mol%) Hg, 0,44 Mikromol (1,4 Mol%) Dy, 2,78 Mikromol (9,2 Mol%) J₂ und

einen Zuschlag von In im Bereich von 0 bis etwa 0,73 Mikromol umfasst.

4. Lichtbogenroehre nach Anspruch 3, in der die angegebenen Bestandteile in den folgenden Bereichen vorliegen:

etwa 7 Mikromol bis etwa 243 Mikromol Hg, etwa 0,1 Mikromol bis etwa 2 Mikromol Dy, etwa 0,2 Mikromol bis etwa 6,5 Mikromol In, und etwa 0,7 Mikromol bis etwa 25,0 Mikromol J-.

5. Lichtbogenroehre nach Anspruch 4, wobei das VoIumen der Lichtbogenroehre im Bereich von etwa 0,1 cm bis etwa 0,5 cm liegt und der Abstand zwischen der ersten und

der zweiten Elektrode im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 6 mm liegt.

6. Lichtbogenroehre nach Anspruch 4, wobei die Huel-Ie eine Gesamtlaenge von etwa 4,2 cm, einen Aussendurchmesser von etwa 12 mm und einen Innedurchmesser von etwa 6 mm hat, und der Abstand zwischen der erste.n und zweiten Elektrode etwa 4 mm betraegt.

"7. Lichtbogenroehre nach Anspruch 4, in Kombination mit einem konkaven Reflektor, wobei die Lampenfuesse der Lichtbogenroehre auf einer gemeinsamen Achse liegen und die Lichtbogenroehre in dem Reflektor auf einer Achse angebracht ist, die quer zur optischen Achse des Reflektors liegt.

8. Hochleistungsentladungslampe nach Anspruch 7, wobei der Reflektor ausserdem einen Kuehlabschnitt umfasst, der aus dem rueckwaertigen Teil des Reflektors ausgeschnitten ist und sich hinter der Lichtbogenroehre befindet.

9. Hochleistungsentladungslampe nach Anspruch 7, die eine Starthilfe umfasst, die um die Lichtbogenroehre herum angeordnet ist.