DE3715375C1 - Wasserstoff-Entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserstoff-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas und einem darin angeordneten, Anode und Kathode enthaltenden Gehäuse mit Strahlaustrittsfenster, wobei die Kathode als Emittermaterial ein Gemisch von Erdalkalioxiden aufweist.

Unter dem Begriff Wasserstofflampen sollen gemäß der Erfindung Gasentladungs­ lampen verstanden werden, die entweder mit Wasserstoff oder Deuterium oder einem Gemisch beider gefüllt sind.

Eine mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas gefüllte Gasentladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas sowie einem darin befindlichen Gehäuse ist aus der DE-OS 14 89 350 bekannt. Das Gehäuse enthält eine Anode, eine Kathode und ein Strahlaustrittsfenster; die Kathode ist mit Aktivierungsmaterialien versehen.

Weiterhin ist aus der DE-AS 10 42 115 eine wassergekühlte Wasserstoff­ entladungslampe mit einem Quarzglaskolben bekannt, wobei deren Kathode aus einer Wolframwendel besteht, die mit bekannten Emittermaterialien aus Erdalkalioxiden oder Gemischen aus Erdalkalioxiden versehen ist.

Im Vergleich zu ihrer Anfangsintensität erfahren Wasserstofflampen mit Quarz­ glaskolben im Laufe ihrer Betriebszeit einen Intensitätsverlust, der im wesentlichen auf eine Abnahme der Kolbentransmission zurückzuführen ist. Diese Transmissionsabnahme wird hervorgerufen insbesondere durch von der Kathode stammendes Emittermaterial, wie beispielsweise Barium, Strontium, Kalzium, das sich an der Kolbeninnenwand niederschlägt. Das Material diffundiert in das Quarzglas hinein und reagiert chemisch mit diesem. Hierdurch wird die hohe UV-Strahlungsdurchlässigkeit des reinen Quarzglases, insbesondere im Wellen­ längenbereich unterhalb 250 nm, stark reduziert.

Als Lebensdauer einer Wasserstofflampe wird im allgemeinen die Zeitdauer definiert, in der sie betrieben werden kann, bis bei einer vorgegebenen Wellenlänge ihre Restintensität auf 50% gegenüber ihrer Anfangsintensität abgesunken ist. So beträgt die Lebensdauer bei einer Wellenlänge von 230 nm bei Lampen mit herkömmlicher Kathodenkonstruktion ca. 750 Stunden.

Aus der US-PS 39 56 655 ist eine mit Wasserstoff oder Deuterium gefüllte Entladungslampe bekannt, bei der Borosilikatglas als Kolbenmaterial verwendet wird, wobei eine um den Faktor 2 längere Lebensdauer im vorgegebenen Wellen­ längen-Bereich erzielt wird. Diese längere Lebensdauer beruht auf der chemisch gesehen höheren Resistenz von Borosilikatglas gegenüber Erdalkalien, als es bei Quarzglas der Fall ist. Die gegenüber Quarzglas geringere UV-Durchlässig­ keit des Borosilikatglases muß hier durch eine verringerte Wandstärke kompensiert werden. Dies geschieht entweder durch ringförmiges Dünnziehen oder tubusförmiges Ausblasen des Glaskolbens.

Es ist hier ein zusätzlicher mechanischer Aufwand notwendig. Weiterhin besteht aufgrund der verringerten Wandstärke eine erhöhte Bruchgefahr.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Lebensdauer von Wasserstofflampen zu verbessern, die einen Lampenkolben aus Quarzglas aufweisen; dabei soll die Transmission des Lampenkolbens im Wellenlängenbereich von <300 nm um weniger als 15% reduziert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Blende flächenhaft ausgebildet; sie wird von mit dem Lampengehäuse verbundenen Abstandsstäben gehalten. Ihre lichte Öffnung ist größer als die des Strahlaustrittsfensters des Gehäuses. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die Blende bei ver­ schiedenartigen Kolbenmaterialien anwendbar ist; bei zu hoher Strahlungs­ intensität kann diese durch geeignete Wahl der Stärke der Blende angepaßt werden; durch Einsatz von Blenden mit speziellen Transmissionseigenschaften kann das Spektrum von Wasserstofflampen verändert werden.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, die erfindungsgemäße Lampe aufgrund ihres Quarzglaskolbens in einem Umfeld höherer Temperaturen einsetzen zu können, insbesondere bei Hochtemperatureinsätzen, wie sie z. B. in Abgas­ systemen, Testsystemen oder Schornsteinen erforderlich sein können.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Wasserstofflampe mit einer Blende, deren Ebene senkrecht zu der Achse des austretenden Lichtstrahls angeordnet ist;

Fig. 2 zeigt eine Wasserstofflampe mit einer teilweise reflektierenden Blende.

Gemäß Fig. 1 befindet sich im Bereich der Achse 1 des aus Quarzglas bestehen­ den zylindrischen Lampenkolbens 2 das aus Anode und Kathode bestehende Elektrodensystem im Gehäuse 3, wobei zur Erzielung einer möglichst hohen Strahldichte zwischen den Elektroden ein Formkörper aus hochschmelzendem Metall, wie z. B. Molybdän, angeordnet ist. Der Öffnungswinkel der emittierten Strahlung liegt z. B. im Bereich von 30-40°; der Lichtstrahl verläuft entlang der Achse 10.

Vor dem Strahlaustrittsfenster 4 des Gehäuses 3 ist eine Blende 5 mit einer Öffnung 6 angeordnet, die einen Filter 7 enthält. Der Rahmen der Blende 5 ist über Abstandsstäbe 8 mit dem Gehäuse 3 des Elektrodensystems mechanisch fest verbunden, wobei durch die Öffnung 6 die Achse 10 verläuft.

Als Filter wird eine dünne Scheibe aus Borosilikatglas eingesetzt. Ihre Stärke beträgt ca. 0,14 mm. Durch diese dünne Scheibe wird die Durchlässigkeit für die Strahlung nur geringfügig reduziert. Diese Scheibe verhindert, daß die abgedampften Emittermaterialien auf die Innenseite des Quarzkolbens im Bereich des Strahlaustritts gelangen. Hierdurch wird eine Reaktion zwischen Quarz und den Erdalkalien, die zur Reduzierung der optischen Durchlässigkeit im kurz­ welligen UV führt, verhindert. Das Borosilikatglas selbst ist gegen diesen Einfluß resistent. Hieraus resultiert eine geringere Abnahme der UV-Strahlung während des Betriebes und somit eine längere Lebensdauer.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 1 wird als Blende eine Linse aus Borosilikatglas eingesetzt, durch welche die austretende Strahlung fokussiert wird.

Gemäß Fig. 2 bildet das Lot auf der Ebene der Blende 5 mit der Achse 10 des austretenden Lichtstrahls einen Winkel von 45°, wobei sich die vom Nieder­ schlag betroffene Fläche der Blende 5 um den Faktor 1,4 vergrößert, so daß die vom Niederschlag erzeugte Reduzierung der Transparenz pro Flächeneinheit geringer ist als bei einem Winkel von 0° zwischen dem Lot der Blendenebene und der Achse des austretenden Lichtstrahls.

Darüber hinaus wird ein Teil der emittierten Strahlung gegenüber der Haupt­ strahlungsrichtung 10 um 90° abgelenkt. Die reflektierte Strahlung ist mit dem Bezugszeichen 11 symbolisch dargestellt.

Die reflektierte Strahlung wird seitlich aus dem Lampenkolben herausgeführt, sie dient zur Aufspaltung des austretenden Lichtstrahls in Referenzstrahlung und Meßstrahlung, wie sie z. B. bei Zweistrahl-Photometern erforderlich ist; weiterhin ist es möglich, die Strahlungsintensität mit Hilfe des reflektierten Strahls über die Lampenstromversorgung zu regeln.

Da die der Entladung abgekehrte Seite des optischen Elements ebenfalls eine reflektierende Oberfläche aufweist, ist es möglich, einen externen Lichtstrahl in den Strahlengang der Entladungslampe einzukoppeln, so daß sich die Möglich­ keit einer Erweiterung des Spektralbereiches bzw. einer Erhöhung der Intensi­ tät vorgegebener Spektralbereiche ergibt.

Claims (12)

1. Wasserstoff-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas und einem darin angeordneten, Anode und Kathode enthaltenden Gehäuse mit Strahlaustrittsfenster, wobei die Kathode als Emittermaterial ein Gemisch von Erdalkalioxiden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Emittermaterial Mischoxide aus Barium, Kalzium und Strontium dienen und daß zwischen der Innenseite des Lampenkolbens (2) und dem Strahlaustrittsfenster des Gehäuses (3) eine für UV-Licht durchlässige Blende (5) angeordnet ist, deren strahlendurchlässiger Bereich wenigstens auf seiner der Entladung zugekehrten Seite eine Oberfläche aus Borosilikatglas und/oder glasartigem Aluminiumoxid aufweist.

2. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlungsdurchlässige Bereich der Blende (5) flächenhaft ausgebildet ist und wenigstens die Größe des Strahlaustrittsfensters (4) aufweist.

3. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blende (5) über Abstandsstäbe (8) mit dem Lampenge­ häuse (3) verbunden ist.

4. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot auf der Ebene der Blende (5) mit der Achse (10) des austretenden Lichtstrahles einen Winkel im Bereich von 35-55° bildet.

5. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) aus Quarzglas besteht, das auf wenigstens einer Seite bis zu einer Stärke von 1 µm eindiffundiertes Boroxid enthält.

6. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) aus Borosilikatglas besteht.

7. Wasserstoff-Entladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) als Scheibe mit plan­ parallelen Flächen ausgebildet ist.

8. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Flächen gegenüber der Strahlaustrittsrichtung geneigt sind.

9. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Flächen mit der Strahlaustrittsrichtung einen spitzen Winkel bilden.

10. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) eine Stärke im Bereich von 0,08 bis 1 mm aufweist.

11. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Entladung zugekehrte Seite der Blende (5) eine wenigstens teil­ weise reflektierende Oberfläche aufweist.

12. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) als Linse ausgebildet ist.