DE3932411A1 - Gasentladungshochdrucklampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungshochdrucklampe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Leistungsarme Gasentladungshochdrucklampen, wie Quecksilber- Hochdrucklampen, werden vielfach als Punktstrahler für Steuerungs- und Überwachungszwecke eingesetzt. Bei derartigen Gasentladungshochdrucklampen besteht das grundsätzliche Pro­ blem, daß der Lichtbogen häufig instabil ist und auf der Elektrodenoberfläche wandert, wodurch eine stabile Fokusie­ rung problematisch ist. Außerdem entsteht vielfach ein In­ tensitätsverlust, da sich infolge eines Wärmeverlustes der Hochdruck nicht optimal aufbauen kann. Um diese Nachteile zu reduzieren und um Lampenschwärzungen an den kälteren En­ den des Leuchtrohres zu vermeiden, werden in bekannter Weise endseitige, kappenförmige Verspiegelungen vorgesehen. Diese reichen jedoch nur so weit, daß die freien Elektrodenenden bzw. Bogenansatzpunkte freigelassen sind; sie sind somit über den vollen Umfang des Leuchtrohres von außen sichtbar. Auch bei solchen Gasentladungshochdrucklampen besteht jedoch insbesondere dann, wenn sehr kleine Lampennennleistungen, beispielsweise etwa 7 Watt, erwünscht sind, weiterhin das Problem der Lichtbogeninstabilität und des Intensitätsver­ lustes. Als dauerhafte Punktlichtstrahler hoher Qualität sind solche Gasentladungshochdrucklampen vielfach nicht, oder nur mit Einschränkungen, geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungshochdrucklampe der im Oberbegriff genannten Art mit einfachen Maßnahmen so zu gestalten, daß sich eine langzeitstabile Entladung hoher Intensität zuverlässig er­ zielen läßt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Gasent­ ladungshochdrucklampe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus. Die wärmereflektierende Zusatz­ verspiegelung außerhalb des Bereichs des Strahlenaustritts­ fensters ermöglicht auch bei sehr leistungsarmen Gasentla­ dungshochdrucklampen eine Optimierung des Wärmehaushaltes und damit ein problemloses Erreichen des erwünschten Hochdrucks innerhalb des Leuchtrohres, und zwar ohne Beeinträchtigung des Lichtabstrahlverhaltens. Die Zusatzverspiegelung bildet eine Art Wärmekonzentrator zur Vergrößerung der Innentempera­ tur und damit zur Vergrößerung des Innendrucks infolge einer besseren Verdampfung. Hierdurch läßt sich eine insgesamt größere Lichtbogenstabilität und -intensität erzielen. Während bei Gasentladungshochdrucklampen großer Leistung vielfach das Problem einer ausreichenden Kühlung besteht, wird bei Gasent­ ladungshochdrucklampen kleiner Leistung das bei herkömmlichen Ausführungen auftretende Wärmedefizit durch die erfindungsge­ mäße Maßnahme sicher vermieden, so daß sich äußerst stabile, langlebige, leistungsarme Punktstrahler zuverlässig herstel­ len lassen.

Die stabilisierende Wirkung der Zusatzverspiegelung beruht vor allem auf ihrer Wärmekonzentrationsfunktion, das heißt auf dem Wärmereflektionsvermögen. Demgegenüber haben Verspiegelun­ gen bei für Beleuchtungszwecke dienenden Langbogenentladungs­ lampen größerer Leistung die Aufgabe, die Lichtausbeute durch Lichtreflexion sowie -bündelung zu verbessern. Solche licht­ reflektierenden Verspiegelungen bei leistungsstarken Lampen, bei denen kein Wärmedefizitproblem besteht, haben grundsätzlich nichts mit der erfindungsgemäßen wärmereflektierenden Zusatz­ verspiegelung für leistungsarme Lampen zum Zwecke der Stabi­ litäts- sowie Intensitätsverbesserung zu tun.

Die Weiterbildung von Anspruch 2 ist besonders vorteilhaft, da sich eine solche Zusatzverspiegelung sehr leicht aufbrin­ gen läßt (durch Aufstreichen einer zunächst flüssigen Substanz) und da der gesamte Bereich, der nicht als Strahlungsaustritts­ fenster dient, wirksam zur Wärmekonzentration eingesetzt wird. Bei einfacher Herstellbarkeit läßt sich somit ein besonders gutes Arbeitsergebnis erzielen.

Die Weiterbildung von Anspruch 3 gibt den Maximalrahmen für den ausnutzbaren Umfangswinkel der Zusatzverspiegelung an. Dieser Umfangswinkel kann im Bedarfsfall deutlich kleiner als 180 Grad sein. Für Sonderfälle ist sogar ein Umfangswinkel von größer als 180 Grad denkbar.

Die Weiterbildung von Anspruch 4 beinhaltet eine allgemeine Richtschnur für die Bemessung des Umfangswinkels der Zusatz­ verspiegelung.

Mit der Weiterbildung von Anspruch 5 lassen sich verschie­ dene Spiegelkonfigurationen sowie -verteilungen erzielen. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise die Weiterbildun­ gen der Ansprüche 6 und 7 besonders zweckmäßig, während die Weiterbildungen der Ansprüche 8 bis 10 andersartige Gestal­ tungen der Zusatzverspiegelung beinhalten. Diese läßt sich damit ohne weiteres an die jeweiligen Betriebserfordernisse anpassen.

Die Weiterbildung von Anspruch 11 beinhaltet die an sich be­ kannte Spiegelanordnung an der Außenseite des Leuchtrohrs. Eine solche Verspiegelung ist besonders einfach aufzubringen; sie erfolgt durch Aufstreichen von flüssigen sogenannten keramischen Farben (Edelmetalle) auf den Lampenkörper und durch nachfolgendes Einbrennen mit dem Ergebnis der Spiegel­ bildung. Eine solche Verspiegelung bewirkt sowohl eine Wärme­ reflexion wie auch eine Lichtreflexion. Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung würde jedoch grundsätzlich eine wärmereflektierende Verspiegelung zunächst ausreichen, um den Lampenwärmehaushalt zu optimieren.

Besonders günstig ist auch die Weiterbildung von Anspruch 12, weil hierdurch der abstrah­ lungsgefährdete, kältere Pumpstutzen geschützt wird, der ohne­ hin nicht in den Bereich des Lichtaustrittsfensters gelegt werden sollte. Dadurch wird auch verhindert, daß der kältere Pumpstutzen durch die Elektrodenzerstäubung einer Schwärzung unterliegt.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 13 und 14 besagen, daß die Zusatzverspiegelung vor allem bei sehr leistungsarmen Lampen besonders zweckmäßig ist, zum Beispiel bei Lampen mit einem Elektrodenabstand von etwa 2 mm und einer Lampennennleistung von etwa 7 Watt.

Die Weiterbildung von Anspruch 15 ist vor allem immer dann besonders zweckmäßig, wenn die Zusatzverspiegelung einem Lichtaustrittsfenster gegenüberliegt. Dieses trifft beispiels­ weise dann zu, wenn nur eine zusammenhängende Zusatzverspie­ gelung vorhanden ist. Diese kann dann zusätzlich zu ihrer Wärmekonzentrationsfunktion eine optische Lichtkonzentration bzw. -reflexion bewirken. Eine solche Maßnahme ist jedoch unbedeutend, wenn auch unschädlich, wenn sich jeweils zwei Zusatzverspiegelungen diametral gegenüberliegen, da dann die Lichtreflexion nicht in Richtung zum Strahlen- bzw. Licht­ austrittsfenster erfolgt.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 16 bis 18 haben den Vorteil, daß sich hierdurch eine optimale Wärmereflexion leicht erzie­ len läßt, wobei gleichzeitig eine gute Lichtreflexion ent­ steht. Eine gute Wärmereflexion, statt nur eines Wärmestaues, ist wegen der kleinen Lampenleistung unter anderem für eine gute Strahlstabilität und eine kurze Anlaufzeit äußerst wich­ tig. Dabei hat sich Gold besonders gut bewährt.

Die Weiterbildung der Ansprüche 19 bis 21 ergeben bei einem optischen System, in das die Gasentladungshochdrucklampe als Signalgeber integrierbar ist, einen störungsfreien Betrieb, da störende Lichtreflexe vermieden werden.

Die Weiterbildung von Anspruch 22 verhindert störende Licht­ brechungen infolge eines zusätzlichen äußeren Hüllkolbens, der vielfach zum Erzeugen eines hier störenden Wärmestauraums zwischen zwei Wandungen sonst bei anderen Anwendungen zum Ein­ satz kommt.

Die Weiterbildung von Anspruch 23 ermöglicht, daß scharfe Spektrallinien erzielt werden, die für die Ausnutzung in ei­ nem optischen System benötigt werden und durch Metall-Haloge­ nide verschliffen würden.

Die Weiterbildung der Ansprüche 24 und 25 eignen sich gut für eine Ausnutzung als optischer Signalgeber einer physika­ lischen Sende-Empfangs-Einrichtung mit einer strahlstabilen Punktlichtquelle.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 - in einer schematischen Seitenansicht eine Gasentla­ dungshochdrucklampe gemäß einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 und 3 - in schematischen Querschnitten Gasentla­ dungshochdrucklampen gemäß weiteren Ausführungs­ formen nach der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 1 geht ein an beiden Enden abgerundet verjüngtes Leuchtrohr 10, das innenseitig einen nicht bezeichneten Lampenraum begrenzt, endseitig in durchmessermäßig verjüngte Stromzuführungs- bzw. Einschmelzbereiche über. Auf deren Enden befindet sich jeweils eine elektrisch leitende Anschluß­ kappe 14. Die letztere ist jeweils über eine elektrisch lei­ tende Litze 16, eine hiermit verbundene, elektrisch leitende Folie (nicht dargestellt) und einen hiermit verbundenen, elektrisch leitenden Trägerstift (nicht dargestellt) mit einer in den Lampenraum ragenden Elektrode 18, wie einer Stufenelektrode, elektrisch verbunden. Die Enden des Leucht­ rohrs 10 sind jeweils mit einer kappenförmigen Verspiegelung 20 versehen, die das freie Ende der zugehörigen Elektrode 18 freiläßt und die sich bis in den Stromzuführungs- bzw. Ein­ schmelzbereich erstreckt. Hierbei handelt es sich um eine reflektierende Außenverspiegelung, mit der der Wärmehaushalt der leistungsarmen Gasentladungshochdrucklampe verbessert und Schwärzungen an den abstrahlungsgefährdeten kühleren Enden des Leuchtrohres 10 vermieden werden sollen.

Bei bekannten Gasentladungshochdrucklampen ist der gesamte Umfangsbereich zwischen den endseitigen kappenförmigen Ver­ spiegelungen 20 durchsichtig. Ein hierdurch gebildetes Strah­ lenaustrittsfenster 22 erstreckt sich somit über den gesamten Lampenumfang. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Teil der Umfangserstreckung des Leuchtrohrs 10 zwischen den Verspiegelungen 20 für eine wärmereflektierende Zusatzver­ spiegelung 24 genutzt. Gemäß Fig. 1 ist diese in beispiel­ hafter Weise streifenförmig so ausgebildet, daß sie die beiden kappenförmigen Verspiegelungen 20 miteinander verbindet.

Vorzugsweise erstreckt sich die Zusatzverspiegelung 24 auch über einen Pumpstutzen 26, der zum Evakuieren des Lampenraums dient. In Fig. 1 ist durch gestrichelte Li­ nien 27 ferner dargestellt, daß sich die Zusatzverspiege­ lung 24 nicht zwangsweise axial bis zu den kappenförmigen Verspiegelungen 20 erstrecken muß; sie kann auch vorher en­ den, falls das aus irgendeinem Grunde erwünscht sein sollte. Grundsätzlich besser ist jedoch eine wirkungsvolle Ausnutzung des nicht als Strahlenaustrittsfenster 22 benutzten Bereichs für die Zusatzverspiegelung 24.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in schematischer Weise zwei Aus­ führungsformen in Querschnitten längs der Schnittlinie A-A aus Fig. 1.

Bei der Ausführungsform aus Fig. 2 tritt das Licht aus dem Leuchtrohr 10 im wesentlichen in einer Richtung, in Pfeil­ richtung B, aus. Der übrige Teil des Leuchtrohrs 10 ist mit einer zusammenhängenden streifenförmigen Zusatzverspiegelung 28 versehen, die sich über einen Teil des Leuchtrohrumfangs erstreckt, über weniger als 180 Grad, und die den Bereich des Pumpstutzens 26 des Leuchtrohrs 10 überdeckt. Bei dieser Aus­ führungsform fungiert die Zusatzverspiegelung 28 einerseits als Wärmekonzentrator und andererseits als Lichtreflektor.

Etwas andere Verhältnisse liegen bei der Ausführungsform aus Fig. 3 vor, bei der sich auf dem Leuchtrohr 10 zwei streifen­ förmige Zusatzverspiegelungen 30, 32 diametral gegenüberliegen, so daß der Strahlenaustritt in zwei entgegengesetzten Rich­ tungen, in Pfeilrichtung C und D, erfolgen kann. Der Pump­ stutzen 26 wird hierbei von der Zusatzverspiegelung 30 über­ deckt. Bei dieser Ausführungsform kann die Zusatzverspiege­ lung 30, 32 das Licht im wesentlichen nicht in Pfeilrichtung C, D reflektieren, so daß hierbei praktisch ausschließlich die Wärmereflexions- bzw. -konzentrationsfunktion der Zusatz­ verspiegelung 30, 32 in Erscheinung tritt.

Gemäß Fig. 4 ist bei einer optischen Punktlichtquelle das Leuchtrohr 10 weitgehend mit einer wärmereflektierenden Zu­ satzverspiegelung 24, vorzugsweise aus Gold, versehen, die ein relativ eng begrenztes Strahlenaustrittsfenster 22 frei­ gibt. Diesem gegenüberliegend ist das Leuchtrohr in einem Bereich 34 so ausgebildet oder nachträglich bearbeitet, daß hier eine Zusatzverspiegelung fehlt oder lichtreflexionsfrei ausgebildet bzw. bearbeitet ist. Beispielsweise kann hier die Zusatzverspiegelung gezielt entfernt oder aufrauhend bearbei­ tet sein, wie durch eine Sandbestrahlung. Hierdurch werden störende Lichtreflexe in bezug auf ein dem Strahlenaustritts­ fenster 22 nachgeschaltetes optisches Signalübertragungssystem mit einer Übertragungsstrecke vermieden, die ein oder mehrere Linsen und/oder eine Glasfasereinheit 36 und einen optischen Signalempfänger 38 enthalten kann.

Gold hat sich besonders gut zur Herstellung einer wärmere­ flektierenden Zusatzverspiegelung bei leistungsarmen, kleinen, strahlstabilen Punktlichtquellen für optische Signalübertra­ gungszwecke bewährt.

Die Zusatzverspiegelung kann in vielfältiger Weise an die jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen angepaßt werden. Dieses gilt für die Verspiegelungsart und für die Größe, Ver­ teilung und Anordnung der Zusatzverspiegelung. Wichtig ist dabei vor allem das Wärmereflexionsvermögen der Zusatz­ verspiegelung zur Verbesserung des Wärmehaushalts und damit des Brennverhaltens insbesondere sehr leistungsarmer kleiner Gasentladungshochdrucklampen, die vornehmlich für Steuerungs- und Überwachungszwecke eingesetzt werden. Mit fallender Lam­ pennennleistung sollte ein möglichst großer Umfangsbereich für die Zusatzverspiegelung ausgenutzt werden, wobei jedoch das eigentliche Strahlaustrittsfenster nicht gestört werden darf. Das Lichtaustrittsfenster sollte wiederum nicht zu klein gewählt werden, da sonst in diesem kältesten Bereich eine Schwärzung infolge der Elektrodenzerstäubung auftritt. Für den praktischen Betrieb sollte somit ein geeigneter Kompromiß zwischen den Größen des Strahlenaustrittsfensters und der Zu­ satzverspiegelung gewählt werden.

Claims (25)

1. Gasentladungshochdrucklampen für Gleich- oder Wechsel­ strom, insbesondere Quecksilber-Hochdrucklampe, als optisch punktförmige Strahlenquelle geringer Leistung mit einem Leuchtrohr (10) sowie an dessen Enden aufeinander zuweisend angeordneten Elektroden (18) und mit wärmere­ flektierenden kappenförmigen Verspiegelungen (20) an den Enden des Leuchtrohrs im Umgebungsbereich der Elektroden unter Freilassung der freien Elektrodenenden bzw. Bogen­ ansatzpunkte, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtrohr (10) zwischen dem kappenförmigen Ver­ spiegelungen (20) wenigstens eine wärmereflektierende Zu­ satzverspiegelung (24; 28; 30, 32) aufweist, die aufgrund ihres begrenzten Umfangswinkels am Leuchtrohr zumindest ein sich zwischen den kappenförmigen Verspiegelungen er­ streckendes Strahlenaustrittsfenster (22; B; C, D) freigibt.

2. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens eine zusammenhängende Zu­ satzverspiegelung (24; 28) die kappenförmigen Verspiegelun­ gen (20) verbindet.

3. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzverspiegelung (24; 28; 30, 32) am Leuchtrohr (10) einen Umfangswinkel von maximal etwa 180 Grad aufweist.

4. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangswinkel der Zusatzverspiegelung (24; 28; 30, 32) umso größer bzw. kleiner ist, je kleiner bzw. größer die Lampennennleistung ist.

5. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere verteilte Zusatzver­ spiegelungen (30, 32).

6. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 5, gekennzeich­ net durch die kappenförmigen Verspiegelungen (20) verbin­ dende streifenförmige Zusatzverspiegelungen (30, 32).

7. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 6, gekennzeich­ net durch zwei einander gegenüberliegende streifenförmi­ ge Zusatzverspiegelungen (30, 32) als Begrenzung zweier Strahlenaustrittsfenster (C, D).

8. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere, sich in Umfangsrichtung des Leuchtrohrs (10) erstreckende Zusatzverspiegelungen einen gegenseitigen Axialabstand haben.

9. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 5, gekennzeich­ net durch eine raster- und gitterförmige Zusatzverspiege­ lung.

10. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 5, gekennzeich­ net durch eine mäanderförmige Zusatzverspiegelung.

11. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine an der Außenseite des Leuchtrohrs (10) auf diesem befindliche Zusatzverspiege­ lung (24; 28; 30, 32).

12. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine einen Pumpstutzen (26) des Leuchtrohrs (10) überdeckende Zusatzverspiegelung (24; 28; 30, 32).

13. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Zusatzverspiegelung (24; 28, 30, 32) im Bereich den bis etwa 5 mm gegenseitig beabstandeten Elektroden.

14. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Anprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Zusatzverspiegelung (24; 28; 30, 32) bei einer Lampennennleistung im Bereich zwischen etwa 5 bis 15 Watt.

15. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmereflektieren­ de Zusatzverspiegelung (24; 28; 30, 32) gleichzeitig als hochwirksamer Lichtreflektor ausgebildet ist.

16. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die wär­ mereflektierende Zusatzverspiegelung (24; 28; 30, 32) aus Edelmetall besteht.

17. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 16, gekenn­ zeichnet durch eine durch äußeres Aufstreichen von flüssiger keramischer Farbe auf den Lampenkörper und nachfolgendes Einbrennen erzeugte spiegelbildliche Edel­ metallbeschichtung.

18. Gasentladungshochdrucklampe nach Anpruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallbeschichtung aus Gold besteht.

19. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der einem von einer durchgehenden wärmereflektierenden Zusatzverspiegelung (24) begrenzten Lichtaustrittsfenster (22) direkt gegenüber­ liegende Bereich (34) des Leuchtrohrs (10) zur Optimie­ rung als stabilisierte, lichtreflexfreie optische Punkt­ lichtquelle ganz oder zumindest teilweise weitgehend lichtreflexions­ frei ausgebildet ist.

20. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenüberliegende Bereich (34) ebenfalls als Lichtaustrittsfenster ausgebildet ist.

21. Gasentladungshochdrucklampe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenüberliegende Bereich (34) durch nachträgliche Bearbeitung, wie eine aufrauhende Sandbestrahlung, weitgehend lichtreflexionsfrei ausge­ bildet ist.

22. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch eine hüllkolbenfreie Ausbildung des Leuchtrohrs (10).

23. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Leucht­ rohrs (10) frei von Metall-Halogeniden ist.

24. Gasentladungshochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Teil eines optischen Systems mit einer Punktlichtquelle als opti­ scher Signalgeber unmittelbar vor einer optischen Über­ tragungsstrecke ausgebildet ist, wie einer solchen mit einer Linse und/oder einer Glasfaseroptik sowie einem nachgeschalteten Strahlen- bzw. Signalempfänger (36, 38).

25. Gasentladungshochdrucklampe nach Anpruch 24, gekennzeich­ net durch eine Lampennennleistung von etwa 3,5 Watt.