DE831711C - Elektrische Entladungslampe mit Gluehelektroden und Gas-und/oder Dampffuellung von vorzugsweise sehr hohem Druck - Google Patents

Description

• Elektrische Entladungslampe mit Glühelektroden und Gas-und/oder Dampffüllung von vorzugsweise sehr hohem Druck Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungslampen mit Glühelektroden und einer Füllung aus Gas und/oder Dampf, die vorzugsweise einen sehr hohen Druck haben kann. Die Erzeugung extrem hoher Leuchtdichten oder Strahlungsdichten in solchen Lampen, etwa in Quecksilber- oder Edelgashochdrucklampen, ist mit außerordentlichen Schwierigkeiten verknüpft. In praktisch realisierbaren Fällen bleiben diese Werte merklich hinter denjenigen höchstbelasteter Beckbögen zurück. Das gilt insbesondere für Edelgasbögen, wo wegen der relativ geringen Feldstärken in der Entladungssäule nur sehr schwer extrem hohe Leistungskonzentrationen zu erzielen sind.
• Bei den üblichen auf hohe Leuchtdichte gezüchteten Entladungslampen ist die Leuchtdichte außer durch den Leistungsumsatz pro Volumeinheit wesentlich durch die Dicke des Entladungsbogens senkrecht zur Achse bestimmt, da die Strahlung in einem Kegel senkrecht zur Achse verwandt wird. Die Bogenbreite beträgt im allgemeinen nur wenige Millimeter und istbei hohen'Drucken nicht beliebighinaufzutreiben. Die für die Leuchtdichte maßgebliche Schichtdicke bleibt somit im allgemeinen gering.
• Es ist aber nicht nötig, sich auf Anordnungen zu beschränken, die wesentlich nur die Strahlungsanteile senkrecht zur Bogenachse ausnutzen. Gegenstand dieser Erfindung sind besondere Bogenanordnungen, die gestatten, große Plasmaschichten für die Strahlung auszunutzen. Durch eine Reihe von Untersuchungen ist festgestellt worden, daß die elektrischen Gasentladungen in verschiedenen Grundtypen zu erhalten sind. Insbesondere erhellt aus diesen Untersuchungen, daß man bei relativ großen Elektrodenabständen selbst bei sehr hohen Leistungen den sog. konvektionsbestimmten Entladungstyp erhalten kann. Bei diesem Typ brennt der Bogen nicht auf der kürzesten Verbindungsstrecke zwischen den beiden Elektroden, sondern von beiden Elektroden geht je eine senkrecht nach oben zeigende Leuchtfackel aus.
• In der Lampe nach vorliegender Erfindung werden solche Bögen erzielt und u. a. zur Erzeugung hoher Leuchtdichten herangezogen. Im einfachsten Fall wird die Anordnung so getroffen, daß die eine Elektrode, zweckmäßig die Anode, senkrecht nach oben zeigt und die andere Elektrode, also vorzugsweise die Kathode, in einigem Abstand darüber, aber etwas seitlich versetzt, angebracht wird. Die Anordnung der Elektroden ist also derart getroffen, daß der von der unteren Glühelektrode senkrecht bzw. annähernd senkrecht nach oben verlaufende, <lern starken Konvektionsstrom der Lampenfüllung ausgesetzte Lichtbogen durch die obere Glühelektrode nach oben hin nicht allgedeckt ist. Es hat sich gezeigt, daß bei solchen Lampen nicht nur, wie üblich, die senkrecht zur Lichtbogenachse gerichtete Strahlung ausgenutzt werden kann, sondern daß sich eine Strahlung besonders hoher Leuchtdichte in Richtung der Lichtbogen- und Konvektionsachse nach oben ergibt. Man kann gegebenenfalls unter optischer Zusammenfassung der sich nach oben hin kegelig verbreiternden Strahlung des Lichtbogens und der Strahlung der unteren Glühelektrode die gesamte Strahlung besonders hoher Leuchtdichte ausnutzen.
• Die Zündung kann, wie bei den Höchstdrucklanipen zur Zeit üblich, durch einen Hochspannungsstoß Tiber eine seitliche Zündelektrode eingeleitet werden. Dabei kann die Sonde so angeordnet und ausgebildet werden, daß durch diese eine Führung des nach oben gehenden Konvektionsstronies des heißen Bogenplasmas erzielt wird. Eine solche Anordnung ist in Fig. i als Beispiel wiedergegeben. Die Anode A, entweder z. B. eine Wendelelektrode oder besser eine Wolframvollelektrode, befindet sich unten; die Kathode K hei diesem Beispiel in einem Abstand vbn io mm darüber, etwas aus der Achse verschoben. Die Zündelektrode 7. befindet sich in der .Mitte beider Elektroden, im vorliegenden Fall etwas aus der Achse verschoben entgegengesetzt der Kathode. Im brennenden Zustand geht von den Elektroden je eine leuchtende Fackel aus, die sich zu einem helleuchtenden Plasma vereinigen. Die leuchtende Schichtdicke, die. bei Beobachtung von oben ausgenutzt werden kann, ist nicht unbeträchtlich größer als der Elektrodenabstand, in unserem Beispiel also weit über io mm gegenüber 2 bis 3 mm hei den üblichen Anordnungen. Liegt z. B. eine Edelgasfüllung, etwa Krypton und/oder Xenon von etwa 4o Atm. vor, die in den normalen bisher verwendeten Edelgashöchstdrucklampen von 3 bis 4 mm Elektrodenabstand üblich ist, so ist der Spannungsabfall an Stelle des unangenehm niedrigen Wertes von 25 bis 30 V beträchtlich über 40 V. Bei seitlicher Beobachtung sind größere Elektrodenabstände nicht sehr sinnvoll, während bei der oben beschriebenen :\nordnung unter Umständen beträchtliche Elektrodenabstände zur Erhöhung der Leuchtdichte gewählt werden können. .
• Wird bei dieser Anordnung gleichzeitig- eine an anderer Stelle beschriebene selbstreinigende Gasfüllung verwendet, so kann durch r\ufl)lasen eines Domes im Entladungskolben oberhalb des aufsteigenden holivektionssti-onies des I'lasinas, die Temperatur der Wandung gerade so einreguliert werden, daß ein Maximum der selbstreinigenden Wirkung an der für die optische Durchsicht maßgebenden Stelle eintritt. .Mich ohne Verwendung selbstreinigender Zusätze ist das .\ufl)lasen eines Domes zweckmäßig, damit die ollere Wandung nicht zu hohe Temperaturen annimmt.
• Zur richtigen Leitung des Hasinakonvektionsstromes können außerdem noch geeignete Führungs-und Kühlflächen tim die Bogenachse angebracht werden.
• Bei der beschriebenen I;i-fndung kann zudem noch das Mitleuchten der :\liodenfläclien zur Erhöhung der Leuchtdichte leerangezogen werden. Bei Verwendung von Wolfranielektroden ist hierdurch eine weitere Steigerung der 1_eticlit(liclite uin einige tausend Still) zu erreichen. \\'ird eine Kohleelektrode benutzt, so können zusätzliche Steigerungen der Leuchtdichte ill (lei- (@l-(if.9e voll etwa 20000 Still) erzielt werden. Hierbei wird es allerdings 7wecl<-mäßig sein, zwecks Vermeidung der 7erstörtnig der Elektrode und Schwä rzung des Kolbens eine Füllung mit selbstreinigenden Zusätzen, z. B. außer reinen Edelgasen oder Ottecksilherbodenkörper reinen stickstofffreien Sauerstoff in all sich bekannter Weise zu verwenden.
• Nlan ist naturgeniäl.l nicht auf Gleichstrom beschränkt,, wenn nur die prinzipiellen r\nordnungen der Elektroden und .\i-t der 13eobachtulig erhalten bleiben.
• Das Lampengefäß kann aus einem schwer schmelzbaren Hartglas oder atis Quarzglas bestehen. Die Stromzuführungen I' werden dabei zweckmäßig mittels besonderer Folien atis \\'olfrani oder Molybdän eingeschmolzen. Die als Glühelektrode ausgebildete Anode A und Kathode K können als massive Blöcke oder aticli aus 1)ralitwiclceln bestehen. Besonders leicht Elektronen emittierende Stoffe, wie z. B. ,i-dall<alinietalloxvde. können all oder in den Elektroden vorgesehen sein.
• Ein etwas abweichendes,:\usführungsbeispiel der Lampe nach der Erfindung zeigt 1# ig. 2. Hier ist die Ziindhilfselektrode Z unterhalb der oberen Hauptelektrode K angebracht, so daß sie nur einen geringen Abstand von beiden Hauptelektroden A und K hat. Gegenleber der Ausführung nach heg. i ergibt sich bei diesem Ausführuligsheispiel eitle vollkommen freie Lichtausstrahlung sowohl nach ollen wie auch nach der Seite.
• Soweit dies aus Gründen der optischen Abbildbarkeit noch zulässig ist, können sehr große, leuchtende Schichtdicken verwandt werden. Dabei treten bei permanenten Gasfüllungeil hohen Druckes, insbesondere wenn diese noch merklich elektronegative Bestandteile enthalten, mit den normalen Zündmitteln an gewöhnlicher Netzspannung oft erhebliche Zündschwierigkeiten auf. In solchen Fällen ist die an sich bekannte lkrührtingsziindulig mit Bimetallstreifen erfolgreich zti verwenden, wobei aller zweckmäßig nicht die beiden Hauptelektroden zur Berührung gebracht werden, sondern eine Hilfselektrode zu verwenden ist. Ein Beispiel für eine solche .\nordnung ist in Fig. 3 wiedergegeben. Im kalten Zustand berührt die Zündelektrode Z die untere Hauptelektrode _-1. Nachdem durch einen Nebenschlußkreis .-1-Z sich der Birnetallstreifen erwärmt und dadurch allgeholten hat, brennt zunächst ein Hilfsbogen zwischen _=1 und Z. Bei geeigneter :\nordnung springt dann der Bogen hei weiterem :\tiflieben der Zündelektrode von selbst auf die obere l?lektrode K über. l)ie Zündelektrode braucht also nicht unbedingt mit K in Berührung zu kommen. 7?twa bei häufigem I:in- und "\tissclialten eintretender zusätzlicher Schwärzung durch den Zündinechanismus kann \v ieder durch selbstreinigende Gasfüllung begegnet werden.
• Zur l', iihrting des Gaskonvektionsstromes kann es manchmal zweckmäßig sein, einen besonderen FührungszvIiiider h (Fig. 4) zwischen den Flektroden.,1 und K vorzusehen. Dieser Zylinder besteht naturgemäß aus Quarzglas oder einem annähernd hochschmelzenden Baustoff. Es ist zweckmäßig, in diesem Fall die Spitze der Zündhilfselektrod e Z in den hührungszylinder h hineinragen zu lassen, wie die Zeichnung zeigt.
• Mit den in den .\usführungsbeispielen wiedergegebenen .Anordnungen kiinnen, falls erwünscht, 13iigen von mehreren 7entimetei-ii Länge gezündet werden.
• Zur Erhöhung der Stabilisierung des Plasmaschlauches kann außerdem noch eine Rotation des Entladungsgefäßes um die :\chse der Entladung angewandt werden. Hin Beispiel einer solchen Anordnung zeigt Fig. 5. Die obere Elektrode K, falls Gleichstrom verwandt wird, vorzugsweise die Kathode, wird dabei zweckmäßig als Ringelektrode ausgebildet, gehalten durch zwei Zuführungen, deren Durchführungen I)., mittels einer zweiten Schicht von blo-Bändern auf demselben Fuß, von der ersten 1)i isoliert durch eine Quarzschicht, bewerkstelligt werden. l'ine Zündsonde Z zur Einleitung der Entladung wird zweckmäßig gleichfalls als Ringelektrode ausgeführt, deren Zuführungen senkrecht zur I?1>ene der Zuführungen der Hauptelektrode angebracht werden. Bei sehr rascher Rotation bei zweckmäßig mehr länglich ausgebildetem Eiltladungsrohr ist die Brennlage der Lampe beliebig; cla dann die Rotationsstabilisierung wirksamer wird als der Konvektionsstrom. Die .'\usführung der 1>eschriebenen Ringelektrode kann aber auch mit Vorteil bei ruhenden Entladungslampen nach der Erfindung benutzt werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Elektrische Entladungslampe mit Glühelektroden und Gas- und/oder Dampffüllung von vorzugsweise sehr hohem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühelektroden derart übereinander und seitlich versetzt angeordnet sind, daß der von der unteren Glühelektrode senkrecht bzw. annähernd senkrecht nach oben verlaufende, dem starken Konvektionsstrom der Lampenfüllung ausgesetzte Lichtbogen durch die obere Glühelektrode nach oben hin nicht abgedeckt ist.
2. 2. Entladungslampe nach Anspruch i zur Erzielung sehr hoher Leuchtdichten, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Lichtbogen- bzw. Konvektionsachse nach oben gerichtete Strahlung, gegebenenfalls unter optischer Zusammenfassung der sich nach oben hin kegelig verbreiternden Strahlung des Lichtbogens und der Strahlung der unteren Glühelektrode als Strahlung hoher Leuchtdichte ausgenutzt wird.
3. 3. Entladungslampe nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweckmäßig aus llartglas oder Quarzglas bestehende Lampengefäß so ausgebildet und dimensioniert ist, daß der obere, als optisches Fenster dienende Wandungsteil Temperaturen annimmt, bei denen durch die Wirkung eines an anderer Stelle beschriebenen Kreisprozesses ein Wandbeschlag vermieden wird.
4. 4. Entladungslampe nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als untere Elektrode eine Kohleelektrode verwendet ist.
5. Entladungslampe nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen in an sich bekannter Weise durch Berührungszündung eingeleitet wird, z. B. durch eine in der Ausgangsstellung an der unteren Glühelektrode anliegende, von einem Bimetallstreifen getragene Hilfselektrode, die sich beim Einschalten des Zündhilfsstromes von der unteren Glühelektrode abhebt, worauf dann der gezündete Hilfslichtbogen, durch die Konvektionsströmung begünstigt, auf die obere Glühelektrode überspringt.
6. 6. Entladungslampe nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der unteren Glühelektrode ein den Lichtbogen umschließender, etwa aus Quarz bestehender Führungszylinder angeordnet ist, in den gegebenenfalls die Spitze einer Zündhilfselektrode hineinragt.
7. 7. Entladungslampe nach Anspruch i bis 6 für beliebige Brennlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zu ihrer Rotation um die Entladungsachse vorgesehen ist. B. Entladungslampe nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode und gegebenenfalls auch die Zündelektrode als die Entladungsachse umschließende Ringelektrode ausgebildet ist.