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Elektrische kugelförmige Hochdruckentladungslampe Die Erfindung bezieht
sich auf elektrische Hochdruckentladungslampen mit kugelförmigem 0uarzglasgefäß
für Betriebsdrücke von mehr als a0 Atm. und mit entladungsgeheizten Glühelektroden,
die über vakuumdicht in Stutzen der Ouarzglaskugel eingeschmolzene Metallfolien
mit Strom gespeist werden. Bei den in der Praxis eingeführten Hochdruckentladungslampen
dieser Art finden fast ausschließlich blockförmige Glühelektroden aus gesinterten
Wolframkörpern Verwendung, die von verhältnismäßig dünnen Anschlußdrähten getragen
werden, die an die Metallfolie angeschweißt und teilweise in den Ouarzglasstutzen
miteingebettet sind. 1Tan hat auch schon vorgeschlagen, den Kopfteil des dünnen
an die Metallfolie angeschweißten und in den Quarzglasstutzen miteingebetteten Wolframdrahtes
unmittelbar als Glühelektrode zu verwenden und zu diesem Zweck auf den in den Entladungsraum
hineinragenden Wolframdraht eine mit Aktivierungsstoffen versehene Drahtwicklung
aufgebracht.
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Es ist bekannt, daß der Ausbildung und Anordnung der Glühelektroden
sowie der Gestaltung der Einschmelzung der Stromzuführungen für die Betriebssicherheit
und die Lebensdauer dieser Hochdruckentladungslampen die größte Bedeutung zukommt
und daß bei den bisherigen Ausführungsformen die Erzielung des richtigen Wärmehaushalten
der
Glühelektrode, insbesondere der günstigsten Betriebstemperatur der Lichtbogenansatzstelle
erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
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Die kugelförmige Höchdruekentladungslampe nach der Erfindung zeichnet
sich unter anderem durch ein in dieser Hinsicht besonders günstiges Betriebsverhalten
aus und eignet sich vorzüglich für eine maschinelle Fertigung. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß jede Glühelektrode aus einem geschliffenen und mindestens über die Hälfte seiner
Länge in Quarzglas eingebetteten, am zugespitzten rückwärtigen Endteil mit der Metallfolie
verschweißten Wolframstab besteht, dessen Dicke gleich, vorzugsweise sogar größer
ist als die Wandstärke des Quarzglasgefäßes sowie des Qüarzglasstutzens und der
an seinem in das Gefäßinnere vorragenden Teil dicht hinter dem zugespitzten als
Lichtbogenansatz dienenden Kopfteil eine Ringnut zur Aufnahme von Aktivierungsstoffen
und Getterstoffen aufweist, die durch eine nicht über die Oberfläche des Wolframstabes
vorragende Drahtwicklung oder Blechhülse abgeschlossen ist.
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Es hat sich gezeigt, daß das kugelförmige Quarzglasgefäß einer derart
ausgebildeten Entladungslampe trotz der ungewöhnlich großen Dicke und Länge des
in den Quarzglasstützen eingebetteten Wolframstabes eine überraschend gute Festigkeit
aufweist und auch sehr hohen Drücken von beispielsweise 5o Atm, und darüber standhält.
Infolge des großen Querschnittes des Wolframstabes wird die überschüssige Wärme
vom Kopfteil der Glühelektrode schnell nach rückwärts geführt und dann wegen der
großen Berührungsfläche des Wolframstabes mit dem Quarzglas des Einschmelzstutzens
nach außen geleitet sowie in starkem Maße vom rückwärtigen, großoberflächigen Teil
des heißen Wolframstabes abgestrahlt. Während man bisher in der Praxis meist versuchte,
durch Vorsehung von großen Elektrodenkörpern bzw. Elektrodenkopfteilen mit entsprechend
großer Wärmeabstrahlung einer schädlichen Übertemperatur der Elektrode zu begegnen,
ist bei der neuen Lampe eine Durchmesservergrößerung am Kopfteil der Glühelektrode
nicht mehr notwendig. Es ist nicht mehr erforderlich, bei der Herstellung der Lampe
zur Einführung eines großen Elektrodenkopfes einen Quarzglasstutzen vorzusehen,
-dessen Weite erheblich größer ist als der Durchmesser des in den Quarzglasstutzen
einzubettenden Körpers. Bei der Herstellung der neuen Lampe wird vielmehr die lichte
Weite des Quarzglasstutzens dem Durchmesser des geschliffenen Wolframstabes angepaßt;
so daß dieser nach seinem Einschieben bereits paßrecht in der genauen axialen Stellung
sitzt und demgemäß eine unerwünschte Verformung des Ouarzglasstutzens beim Einschmelzen
des Wolframstabes nicht stattfinden kann.
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Das Einbrennen der neuen Lampe geht infolge der kräftigen Wärmeleitung
zu den hinter den Glühelektroden liegenden Wandungsteilen rasch vor sich. Außerdem
gibt die starke Wärmeabfuhr an die Einschmelzstutzen nunmehr die Möglichkeit, die
sogenannte spezifische Wandbelastung auf beispielsweise über 40 Watt/cm2 zu erhöhen,
d. h. bei gegebener Innenoberfläche der Quarzglaskugel die Leistungsaufnahme des
Lichtbogens zu steigern, bzw. umgekehrt bei gegebener Leistungsaufnahme die Quarzglaskugel
zu verkleinern. Die bei der neuen Lampe festgestellte geringe Zerstäubung der Glühelektrode
ist auf die größere Dichte des in üblicher Weise durch Hämmern und Ziehen hergestellten
Wolframstabes im Vergleich zu derjenigen eines Wolframsinterkörpers sowie auf den
guten Wärmeausgleich am Glühelektrodenkörper und dessen. niedrige Betriebstemperatur
bei genügend heißer Lichtbogenansatzstelle zurückzuführen.
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Ebenso wie die Wandstärken des Lampengefäßes und des Quarzglasstutzens
von der Belastung der Lampe abhängen, ist auch der absolute Wert der Dicke des VÄTolframstabes
je nach der Lampengröße verschieden. Es hat sich dabei die Regel bewährt, daß der
Durchmesser des Wolframstabes gleich, vorzugsweise aber größer als die Quarzglaswandstärke
zu'wählen ist, wobei die Strombelastung des Wolframstäbquerschnittes etwa o,6 bis
r Amp/mm2 betragen soll. Für Entladungsstromstärken von 8, 4. und z Amp. haben sich
beispielsweise Wolframstabquerschnitte von 1z bzw. 5 und r mm2 gut bewährt. Die
zur Erzielung der notwendigen Kühlung erfordertiche Länge des in den Quarzglasstutzen
singebetteten Walframstabes hängt selbstverständlich von der Größe der gewählten
Strombelastung des Wölframstabquerschnittes ab. Als Regel hat sich ergeben, da mindestens
etwa die Hälfte der Länge des Wolframstabes in den Quarzglasstutzen eingebettet
werden mußi bzw. daß, der eingebettete, bis zur Verjüngung auf etwa, die Hälfte
des Durchmessers gerechnete Wolframstäbteil eine Länge aufweisen soll, die gleich
oder größer ist als der Durchmesser des Einschmelzstutzens.
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Vielfach empfiehlt es sich, am geschliffenen Wolframstab zwei oder
mehrere Ringnuten zur getrennten Unterbringung der Aktivierungsstoffe und der Getterkörper
vorzusehen. In einzelnen Fällen ist es ferner zweckmäßig, diese Ringnuten ganz öder
teilweise in den Ouärzglasstutzen hineinzuverlegen; die Stoffe wirken dann durch
den feinen Spalt zwischen dem Wolframstab und der Öuarzglaswandung hindurch: Um
bei der Herstellung der neuen Lampe nach dem Einsetzen eines besonders gut passenden
Wolframstabes in den Einschmelzstutzen dann während des Einschmelzvorganges in üblicher
Weise mit einem Schutzgas spülen zu können, empfiehlt es sich, am Wolframstab eine
oder mehrere kleine Längsnuten vorzusehen, die eine Verbindung vom Innenraum des
Gefäßes zu dem die Metallfolie einschließenden Teil des Einschmelz-Stutzens herstellen.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele drei nach der Erfindung
ausgebildete Quecksilberdampflampen mit Betriebsdrücken vonetwa 6oAtm., teilweise
im Schnitt, erheblich vergrößert dargestellt.
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.Das kugelförmige Ouarzglasgefäß i der Lampe nach der Abb. r enthält
eine Edelgasfüllung sowie etwas beim Einbrennen der Lampe verdampfendes
Quecksilber.
In jeden der beidenQuarzglasstutzen2 ist ein als Glühelektrode dienender geschliffener
Wolframstab 3 eingebettet, dessen rückwärtiger Endteil von beiden Seiten her unter
Bildung einer Schneide zugespitzt ist. An diese ist die etwa 20,U dicke Molybdänfolie
,4 angeschweißt, deren Breite dem Durchmesser des Wolframstabes 3 entspricht. Der
ebenfalls mit der Molybdänfolie verschweißte Anschlußdraht 5 dient zur Verbindung
mit dem Lampensockel.
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Der vordere, frei in den Entladungsraum hineinragende Teil des Wolframstabes
3 ist im Durchmesser etwas kleiner gehalten und weist eine eingedrehte Ringnut auf,
die ein als Getter dienendes Tantalblech E sowie den Aktivierungsstoff 7 enthält
und durch die Wolframdrahtwendel8 abgedeckt ist. Die Spitze des kegelförmig gestalteten
Kopfteils des Wolframstabes dient als Lichtbogenansatzstelle. Die Ouarzglaswandstärke
des Kugelgefäßes und des den Wolframstab umgebenden Ouarzglasstutzens beträgt etwa
2,5 mm, während der Wolframstab einen Durchmesser von etwa 4. mm aufweist, also
stärker gehalten ist.
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Bei der Herstellung der Lampe wird von einem Kugelgefäß ausgegangen,dessen
Ouarzglasstutzen2 über ihre ganze Länge hinweg eine dem Durchmesser des geschliffenen
Wolframstabes 3 entsprechende lichte Weite aufweisen. In jeden Ouarzglasstutzen
wird dann das aus dem geschliffenen Wolfrarnstab 3, der Molybdänfolie 4. und dem
Anschlußdraht 5 bestehende, für sich zusammengebaute, entgaste und aktivierte Elektrodengerüst
eingeschoben und unter Einwärtspressen der bis zum Erweichen erhitzten Ouarzglaswandung
des Stutzens eingeschmolzen. Dabei entsteht die vakuumdichte Verbindung des Quarzglases
mit der Molylidänfolie 4.. In Höhe des paßrecht sitzenden Wolframstabes, also an
der für die Festigkeit der Lampe wichtigsten Stelle, findet eine Verformung der
Stutzenwandung praktisch nicht statt.
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Der Wolframstab der Lampe nach Abb. 2 besitzt zwei Ringnuten, deren
vordere die Aktivierungsstoffe 7 enthält und durch eine zweckmäßig mit Schlitzen
oder Löchern versehene Blechhülse g abgedeckt ist, die sich federnd auf den Wolframstab
aufklemmt. In die rückwärtige Ringnut ist ein Tantaldraht io eingewickelt, der als
Gasfangkörper dient. Es hat sich außerdem zur Vermeidung einer gegebenenfalls allzu
starken Erhitzung der Metallfolie als vorteilhaft erwiesen, an dem im Innern des
Einschmelzstutzens liegenden Teil des Wolframstabes eine oder mehrere schmale Nuten
vorzusehen, die infolge der Oberflächenvergrößerung zu einer Verstärkung der Wärmeabstrahlung
führen und infolge der Ouerschnittv erkleinerung die Wärmeweiterleitung an die Metallfolie
verringern. Bei der Lampe nach Abb. 2 sind derartige Kühlnuten i l dargestellt.
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Bei der Lampe nach Abb. 3 ist der Kopfteil des Wolframstabes im Durchmesser
nicht verjüngt; außerdem ist hier die rückwärtige Ringnut mit der Tantaldralltwicklung
io in das Innere des Einsclimelzstut7ens -zurückversetzt. Bei allen dargestellten
Lampen ist der größte Teil des Wolframstabes 3 in dem Quarzglasstutzen eingebettet
bzw. die Länge des eingebetteten Wolframstabes gleich oder größer als der Durchmesser
des Ouarzglasstutzens. Es steht demgemäß eine große Berührungsfläche für den Wärmeübergang
vom Wolframstab zur Stutzenwandung zur Verfügung.
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Am Kopfteil des Wolframstabes können ähnlich wie bei den Elektrodensinterkörpern
Bohrungen oder Längsnuten vorgesehen sein, die von der Aktivierungsstoffe enthaltenden
Ringnut zur Stirnfläche des Wolframstabes führen und bezwecken, daß aktivierende
Dämpfe leichter zur L ichtbogenansatzstelle gelangen.
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Nach der Erfindung ausgebildete Lampen zeigen ein besonders günstiges
Betriebsverhalten, wenn der Wolframstab eine Beimischung von o, .q bis i °/o- Thoriumoxvd
aufweist.