DE9201256U1

DE9201256U1 - Hochdruckgasentladungslampe für Gleichstrombetrieb

Info

Publication number: DE9201256U1
Application number: DE9201256U
Authority: DE
Original assignee: Heraeus Instruments GmbH
Current assignee: Thermo Electron LED GmbH
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2002-02-04

Description

,Hanau, 31.01.1992 ZPL/Ga/ks/1283F

Gebrauchsmusteranmeldung Heraeus Instruments GmbH

"Hochdruckgasentladungslampe für Gl ei chstrombetri eb"

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Gasentladungslampe für Gleichstrombetrieb mit einem gasdicht abgeschlossenem Kolben aus Quarzglas, in den zwei sich axial gegenüberliegend angeordnete Elektroden hineinragen, deren aus hochschmelzendem Metall bestehende Trägerstifte jeweils über folienartige Stromdurchführungen aus Molybdän mit elektrischen Außenanschlüssen verbunden sind, wobei die die Kathode bildende Elektrode wenigstens zwei den Trägerstift teilweise umgebende Wendel aufweist, von denen die eine eine innere oder erste Wendel bildet, die den Trägerstift elektrisch leitend berührt, während die zweite eine äußere Wendel bildet, die an der inneren Wendel anliegend den Trägerstift im Abstand umgibt, wobei beide Wendel aus hochschmelzendem Metall bestehen.

Aus der DE-PS 29 51 967 ist eine Hochdruck-Metalldampf-Entladungslampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben aus Siliziumdioxid bekannt, der eine ionisierbare Füllung enthält, wobei zwei Elektroden mit Zuleitungen aus hochschmelzendem Metall verbunden sind, die in dem Kolben dicht eingeschmolzen sind;

davon dient eine Elektrode als Kathode, welche eine hohle Wendel aus hochschmelzendem Metall aufweist, die sich von der Zuleitung aus erstreckt und eine offen gewickelte Uberwicklung auf den Windungen der Wendel umfaßt, die Abstandsstücke zwischen den Wicklungen schaffen; die hohle Wendel ist dabei auf das Ende der Zuleitung aus hochschmelzendem Metall geklemmt und wenigstens ein Teil des aufgeklemmten Endes der Wendel zusammen mit der Zuleitung in dem geschmolzenen Siliziumdioxid der Kolbenwand eingebettet. Der Gegenstand der Patentschrift ist darauf gerichtet, daß die Kathode den Energieausgleich richtig handhabt, um sicherzustellen, daß der heiße Fleck der Kathode rasch seine Betriebstemperatur während des Zündens erreicht und sie während des Betriebes nicht übersteigt. Dabei soll die gleichspannungsbetriebene Hochdruck-Metalldampf-Entladungslampe so verbessert werden, daß zumindest die als Kathode dienende Elektrode eine festsitzende und einfach aufgebaute Wendel aufweist und diese Elektrode zuverlässig und einfach zentriert ist. Die beschriebene Anwendung ist insbesondere auf eine Miniaturmetall-Halogenidlampe gerichtet.

Problematisch werden solche Elektrodenkonfigurationen bei Hochdruckentladungslampen, hoher elektrischer Leistung, da bei solchen Lampen der Entladungsbogen bis in den Seitenbereich der Kathodenwendel und der Stromdurchführung auswandern kann und somit eine Entglasung der Quarzglaswand und ihre nachfolgende Zerstörung verursacht werden kann.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine MetalIdampf-Hochdrucklampe für hohe elektrische Leistung anzugeben, wobei aufgrund guter Emissionsverhältnisse an der Kathodenspitze und ungünstiger Emissionsverhältnisse im hinteren Teil der Kathode und der Stromdurchführung Entglasungen bzw. Kristallisation des Kolbenbereichs im Kathodenraum vermieden werden. Weiterhin soll eine hohe Lebensdauer einer solchen Hochleistungs-Hochdrucklampe erzielt werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Molybdänfolie in ihrer Oberfläche zum Trägerstift hin keilförmig verjüngend ausgebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Molybdänfolie in Ihrer Oberfläche sich zum Trägerstift hin halbkreisförmig verjüngend ausgebildet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Anwendung ist insbesondere auf eine Quecksilber-Hochdrucklampe, insbesondere für photochemische Zwecke beispielsweise Tauchlampe gerichtet.

Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß aufgrund der kontinuierlich sich verjüngenden Ausbildung der Molybdänfolie keine Ecken oder Kanten mit hoher Feldstärke und Durchschlagsgefahr im Bereich zwischen Trägerstift und Molybdänfolie mehr vorliegen.

Nachfolgend ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Entladungslampe, Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Kathode dieser Lampe,

Figur 3 zeigt eine Seitenansicht sowie eine Aufsicht über die Stromzuführung im Dichtugsbereich des Glaskolbens,

Figur 4 zeigt eine Dichtungsfolie der Stromdurchführung mit einseitig abgerundeten Enden bzw. Ecken.

Gemäß Figur 1 weist die Entladungslampe einen langgestreckten Lampenkolben 1 auf, entlang dessen Längs-Achse 2 zwei in den Innenraum 3 ragende Elektroden 4, 5 angeordnet sind, deren Trägerstifte 6, 7 jeweils entlang der Längsachse 2 verlaufen. Elektrode 4 stellt die Kathode dar, während Elektrode 5 die Anode zeigt. Die Trägerstifte 6, 7 sind jeweils an ihrem dem Innenraum 3 abgewandten Ende mit Dichtungsfolien 8, 9 verbunden, welche den abgedichteten Teil der Stromdurchführung 10, 11 bilden. Auf ihrer nach außen gerichteten Seite sind die Dichtungsfolien 8, 9 über äußere Anschlußstifte 12, 13 mit der Lampen-Stromversorgung verbunden.

Der Innenraum 3 enthält die zum Betrieb als Gasentladungslampe notwendige Menge Inertgas, Quecksilber und Quecksilberjodid. Während die Anode 5 aus dem üblichen Trägerstift 7 und einer auf dem Trägerstift befindlichen Wendel 14 besteht, weist die Kathode einen strukturierten Aufbau auf, wie er anhand der Figur 2 näher erläutert ist.

Gemäß Figur 2 ragt der über die Dichtungsfolien 8, 8¹ der Stromdurchführung angeschlossene Trägerstift 6 aus dem Dichtungsbereich des Quarzglaskolbens in den Innenraum 3 des hier zwecks besserer Übersicht nicht vollständig dargestellten Lampenkolbens 1. Der Trägerstift 6 der Kathode 4 weist einen Kathodenkopf 15 auf, welcher aus dem freien Ende des Trägerstiftes 6, der ersten inneren Wendel 17 und der diese teilweise umfassenden zweiten Wendel 18 besteht. Die erste Wendel 17 besteht aus einem zweilagigen bifilar gewickelten Draht mit einem Durchmesser von 0,4 mm aus thoriertem Wolfram. Diese erste Wendel wird zusätzlich mit Emitterpaste aus Thoriumoxid oder Yttriumoxid versehen. Die direkt auf dem freien Ende 16 des Trägerstiftes 6 aufgebrachte erste Wendel 17 wird auf ihrem zur Kolbenwand bzw. Stromdurchführung gerichteten Ende von der zweiten Wendel 18 als äußere Wendel umgeben und somit gehalten, wobei die zweite Wendel aus Wolframdraht mit 0,4 mm Durchmesser besteht. Die zweite Wendel 18 ist über das Ende der ersten Wendel 17 entlang der Längsachse 2 des Trägerstifts 6 in Richtung Stromdurchführung 10 weitergeführt, wobei sich an das stromdurchfuhrungsseitige Ende der ersten Wendel 17 ein ringmanteiförmiger Hohlraum 19 anschließt, der sich in radialer Richtung vom Trägerstift 6 ausgehend bis zur Innenfläche der zweiten Wendel 18 erstreckt und in Richtung Stromdurchführung der entlang der Längsachse 2 gesehen durch eine dritte Wendel 20 begrenzt wird, welche den Trägerstift 6 an seinem zur Stromdurchführung gerichteten Ende umgibt. Diese dritte Wendel 20 wird teilweise von der zweiten Wendel 18 umfaßt. Das stromdurchfuhrungsseitige Ende der dritten Wendel 20 ist im Abstand zur Kolbenwand des Lampenkolbens 1 angeordnet, wobei der Abstand im Bereich von 0,5 bis 1 mm liegt; vorzugsweise beträgt der Abstand 0,8 mm. Die dritte Wendel 20 steht im elektrischen Kontakt sowohl mit dem Trägerstift 6 als auch mit der zweiten Wendel 18, sie weist einen Durchmesser von 0,8 mm auf.

Das freie Ende 16 des Trägerstiftes ist in Form eines Kegels 21 ausgebildet, wobei der aus der ersten Wendel 17 herausragende Teil des Trägerstiftes 6 eine glatte Oberfläche aufweist.

Anhand der Figur 3 sind ein Längs- und Querschnitt des Trägerstiftes 6 der Kathode 4 zwecks besserer Übersicht unter Verzicht auf die Darstellung der Wendel erläutert, wobei der Trägerstift 6 auf dem zum Innenraum des Kolbens gerichteten freien Ende mit dem Kegelstumpf 21 versehen ist und auf dem Ende der Stromdurchführung 10 einen verdünnten Bereich 22 aufweist in dem die Kontaktierung mit der Dichtungsfolie bzw. den Dichtungsfolien 8, 8' erfolgt. Der im Querschnitt dargestellte Ausschnitt Z ist zwecks besserer Veranschaulichung im vergrößerten Maßstab dargestellt.

Gemäß Figur 4 ist die Dichtungsfolie 8, 8' im Anschlußbereich 25 zum Trägerstift in ihrer Oberfläche sich keilförmig verjüngend ausgebildet, um eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke, wie sie beispielsweise an scharfen Kanten auftritt und damit Funkenüberschlag z. B. an Ecken zu verhindern. Nur in diesem Anschlußbereich ist der bei Molybdänfolien üblicherweise abgeschrägte Bereich nicht dünn ausgeätzt, wie dies zwecks Abdichtung auch im übrigen Bereich der Folie allgemein üblich ist.

Der Schaft des Trägerstiftes 6 ist gemäß Figuren 1 bis 3 über seine gesamte Länge auf der Oberfläche glatt ausgebildet, z.B. geschliffen um Spitzen und Riefen, welche ebenfalls eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke und damit Funkenüberschlag hervorrufen, zu vermeiden.

Der am freien Ende des Trägerstiftes 6 befindliche Kathodenkopf 15 bildet aufgrund seiner guten Elektronenaustrittseigenschaften und der großen Oberfläche der zum Innenraum 3 des Kolbens 1 gerichteten Enden der ersten und zweiten Wendel 17, 18 zusammen mit dem Ende 16 des Trägerstiftes den Bereich, in dem der Bogen bei der Zündung und im stationären Betrieb die Kathode angreift. An den Kathodenkopf 15 schließt sich der sogenannte Kühlbereich der Kathode 4 in Form des ringmantelförmigen Hohlraums 19 an; dieser Hohlraum

bildet einen Wärmestau, so daß ein Wärmeabfluß aus dem Bereich des Kathodenkopfes 15 weitgehend verhindert wird und die hohe Temperatur für eine gute Bogenentladung sorgt. Dagegen wird in dem hinter dem Hohlraum 19 in Richtung der Stromdurchführung gesehenen Bereich die Temperatur der Kathode 4 verringert, die Elektronen-Emissionseigenschaften werden herabgesetzt. Somit wird die Gefahr, daß der Bogen während des Betriebes in Richtung Stromdurchführung springt beseitigt. Hierzu dient auch der Abstand zwischen der dritten Wendel 20 und der Wand des Lampenkolbens 1 im Bereich der Stromzuführung.

Die erfindungsgemäße Entladungslampe wurde mit einer elektrischen Anschlußleistung von 2OkW über eine Dauer von 30.000 Stunden betrieben, woraus sich vorteilhafterweise eine sehr hohe Lebensdauer ergibt.

Claims

.Hanau, 31.01.1992 ZPL/Ga/ks/1283F Gebrauchsmusteranmeldung Heraeus Instruments GmbH "Hochdruckgasentladungslampe für Gleichstrombetrieb" Schutzansprüche

1. Hochdruck-Gasentladungslampe für Gleichstrombetrieb mit einem gasdicht abgeschlossenem Kolben aus Quarzglas, in den zwei sich axial gegenüberliegend angeordnete Elektroden hineinragen, deren aus hochschmelzendem Metall bestehende Trägerstifte jeweils über folienartige Stromdurchführungen aus Molybdän mit elektrischen Außenanschlüssen verbunden sind, wobei die die Kathode bildende Elektrode wenigstens zwei den Trägerstift teilweise umgebende Wendel aufweist, von denen die eine eine innere oder erste Wendel bildet, die den Trägerstift elektrisch leitend berührt, während die zweite eine äußere Wendel bildet, die an der inneren Wendel anliegend den Trägerstift im Abstand umgibt, wobei beide Wendel aus hochschmelzendem Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromdurchführung wenigstens eine Molybdänfolie (8, 8¹) vorgesehen ist, die im Bereich ihres zum Trägerstift (6) weisenden Endes sich im Leiterquerschnitt stetig verjüngend ausgebildet ist.

2. Hochdruck-Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänfolie (8, 8') im Bereich ihres zum Trägerstift (6) weisenden Endes sich keilförmig verjüngt.

3. Hochdruck-Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänfolie (8, 8¹) im Bereich ihres zum Trägerstift (6) weisenden Endes sich halbkreisförmig verjüngt.

4. Hochdruck-Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänfolie (8.8¹) im Bereich ihres zum Trägerstift (6) weisenden Endes sich parabelförmig verjüngt.