EP0290669A1 - Hydrogen lamp and method for production thereof - Google Patents

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EP0290669A1 EP87116206A EP87116206A EP0290669A1 EP 0290669 A1 EP0290669 A1 EP 0290669A1 EP 87116206 A EP87116206 A EP 87116206A EP 87116206 A EP87116206 A EP 87116206A EP 0290669 A1 EP0290669 A1 EP 0290669A1
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields

Abstract

1. A hydrogen discharge lamp comprising a lamp bulb of fused silica and a housing arranged therein and containing an anode and cathode with a beam outlet window, characterised in that the cathode comprises composite oxides of barium, calcium, strontium as an emitter material and in that between the inner side of the lamp bulb (2) and the beam outlet window of the housing (3) is arranged a diaphragm (5) permeable to UV light, of which the region permeable to radiation has, at least on its side facing towards the discharge, a surface of borosilicate glass and/or vitreous aluminium oxide.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserstoff-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas und einem darin angeordneten, Anode und Kathode enthaltenden Gehäuse mit Strahlaustrittsfenster.The invention relates to a hydrogen discharge lamp with a lamp bulb made of quartz glass and a housing with an anode and cathode and a beam exit window arranged therein.

Unter dem Begriff Wasserstofflampen sollen Gemäß der Erfindung Gasentladungs­lampen verstanden werden, die entweder mit Wasserstoff oder Deuterium oder einem Gemisch beider gefüllt sind.According to the invention, the term hydrogen lamps should be understood to mean gas discharge lamps which are either filled with hydrogen or deuterium or a mixture of the two.

Im Vergleich zu ihrer Anfangsintensität erfahren Wasserstofflampen mit Quarz­glaskolben 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 Wellen­längenbereich unterhalb 250 nm, stark reduziert.In comparison to their initial intensity, hydrogen lamps with quartz glass bulbs experience a loss in intensity over the course of their operating time, which is essentially due to a decrease in the bulb transmission. This decrease in transmission is caused in particular by emitter material originating from the cathode, such as barium, strontium, calcium, which is deposited on the inner wall of the bulb. The material diffuses into the quartz glass and reacts chemically with it. This greatly reduces the high UV radiation permeability of the pure quartz glass, in particular in the wavelength range below 250 nm.

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.The life span of a hydrogen lamp is generally defined as the period of time in which it can be operated until its residual intensity has dropped to 50% of its initial intensity at a predetermined wavelength. The lifespan at a wavelength of 230 nm for lamps with conventional cathode construction is approximately 750 hours.

Aus der US-PS 3,956,655 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 Wellen­längen-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-Durchlässig­keit des Borosilikatgalses muß hier durch eine verringerte Wandstärke kompensiert werden. Dies geschieht entweder durch ringförmiges Dünnziehen oder tubusförmiges Ausblasen des Glaskolbens.From US Pat. No. 3,956,655, a discharge lamp filled with hydrogen or deuterium is known, in which borosilicate glass is used as the bulb material, with a lifespan that is longer by a factor of 2 in the predetermined wavelength range being achieved. This longer lifespan is due to the chemically higher resistance of borosilicate glass to alkaline earth than is the case with quartz glass. The lower UV permeability of the borosilicate glass compared to quartz glass has to be compensated for here by a reduced wall thickness. This is done either by ring-shaped thin drawing or tubular blowing out of the glass bulb.

Es ist hier ein zusätzlicher mechanischer Aufwand notwendig. Weiterhin besteht aufgrund der verringerten Wandstärke eine erhöhte Bruchgefahr.An additional mechanical effort is necessary here. Furthermore, there is an increased risk of breakage due to the reduced wall thickness.

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.The object of the invention is to improve the service life of hydrogen lamps which have a lamp bulb made of quartz glass; the transmission of the lamp bulb should be reduced by less than 15% in the wavelength range of <300 nm.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the characterizing features of claim 1.

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 Strahlaustrittsfenster des Gehäuses. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.In a preferred embodiment, the diaphragm is flat; it is held by spacer bars connected to the lamp housing. Their clear opening is larger than that of the beam exit window of the housing. Further advantageous refinements can be found in the subclaims.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß Blende bei ver­schiedenartigen Kolbenmaterialien anwendbar ist; bei zu hoher Strahlungs­intensität 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.The advantages of the invention can be seen in the fact that orifice plate can be used with various types of piston materials; if the radiation intensity is too high, this can be adjusted by a suitable choice of the strength of the diaphragm; The spectrum of hydrogen lamps can be changed by using panels with special transmission properties.

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 Abgas­systemen, Testsystemen oder Schornsteinen erforderlich sein können.Furthermore, it proves to be advantageous to be able to use the lamp according to the invention due to its quartz glass bulb in an environment of higher temperatures, in particular in high-temperature applications such as those e.g. may be required in exhaust systems, test systems or chimneys.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Wasserstofflampe mit einer Blende, deren Ebene senkrecht zu der Achse des austretenden Lichtstrahls angeordnet ist; Figur 2 zeigt eine Wasserstofflampe mit einer teilweise reflektierenden Blende.The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a hydrogen lamp with a diaphragm, the plane of which is arranged perpendicular to the axis of the emerging light beam; Figure 2 shows a hydrogen lamp with a partially reflective diaphragm.

Gemäß Figur 1 befindet sich im Bereich der Achse 1 des aus Quarzglas bestehen­den zylindrischen Lampenkolbens 2 das aus Anode und Kathode bestehende Elektrodensystem im Gehäuse 3, wobei zur Erzielung einer möglichst hohen Strahlendichte 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.According to FIG. 1, in the area of the axis 1 of the cylindrical lamp bulb 2 made of quartz glass, the electrode system consisting of anode and cathode is located in the housing 3, with a molded body made of high-melting metal, such as, for example, to achieve the highest possible radiation density between the electrodes. Molybdenum. The opening angle of the emitted radiation is e.g. in the range of 30 - 40 °; the light beam runs along axis 10.

Vor dem Strahlaustrittsfenster 4 des Gehäuses 3 ist 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 Achse 10 verläuft.In front of the beam exit window 4 of the housing 3, an aperture 5 is arranged with an opening 6 which contains a filter 7. The frame of the diaphragm 5 is mechanically fixed to the housing 3 of the electrode system via spacer bars 8, axis 10 running through the opening 6.

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 Strahlautritts gelangen. Hierdurch wird eine Reaktion zwischen Quarz und den Erdalkalien, die zur Reduzierung der optischen Durchlässigkeit im kurz­welligen 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.A thin disk made of borosilicate glass is used as a filter. Its thickness is approximately 0.14 mm. This thin disk reduces the permeability to the radiation only slightly. This disc prevents the evaporated emitter materials get to the inside of the quartz bulb in the area of the jet entrance. This prevents a reaction between quartz and the alkaline earths, which leads to a reduction in the optical transmission in short-wave UV. The borosilicate glass itself is resistant to this influence. This results in a lower decrease in UV radiation during operation and thus a longer service life.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Figur 1 wird als Blende eine Linse aus Borosilikatglas eingesetzt, durch welche die austretende Strahlung fokussiert wird.In a further embodiment of the arrangement according to the invention according to FIG. 1, a lens made of borosilicate glass is used as the diaphragm, through which the emerging radiation is focused.

Gemäß Figur 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 Nieder­schlag 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.According to FIG. 2, the solder forms an angle of 45 ° on the plane of the diaphragm 5 with the axis 10 of the emerging light beam, the area of the diaphragm 5 affected by the precipitation increasing by a factor of 1.4, so that the reduction produced by the precipitation the transparency per unit area is less than at an angle of 0 ° between the perpendicular of the diaphragm plane and the axis of the emerging light beam.

Darüber hinaus wird ein Teil der emittierten Strahlung gegenüber der Haupt­strahlungsrichtung 10 um 90° abgelenkt. Die reflektierte Strahlung ist mit dem Bezugszeichen 11 symbolisch dargestellt.In addition, part of the emitted radiation is deflected by 90 ° with respect to the main radiation direction 10. The reflected radiation is symbolically represented by reference number 11.

Die reflektierte Strahlung wird seitlich aus dem Lampenkolben herausgeführt, sie dient zur Aufspaltung des austretenden Lichstrahls 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.The reflected radiation is guided out of the side of the lamp bulb and is used to split the emerging light beam into reference radiation and measuring radiation, as is required, for example, with two-beam photometers; it is also possible to regulate the radiation intensity using the reflected beam via the lamp power supply.

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 Möglich­keit einer Erweiterung des Spektralbereiches bzw. einer Erhöhung der Intensi­tät vorgegebener Spektralbereiche ergibt.Since the side of the optical element facing away from the discharge likewise has a reflecting surface, it is possible to couple an external light beam into the beam path of the discharge lamp, so that there is the possibility of expanding the spectral range or increasing the intensity of predetermined spectral ranges.

Claims (12)

1. Wasserstoff-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas und einem darin angeordneten, Anode und Kathode enthaltenden Gehäuse mit Strahlaustrittsfenster, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode als Emittermaterial Mischoxide aus Barium, Kalzium, Strontium aufweist, 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 Obfläche aus Borosilikatglas und/oder glasartigem Aluminiumoxid aufweist.1. hydrogen discharge lamp with a lamp bulb made of quartz glass and an arranged therein, anode and cathode containing housing with beam exit window, characterized in that the cathode has mixed oxides of barium, calcium, strontium as emitter material that between the inside of the lamp bulb (2) and the beam exit window of the housing (3) is arranged a diaphragm (5) which is permeable to UV light and whose radiolucent area has a surface made of borosilicate glass and / or glass-like aluminum oxide at least on its side facing the discharge. 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.2. Hydrogen discharge lamp according to claim 1, characterized in that the radiation-permeable area of the diaphragm (5) is flat and has at least the size of the beam exit window (4). 3. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Blende (5) über Anstandsstäbe (8) mit dem Lampenge­häuse (3) verbunden ist.3. A hydrogen discharge lamp as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the diaphragm (5) is connected to the lamp housing (3) via spacer bars (8). 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 Beriech von 35 - 55° bildet.4. Hydrogen discharge lamp according to claim 3, characterized in that the solder on the plane of the diaphragm (5) with the axis (10) of the emerging light beam forms an angle in the range of 35-55 °. 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.5. Hydrogen discharge lamp according to claim 1, characterized in that the diaphragm (5) consists of quartz glass, which contains diffused boron oxide on at least one side to a thickness of 1 µm. 6. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) aus Borosilikatglas besteht.6. Hydrogen discharge lamp according to claim 1, characterized in that the diaphragm (5) consists of borosilicate glass. 7. Wasserstoff-Entladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) als Scheibe mit plan­parallelen Flächen ausgebildet ist.7. Hydrogen discharge lamp according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the diaphragm (5) is designed as a disc with plane-parallel surfaces. 8. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Flächen gegenüber der Strahlaustrittsrichtung geneigt sind.8. Hydrogen discharge lamp according to claim 7, characterized in that the plane-parallel surfaces are inclined with respect to the beam exit direction. 9. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Flächen mit der Strahlaustrittsrichtung einen spitzen Winkel bilden.9. Hydrogen discharge lamp according to claim 8, characterized in that the plane-parallel surfaces form an acute angle with the beam exit direction. 10. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) eine Stärke im Bereich von 0,08 bis 1 mm aufweist.10. Hydrogen discharge lamp according to claim 7, characterized in that the diaphragm (5) has a thickness in the range of 0.08 to 1 mm. 11. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Entladung zugekehrte Seite der Blende (5) eine wenigstens teil­weise reflektierende Oberfläche aufweist.11. A hydrogen discharge lamp as claimed in claim 7, characterized in that the side of the diaphragm (5) which faces the discharge has an at least partially reflecting surface. 12. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) als Linse ausgebildet ist.12. Hydrogen discharge lamp according to claim 1, characterized in that the diaphragm (5) is designed as a lens.
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