EP3118888A1 - Gasentladungslampe, insbesondere deuteriumlampe, mit lichtaustrittsblende zum auffangen von kontaminierungsteilchen - Google Patents

Gasentladungslampe, insbesondere deuteriumlampe, mit lichtaustrittsblende zum auffangen von kontaminierungsteilchen Download PDF

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EP3118888A1
EP3118888A1 EP16184237.2A EP16184237A EP3118888A1 EP 3118888 A1 EP3118888 A1 EP 3118888A1 EP 16184237 A EP16184237 A EP 16184237A EP 3118888 A1 EP3118888 A1 EP 3118888A1
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EP
European Patent Office
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aperture
housing part
gas discharge
window
light exit
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Application number
EP16184237.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3118888B1 (de
Inventor
Erich Arnold
Christoph Söller
Anke Schnabl
Gunther Desinger
Torsten Jenek
Günter PERLET
Norbert Fischer
Gerhard Damaschke
Theo Schneider
Bruno Uebbing
Igor Radosevic
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Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/10—Shields, screens, or guides for influencing the discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/68—Lamps in which the main discharge is between parts of a current-carrying guide, e.g. halo lamp

Definitions

  • the invention relates to a gas discharge lamp, in particular a deuterium lamp, with a lamp bulb filled with gas and an arrangement within the lamp envelope comprising: an electrode housing having a front housing part made of non-electrically conductive material, a rear housing part and a front housing part of the rear housing part separating A housing intermediate wall, wherein the front housing part comprises a cathode, arranged in front of the cathode Kathodenabtubten and a light exit window which emits light caused by discharge to the outside, and wherein the rear housing part receives an anode which is connected to the light exit window in the front housing part on an optical axis A lies.
  • the invention relates to a use of the gas discharge lamp for analytical purposes
  • gas discharge lamps consist of a filled with a filling gas lamp bulb, in which two electrodes (cathode and anode) are arranged. When a voltage is applied between the electrodes, a gas discharge takes place, which is associated with the emission of optical radiation.
  • the gas discharge causes a plasma state within the filling gas.
  • the plasma consists partly or wholly of free positively and negatively charged particles (ions, electrons) whose motion is influenced by the strength of the field between the two electrodes and by special designs of the cathode and anode spaces within the lamp envelope.
  • Deuterium lamps filling gas deuterium
  • Deuterium lamps are usually constructed so that during operation particles from the cathode space and from the area of the plasma arc between the cathode and anode through the light exit window can get on the lamp envelope made of glass. There it changes to the glass of the lamp bulb, which leads to light absorption and - scattering and thus the life span of the lamp noticeably reduced.
  • a generic gas discharge lamp which shows an improved, stable light output.
  • the lamp has a lamp envelope made of quartz glass or other UV-transparent glass and has a housing whose rear part and the housing intermediate wall made of ceramic.
  • the anode is located in the rear part of the housing, directly behind an opening in the housing intermediate wall into which a shaped body designated as a focusing electrode (26) partially protrudes.
  • the housing front part is made of metal and has a light exit window.
  • the front housing part is referred to as the front electrode (front electrode 23).
  • the cathode region In the front part of the housing is the cathode region, wherein the cathode is surrounded by a so-called cathode box, which is formed by a wing of the front electrode (housing front part) and a cathode slit electrode 27.
  • the cathode box effects reliable ignition and a stable potential in the cathode compartment, whereby the operating state with respect to the maintenance and direction of the charge carrier path from the cathode via the molding body (focusing electrode 26) to the anode to stability.
  • the electric circuit for adjusting the desired luminosity of the gas discharge lamp is set so that the potential of the molded article is negative or zero, thereby optimizing the discharge guidance from the cathode to the anode and the shape of the plasma can be.
  • the DE 10 2008 062 410 A1 relates to a deuterium lamp in which side discharges and concomitant erosion on the shaped body focusing the discharge path between the cathode and the anode are avoided.
  • FIG. 2 out DE 10 2008 062 410 A1 is that Housing front and the intermediate wall made of ceramic, - The rear wall is made of metal.
  • the cathode in the front housing part is partially surrounded by the ceramic housing front, in addition, a metallic cathode shield is provided.
  • the molded body and the cathode shield are electrically insulated from each other, so that no side stream is formed.
  • the ceramic housing front part has an opening for the jet outlet, through which, in the unfavorable case, charged particles can also pass from the plasma to the lamp bulb surface.
  • the entire housing, the intermediate wall, and the molded body are made of metal. Also in this construction of the deuterium lamp, the formation of side streams is avoided.
  • the metallic housing front part has an opening for the jet exit in the direction of the lamp bulb, which in this case is provided with a dazzle-type attachment. Since the attachment forms a unit with the metallic housing, it can not be attributed any independent electrical potential.
  • the attachment has here only the function of a holder for a possible filter plate.
  • the discharge lamps described here have the disadvantage that during operation particles which are released in the electrode housing, whether from the cathode space or from the area of the plasma arc between cathode and anode, can pass through the light exit window onto the lamp envelope made of glass and cause damage there. The intensity or the life of the gas discharge lamp thereby decreases significantly. The particles can change the glass of the lamp bulb so that it comes to light absorption and / or light scattering.
  • the Gas discharge lamp should also be easy and inexpensive to manufacture.
  • the gas discharge lamp according to the invention comprises a lamp vessel filled with gas, in particular deuterium, an electrode housing having a front housing part of non-electrically conductive material, a rear housing part and a housing intermediate wall separating the front housing part from the rear housing part being arranged inside the lamp vessel.
  • the anode compartment with an anode is located in the rear housing part.
  • the anode faces an opening in the housing intermediate wall and a light exit window in the front housing part, so that the anode, the opening in the housing intermediate wall and the light exit window lie on an optical axis A.
  • an outlet panel having an adjustable electrical potential is arranged with an aperture outside the front housing part and in front of the light exit window.
  • the aperture is in projection of the light exit window and has a distance from this.
  • the center of the aperture and the light exit window are thus on the optical axis A of the gas discharge lamp.
  • the electrical potential of the exit aperture affects the electric field in the region of the light exit window, thus creating a kind of shield which protects the lamp envelope from damaging particles from the electrode housing.
  • the electrical potential of the exit aperture can be in are of the same order of magnitude as the potential of the cathode screen, but it is independent of this adjustable.
  • the geometry of the exit aperture plays a role, so that a minimum distance between the light exit window and aperture is necessary to bring the shielding effect sufficiently advantage.
  • the interaction of the geometric relationships of the exit aperture and the electrical potential of the exit aperture affects the electric field in the region of the light exit window, which in turn depends on the movement of particles (ions, electrons) from the plasma or particles in the electrode housing during operation the lamp arise, affects.
  • the arrangement according to the invention of the exit aperture and its electrical potential thus prevent sputtering effects or other damage to the lamp envelope material caused by the abovementioned particles, which lengthens the lamp life with stable, high light intensity.
  • the invention provides that the exit aperture is formed as a U-profile, the legs of which touch the front housing part and form the distance to the light exit window.
  • the use of a U-profile as exit aperture is a solution that is easy to implement in terms of assembly.
  • the leg length is easy to dimension in standard components.
  • the aperture can be mounted in advance in such U-profiles by punching, so that only a cutting to length of the required for each lamp U-profile is required as an exit panel.
  • the U-profile is arranged approximately over the entire height of the front housing part, which has a particularly positive effect in terms of the shielding effect of this exit panel.
  • the U-profile may have at one or more points approaches that serve as mounting and / or contacting positions. However, these approaches do not affect the basic shape of the U-profile.
  • An alternative and also preferred embodiment of the exit aperture is that of the ring shape.
  • the exit aperture encloses the light exit window, whereby the shielding space created by this embodiment of the exit aperture can be further developed in front of the light exit window by the choice of the ring diameter and a ring profile with respect to optimum protection of the lamp envelope from damage by any particles from the plasma , It has proved to be advantageous if the annular exit aperture has an angle profile, one leg of which defines the distance to the light exit window, or if the annular exit aperture has a semi-circular profile whose diameter defines the distance to the light exit window.
  • the exit aperture whether it is a U-profile or ring-shaped, is preferably made of a metal.
  • Metal as a good electrically conductive material is available in a variety of geometric shapes, so that metal is particularly suitable as a material for the exit aperture.
  • a preferred metal for this application is nickel or a nickel-base alloy.
  • Other metals are suitable in principle as well, as far as the electrical conductivity, the processability and the ambient temperatures in the bulb do not limit their use or exclude.
  • the distance between the aperture and the light exit window is at least one millimeter. Limiting the distance between the light exit window and the aperture is the distance of the exit aperture to the lamp envelope. However, a direct contact of the exit aperture with the lamp envelope must be avoided as this can lead to mechanical damage to the lamp envelope and thus impair the function and life of the gas discharge lamp. On the other hand, the minimum distance of 1 mm to the light exit window is necessary to create a space in front of the light exit window, which forms a kind of shield for emerging from the electrode housing or the plasma particles relative to the lamp envelope. This shielding space has its effect also with regard to limiting the temperature of the lamp bulb, at least in the region of the light exit.
  • the electrical potential of the exit aperture can be adjusted by a connection to a voltage source located outside the electrode housing.
  • a voltage source for example, a laboratory power supply is suitable, which ensures a precise adjustment of low voltage values up to voltage values in the range of up to 100 volts.
  • An alternative and equally preferred way of adjusting the electrical potential of the exit aperture is that the electrical potential is adjustable by connection to the cathode shield window.
  • a contact between the exit panel and cathode shield is necessary.
  • the connection has the lowest possible contact resistance. The location of the electrical connection is of minor importance.
  • connection between the exit aperture and the cathode shielding window is effected through the front housing part by means of at least one metallic rivet which at the same time mechanically fastens the exit aperture to the front housing part.
  • the riveted joint ensures a good conductive connection between the exit aperture and the cathode shield window, which is also clean and precise in design.
  • the rivet is set through the front housing part and also serves to attach the exit panel to the front of the housing.
  • a connection by means of a screw is possible, which is optionally set by a bore through the front housing part.
  • the front housing part itself is made of electrically non-conductive material, that is usually of a ceramic material such as alumina.
  • the size of the aperture of the exit aperture it has proven useful if it is greater than the light exit window.
  • the fact is taken into account that the light cone emanating from the plasma in the interior of the front housing part is not or only marginally restricted by the aperture in the exit aperture. This measure is particularly important in terms of the highest possible light output of the gas discharge lamp of importance.
  • a borosilicate glass is preferably used as the material for the lamp envelope.
  • the borosilicate glass is resistant to chemicals and temperature and sufficiently transparent for the desired wavelength range of the gas discharge lamp.
  • Such a lamp bulb is therefore well suited for gas discharge lamps, which are used for example in spectrophotometers.
  • Gas discharge lamp with the aforementioned features are used for analytical purposes, in particular as a light source in spectral analysis.
  • a deuterium lamp 1 is shown schematically in cross section along the optical axis A.
  • the lamp 1 has a lamp bulb 2 and a two-part housing, consisting of a front housing part 3 with a housing intermediate wall 4 made of ceramic, in this case aluminum oxide, as well as a rear housing part 5 made of metal.
  • the lamp bulb 2 is filled with gas, here deuterium.
  • the rear housing part 5 is the anode 6.
  • a cathode 7 and an existing of a nickel sheet cathode shield 8 are arranged.
  • the front housing part 3 has a light exit window 9 which faces the anode 6 and forms with it the optical axis A of the gas discharge lamp.
  • the cathode shield window 8 has an opening 16 in the direction of the optical axis A.
  • a discharge forms between the cathode 7 and the anode 6, which provides a continuous UV spectrum.
  • a shaped body 10 is arranged in front of the opening 17 of the housing intermediate wall 4 and the anode 6, which constricts the plasma in the form of a sphere by means of charge carrier concentration.
  • the resulting by the discharge and formation of the plasma light cone passes along the optical axis A through the light exit window 9 in the direction of the lamp envelope 2.
  • an exit aperture 11 of a nickel sheet with a U-profile arranged outside on the front housing part 3, in front of the light exit window 9 is an exit aperture 11 of a nickel sheet with a U-profile arranged.
  • the exit aperture 11 has an aperture 12 which is projected to the light exit window 9, wherein the aperture 12 with a diameter of 8 mm is slightly larger than the light exit window 9 with a diameter of 6 mm.
  • the U-profile of the exit aperture 11 has two legs 13, 13 'with a leg length of about 3.5 mm. The legs 13, 13 'of the U-profile of the exit aperture 11 determine the distance of the aperture 12 from the light exit window 9.
  • this may also be formed as an annular angle profile, whose one annular leg 13 a leg length of about 3.5 mm and thus determines the distance between the aperture 12 and the light exit window 9.
  • the exit aperture 11 is attached to the front housing part 3 and at the same time electrically conductively connected to the cathode shield 8.
  • the rivet 14 is made of a nickel-based alloy and is positioned in a setting process through the ceramic housing front part 3.
  • the inventive arrangement of the exit aperture 11, the electric field in the region of the cathode screen 8 and the light exit window 9 is influenced and adjusted approximately to the level of the potential at the cathode screen.
  • the deuterium lamp 1 according to the invention is thus suitable to be used as a light source in a spectrophotometer. Even with permanent operation of up to more than 2000 hours, there is no damage to the lamp bulb 2 due to increased light absorption or light scattering.
  • FIG. 2 shows only the light-emitting housing, which lies within a lamp envelope, not shown.
  • the exit aperture 11 can be seen with a circular aperture 12.
  • the aperture 12 is in the extension of the light exit window 9, the in FIG. 2 not completely visible.
  • the exit aperture 11 is formed as an elongate component with a U-profile, which is fastened with a rivet 14 on the front housing part 3 and is electrically conductively connected to the cathode shielding window 8 via the contacting portion 15.
  • FIGS. 3a and 3b show two variants of a view from above of the housing according to the FIG. 2 ,
  • the cathode 7 with the cathode shielding window 8 in the front housing part 3 and the anode 6 in the rear housing part 5, as well as the exit aperture 11 according to the invention can be seen on the front housing part 3.
  • the cathode shield window 8 differs slightly in the two figures FIG. 3a
  • the cathode shielding window 8 has a contacting section 15 which includes the light exit window 9 and which is connected to the exit aperture 11 via a rivet 14 and secures and electrically contacts same.
  • the contacting section is formed by two webs 15 ', 15 ", which are spaced apart from the light exit window 9.
  • Two rivets 14, 14' connect the exit aperture 11 via the two webs 15 ', 15" to the cathode shielding window 8. Both variants ensure the function of Exit aperture 11 as Shielding space for preventing damage to the lamp bulb 2, so that they are permanently suitable for use in spectral analysis equipment.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Gasentladungslampen, insbesondere Deuteriumlampen, mit einem mit Gas gefüllten Lampenkolben (2), umfassend: ein Elektroden-Gehäuse mit einem vorderen Gehäuseteil (3) aus nicht elektrisch leitfähigem Material, einem hinteren Gehäuseteil (5) und einer das vordere Gehäuseteil (3) vom hinteren Gehäuseteil (5) trennenden Gehäusezwischenwand (4), wobei das vordere Gehäuseteil (3) eine Kathode (7), ein vor der Kathode (7) angeordnetes Kathodenabschirmfenster (8) und ein Lichtaustrittsfenster (9) umfasst, das durch Entladung verursachtes Licht nach außen abgibt, und wobei das hintere Gehäuseteil (5) eine Anode (6) aufnimmt, die mit dem Lichtaustrittsfenster (9) im vorderen Gehäuseteil (3) auf einer optischen Achse A liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine ein einstellbares elektrisches Potenzial aufweisende Austrittsblende (11) mit einer Blendenöffnung (12) außen vor dem Lichtaustrittsfenster (9) angeordnet ist, wobei die Blendenöffnung (12) in Projektion des Lichtaustrittsfensters (9) auf der optischen Achse A liegt und von diesem einen Abstand aufweist. Durch die Austrittsblende können Schädigungen des Lampenkolbenmaterials verhindert werden. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung derartiger Gasentladungslampen für analytische Zwecke.

Description

    Technischer Hintergrund
  • Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Deuteriumlampe, mit einem mit Gas gefüllten Lampenkolben und einer Anordnung innerhalb des Lampenkolbens umfassend: ein Elektroden-Gehäuse mit einem vorderen Gehäuseteil aus nicht elektrisch leitfähigem Material, einem hinteren Gehäuseteil und einer das vordere Gehäuseteil vom hinteren Gehäuseteil trennenden Gehäusezwischenwand, wobei das vordere Gehäuseteil eine Kathode, ein vor der Kathode angeordnetes Kathodenabschirmfenster und ein Lichtaustrittsfenster umfasst, das durch Entladung verursachtes Licht nach außen abgibt, und wobei das hintere Gehäuseteil eine Anode aufnimmt, die mit dem Lichtaustrittsfenster im vorderen Gehäuseteil auf einer optischen Achse A liegt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung der Gasentladungslampe für analytische Zwecke
  • Als Lichtquellen für die Erzeugung optischer Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder Infrarot-Bereich werden Gasentladungslampe eingesetzt. Diese Gasentladungslampen bestehen aus einem mit einem Füllgas gefüllten Lampenkolben, in dem zwei Elektroden (Kathode und Anode) angeordnet sind. Beim Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden findet eine Gasentladung statt, die mit der Emission optischer Strahlung verbunden ist.
  • Die Gasentladung bewirkt einen Plasmazustand innerhalb des Füllgases. Das Plasma besteht teilweise oder vollständig aus freien positiv und negativ geladenen Teilchen (Ionen, Elektronen), deren Bewegung durch die Stärke des Feldes zwischen den beiden Elektroden und durch spezielle Ausführungen des Kathoden- und des Anodenraums innerhalb des Lampenkolbens beeinflusst wird.
  • Deuteriumlampen (Füllgas Deuterium) sind in der Regel so aufgebaut, dass während des Betriebs Teilchen aus dem Kathodenraum und aus dem Bereich des Plasmalichtbogens zwischen Kathode und Anode durch das Lichtaustrittsfenster auf den Lampenkolben aus Glas gelangen können. Dort kommt es zu Veränderungen des Glases des Lampenkolbens, was zu Lichtabsorption und - streuung führt und somit die Lebensdauer der Lampe merklich reduziert.
    • Stand der Technik
  • Aus EP 0 700 072 A2 ist eine gattungsgemäße Gasentladungslampe bekannt, die eine verbesserte, stabile Lichtausbeute zeigt. Die Lampe weist einen Lampenkolben aus Quarzglas oder aus einem anderen UV-durchlässigen Glas auf und hat ein Gehäuse, dessen hinterer Teil und dessen Gehäusezwischenwand aus Keramik bestehen. Die Anode befindet sich im hinteren Teil des Gehäuses, direkt hinter einer Öffnung in der Gehäusezwischenwand, in die ein als Fokussierelektrode (focusing electrode 26) bezeichneter Formkörper teilweise hineinragt. Das Gehäusevorderteil ist aus Metall und weist ein Lichtaustrittsfenster auf. Das Gehäusevorderteil wird als Frontelektrode (front electrode 23) bezeichnet. Im vorderen Teil des Gehäuses liegt der Kathodenbereich, wobei die Kathode von einer sogenannten Kathodenbox (cathode box) umgeben ist, die von einem Flügel der Frontelektrode (Gehäusevorderteil) und einer Kathodenschlitzelektrode (cathode slit electrode 27) gebildet wird. Die Kathodenbox bewirkt eine zuverlässige Zündung und ein stabiles Potenzial im Kathodenraum, wodurch der Betriebszustand hinsichtlich der Aufrechterhaltung und Richtung des Ladungsträgerweges von der Kathode über den Formkörper (focusing electrode 26) zur Anode an Stabilität gewinnt. Sobald die Entladung unter Bildung eines Plasmas ausgelöst ist, wird die elektrische Schaltung zur Einstellung der gewünschten Leuchtkraft der Gasentladungslampe so eingerichtet, dass das Potenzial des Formkörpers negativ ist oder bei Null liegt, wodurch die Entladungsführung von der Kathode zur Anode und die Form des Plasmas optimiert werden kann.
  • Die DE 10 2008 062 410 A1 betrifft eine Deuteriumlampe, bei der Nebenentladungen und eine damit einhergehende Erosion an dem den Entladungspfad zwischen Kathode und Anode fokussierenden Formkörper vermieden werden. Gemäß Figur 2 aus DE 10 2008 062 410 A1 besteht das Gehäusevorderteil und die Zwischenwand aus Keramik, - die Gehäuserückwand besteht aus Metall. Die Kathode im vorderen Gehäuseteil wird teilweise von der keramischen Gehäusefront umgeben, zusätzlich ist ein metallisches Kathodenabschirmfenster vorgesehen. Der Formkörper und das Kathodenabschirmfenster sind voneinander elektrisch isoliert, so dass kein Nebenstrom entsteht. Das keramische Gehäusevorderteil hat eine Öffnung zum Strahlaustritt, über die im ungünstigen Falle auch geladene Teilchen aus dem Plasma auf die Lampenkolbenoberfläche gelangen können.
  • In einer anderen Variante gemäß DE 10 2008 062 410 A1 besteht nur der Kathodenraum bzw. das Kathodenabschirmfenster aus elektrisch isolierendem Material, das gesamte Gehäuse, die Zwischenwand, sowie der Formkörper hingegen sind aus Metall. Auch bei diesem Aufbau der Deuteriumlampe wird die Ausbildung von Nebenströmen vermieden. Das metallische Gehäusevorderteil weist eine Öffnung zum Strahlaustritt in Richtung des Lampenkolbens auf, die in diesem Fall mit einem blendenartigen Vorsatz versehen ist. Da der Vorsatz mit dem metallischen Gehäuse eine Einheit bildet, kann ihm kein eigenständiges elektrisches Potenzial beigemessen werden. Der Vorsatz weist hier nur die Funktion einer Halterung für ein eventuelles Filterplättchen auf.
    • Technische Aufgabenstellung
  • Die hier beschriebenen Entladungslampen haben den Nachteil, dass während des Betriebs Teilchen, die im Elektroden-Gehäuse freigesetzt werden, - sei es aus dem Kathodenraum oder aus dem Bereich des Plasmalichtbogens zwischen Kathode und Anode -, durch das Lichtaustrittsfenster auf den Lampenkolben aus Glas gelangen können und dort zu Schäden führen. Die Intensität bzw. die Lebensdauer der Gasentladungslampe nimmt dadurch deutlich ab. Die Teilchen können das Glas des Lampenkolbens so verändern, dass es zu Lichtabsorption und/oder Lichtstreuung kommt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gasentladungslampe bereitzustellen, die im Betrieb keine Schädigung des Lampenkolbenmaterials zeigt und somit eine Erhöhung der Intensität und der Lebensdauer der Lampe bewirkt. Die Gasentladungslampe soll zudem einfach und kostengünstig in der Herstellung sein.
    • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Gasentladungslampe der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine ein einstellbares elektrisches Potenzial aufweisende Austrittsblende mit einer Blendenöffnung außen vor dem Lichtaustrittsfenster angeordnet ist, wobei die Blendenöffnung in Projektion des Lichtaustrittsfensters auf der optischen Achse A liegt und von diesem einen Abstand aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Gasentladungslampe umfasst einen mit Gas, insbesondere Deuterium, gefüllten Lampenkolben, wobei innerhalb des Lampenkolbens ein Elektroden-Gehäuse angeordnet ist, das ein vorderes Gehäuseteil aus nicht elektrisch leitfähigem Material, ein hinteres Gehäuseteil und eine das vordere vom hinteren Gehäuseteil trennende Gehäusezwischenwand aufweist. Im vorderen Gehäuseteil befindet sich der Kathodenraum mit einer Kathode und einem vor dieser angeordnetem Kathodenabschirmfenster. Der Anodenraum mit einer Anode ist im hinteren Gehäuseteil gelegen. Die Anode steht einer Öffnung in der Gehäusezwischenwand und einem Lichtaustrittsfenster im vorderen Gehäuseteil gegenüber, so dass die Anode, die Öffnung in der Gehäusezwischenwand und das Lichtaustrittsfenster auf einer optischen Achse A liegen. Über das Lichtaustrittsfenster wird das durch Entladung verursachte Licht nach außen abgegeben. Erfindungsgemäß ist eine ein einstellbares elektrisches Potenzial aufweisende Austrittsblende mit einer Blendenöffnung außen am vorderen Gehäuseteil und vor dem Lichtaustrittsfenster angeordnet. Die Blendenöffnung liegt in Projektion des Lichtaustrittsfensters und weist von diesem einen Abstand auf. Der Mittelpunkt der Blendenöffnung und der des Lichtaustrittsfensters liegen somit auf der optischen Achse A der Gasentladungslampe. Das elektrische Potenzial der Austrittsblende beeinflusst das elektrische Feld im Bereich des Lichtaustrittsfensters, so dass eine Art Abschirmung geschaffen wird, die den Lampenkolben vor schädigenden Teilchen aus dem Elektroden-Gehäuse schützt. Das elektrische Potenzial der Austrittsblende kann in ähnlicher Größenordnung liegen wie das Potenzial des Kathodenabschirmfensters, es ist aber unabhängig von diesem einstellbar. Zusätzlich spielt die Geometrie der Austrittsblende eine Rolle, so dass ein minimaler Abstand zwischen Lichtaustrittsfenster und Blendenöffnung notwendig ist, um die Abschirmungswirkung ausreichend zur Geltung zu bringen. Das Zusammenwirken der geometrischen Verhältnisse der Austrittsblende und des elektrischen Potenzials der Austrittsblende beeinflusst das elektrische Feld im Bereich des Lichtaustrittsfensters, was sich wiederum auf die Bewegung von Teilchen (Ionen, Elektronen) aus dem Plasma oder von Teilchen, die im Elektroden-Gehäuse während des Betriebs der Lampe entstehen, auswirkt.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Austrittsblende und durch deren elektrisches Potenzial werden somit durch die vorgenannten Teilchen hervorgerufene Sputtereffekte oder andere Schädigungen des Lampenkolbenmaterials verhindert, was bei stabiler, hoher Lichtintensität die Lebensdauer der Lampe verlängert.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sieht die Erfindung vor, dass die Austrittsblende als U-Profil ausgebildet ist, dessen Schenkel das vordere Gehäuseteil berühren und den Abstand zum Lichtaustrittsfenster bilden. Der Einsatz eines U-Profils als Austrittsblende ist eine Lösung, die hinsichtlich der Montage leicht zu verwirklichen ist. Die Schenkellänge ist in Standardbauteilen einfach zu bemaßen. Die Blendenöffnung kann in derartigen U-Profilen vorab durch Ausstanzen angebracht werden, so dass nur noch ein Ablängen des für die jeweilige Lampe erforderlichen U-Profils als Austrittsblende erforderlich ist. In der Regel wird das U-Profil etwa über die gesamte Höhe des vorderen Gehäuseteils angeordnet, was sich im Hinblick auf die Abschirmungswirkung dieser Austrittsblende besonders positiv auswirkt. Das U-Profil kann an einer oder mehreren Stellen Ansätze aufweisen, die als Befestigungs- und/oder Kontaktierungspositionen dienen. Diese Ansätze beeinflussen jedoch die Grundform des U-Profils nicht.
  • Eine alternative und ebenfalls bevorzugte Ausführungsform der Austrittsblende ist die der Ringform. In der ringförmigen Ausbildung umschließt die Austrittsblende das Lichtaustrittsfenster, wobei der durch diese Ausführung der Austrittsblende entstehende Abschirmungsraum vor dem Lichtaustrittsfenster durch die Wahl des Ringdurchmessers und eines Ringprofils im Hinblick auf einen optimalen Schutz des Lampenkolbens vor Schädigungen durch etwaige Teilchen aus dem Plasma weiter ausgestaltet werden kann. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die ringförmige Austrittsblende ein Winkelprofil aufweist, dessen einer Schenkel den Abstand zum Lichtaustrittsfenster festlegt, oder, wenn die ringförmige Austrittsblende ein Halbrund-Profil aufweist, dessen Durchmesser den Abstand zum Lichtaustrittsfenster festlegt. Die Austrittsblende, ob sie ein U-Profil ist oder ringförmiger Natur besteht vorzugsweise aus einem Metall. Metall als gut elektrisch leitfähiger Werkstoff ist in vielfältigen geometrischen Formen verfügbar, so dass Metall als Werkstoff für die Austrittsblende besonders geeignet ist. Ein für diesen Einsatz bevorzugtes Metall ist Nickel oder eine Nickel-Basislegierung. Andere Metalle sind prinzipiell ebenso geeignet, soweit die elektrische Leitfähigkeit, die Verarbeitbarkeit und die Umgebungstemperaturen im Lampenkolben ihren Einsatz nicht limitieren oder ausschließen.
  • Es hat sich bewährt, wenn der Abstand zwischen Blendenöffnung und Lichtaustrittsfenster mindestens einen Millimeter beträgt. Begrenzend für den Abstand zwischen Lichtaustrittsfenster und Blendenöffnung ist der Abstand der Austrittsblende zum Lampenkolben. Eine direkte Berührung der Austrittsblende mit dem Lampenkolben muss jedoch vermieden werden, da dies zu mechanischen Schäden am Lampenkolben führen und somit die Funktion und Lebensdauer der Gasentladungslampe beeinträchtigen kann. Andererseits ist der minimale Abstand von 1 mm zum Lichtaustrittsfenster notwendig, um einen Raum vor dem Lichtaustrittsfenster zu schaffen, der eine Art Abschirmung für aus dem Elektroden-Gehäuse bzw. dem Plasma austretende Teilchen gegenüber dem Lampenkolben bildet. Dieser Abschirmungsraum hat seine Wirkung auch hinsichtlich einer Begrenzung der Temperatur des Lampenkolbens zumindest im Bereich des Lichtaustritts.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Potenzial der Austrittsblende durch eine Verbindung zu einer außerhalb des Elektroden-Gehäuses liegenden Spannungsquelle einstellbar. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, das elektrische Potential unabhängig vom Potenzial im Bereich des Lichtaustrittsfensters und im Bereich des Kathodenabschirmfensters einzustellen. Gerade im Hinblick auf eine Feineinstellung des Potenzials ist dies vorteilhaft. Als Spannungsquelle ist beispielsweise ein Labornetzgerät geeignet, das eine präzise Einstellung niedriger Spannungswerte bis zu Spannungswerten im Bereich von bis zu 100 Volt gewährleistet.
  • Eine alternative und gleichermaßen bevorzugte Möglichkeit zur Einstellung des elektrischen Potenzials der Austrittsblende besteht darin, dass das elektrische Potenzial durch eine Verbindung mit dem Kathodenabschirmfenster einstellbar ist. Hierzu ist eine Kontaktierung zwischen Austrittsblende und Kathodenabschirmfenster notwendig. Für die elektrische Kontaktierung zwischen Austrittsblende und Kathodenabschirmfenster ist es wichtig, dass die Verbindung einen möglichst geringen Übergangswiderstand hat. Die Lage der elektrischen Verbindung ist von untergeordneter Bedeutung.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Verbindung zwischen Austrittsblende und Kathodenabschirmfenster durch das vordere Gehäuseteil hindurch mittels mindestens einem metallischen Niet, der gleichzeitig die Austrittsblende mechanisch am vorderen Gehäuseteil befestigt. Die Nietverbindung gewährleistet eine gut leitfähige Verbindung zwischen Austrittsblende und Kathodenabschirmfenster, die überdies sauber und präzise in der Ausführung ist. Der Niet wird durch das vordere Gehäuseteil hindurch gesetzt und dient auch zur Befestigung der Austrittsblende am Gehäusevorderteil. Grundsätzlich ist an Stelle der Nietverbindung auch eine Verbindung mittels einer Schraube möglich, die gegebenenfalls durch eine Bohrung durch das vordere Gehäuseteil gesetzt wird. Das vordere Gehäuseteil selbst ist aus elektrisch nicht leitenden Material, das heißt in der Regel aus einem keramischen Material wie beispielsweise Aluminiumoxid.
  • Um korrosive Veränderungen an der Verbindung zwischen Austrittsblende und Kathodenabschirmfenster auszuschließen, die ihrerseits das elektrische Feld im Bereich des Lichtaustrittsfenster beeinflussen können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Austrittsblende, das Kathodenabschirmfenster und der Niet aus dem gleichen Metall bestehen.
  • Hinsichtlich der Größe der Blendenöffnung der Austrittsblende hat es sich bewährt, wenn diese größer ist als das Lichtaustrittsfenster. Durch diese Ausgestaltung der Blendenöffnung wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der vom Plasma im Innern des vorderen Gehäuseteils ausgehende Lichtkegel durch die Blendenöffnung in der Austrittsblende nicht oder nur unwesentlich eingeschränkt wird. Diese Maßnahme ist insbesondere hinsichtlich einer möglichst hohen Lichtausbeute der Gasentladungslampe von Bedeutung.
  • Für Gasentladungslampe wird bevorzugt als Material für den Lampenkolben ein Borosilikatglas eingesetzt. Das Borosilikatglas ist chemikalien- und temperaturbeständig und für den gewünschten Wellenlängenbereich der Gasentladungslampe ausreichend transparent. Ein derartiger Lampenkolben ist daher für Gasentladungslampen, die beispielsweise in Spektralphotometern eingesetzt werden, gut geeignet.
  • Gasentladungslampe mit den vorgenannten Merkmalen finden Verwendung für analytische Zwecke, insbesondere als Lichtquelle bei der Spektralanalyse.
    • Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Patentzeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im Einzelnen zeigt:
    • Figur 1
    eine Darstellung der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe auf Basis eines schematischen Querschnitts,
    Figur 2
    eine perspektivische Front-Ansicht des Gehäuses einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe und
    Figur 3a, 3b
    je eine perspektivische Ansicht von oben auf das Gehäuse von Figur 2
  • In Figur 1 ist eine Deuteriumlampe 1 im Querschnitt schematisch entlang der optischen Achse A dargestellt. Die Lampe 1 weist einen Lampenkolben 2 und ein zweiteiliges Gehäuse auf, bestehend aus einem vorderen Gehäuseteil 3 mit einer Gehäusezwischenwand 4 aus Keramik, in diesem Fall Aluminiumoxid, sowie aus einem hinteren Gehäuseteil 5 aus Metall. Der Lampenkolben 2 ist mit Gas, hier Deuterium, gefüllt. Im hinteren Gehäuseteil 5 befindet sich die Anode 6. Im vorderen Gehäuseteil 3 sind eine Kathode 7 und ein aus einem Nickelblech bestehendes Kathodenabschirmfenster 8 angeordnet. Weiterhin hat das vordere Gehäuseteil 3 ein Lichtaustrittsfenster 9, das der Anode 6 gegenüber steht und mit dieser die optische Achse A der Gasentladungslampe bildet. Das Kathodenabschirmfenster 8 hat eine Öffnung 16 in Richtung der optischen Achse A. Beim Betrieb der Lampe 1 bildet sich zwischen der Kathode 7 und der Anode 6 eine Entladung aus, die ein kontinuierliches UV-Spektrum liefert. Zur Erhöhung der Strahlungsintensität ist vor der Öffnung 17 der Gehäusezwischenwand 4 und der Anode 6 ein Formkörper 10 angeordnet, der durch Ladungsträgerkonzentration das Plasma kugelartig einschnürt.
  • Der durch die Entladung und Ausbildung des Plasmas entstehende Lichtkegel (nicht dargestellt) gelangt entlang der optischen Achse A durch das Lichtaustrittsfenster 9 in Richtung des Lampenkolbens 2. Außen auf dem vorderen Gehäuseteil 3, vor dem Lichtaustrittsfenster 9 ist eine Austrittsblende 11 aus einem Nickelblech mit einem U-Profil angeordnet. Die Austrittsblende 11 hat eine Blendenöffnung 12, die in Projektion zum Lichtaustrittsfenster 9 liegt, wobei die Blendenöffnung 12 mit einem Durchmesser von 8 mm etwas größer ist als das Lichtaustrittsfenster 9 mit einem Durchmesser von 6 mm. Das U-Profil der Austrittsblende 11 hat zwei Schenkel 13, 13' mit einer Schenkellänge von etwa 3,5 mm. Die Schenkel 13, 13' des U-Profils der Austrittsblende 11 bestimmen den Abstand der Blendenöffnung 12 vom Lichtaustrittsfenster 9. Alternativ zum U-Profil der Austrittsblende 11 kann diese auch als ein ringförmiges Winkelprofil ausgebildet sein, dessen einer ringförmiger Schenkel 13 eine Schenkellänge von etwa 3,5 mm hat und damit den Abstand zwischen der Blendenöffnung 12 und dem Lichtaustrittsfenster 9 bestimmt. Über einen Niet 14 ist die Austrittsblende 11 am vorderen Gehäuseteil 3 befestigt und gleichzeitig mit dem Kathodenabschirmfenster 8 elektrisch leitend verbunden. Der Niet 14 besteht aus einer Nickel-Basislegierung und wird in einem Setzvorgang durch das keramische Gehäusevorderteil 3 hindurch positioniert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Austrittsblende 11 wird das elektrische Feld im Bereich des Kathodenabschirmfensters 8 und des Lichtaustrittsfenster 9 beeinflusst und etwa auf das Niveau des Potenzial am Kathodenabschirmfenster eingestellt. In diesem Bereich ist mit einem Potenzial in der Größenordnung von 10 bis 20 Volt zu rechnen, wohingegen zwischen Kathode 7 und Anode 6 etwa 60 bis 100 V anliegen. Die erfindungsgemäße Deuteriumlampe 1 ist somit geeignet als Lichtquelle in einem Spektralphotometer eingesetzt zu werden. Es kommt auch bei dauerhaften Betrieb von bis zu mehr als 2000 Stunden zu keiner Schädigung des Lampenkolbens 2 durch dadurch erhöhten Lichtabsorption oder Lichtstreuung.
  • Figur 2 zeigt nur das Licht emittierenden Gehäuse, das innerhalb eines nicht dargestellten Lampenkolbens liegt. In einer perspektivischen Front-Ansicht ist die Austrittsblende 11 mit einer kreisförmigen Blendenöffnung 12 zu erkennen. Die Blendenöffnung 12 liegt in der Verlängerung des Lichtaustrittsfenster 9, das in Figur 2 nicht ganz vollständig zu sehen ist. Die Austrittsblende 11 ist als ein längliches Bauteil mit U-Profil ausgebildet, das mit einem Niet 14 am vorderen Gehäuseteil 3 befestigt und über den Kontaktierungsabschnitt 15 mit dem Kathodenabschirmfenster 8 elektrisch leitend verbunden ist.
  • Die Figuren 3a und 3b zeigen zwei Varianten einer Ansicht von oben auf das Gehäuse gemäß der Figur 2. Hierbei sind jeweils die Kathode 7 mit dem Kathodenabschirmfenster 8 im vorderen Gehäuseteil 3 und die Anode 6 im hinteren Gehäuseteil 5, sowie die erfindungsgemäße Austrittsblende 11 am vorderen Gehäuseteil 3 zu erkennen. Das Kathodenabschirmfenster 8 unterscheidet sich geringfügig in den beiden Figuren: Bei Figur 3a hat das Kathodenabschirmfenster 8 einen das Lichtaustrittsfenster 9 umfassenden Kontaktierungsabschnitt 15, der über eine Niet 14 mit der Austrittsblende 11 verbunden ist und diese befestigt und elektrisch kontaktiert. In der Variante gemäß Figur 3b wird der Kontaktierungsabschnitt von zwei Stegen 15', 15" gebildet, die vom Lichtaustrittsfenster 9 beabstandet sind. Zwei Nieten 14, 14' verbinden die Austrittsblende 11 über die beiden Stege 15', 15" mit dem Kathodenabschirmfenster 8. Beide Varianten sichern die Funktion der Austrittsblende 11 als Abschirmungsraum zur Verhinderung von Schädigungen am Lampenkolben 2, so dass sie für die Verwendung in Geräten zur Spektralanalyse dauerhaft geeignet sind.

Claims (11)

  1. Gasentladungslampe, insbesondere Deuteriumlampe (1), mit einem mit Gas gefüllten Lampenkolben (2), umfassend:
    ein Elektroden-Gehäuse mit einem vorderen Gehäuseteil (3) aus nicht elektrisch leitfähigem Material, einem hinteren Gehäuseteil (5) und einer das vordere Gehäuseteil (3) vom hinteren Gehäuseteil (5) trennenden Gehäusezwischenwand (4), wobei das vordere Gehäuseteil (3) eine Kathode (7), ein vor der Kathode (7) angeordnetes Kathodenabschirmfenster (8) und ein Lichtaustrittsfenster (9) umfasst, das durch Entladung verursachtes Licht nach außen abgibt, und wobei das hintere Gehäuseteil (5) eine Anode (6) aufnimmt, die mit dem Lichtaustrittsfenster (9) im vorderen Gehäuseteil (3) auf einer optischen Achse A liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine ein durch eine Verbindung mit dem Kathodenabschirmfenster (8) einstellbares elektrisches Potenzial aufweisende Austrittsblende (11) mit einer Blendenöffnung (12) außen vordem Lichtaustrittsfenster (9) angeordnet ist, wobei die Blendenöffnung (12) in Projektion des Lichtaustrittsfensters (9) auf der optischen Achse A liegt und von diesem einen Abstand aufweist.
  2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsblende (11) als U-Profil ausgebildet ist, dessen Schenkel (13; 13') das vordere Gehäuseteil (3) berühren und den Abstand zum Lichtaustrittsfenster (9) festlegen.
  3. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsblende (11) ringförmig ausgebildet ist.
  4. Gasentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Austrittsblende (11) ein Winkelprofil aufweist, dessen einer Schenkel (13; 13') den Abstand zum Lichtaustrittsfenster festlegt, oder dass die ringförmige Austrittsblende (11) ein Halbrund-Profil aufweist, dessen Durchmesser den Abstand zum Lichtaustrittsfenster festlegt.
  5. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsblende (11) aus einem Metall gebildet wird.
  6. Gasentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Nickel oder eine Nickel-Basislegierung umfasst.
  7. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Blendenöffnung (12) und Lichtaustrittsfenster (9) mindestens 1 mm beträgt.
  8. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Austrittsblende (11) und Kathodenabschirmfenster (8) durch das vordere Gehäuseteil (3) hindurch mittels mindestens einem metallischen Niet (14; 14') erfolgt, der gleichzeitig die Austrittsblende (11) mechanisch am vorderen Gehäuseteil (3) befestigt.
  9. Gasentladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsblende (11), das Kathodenabschirmfenster (8) und der Niet (14; 14') aus dem gleichen Metall bestehen.
  10. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (12) der Austrittsblende (11) größer ist als das Lichtaustrittsfenster (9).
  11. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Lampenkolbens (2) ein Borosilikatglas ist.
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