WO2010130544A1 - Hochdruckentladungslampe mit kühlelement - Google Patents

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WO2010130544A1
WO2010130544A1 PCT/EP2010/055328 EP2010055328W WO2010130544A1 WO 2010130544 A1 WO2010130544 A1 WO 2010130544A1 EP 2010055328 W EP2010055328 W EP 2010055328W WO 2010130544 A1 WO2010130544 A1 WO 2010130544A1
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WO
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discharge lamp
pressure discharge
power supply
lamp according
cooling element
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PCT/EP2010/055328
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Rainer Koger
Bernhard Winzek
Adam Kotowicz
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • H01J61/84—Lamps with discharge constricted by high pressure
    • H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of patent claim 1.
  • Such lamps have a discharge vessel filled with a discharge medium, for example a noble gas, with or without added mercury and possibly further filling additives.
  • a discharge medium for example a noble gas, with or without added mercury and possibly further filling additives.
  • two opposing electrodes are arranged within the discharge vessel.
  • Two piston shafts are attached to the discharge vessel through which current supply elements are guided in a gastight manner to the outside for making electrical contact with the electrodes.
  • the anode When operated with direct current lamp types, the anode is usually carried out with a thermally highly resilient electrode head, in which the heat radiation performance is optimized by sufficient dimensioning.
  • the cathode-side electrode is designed with a comparatively small, conical electrode head.
  • One way of significantly increasing the radiant power is therefore to increase the lamp current and thus the electrical connection power.
  • HBO IC lamps and an effective supply current of greater than 220 A there is a strong heating (Joule heat loss) of the sealing elements (e.g., sealing foils).
  • the aim is to reduce the thermal load on the large-area anode by dissipating part of the heat via the power supply and the anode-side supply line.
  • the electrodes are connected in each case via an electrode rod, a plurality of molybdenum sealing foils and an outer power supply passing through the piston shafts at the front side, wherein the anode-side supply generally takes place via a flexible supply line extending approximately in the radial direction from the lamp axis.
  • the cathode-side contacting is usually carried out via a base pin, which protrudes from the cathode-side base.
  • the anode-side pedestal requires efficient cooling in the case of high-wattage high-pressure discharge lamps with currents of more than 220 A, since it is governed by the Joule see heat of the sealing foils and is heated very much by the further guided by the electrode heat and optionally in a lamp housing (eg in lithography application) back reflected thermal radiation.
  • the external power supply components which have direct contact with the ambient atmosphere, in this case can oxidize at temperatures of more than 300 0 C during lamp operation and then lead to failure of the discharge lamp.
  • the portion of the supply line between the outer power supply and Sockelwandung represents a kind of thermal bridge
  • the dimension due to the length of the lead between the current feedthrough and Sockelmonys- wall and the small supply line cross section are too small to ensure adequate heat dissipation from the outer power supply to the base , That is, even with a running with heat fins base overheating is not excluded due to the poor thermal contact between the external power supply and socket.
  • the invention has for its object to provide a high-pressure discharge lamp, are reduced in the thermal problems.
  • Another aspect of the invention is to be able to ensure operating currents above 220 A.
  • the high-pressure discharge lamp has two electrodes, which are arranged opposite one another in a discharge vessel and are electrically contacted via a power supply system (inner power supply, gas-tight power feedthrough and external power supply).
  • the power supply systems enforce each gas-tight one attached to the discharge vessel piston shaft to which a socket can be attached, wherein in the region of the outer power supply at least one piston shaft, a cooling element is provided.
  • this cooling element and the external power supply are contacted directly thermally and electrically. That the contacting does not take place-as in the prior art-via a bridge formed by a supply line section, but flatly by appropriate design of the external power supply and of the cooling element.
  • the cooling element is designed as a base, so that the high-pressure discharge lamp has a very simple structure and, furthermore, optimal thermal dissipation is ensured by the direct thermal and electrical contact between external power supply and base / cooling element.
  • the heat dissipation can be improved if the cooling element is designed with a heat exchange surface enlarging geometry. This can be done for example by cooling fins, which preferably extend in the radial direction.
  • the diameter of the cooling fins decreases away from the piston skirt in order to avoid shading effects in an exposure apparatus as far as possible.
  • the diameter reduction can be carried out in such a way that a conical cooling rib structure results in the side view.
  • the external power supply and the cooling element are made in one piece from a single component.
  • the best possible heat transfer and thus efficient cooling is guaranteed.
  • the direct contact between the heat sink and external power supply in a suitable Way by clamping, pressing, screwing, welding or the like done.
  • the advantages of a welding execution correspond to those of a one-piece design, wherein during welding different materials for power supply and cooling element can be used.
  • the cooling element is designed in several parts, wherein the cooling element parts together form a receptacle in which an end portion of the external power supply is immersed.
  • a thermal compound or the like can be arranged in the transition region between the cooling element and the outer power supply.
  • the anode-side base surrounds the associated piston skirt.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a high-pressure discharge lamp according to the invention
  • Fig. 2 is a detailed view of a cooling base of the high pressure discharge lamp of Figure 1 and
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a cooling base for a high-pressure discharge lamp according to FIG. 1.
  • the invention is explained below with reference to an HBO® mercury vapor high-pressure discharge lamp which is used, for example, in microlithography for the production of semiconductors.
  • the invention is not limited to such types of lamps. Rather, the inventive advantages also occur in other discharge lamps in appearance, such as xenon arc lamps (OSRAM XBO ®).
  • OSRAM XBO ® xenon arc lamps
  • a discharge arc burns in an atmosphere of pure xenon gas (or xenon gas mixture) under high pressure.
  • XBO lamps are used, for example, in classical and digital film projection.
  • the cathode-forming electrode 18 is designed with an approximately conical electrode head, while the an anode forming electrode 16 is formed in approximately barrel or cylindrical shape with substantially larger dimensions.
  • the two electrodes 16, 18 are respectively held by electrode rods 20, 22, which pass through the respective associated piston shank 9, 10 and carry at their end portion a molybdenum plate 24 which is connected to molybdenum foils 26 gas-tightly melted into the piston shafts 9, 10.
  • their end sections are connected to a contact plate 28, which is connected in each case to a rod-shaped power supply 30 projecting from the piston shaft on the end face, which is electrically and thermally connected to a supply line 32 on the anode side.
  • the high-pressure discharge lamp 2 according to the invention is operated in the high-wattage range, with current intensities in the region of more than 220 A.
  • the supply line 32 is welded in the conventional solutions with the rod-shaped power supply 30 and is also in contact with a base sleeve, so that the heat transfer from the external power supply to the base is determined by the cross section of the supply line 32.
  • the disgust 12 contacted directly with the rod-shaped power supply 30.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the anode-side end portion of the high-pressure discharge lamp 2.
  • the guided out of the end face 34 of the anode-side piston skirt 9 rod-shaped power supply 30, is mounted on the front end projecting end portion of the cooling base 12.
  • the cooling base 12 is made in two parts, wherein the parting plane lies in the plane of the drawing, so that the entire cooling base 12 is assembled from two cooling base halves, which are bolted together.
  • the screw holes 36 provided for the screw connection are visible in the illustration according to FIG.
  • the two base parts together form a receptacle 38, whose diameter D and depth T are adapted to the corresponding dimensions of the end projecting from the piston skirt 9 end portion of the rod-shaped Stromzude- 30, so that these circumferentially and - if possible - also frontally flat on the circumference - Or end walls of the receptacle 38 is applied and both in terms of thermal and on the electrical contacting a large transition surface is provided.
  • the thermal heat transfer can be improved if in the contact area between the receptacle 38 and the rod-shaped power supply 30, a thermal paste or the like is applied.
  • the connection between the rod-shaped power supply 30 and thehariso- disgust 12 - can be done - as described - by screwing. In principle, it is also possible that the recording me 38 and the power supply 30 are carried out with a press fit, so that a press or clamp connection is made when screwing. Alternatively, the connection can also take place by welding or the like.
  • a plurality of radially extending cooling fins 40 are provided on the outer circumference of the cooling base 12, the outer diameter of which is away from the piston shaft 9, i. in the illustration according to FIG 2 tapers towards the top, so that the outer circumference of the cooling base 12 is conical or conical.
  • a centering flange 42 is provided, which surrounds the end portion of the piston shaft 9 and is also thermally contacted with this.
  • the centering flange 42 may be connected to the piston skirt 9 via a putty or the like.
  • the cooling base 12 is provided with a connection bore 45 for electrical contact perpendicular to the lamp axis. The electrical contacting of the rod-shaped power supply 30 with the supply line 32 can also be done indirectly via the cooling base 12.
  • a circumferential annular groove 44 is provided on the cooling base 12 in the transition region to the centering flange 42 so that it rests only with a hub-shaped projection 46 on the end face 34 of the piston skirt 9.
  • the heat flow from the anode 16 via the electrode rod 20 and the molybdenum strips 26 in the direction of the cooling base 12 is indicated by straight-line arrows. provides.
  • the cooling base 12 is still heated by the radiation 46 reflected from the reflector 4 (and the commonly used imager housing not shown).
  • this registered thermal energy can be discharged via the power supply 30 and the directly contacted therewith cooling base 12 to the environment faster, so that thermal damage to the components can be prevented.
  • Figure 3 shows a solution in which the cooling base 12 and the outer power supply 28, 30 are made in one piece - such a device with cooling and electrical Kunststoffierfunktion can indeed very easily produce, but has the above-mentioned disadvantage that the melting of the outer Power supply 28, 30 and the molybdenum strip described above - also due to the improved heat dissipation - can be hindered.
  • the centering flange 42 embracing the piston skirt 9 was dispensed with, since this would additionally hinder the meltdown.
  • a further advantage of the embodiment illustrated in FIG. 3 is that no gaps between the rod-shaped power supply 30 and cooling base 12 that impede heat transfer can be present.
  • the embodiment shown in Figure 3 corresponds to the variant described above, so that further explanations are unnecessary.
  • the material of the cooling base 12 is selected with regard to the thermal and electrical contacting, wherein the outer power supply 28, 30 and cooling base 12 may consist of different materials.
  • the shape of the cooling fins 40 can of course be suitably adapted to the particular application.
  • a high-pressure discharge lamp with two electrodes arranged in a discharge vessel.
  • two piston shafts are attached, which are interspersed in each case by a power supply system for the electrodes.
  • the anode-side external power supply is thermally contacted directly with a cooling element.

Abstract

Offenbart ist eine Hochdruckentladungslampe (1) mit zwei in einem Entladungsgefäß (6) angeordneten Elektroden (16, 18). An das Entladungsgefäß (6) sind zwei Kolbenschäfte (9, 10) angesetzt, die jeweils von einem Stromzuführungssystem (20, 24, 26, 28, 30) für die Elektroden (16, 18) durchsetzt sind. Erfindungsgemäß ist die anodenseitige äußere Stromzuführung (28, 30) direkt mit einem Kühlelement (12) thermisch und elektrisch kontaktiert.

Description

Beschreibung
Hochdruckentladungslampe mit Kühlelement
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Derartige Lampen weisen ein mit einem Entladungsmedium, beispielsweise einem Edelgas - mit oder ohne Quecksilberzusatz und eventuell weiteren Füllungszusätzen -, gefülltes Entladungsgefäß auf. Innerhalb des Entladungsgefäßes sind zwei sich gegenüber stehende Elektroden angeordnet. An das Entladungsgefäß sind zwei Kolbenschäfte angesetzt, durch die hindurch zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden Stromzuführungselemente gasdicht nach Außen geführt sind. Bei mit Gleichstrom betriebenen Lampentypen ist die Anode dabei üblicherweise mit einem thermisch hochbelastbarem Elektrodenkopf ausgeführt, bei dem die Wärme-Abstrahlleistung durch eine ausreichende Dimensionierung optimiert ist. Die kathodenseitige Elektrode ist mit einem demgegenüber vergleichsweise kleinen, kegelförmigen Elektrodenkopf ausgeführt.
Für die Strukturierung (Lithographie) von Halbleitern werden Hochdruckentladungslampen verwendet, die UV- Strahlung abgeben. Von der Firma OSRAM werden dafür geeignete Quecksilberdampf-Kurzbogen-Entladungslampen unter der Produktbezeichnung HBO® vertrieben. Zur Erhöhung der Produktivität werden von der Halbleiterindustrie leis- tungsstarke Entladungslampen gefordert, deren UV- Strahlung im Bereich der Quecksilber i-Linie bei 365 nm abstrahlen. Im Betrieb dürfen derartige Entladungslampen in der Regel eine Linienbreite (FWHM) von etwa 2,5 nm nicht überschreiten, so dass zur Erhöhung der Abstrah- lungsintensität nicht einfach die Quecksilberdichte der Füllung erhöht werden kann. Dies bedeutet wiederum, dass auch die an die Elektroden angelegte Brennspannung nicht signifikant erhöht werden kann.
Eine Möglichkeit, die Strahlungsleistung deutlich zu er- höhen, besteht demzufolge darin, den Lampenstrom und damit die elektrische Anschlussleistung zu erhöhen. Insbesondere bei HBO IC-Lampen und einem effektiven Versorgungsstrom von größer 220 A kommt es zu einer starken Erhitzung (Joulesche Verlustwärme) der Dichtungselemente (z.B. Dichtungsfolien). Dabei strebt man an, die thermische Belastung der großflächigen Anode dadurch zu verringern, dass ein Teil der Wärme über die Stromzuführung und die anodenseitige Zuleitung abgeleitet wird.
Die Elektroden sind jeweils über einen Elektrodenstab, mehrere Molybdändichtungsfolien und eine die Kolbenschäfte stirnseitig durchsetzende äußere Stromzuführung mit den jeweiligen Zuleitungen verbunden, wobei in der Regel die anodenseitige Versorgung über eine flexible Zuleitung erfolgt, die sich etwa in Radialrichtung von der Lampen- achse hinaus erstreckt. Die kathodenseitige Kontaktierung erfolgt in der Regel über einen Sockelstift, der aus dem kathodenseitigen Sockel auskragt.
Insbesondere der anodenseitige Sockel bedarf bei hochwattigen Hochdruckentladungslampen mit Strömen von mehr als 220 A einer effizienten Kühlung, da er durch die Joule- sehe Wärme der Dichtungsfolien und durch die von der Elektrode weiter geleitete Wärme sowie durch die gegebenenfalls in einem Lampengehäuse (z.B. bei Lithographieanwendung) zurück reflektierte Wärmestrahlung sehr stark erhitzt wird. Die äußeren Stromzuführungsbauteile, die direkten Kontakt zur Umgebungsatmosphäre haben, können in diesem Fall bei Temperaturen von mehr als 300 0C während des Lampenbetriebs oxidieren und dann zum Ausfall der Entladungslampe führen.
Zur Verbesserung der Kühlung ist in der WO 2007/000141 Al eine Lösung gezeigt, bei der der anodenseitige Sockel mit Kühlrippen ausgeführt ist, um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern. Auch bei einer derartigen Lösung besteht das Problem, dass der thermische Kontakt zwischen dem Sockel und der äußeren Stromzuführung lediglich indirekt durch das Verschweißen der Zuleitung mit der äußeren Stromzuführung einerseits und mit dem Sockel andererseits hergestellt ist. D.h. der Abschnitt der Zuleitung zwischen äußerer Stromzuführung und Sockelwandung stellt eine Art Wärmebrücke dar, deren Abmessung aufgrund der Länge der Zuleitung zwischen Stromdurchführung und Sockelumfangs- wandung und des geringen Zuleitungsquerschnittes jedoch zu gering sind, um eine hinreichende Wärmeabfuhr von der äußeren Stromzuführung zum Sockel zu gewährleisten. D.h. auch bei einem mit Wärmerippen ausgeführten Sockel ist aufgrund der schlechten thermischen Kontaktierung zwischen äußerer Stromzuführung und Sockel eine Überhitzung nicht ausgeschlossen. Darstellung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckentladungslampe zu schaffen, bei der thermische Probleme verringert sind. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, Betriebsströme über 220 A gewährleisten zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß hat die Hochdruckentladungslampe zwei Elektroden, die einander gegenüber liegend in einem Entladungsgefäß angeordnet sind und jeweils über ein Stromzuführungssystem (innere Stromzuführung, gasdichte Stromdurchführung und äußere Stromzuführung) elektrisch kon- taktiert sind. Die Stromzuführungssysteme durchsetzen jeweils gasdicht einen an das Entladungsgefäß angesetzten Kolbenschaft, an den ein Sockel angesetzt sein kann, wobei im Bereich der äußeren Stromzuführung mindestens eines Kolbenschaftes ein Kühlelement vorgesehen ist. Erfin- dungsgemäß sind dieses Kühlelement und die äußere Stromzuführung direkt thermisch und elektrisch kontaktiert. D.h. die Kontaktierung erfolgt nicht - wie beim Stand der Technik - über eine durch einen Zuleitungsabschnitt ausgebildete Brücke sondern flächig durch entsprechende Aus- gestaltung der äußeren Stromzuführung und des Kühlelementes .
Auf diese Weise ist es möglich, einen hinreichenden Wärmestrom über die äußere Stromzuführung und das Kühlelement zur Umgebung abzuführen, so dass eine Überhitzung und somit eine Oxidation der Bauteile des Stromzuführungssystems verhindert werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement als Sockel ausgeführt, so dass die Hochdruckent- ladungslampe einen sehr einfachen Aufbau hat und des Weiteren durch die direkte thermische und elektrische Kon- taktierung zwischen äußerer Stromzuführung und Sockel/Kühlelement eine optimale Wärmeabfuhr gewährleistet ist .
Die Wärmeabfuhr lässt sich verbessern, wenn das Kühlelement mit einer die Wärmeaustauschfläche vergrößernden Geometrie ausgeführt ist. Dies kann beispielsweise durch Kühlrippen erfolgen, die sich vorzugsweise in Radialrichtung erstrecken.
Dabei ist es bevorzugt, wenn sich der Durchmesser der Kühlrippen vom Kolbenschaft weg verringert, um Abschat- tungseffekte in einem Belichtungsgerät möglichst zu vermeiden .
Bei einer derartigen Variante kann die Durchmesserverrin- gerung so ausgeführt sein, dass sich in der Seitenansicht eine konische Kühlrippenstruktur ergibt.
Bei einem besonders einfach ausgeführten Ausführungsbeispiel sind die äußere Stromzuführung und das Kühlelement einstückig aus einem einzigen Bauteil ausgeführt.
Bei dieser Variante ist ein bestmöglicher Wärmeübergang und somit eine effiziente Kühlung gewährleistet. Um fertigungstechnische Nachteile einer derartigen Ausführungsform zu beseitigen, kann die direkte Kontaktierung zwischen Kühlkörper und äußerer Stromzuführung in geeigneter Weise durch Klemmen, Pressen, Verschrauben, Verschweißen oder dergleichen erfolgen. Die Vorteile einer Schweißausführung entsprechen denjenigen einer einstückigen Ausbildung, wobei beim Verschweißen unterschiedliche Materia- lien für Stromzuführung und Kühlelement verwendet werden können .
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Kühlelement mehrteilig ausgeführt, wobei die Kühlelementteile gemeinsam eine Aufnahme ausbilden, in die ein Endabschnitt der äußeren Stromzuführung eintaucht.
Zur Verbesserung des Kontaktes kann im Übergangsbereich zwischen dem Kühlelement und der äußeren Stromzuführung eine Wärmeleitpaste oder dergleichen angeordnet werden.
Bei einem kompakt ausgeführten Ausführungsbeispiel um- greift der anodenseitige Sockel den zugeordneten Kolbenschaft .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge- mäßen Hochdruckentladungslampe;
Fig. 2 eine Detaildarstellung eines Kühlsockels der Hochdruckentladungslampe aus Figur 1 und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlsockels für eine Hochdruckentladungslampe gemäß Figur 1. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer HBO® Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe erläutert, die beispielsweise in der Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleitern verwendet wird. Wie eingangs erwähnt, ist die Erfindung jedoch nicht auf derartige Lampentypen beschränkt. Vielmehr treten die erfindungsgemäßen Vorteile auch bei anderen Entladungslampen in Erscheinung, beispielsweise bei Xenon-Kurzbogenlampen (OSRAM XBO®) . Bei einer Xenon-Kurzbogenlampe brennt ein Entladungsbogen in einer Atmosphäre von reinem Xenongas (oder Xenongasgemisch) unter hohem Druck. XBO-Lampen werden beispielsweise bei der klassischen und digitalen Filmprojektion eingesetzt .
Die stark schematisierte Darstellung gemäß Figur 1 zeigt eine Reflektor-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Quecksilberdampf-Kurzbogen-Entladungslampe 2, die in der optischen Achse eines strichpunktiert angedeuteten Reflektors 4 eines Lampenhauses (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die in Kurzbogentechnik ausgeführte Hoch- druckentladungslampe 2 hat ein Entladungsgefäß 6, das einen Entladungsraum 8 umgreift. An das Entladungsgefäß 6 sind zwei diametral zueinander angeordnete abgedichtete Kolbenschäfte 9, 10 angesetzt, die jeweils mit einem ano- denseitigen Kühlsockel 12 und einer kathodenseitigen So- ckelhülse 14 versehen sind. Der Entladungsraum 8 enthält ein ionisierbare Füllung, die im Wesentlichen aus Quecksilber, und einem Edelgasgemisch besteht.
Die eine Kathode ausbildende Elektrode 18 ist mit einem etwa kegelförmigen Elektrodenkopf ausgeführt, während die eine Anode ausbildende Elektrode 16 in etwa tonnen- oder zylinderförmig mit wesentlich größeren Abmessungen ausgebildet ist. Die beiden Elektroden 16, 18 werden jeweils von Elektrodenstäben 20, 22 gehalten, die den jeweils zu- geordneten Kolbenschaft 9, 10 durchsetzen und an ihrem Endabschnitt einen Molybdänteller 24 tragen, der mit in die Kolbenschäfte 9, 10 gasdicht eingeschmolzenen Molybdänfolien 26 verbunden ist. Deren Endabschnitte sind ihrerseits mit einem Kontaktteller 28 verbunden, der je- weils mit einer stirnseitig aus dem Kolbenschaft auskragenden stabförmigen Stromzuführung 30 verbunden ist, die anodenseitig elektrisch und thermisch mit einer Zuleitung 32 verbunden ist. Kontaktteller 28 und stabförmigen Stromzuführung 30 sind hier einstückig ausgeführt und bilden zusammen die äußere Stromzuführung. Kathodenseitig erfolgt die Kontaktierung über einen Sockelstift, der in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht sichtbar ist. Zum Erreichen einer großen Produktivität bei der Strukturierung der Halbleiter (lithografische Schichten) wird die erfin- dungsgemäße Hochdruckentladungslampe 2 im hochwattigen Bereich betrieben, wobei Stromstärken im Bereich von mehr als 220 A auftreten können.
Der Reflektor 4 (hier nur angedeutet) besteht beispielsweise aus einem Quarzglas mit einer reflektierenden Be- Schichtung.
Wie eingangs erläutert, ist die Zuleitung 32 bei den herkömmlichen Lösungen mit der stabförmigen Stromzuführung 30 verschweißt und steht auch in Kontakt mit einer Sockelhülse, so dass der Wärmeübergang von der äußeren Stromzuführung zum Sockel durch den Querschnitt der Zuleitung 32 bestimmt ist. Erfindungsgemäß ist der Kühiso- ekel 12 hingegen direkt mit der stabförmigen Stromzuführung 30 kontaktiert.
Einzelheiten dieses Aufbaus werden anhand Figur 2 erläutert, die eine vergrößerte Darstellung des anodenseitigen Endabschnitts der Hochdruckentladungslampe 2 zeigt. Man erkennt in dieser Darstellung die aus der Stirnseite 34 des anodenseitigen Kolbenschafts 9 herausgeführte stab- förmige Stromzuführung 30, auf deren stirnseitig auskragenden Endabschnitt der Kühlsockel 12 aufgesetzt ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühlsockel 12 zweiteilig ausgeführt, wobei die Trennebene in der Zeichenebene liegt, so dass der gesamte Kühlsockel 12 aus zwei Kühlsockelhälften zusammengefügt ist, die miteinander verschraubt werden. Die für die Verschraubung vorge- sehenen Schraubbohrungen 36 sind in der Darstellung gemäß Figur 2 sichtbar. Die beiden Sockelteile bilden gemeinsam eine Aufnahme 38, deren Durchmesser D und Tiefe T an die entsprechenden Abmessungen des aus dem Kolbenschaft 9 auskragenden Endabschnitts der stabförmigen Stromzufüh- rung 30 angepasst sind, so dass diese umfangsseitig und - wenn möglich - auch stirnseitig flächig an den Umfangs- bzw. Stirnwandungen der Aufnahme 38 anliegt und sowohl im Hinblick auf die thermische als auch auf die elektrische Kontaktierung eine große Übergangsfläche bereit gestellt wird. Der thermische Wärmeübergang kann noch verbessert werden, wenn im Anlagebereich zwischen der Aufnahme 38 und der stabförmigen Stromzuführung 30 eine Wärmeleitpaste oder dergleichen aufgetragen wird. Die Verbindung zwischen der stabförmigen Stromzuführung 30 und dem Kühlso- ekel 12 kann - wie beschrieben - durch Verschrauben erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Aufnah- me 38 und die Stromzuführung 30 mit Presspassung ausgeführt sind, so dass eine Press- oder Klemmverbindung beim Verschrauben hergestellt wird. Alternativ dazu kann die Verbindung auch durch Schweißen oder dergleichen erfol- gen .
Zur Verbesserung der Wärmeaustauschfläche zur Umgebung hin sind am Außenumfang des Kühlsockels 12 eine Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden Kühlrippen 40 vorgesehen, deren Außendurchmesser sich weg vom Kolben- schaft 9, d.h. in der Darstellung gemäß Figur 2 nach oben hin verjüngt, so dass der Außenumfang des Kühlsockels 12 kegelförmig oder konisch ausgeführt ist. Am kolbenschaft- seitigen Bereich des Kühlsockels 12 ist ein Zentrierflansch 42 vorgesehen, der den Endabschnitt des Kolben- Schafts 9 umgreift und ebenfalls thermisch mit diesem kontaktiert ist. Dabei kann der Zentrierflansch 42 über einen Kitt oder dergleichen mit dem Kolbenschaft 9 verbunden sein. Der Kühlsockel 12 ist zur elektrischen Kon- taktierung senkrecht zur Lampenachse mit einer Anschluss- bohrung 45 versehen. Die elektrische Kontaktierung der stabförmigen Stromzuführung 30 mit der Zuleitung 32 kann aber auch indirekt über den Kühlsockel 12 erfolgen.
Zur exakten Auflage auf der Stirnseite 34 des Kolbenschafts 9 ist im Übergangsbereich zum Zentrierflansch 42 eine umlaufende Ringnut 44 am Kühlsockel 12 vorgesehen, so dass dieser nur mit einem nabenförmigen Vorsprung 46 auf der Stirnfläche 34 des Kolbenschafts 9 aufliegt.
In Figur 1 ist mit gradlinigen Pfeilen die Wärmeströmung von der Anode 16 über den Elektrodenstab 20 und die Mo- lybdänstreifen 26 in Richtung zum Kühlsockel 12 darge- stellt. Zusätzlich zum Wärmeeintrag durch Wärmeübertragung von der Anode 16 und durch die Joulesche Wärme, die in den stromleitenden Dichtungsfolien 26 entsteht, wird der Kühlsockel 12 noch durch die vom Reflektor 4 (und dem üblicherweise verwendeten Belichtergehäuse; hier nicht dargestellt) reflektierte Strahlung 46 erwärmt. Diese eingetragene Wärmeenergie kann jedoch über die Stromzuführung 30 und den direkt damit kontaktierten Kühlsockel 12 schneller an die Umgebung abgegeben werden, so dass eine thermische Schädigung der Bauelemente verhindert werden kann.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Kühlsockel 12 mehrteilig ausgeführt. Der Vorteil einer derartigen Variante, die beispielsweise durch Schrauben zusammengefügt wird, liegt in der einfacheren Prozessierung der Entladungslampe beim Einschmelzen der Elektroden, da der Sockel dann nach diesem Einschmelzvorgang aufgesetzt werden kann und somit das Einschmelzen nicht behindert .
Figur 3 zeigt eine Lösung, bei der der Kühlsockel 12 und die äußere Stromzuführung 28, 30 einstückig ausgeführt sind - ein derartiges Bauelement mit Kühl- und elektrischer Kontaktierfunktion lässt sich zwar sehr einfach herstellen, hat jedoch den oben genannten Nachteil, dass das Einschmelzen der äußeren Stromzuführung 28, 30 und der eingangs beschriebenen Molybdänstreifen - auch aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr - behindert werden kann. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde auf den den Kolbenschaft 9 umgreifenden Zent- rierflansch 42 verzichtet, da dieser das Einschmelzen zusätzlich behindern würde. Ein weiterer Vorteil der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass keine den Wärmeübergang behindernde Spalträume zwischen stabförmiger Stromzuführung 30 und Kühlsockel 12 vorhanden sein können. Im übrigen entspricht das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Variante, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Das Material des Kühlsockels 12 wird im Hinblick auf die thermische und elektrische Kontaktierung ausgewählt, wo- bei äußere Stromzuführung 28, 30 und Kühlsockel 12 aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Auch die Form der Kühlrippen 40 kann selbstverständlich in geeigneter Weise an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
Offenbart ist eine Hochdruckentladungslampe mit zwei in einem Entladungsgefäß angeordneten Elektroden. An das Entladungsgefäß sind zwei Kolbenschäfte angesetzt, die jeweils von einem Stromzuführungssystem für die Elektroden durchsetzt sind. Erfindungsgemäß ist die anodenseiti- ge äußere Stromzuführung direkt mit einem Kühlelement thermisch kontaktiert.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckentladungslampe mit zwei Elektroden (16, 18), die einander gegenüber liegend in einem Entladungsgefäß
(6) angeordnet sind und über jeweils ein Stromzuführungssystem (20, 24, 26, 28, 30) elektrisch kontaktiert sind, wobei jedes Stromzuführungssystem jeweils gasdicht einen an das Entladungsgefäß (6) angesetzten Kolbenschaft (9,10) durchsetzt, wobei im Bereich der äußeren Stromzuführung (28, 30) mindestens eines Kolbenschafts (9) ein Kühlelement (12) angeordnet ist, da- durch gekennzeichnet, dass die äußere Stromzuführung
(28, 30) und das Kühlelement (12) thermisch und elektrisch direkt kontaktiert sind.
2. Hochdruckentladungslampe nach Patentanspruch 1, wobei das Kühlelement (12) als Sockel ausgebildet ist.
3. Hochdruckentladungslampe nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Kühlelement (12) eine die Wärmeaustauschfläche vergrößernde Geometrie hat.
4. Hochdruckentladungslampe nach Patentanspruch 3, wobei sich Kühlrippen (40) in Radialrichtung erstrecken.
5. Hochdruckentladungslampe nach Patentanspruch 4, wobei sich der Durchmesser der Kühlrippen (40) vom Kolbenschaft (9) weg verringert.
6. Hochdruckentladungslampe nach Patentanspruch 5, wobei das Kühlelement (12) konisch ausgeführt ist.
7. Hochdruckentladungslampe nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, wobei die äußere Stromzuführung (28, 30) und das Kühlelement (12) einstückig ausgebildet sind.
8. Hochdruckentladungslampe nach einem der Patentansprüche 5 2 bis 6, wobei das Kühlelement (12) mehrteilig ausgeführt ist und eine Aufnahme (38) für die äußere Stromzuführung (28, 30) ausbildet.
9. Hochdruckentladungslampe nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 oder Patentanspruch 8, wobei die äußere Strom-
10 Zuführung (28, 30) durch Klemmen, Schweißen, Verschrau- ben oder dergleichen mit dem Kühlelement (12) verbunden ist.
10. Hochdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Kontaktflächen zwischen der äu-
15 ßerer Stromzuführung (28, 30) und dem Kühlelement (12) mit einer Wärmeleitschicht versehen sind.
11. Hochdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Kühlelement (12) den Kolbenschaft (9) abschnittsweise umgreift.
2012. Hochdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, die als Quecksilberdampf-Kurzbogen- Entladungslampe ausgebildet ist.
13. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, die zur Nutzung der i-Linie bei 365 nm ausgebildet ist.
14. Hochdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, die für einen effektiven Lampenstrom von mindestens 220 A ausgelegt ist.
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