DE3037223A1

DE3037223A1 - Entladungslampe

Info

Publication number: DE3037223A1
Application number: DE19803037223
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Arthur Cooper; Donald William Cambridge Ward
Original assignee: Pye Electronic Products Ltd
Current assignee: Pye Electronic Products Ltd
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPS649704B2; GB2060243A; DE3037223C2; US4366408A; JPS5661763A; GB2060243B

Description

PP 1245 J 26.9.1980

Entladungslampe.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bogenentladungslampe mit einer Kathode, einer Anode, Mitteln zum Erzeugen eines elektrischen Potentials zwischen der Kathode und der Anode zum Auslösen einer elektrischen Bogenentladung zwischen diesen beiden und mit einer hochschmelzenden Metallmembran zwischen der Kathode und der Anode, welche Membran eine Öffnung zum Einschränken des Gebiets, über das die Entladung auftritt, aufweist.

In der GB-PS 148651h ist eine Entladungslampe mit einem Lampenkolben dargestellt, dessen Fenster für den entsprechenden ¥ellenlängenbereich, den die Bogenentladung ausstrahlt, hochdurchlässig ist. Der Kolben ist mit einer Mischung von Deuterium und Krypton gefüllt. Die Entladung erfolgt zwischen einer aufgeheizten Kathode und einer Ring-

' anode, Die Bogenentladung wird von der Öffnung derart konzentriert, dass durch das Fenster eine besonders intensive Strahlung geliefert wird.

Zum Erzeugen einer kräftigen konzentrierten Entladung ist für die Öffnung in der Ringanode einen geringen Durchmesser erforderlich. Daher wird die Anode verhältnismässig klein gemacht, hat also eine kleine Oberfläche und geringe ¥ärmeausstrahlungskapazität. Demzufolge verursacht die vom Bogen erzeugte Wärme den Anstieg der Anodentemperatur auf einen verhältnismässig hohen Wert, der die Verwendung hochschmelzender Metalle für die Anode erforderlich macht, wenn eine angemessene Lebensdauer der Lampe erwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entladungslampe zu schaffen, in der eine kräftige Entladung erzeugt werden kann ohne die Verwendung einer hochschmelzen— den Metallanode.

Diese Aufgabe wird mit einer elektrischen Bogenentladungslampe mit einer Kathode, einer Anode, Mitteln zum Erzeugen eines elektrischen Potentials zwischen der Kathode

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und der Anode zum Auslösen einer elektrischen Bogenentladung zwischen diesen beiden und mit einer hochschmelzenden Metallmembran zwischen*r Kathode und der Anode, welche Membran eine Öffnung zum Einschränken des Gebiets, über das die Entladung auftritt, aufweist, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Anode eine grosse Strahlungsoberfläche besitzt, so dass unter normalen Betriebsbedingungen ihre Temperaturanstieg auf eine.Wert begrenzt ist, der die Verwendung einer Anode aus einem nicht hochschmelzenden Metall ermöglicht.

Der begrenzte Temperaturanstieg an der Anode ermöglicht die Herstellung der Anode aus einem nicht hochschmelzenden Metall wie rostfreiem Stahl. Hierdurch ist die Fertigung einer weniger teueren Lampe ohne Verringerung der Intensität der Entladung und somit der Intensität der ausgesandten Strahlung möglich.

Die Anode kann ein becherförmiges Element mit einer Öffnung an einem geschlossenen Ende enthalten, das der Membran so zugewandt ist, dass die Offnungen fluchten.

Dies ergibt einen vorteilhaften Aufbau mit guten "Wärme— Strahlungseigenschaften und dennoch vergleichsweise gedrängt.

Die Kathode kann durch ein zweites becherförmiges Element umgeben sein, das ein im wesentlichen rohrförmiges

^Element enthält, wobei die Membran zur Bildung des geschlossenen Endes des becherförmigen Elements in dem rohrförmigen Element angeordnet ist. Das becherförmige Element hat zwei Funktionen. Die erste besteht in der Abschirmung der Kathode von der Anode zur Vermeidung von Entladungen über andere ¥ege als durch die Öffnung in der Membran und die zweite besteht in der Verringerung der momentanen Temperatur der Membran durch Vergrösserung der Wärmestrahlungsober— fläche.

Zur Erhöhung.der Wärmeableitung der Anode kann eine nach aussen hin flanschförmige Erweiterung vorgesehen sein, die vom offenen Ende der Anode ausgeht.

Die Lampe kann von einem im wesentlichen zylindrischen Kolben mit durch ein Ende herausragenden Leitungen

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und einem für Strahlung durchlässigen Fenster im gegenüberliegenden Ende umgeben sein, so dass die Symmetrieachse der Anode parallel zur Längsachse des Kolbens verläuft oder auf dieser Längsachse liegt und das offene Ende der Anode nahe dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens liegt. Hierdurch kann die Anode von vom einen Ende des Kolbens hineinragenden Leitungen getragen werden und es entsteht damit ein verhältnismässig einfacher und robuster Aufbau. Die hineinragenden Leitungen können durch Keramikröhrchen zumindest für die nahe der Lücke zwischen der Membran und der Anode eintreten. Hierdurch verringert sich die Möglichkeit von Entladungen zwischen den Leitungen und der Kathode oder Membran.

lenn die Erzeugung von Strahlung im ultravioletten Bereich verlangt wird, wird der Kolben mit Deuterium gefüllt.

Die Verwendung einer impregnierten Kathode kann eine längere Lebensdauer und eine stabilere Ausgangsleistung als die direkt geheizten Kathodenheizfäden geben, die in bereits bekannten Lampen benutzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Explosiv-Zeichnung einer elektrischen Bogenentladungslampe nach der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt durch die zusammengesetzte Kathodenmembran und Anode nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Unteransicht einer elektrischen Bogenentladungslampe nach der Erfindung, und Fig. k eine Ansicht der Lampe nach Fig. 3· In Fig. 1 ist eine Explosiv—Zeichnung einer elektrischen Bogenentladungslampe mit einem Sockel 1, einer Kathodenzusammensetzung 2, einem im wesentlichen rohrförmigen Element 3> einer Membran k, einem im wesentlichen rohrförmigen Element 5» einer becherförmigen Anode 6, einer Anodenerweiterung 7 und einem Kolben 8 dargestellt.

Der Sockel 1 trägt drei Leitungen 11, die über den grössten Teil ihrer Länge von Keramikröhrchen 12 umgeben, drei weitere Leitungen 13» von denen zwei dargestellt sind,

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die von Keramikröhrchen 14 umgeben sind, und drei Leitungen 15> von denen nur eine dargestellt ist.

Die Kathodenzusammensetzung 2 ist in yergrössertera Massstab und mit weiteren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt.

Eine impregnierte Kathodenpastille 21 ist auf dem Ende einer Metallhülse 22 montiert, die eine Heizspule 23 umgibt. Die Hülse 22 ist mit Hilfe von drei in regelmässigen Abständen voneinander angeordneten Drähten 20, von denen nur einer dargestellt ist, in einem elektrisch leitenden, im allgemeinen rohrförmigen Element 24 angeordnet, welche Drähte sich zwischen den Elementen 22 und 2k in radialer Richtung erstrecken, um die Wärmeleitung zwischen den Elementen zu minimieren und gleichzeitig zwischen ihnen eine elektrische Verbindung herzustellen. Das Element 2k ist in einer Keramikscheibe 25 angeordnet, die weiter zwei Anschluss stifte 26 urd. 27 enthält. Ein weiterer Stift 28 ist mir dem rohrförmigen Element 2k verschweisst und dient zur Bildung einer elektrischen Verbindung mit der Kathodenpastille 21 über die Drähte 20 und die Metallhülse 22. Die Keramikscheibe 25 wird von einem Metallkragen 29 umgeben. Der Kathodenheizer 23 ist mit den Anschlussstiften 26 und 27 über Metallplatten 261 und 271 sowie über schraubenförmig gewickelte Leitungen 231 und 232 verbunden, welche Konstruktion zum Minimieren der ¥ärmeleitung verwendet wird und dabei eine gute Stütze für den Heizer bildet. Die Metallplatten 261 und 271 sind an den Stiften 26 bzw. 27 angeschweisst und ihre Zungen und 272 dienen zum Anschliessen an zwei der Leitungen I5, während der Anschlussstift 28 mit der dritten Leitung I5 verbunden wird.

Die Membran k ist aus einem hochschmelzenden Metall wie Molybdän hergestellt und hat, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine zentrale Vertiefung kl mit einer Zentralöffnung k2 mit einem Durchmesser von etwa 1 mm.

Das Element 5 besteht aus rostfreiem Stahl und weist angeschweisste Schellen 51 auf, in die die Leitungen 13 aufgenommen werden. Das Element 5 nimmt die Membran k auf und beide bilden dann zusammen ein becherförmiges Element.

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Die Anode 6 enthält ein becherförmiges Element, das durch die besseren Wärmeleitungseigenschaften dieser Konfiguration im Vergleich zu bereits bekannten Konfigurationen aus einem nicht hochschmelzenden Metall wie rostfreiem Stahl hergestellt sein kann. Die Anode hat angeschweisste Schellen 61 zum Aufnehmen der Leitungen 11 sowie eine Zentralöffnung 62 (Fig. 2) mit einem ungefähren Durchmesser von 3 mm.

Die Anodenerweiterung 7 enthält zwei rohrförmige Teile 71 und 73, die über einen Teil 72 mit Kegelstumpfform aneinander anschliessen. Der Teil 7'l ist mit der Innenseite der Anode 6 zur Vergrösserung der Strahlungsfläche der Anode und so zur weiteren Reduzierung ihrer Betriebstemperatur verschweisst.

In einer Ausführungsform war das becherförmige Element als einen, mit Ausnahme der Öffnung 62 an einem Ende geschlossenen, geraden, kreisförmigen Hohlzylinder gebildet. Der Durchmesser des Bechers betrug etwa 12 mm und seine Höhe etwa 12 mm. Die Anode war mit einer flanschförmigen Erwei— terung 7 ausgerüstet, deren äusserer rohrförmiger Teil einen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Höhe von 2 mm hatte. Der Teil 72 mit Kegelstumpfform war etwa 3 ^mm hoch.

Der Kolben 8 ist im wesentlichen rohrförmig und mit einem Fenster 81 aus synthetischem Quarz an einer Stirnseite gebildet, welches Fenster 81 im wesentlichen für mindestens einen ausgewählten Teil der vom Bogen erzeugten Strahlung durchlässig ist.

In Fig. 3 und h ist die zusammengesetzte Lampe dargestellt. Die Membran h ist im rohrförmigen Element 5 zur Bildung eines becherförmigen Elements dargestellt.

Die Kathodeneinheit 2 ist im rohrförmigen Element 3 angeordnet und wird in das becherförmige Element eingeführt, das aus dem rohrförmigen Element 5 und der Membran h besteht. Durch die fluchtende Anordnung des Bodens des rohrförmigen Elements 3 mit dem Boden des rohrförmigen Elements 5, wie in Fig. 2 dargestellt, lässt sich der Abstand zwischen Kathode und Membran genau einstellen, da er durch die

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Abmessungen der Kathodeneinheit 2, deren Kragen 29 an eine umgesetzte Zunge 3I am rohrförmigen Element 3 stösst, die Abmessungen der Membran k, die an eine umgesetzte Zunge am rohrförmigen Element 5 stösst, und die Abmessungen des rohr -förmigen Elements 3 bestimmt wird. Alle diese Elemente können mit Werkzeugen hergestellt werden, die die erforderliche Genauigkeit in den Abmessungen herbeiführen können. Die Kathoden— und Membraneinheit wird dann auf dem Sockel montiert und die Leitungen 13, die mit Keramikröhrchen ik

ig versehen werden, in die Schellen 5I eingeführt und damit verschweisst. Gleichzeitig werden die Leitungen 28,262 und 272 mit den Leitungen I5 verbunden. Auf eine andere Weise könnte die Leitung 28 und die Leitung 262 oder die Leitung 272 im Inneren mit einer der Leitungen 1.3 verbunden werden, weil die Membran k und die Kathode auf dem gleichen Potential gehalten werden müssen. Jedoch kann es in einigen Anwendungen wünschensiert sein, durch eine Änderung des Potentials an der Membran die Lampe zu schalten, in welchem Fall die Kathode und die Membran elektrisch zu isolieren sind.

Die Anodenerweiterung 7 ist in der Anode 6 verschweisst und die Zusammensetzung von Anode und Erweiterung wird an den Leitungen 11 mittels der Schellen 61 montiert. Diese Zusammensetzung wird dann in den Kolben 8 eingeführt und der Sockel 1 mit dem Kolben verschmolzen. Der abgedichtete Kolben wird darauf evakuiert und auf einem Druck von 13 mbar mit Deuterium gefüllt.

Im Betrieb wird ein elektrisches Potential zwischsi der Anode und der Kathode angelegt, um eine elektrische

3Q Bogenentladung auszulösen. Diese Entladung wird auf die Vertiefung in der Membran k beschränkt und Strahlung vom Bogen geht durch das Fenster 81 über die Öffnung 62 in der Anode. Bei einer Deuterium-Lampe tritt die Aussendung im ultravioletten Bereich des Spektrums und bei einer geringeren Intensität im blauen Endteil des sichtbaren Spektrums auf. Wenn der Kolben 8 aus Glas ist, ist die blaue Strahlung durch die Seitenwände der Hülse sichtbar, aber der Kolben, wird für die Ultraviolettstrahlung, ausgenommen durch das

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Fenster 81, im wesentlichen undurchlässig sein.

Die flanschförraige Anodenerweiterung 7 kann mit

quergerichteten Schutzschirmen mit Offnungen ausgerüstet sein., die sich ständig vergrössernde Durchmesser aufweisen, um die ausgesandte Strahlung auf einen gewünschten festen Winkel zu beschränken, der der vom Fenster 81 von der Anoden— öffnung 62 aus gebildete Winkel sein kann.

Wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, liegt die Symmetrieachse der Anode 6 auf der Längsachse des Kolbens 8 und auch die Öffnung 42 in der Membran 4. Demzufolge erfolgt die grösste Aussendung von Strahlung entlang der Längsachse des Kolbens. Jedoch strahlen manche häufig benutzten Lampen in einer quer zur Längsachse stehenden Richtung aus. Dadurch wird die in der Ausführungsform beschriebene Lampe möglicherweise nicht gut in normalen Spektrofotometern passen. Diese Lampen werden normalerweise als Breitband-Strahlungsquelle für Spektrofotometer benutzt. Jedoch wäre es möglich, eine Lampe nach der Erfindung herzustellen, deren Elektrodenstruktur über 90 gedreht ist und deren Strahlungsdurchlassfenster 81 sich in der gekrümmten Oberfläche des zylindrischen Kolbens 8 befindet. Hierzu wäre eine kürzere Elektrodeastruktur erforderlich, wenn der Kolben keine grössere Breite besitzt. Dies ist durch Vergrösserung der Anodenabmessung in der Richtung quer zur Symmetrieachse A-A in Fig.

2¹J erreichbar, wodurch also statt der Verringerung der Höhe der Wände eine grosse Strahlungsoberfläche erhalten wird. Die flanschförmige Erweiterung kann dabei auch ein untieferes Profil haben. Auf diese Weise ist es möglich, Lampen nacJh. der Erfindung zur Verwendung in den gleichen Geräten wie herkömmliche herzustellen.

Verschiedene weitere Abwandlungen in der beschriebenen Ausführungsform lassen sich herstellen, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten, wobei nachstehende Beispiele nur der Deutlichkeit halber gegeben sind und keine erschöpfende Liste darstellt.

Das roürförmige Element 5 kann aus Molybdän bestehen, in welchem Fall die Membran 4 zur Bildung des

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becherförmigen Elements eine Einheit mit dem Element bilden kann. Auf andere ¥eise ist eine plattenförmige Ausführung der Membran möglich, die auf einem, mit einer Öffnung versehenen, becherförmigen Element geschweisst sein kann. Der Kolben kann in Abhängigkeit von den Eigenschaften der erforderlichen Strahlung mit zusätzlichen oder alternativen Gasen gefüllt "werden. Ein direkt geheizter Kathodenheizdraht kann an der Stelle der impregnierten Kathode 2 benutzt werden und die flanschfÖrmige Anodenerweiterung 7 kann entfallen oder als eine Einheit mit der Anode ausgebildet werden. Die Anode kann in verschiedenen Konfigurationen ausgebildet werden, unter der Voraussetzung, dass die gesamte wirksame Strahlungsober— fläche derart ist, dass-ihr Temperaturanstieg im normalen Betrieb, der Lampe auf einem Wert unter- dem beschränkt bleibt, wobei die Verwendung eines hochschmelzenden Metalls erforderlich ist, um eine entsprechende Betriebsdauer zu erreichen. Scheiben- oder tellerförmige Anoden oder sogar eine Planar—Anode ist verwendbar, wenn in dem Kolben eine ausreichend grosse Oberfläche geschaffen werden kann.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Λ J Elektrische Bogenentladungslampe mit einer Kathode, einer Anode, Mitteln zum Erzeugen eines elektrischen Potentials zwischen der Kathode und der Anode zum Auslösen einer elektrischen Bogenentladung zwischen diesen beiden und mit einer hochschmelzenden Metallmembran zwischen der Kathode und der Anode, welche Membran eine Öffnung zum Einschranken des Gebiets, über das die Entladung auftritt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode eina grosse Strahlungsoberfläche hat, so dass unter normalen Betriebsbedigungen ihr Temperatursanstieg sich auf einem Wert beschränkt, der es ermöglicht, die Anode aus einem nicht hochschmelzenden Metall herzustellen.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode ein becherförmiges Element mit einer Öffnung in seinem, der Membran zugewandten, geschlossenen Ende enthält, se dass die Offnungen fluchten.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode von einem zweiten becherförmigen jSÜement umgeben wird, das ein im wesentlichen rohrförmiges Element enthält, wobei die Membran im rohrförmigen ELement angeordnet wird, um das geschlossene Ende des Becherförmigen Elements zu bilden.
4. Lampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erstgenannte becherförmige Element oder das erste und zweite becherförmige Element an einem Ende geschlossene, gerade, kreisförmige Hohlzylinder ist bzw. sind.
5· Lampe nach Anspruch 2 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass eine nach aussen hin flanschförmige Erweiterung sich zum offenen Ende der Anode hin erstreckt.
6. Lampe nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzschirmeinheit mit der flanschförmigen Erweiterung verbunden ist.

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ORfGINAL INSPECTED

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7. Lampe nach Anspruch. 6, aufgenommen In einem Kolben mit einem für Strahlung durchlässigen Fenster, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschirme dazu dienen, die Aussendung von Strahlung durch den Bogen im wesent-

g liehen auf den Fensterbereich zu beschränken.
8. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einen, im -wesentlichen rohrförmigen Kolben mit Leitungen, die durch ein geschlossenes Ende des Kolbens herausragen, und mit einem für Strahlung

ig durchlässigen Fenster im gegenüberliegenden Ende aufgenommen ist, wobei die Symmetrieachse parallel zur Längachse des Kolbens oder auf dieser Längsachse liegt und das offene Ende der Anode nahe dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens liegt.
9· Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode von Leitungen getragen wird, die sich von einem Ende des Kolbens inwärts erstecken.
10. Lampe nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, dass die sich inwärts erstreckenden Leitungen zumindest für den neben der Lücke zwischen der Membran und der Anode liegenden Teil durch Keramikröhrchen gehen.
11. Lampe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die sich inwärts erstreckenden Leitungen mit der Anode verschweisst aind.
12. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode eine impregnierte Kathode ist.

13· Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Deuterium gefüllt ist. 30

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