DE4119031C1

DE4119031C1 - Discharge lamp contg. inert and doping gases - has getter in thermal contact with one electrode for rapid heating for increased ignition ability

Info

Publication number: DE4119031C1
Application number: DE19914119031
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. 6454 Bruchkoebel De Kroenert; Detlef 6451 Neuberg De Stuhl; Herbert 8752 Kleinostheim De Wilhelmy; Werner 6460 Gelnhausen De Schwarz
Original assignee: Heraeus Instruments GmbH
Current assignee: Excelitas Noblelight GmbH
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2011-06-11

Abstract

The discharge lamp envelope, contains an inert gas, e.g. Krypton, and a doping gas, e.g. hydrogen or deuterium. Two spaced electrodes (3) are connected to an external electrical terminal, via respective current lead-ins embedded vacuum-tight in the envelope. At least one electrode has an extension (4) protruding inside the envelope. One electrode has a getter (10,11,12) connected thermally to it. This getter is arranged between the free end (5) of the extension (4) and the relevant current lead-in (7). The getter contains at least one essential part of the doping gas in the cold condition of the lamp. ADVANTAGE - In addition to ignition characteristics of undoped lamps, gives high luminance density of doped lamps contg. electron negative doping gas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einem Lampenkolben, der eine Edelgasfüllung und wenigstens ein Dotierungsgas enthält, das im Betriebszu stand mit dem Edelgas die Kolbenfüllung bildet und zwei im Abstand zueinander angeordnete Elektroden aufweist, wobei jede Elektrode über jeweils eine in den Kolben vakuumdicht eingebettete Stromdurchführung mit einem äußeren elektri schen Anschluß verbunden ist und wenigstens eine Elektrode einen in das Innere des Lampenkolbens ragenden Elektrodenkörper aufweist.The invention relates to a discharge lamp with a lamp bulb, the one Contains noble gas filling and at least one doping gas, which in operation stood with the noble gas forming the piston filling and two at a distance from each other arranged electrodes, each electrode via one in each Piston vacuum-tight embedded bushing with an external electri rule is connected and at least one electrode one inside of the lamp bulb projecting electrode body.

Aus der CH-PS 2 97 983 ist eine elektrische Hochdruckgasentladungslampe be kannt, deren Lampenfüllung aus einem schweren Edelgas, wie beispielsweise Xenon und 5% eines Gases besteht, das ein Atomgewicht unter 21 hat. Diese Bedingung wird für Wasserstoff oder Deuterium als Dotierungsgas erfüllt. Die Elektroden bestehen aus hochschmelzendem Metall, wie Wolfram oder thoriertem Wolfram; zusätzlich können Gettermaterialien beispielsweise Tantal oder Zirkon in den Kolben eingebracht sein, um Verunreinigungen durch Fremdsubstanzen zu verhindern; diese Fremdsubstanzen sind durch Gettermaterialien wie Tantal, Zirkon oder Thorium, ständig absorbiert.From CH-PS 2 97 983 is an electric high pressure gas discharge lamp be knows, the lamp filling from a heavy noble gas, such as Xenon and 5% of a gas that has an atomic weight below 21. These Condition is fulfilled for hydrogen or deuterium as doping gas. The Electrodes are made of high-melting metal, such as tungsten or thoriated Tungsten; In addition, getter materials, for example tantalum or zircon be introduced into the flask in order to prevent contamination by foreign substances prevent; these foreign substances are through getter materials like tantalum, Zircon or thorium, constantly absorbed.

Als problematisch erweist sich insbesondere bei Lampen mit größeren Elektro denabständen als bei Kurzbogenlampen die Zündwilligkeit im kalten oder auch warmen Zustand, wobei eine Zündung mit den üblichen Schaltmitteln in der Praxis nahezu unmöglich erscheint.It is particularly problematic for lamps with larger electrical components the distances than with short arc lamps the ignitability in the cold or warm condition, with an ignition with the usual switching means in the Practice seems almost impossible.

Weiterhin ist aus der DE-PS 30 15 546 eine Metalldampfentladungslampe bekannt, bei der eine Elektrode einen mit ihr thermisch verbundenen Getterkörper auf weist, der zwischen dem freien Ende des Elektrodenkörpers und der zugehörigen Stromzuführung angeordnet ist. Im Kaltzustand der Lampe enthält der Getterkör per zumindest einen wesentlichen Teil des Dotierungsgases, beispielsweise Xenon; bei Erhöhung der Temperatur tritt das Xenon teilweise aus diesem Get terkörper aus, wodurch der Xenondruck ansteigt; aufgrund der wenigstens teilweisen Absorption des Xenons im Getter weist diese Metalldampflampe eine hohe Zündwilligkeit auf, so daß die Lampe auch bei einem wesentlichen Speise spannungsabfall noch in Betrieb genommen werden kann.Furthermore, a metal vapor discharge lamp is known from DE-PS 30 15 546, in which an electrode has a getter body thermally connected to it points that between the free end of the electrode body and the associated Power supply is arranged. When the lamp is cold, the getter body contains by at least a substantial part of the doping gas, for example Xenon; when the temperature rises, the xenon partially exits this get body, which increases the xenon pressure; because of the least This metal halide lamp exhibits a partial absorption of the xenon in the getter high ignitability, so that the lamp even with an essential food voltage drop can still be put into operation.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Entladungslampe mit Edelgasfüllung und Wasserstoff- bzw. Deuteriumdotierung anzugeben, die sowohl die Zündeigen schaften undotierter Lampen als auch die hohe Leuchtdichte dotierter Lampen aufweist, die ein elektronegatives Dotierungsgas enthalten.The invention has for its object a discharge lamp with noble gas filling and to indicate hydrogen or deuterium doping, which both ignite undoped lamps as well as the high luminance of doped lamps having an electronegative doping gas.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Elektrode einen mit ihr thermisch verbundenen Getterkörper aufweist, der zwischen dem freien Ende des Elektrodenkörpers und der zugehörigen Stromdurchführung angeordnet ist, wobei der Getterkörper im Kaltzustand der Lampe zumindest einen wesentlichen Teil des Dotierungsgases enthält.The object is achieved in that an electrode with a has its thermally bonded getter body, which is between the free end the electrode body and the associated current feedthrough is arranged, wherein the getter body in the cold state of the lamp at least one essential Contains part of the doping gas.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 und 13 bis 16 angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are in claims 2 to 8 and 13 to 16 specified.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß im kalten Zu stand die Atmosphäre der Gasfüllung praktisch keinen Wasserstoff oder Deu terium enthält, da das Dotierungsgas im Gettermaterial gebunden ist; hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Lampe im kalten Zustand ebenso gezündet werden kann, wie eine übliche Edelgaslampe ohne Dotierung. Hieraus folgt auch eine Vereinfachung der Stromversorgung, da die bisher für Edelgaslampen üb liche Stromversorgung verwendet werden kann.The main advantage of the invention is the fact that in the cold the atmosphere of the gas filling stood practically no hydrogen or deu contains terium since the doping gas is bound in the getter material; from here it follows that the lamp according to the invention is also ignited in the cold state can be like a conventional noble gas lamp without doping. It also follows from this a simplification of the power supply, as it was previously used for noble gas lamps Liche power supply can be used.

In einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich der Getterkörper direkt an den Elektrodenkörper an und steht mit diesem in thermisch leitendem Kontakt. Hier erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß nach der üblichen Edelgas zündung sich der Elektrodenkörper rasch aufwärmt und ein Wärmestrom in den Getterkörper gelangt, so daß kurz nach dem Zündvorgang das Dotierungsgas aus dem Getterkörper austritt und Bestandteil der Gasfüllung des Lampenkolbens wird. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß der Elektrodenkörper mit seinem Ende als Anschlag des Getterkörpers dient, so daß hiermit eine mechani sche Arretierung erfolgen kann. In a preferred embodiment, the getter body connects directly the electrode body and is in thermally conductive contact with it. Here it proves to be particularly advantageous that after the usual noble gas ignition the electrode body warms up quickly and a heat flow into the Getter body arrives so that the doping gas shortly after the ignition process exits the getter body and is part of the gas filling of the lamp bulb becomes. Furthermore, it proves advantageous that the electrode body with its end serves as a stop of the getter body, so that hereby a mechani cal locking can take place.

Weiterhin ist es möglich einen Anschlag zwischen Getterkörper und Gefäßwand des Lampenkolbens vorzusehen, so daß der enge thermische Kontakt mit dem Elektrodenkörper, der sonst bei Verschiebung verloren ginge, erhalten bleibt.It is also possible to have a stop between the getter body and the vessel wall to provide the lamp bulb so that the close thermal contact with the Electrode body, which would otherwise be lost when shifted, is retained.

In einer weiteren Lösung der Aufgabe besteht die Oberfläche des Elektrodenkörpers wenigstens einer Elektrode aus Gettermaterial, wobei das Gettermaterial im Kaltzustand der Lampe zumindest einen wesentlichen Teil des Dotierungsgases enthält. Ein solcher Aufbau läßt vorteilhafterweise eine einfache Fertigung zu, da hier bereits die Elektrode als kompaktes Bauteil aus Elektrodenkörper und Getterkörper ausgeführt ist.The surface of the Electrode body of at least one electrode made of getter material, the Getter material in the cold state of the lamp at least a substantial part of the Contains doping gas. Such a structure advantageously leaves one easy to manufacture because the electrode is already a compact component Electrode body and getter body is executed.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Ansprüchen 10 bis 16 angegeben.Further advantageous embodiments of this solution are in claims 10 to 16 specified.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entladungslampe im Längsschnitt, Fig. 2 zeigt die Lampe im Querschnitt von der gestrichelten Linie A, A′ aus gesehen, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Lampe von der gestrichelten Linie B, B′ aus betrachtet. In Fig. 4 ist eine Entladungslampe mit einer Elektrode ohne Getterkörper und einer Elektrode mit Getterkörper dargestellt. Fig. 1 shows an embodiment of the discharge lamp according to the invention in longitudinal section, Fig. 2 shows the lamp in cross section from the dashed line A, A 'seen, Fig. 3 shows a cross section through the lamp from the dashed line B, B' viewed. In FIG. 4, a discharge lamp having an electrode without getter body and an electrode is shown with getter.

Gemäß Fig. 1 ist der Innenraum des aus Quarz bestehenden Lampenkolbens 1 zylindrisch aufgebaut, wobei sich die Elektroden 3 entlang der Achse 2 des Lampenkolbens symmetrisch gegenüber liegen. Die Elektroden 3 sind jeweils über eine in den Lampenkolben vakuumdicht eingebettete Stromdurchführung 7 mit dem äußeren Anschluß 9 verbunden, wobei in das Innere des Lampenkolbens jeweils ein Trägerstift 6 hineinragt; die Elektroden 3 sind jeweils mit einem zum Inneren des Lampenkolbens gerichteten Elektrodenkörper 4 versehen, deren freie Enden 5 sich unmittelbar gegenüber liegen. Zwischen den freien Enden 5 der Elektrodenköprer 4 und den Stromdurchführungen 7 sind drei ringförmige, den Trägerstift 6 umfaßende Getterkörper 10, 11, 12 angeordnet; der erste Getterkörper 10 befindet sich in direktem thermischen Kontakt mit dem als verdicktes Ende des Trägerstiftes ausgebildeten Elektrodenkörper 4, der auch als Elektrodenkopf bezeichnet wird. Der Elektrodenkörper 4 bildet dabei einen einseitigen Anschlag für Getterkörper 10, während die nebeneinander angeordneten Getterkörper 10, 11, 12 - in Richtung zur Gefäßwand des Lampenkolbens 1 gesehen - durch einen zweiten Anschlag 14 gegen Verschieben gesichert sind. Dies ist erforderlich, um eine möglichst gute thermische Isolation von der verhältnismäßig kühlen Kolbenwand zu erzielen. so daß die Getterkörper die Temperatur überschreiten, bei der das aufgenommene Dotierungsgas wieder freigesetzt wird; diese Temperatur liegt bei Getterkörpern aus Tantal im Bereich von 700°C. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß im Gegensatz zu der üblichen Anwendung von Gettermaterial in Entladungslampen hier keine dauerhafte Absorption von Fremdsubstanzen im Füllgas erzielt werden soll, sondern eine vom jeweiligen Betriebszustand abhängige Aufnahme (Abkühlung bzw. Kaltzustand) und Abgabe (Erwärmung bzw. heißer Betriebszustand) erfolgt. Der Getterkörper bzw. das Gettermaterial dienen also im Gegensatz zur bisher bekannten Funktion als Speicher für ein im Betriebszustand, d. h. unter Erwärmung freizusetzendes Dotierungsgas und werden in diesem Sinn als Getter bezeichnet.Referring to FIG. 1, the interior of the existing quartz bulb 1 is of cylindrical construction, wherein the electrodes 3 of the lamp envelope lie along the axis 2 symmetrically opposite. The electrodes 3 are each connected to the outer connection 9 via a current lead-through 7 embedded in a vacuum-tight manner in the lamp bulb, a support pin 6 projecting into the interior of the lamp bulb; the electrodes 3 are each provided with an electrode body 4 directed towards the interior of the lamp bulb, the free ends 5 of which lie directly opposite one another. Between the free ends 5 of Elektrodenköprer 4 and the current feedthroughs 7 are three annular, the support pin 6 comprehensive getter 10, 11, 12 are arranged; the first getter body 10 is in direct thermal contact with the electrode body 4 , which is designed as a thickened end of the carrier pin and is also referred to as an electrode head. The electrode body 4 forms a one-sided stop for getter body 10 , while the getter bodies 10 , 11 , 12 arranged next to one another - as seen in the direction of the vessel wall of the lamp bulb 1 - are secured against displacement by a second stop 14 . This is necessary in order to achieve the best possible thermal insulation from the relatively cool piston wall. so that the getter bodies exceed the temperature at which the doping gas taken up is released again; this temperature is in the range of 700 ° C for getter bodies made of tantalum. In this context, it should be pointed out that, in contrast to the usual use of getter material in discharge lamps, no permanent absorption of foreign substances in the filling gas is to be achieved, but rather an absorption (cooling or cold state) and release (heating or hotter) which is dependent on the respective operating state Operating state). In contrast to the previously known function, the getter body or the getter material thus serve as a memory for a doping gas to be released in the operating state, ie under heating, and are referred to in this sense as a getter.

Die Getterkörper bestehen aus Tantal oder Zirkonium, während Trägerstift und Elektrodenkörper ebenfalls aus Tantal oder auch aus einem anderen hochschmelzenden Material wie Wolfram bestehen können.The getter body consist of tantalum or zirconium, while the carrier pin and Electrode body also made of tantalum or another high-melting material such as tungsten can exist.

Gemäß Fig. 4 weist die Entladungslampe auf einer Seite eine Elektrode 3 auf, wie sie anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben ist, und auf der Gegenseite eine Elektrode 15 ohne Getterkörper auf, die ebenfalls mit einer Stromdurchführung 7′ und einem äußeren Anschluß 9′ versehen ist.According to FIG. 4, the discharge lamp on a side of the electrode 3, as described with reference to FIGS. 1 to 3, and on the opposite side of the electrode 15 without a getter, which also uses a current lead-through 7 'and an external terminal 9 'Is provided.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Entladungslampe wird zunächst Deuterium oder Wasserstoff mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 10 mbar eingefüllt. Durch Erhitzen des Getterkörpers mittels einer Hochfrequenzheizeinrichtung wird das Gettermaterial aktiviert, so daß es nach Abkühlung Deuterium bzw. Wasserstoff aufnimmt. Anhand des zu messenden Druckabfalls im Gassystem wird die Menge des aufgenommenen Deuteriums bzw. Wasserstoffs gesteuert. Nach Erreichen des Sollwertes wird das restliche Deuterium abgepumpt und Edelgas in diesem Fall Krypton eingefüllt. Dabei wurden bei 400 mbar Kryptonfüllung bis zu 10% Deuterium zugesetzt. Solcherart hergestellte Lampen können wiederholt wie undotierte Lampen mit reiner Edelgasfüllung gezündet werden. Das Freisetzen des Deuteriums im Betriebszustand wird durch eine höhere Betriebsspannung im Vergleich zur undotierten Lampe und erhöhte Leuchtdichte deutlich.Deuterium is first used to produce the discharge lamp according to the invention or hydrogen filled with a pressure in the range of 0.5 to 10 mbar. By heating the getter body by means of a high-frequency heating device the getter material is activated so that after cooling deuterium or Absorbs hydrogen. Based on the pressure drop to be measured in the gas system controlled the amount of deuterium or hydrogen absorbed. To When the setpoint is reached, the remaining deuterium is pumped out and the noble gas in in this case filled in krypton. Thereby at 400 mbar Krypton filling up to 10% deuterium added. Lamps made in this way can be ignited repeatedly like undoped lamps with pure noble gas filling will. The release of the deuterium in the operating state is controlled by a higher operating voltage compared to the undoped lamp and increased Luminance clearly.

Claims

1.Discharge lamp with a lamp bulb which contains a noble gas filling and at least one doping gas which, in the operating state, forms the bulb filling with the noble gas and has two electrodes which are arranged at a distance from one another, each electrode having a current lead-through with an external electrical conductor embedded in the bulb in a vacuum-tight manner Connection is connected and at least one electrode has an electrode body projecting into the interior of the lamp bulb, characterized in that an electrode ( 3 ) has a getter body ( 10 , 11 , 12 ) thermally connected to it, which is located between the free end ( 5 ) of the Electrode body ( 4 ) and the associated current feedthrough ( 7 ) is arranged, the getter body containing at least a substantial part of the doping gas when the lamp is cold.

2. Discharge lamp according to claim 1, characterized in that both electrodes ( 3 ) are arranged opposite one another and each have a getter body ( 10 , 11 , 12 ).

3. Discharge lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode ( 3 ) is a carrier pin ( 6 ) with a thickened end forming the electrode body ( 4 ), wherein on the carrier pin ( 6 ) the getter body ( 10 , 11 , 12th ) is arranged.

4. Discharge lamp according to claim 3, characterized in that the getter body at least partially surrounds the carrier pin ( 6 ) in its periphery.

5. Discharge lamp according to claim 3 or 4, characterized in that the getter body ( 10 ) directly adjoins the electrode body ( 4 ) and is in thermally conductive contact therewith.

6. Discharge lamp according to one of claims 1 to 5, characterized in that the getter body ( 10 , 11 , 12 ) is designed in the form of a ring.

7. Discharge lamp according to one of claims 3 to 6, characterized in that the getter body ( 10 , 11 , 12 ) along the support pin ( 6 ) is surrounded on both sides by a stop ( 13 , 14 ).

8. Discharge lamp according to claim 7, characterized in that the electrode body ( 4 ) serves as one of the stops ( 13 ).

9. Discharge lamp with a lamp bulb that has a rare gas filling and contains at least one doping gas, which in the operating state with the Noble gas forms the piston filling and two at a distance from each other arranged electrodes, each electrode via one in each the piston vacuum-sealed current feedthrough with an outer electrical connection is connected and at least one electrode one in has the interior of the lamp bulb protruding electrode body, thereby characterized in that the surface of the electrode body at least one Electrode consists of getter material, the getter material in Cold condition of the lamp at least a substantial part of the Contains doping gas.

10. Discharge lamp according to claim 9, characterized in that both Electrodes are arranged opposite each other and one each Have surface made of getter material.

11. Discharge lamp according to claim 9 or 10, characterized in that the Electrode body is designed as a rod.

12. Electrode lamp according to claim 9 or 10, characterized in that the Electrode body as a cylindrical coil on an electrically conductive Carrier pin made of refractory metal is arranged.

13. Discharge lamp according to one of claims 1 to 12, characterized in that in the operating state 99 to 100% of the doping gas from the Getter body have leaked.

14. Discharge lamp according to one of claims 1 to 13, characterized in that the doping gas is hydrogen or deuterium.

15. Discharge lamp according to one of claims 1 to 14, characterized in that the getter material of the getter body is tantalum.

16. Discharge lamp according to one of claims 1 to 11, characterized in that the noble gas is krypton.