DE1139208B - Hochdruckentladungslampe hoher Leuchtdichte - Google Patents

Description

Hochdruckentladungslampen mit verhältnismäßig kurzen Elektrodenabständen zum Betrieb mit großen Stromstärken werden wegen der hohen erzielbaren Leuchtdichten zu Projektionszwecken verwandt. Die Lebensdauer solcher Lampen ist häufig begrenzt durch Aufwachserscheinungen an den Elektroden, besonders an den jeweiligen Kathoden. Diese Aufwachsungen treten besonders stark und unangenehm bei pulsierendem Betrieb auf. Für viele Anwendungen, z. B. als Kinoprojektionslampe oder für Nachrichtenübermittlung bzw. für Leucht- oder Warnfeuer, ist es jedoch erwünscht, die Lampe zu pulsen. Bei der Kinoprojektion ist es beispielsweise wünschenswert, die Lampe während des Stillstandes des Bildes mit hoher und in der Phase der Bildfortbewegung, während der bei den üblichen Kinogeräten das Bildfenster abgedeckt ist, mit geringerer Leistung zu betreiben. Bei heute in der Kinoprojektion eingesetzten Gasentladungslampen, z. B. den Xenonkurzbogenlampen, ist jedoch Gleichstrombetrieb vorgeschrieben, da bei stoßartiger Be- ao lastung die Elektroden, insbesondere die Kathoden, Aufwachserscheinungen zeigen, die ein einwandfreies und ruhiges Brennen des Bogens bereits nach relativ kurzer Betriebszeit beeinträchtigen. Zudem lassen die Kurzbogenlampen hoher spezifischer Belastung, die üblicherweise zur Vermeidung übermäßiger thermischer Wandbelastungen in kugeligen, ellipsen- oder birnenförmigen Entladungsgefäßen mit Durchmessern, die beträchtlich größer als die des Entladungskanals sind, betrieben werden, im allgemeinen nicht die für Projektionszwecke optimalen Elektrodenabstände, ζ. Β. von 8 mm und mehr zu, da bei größeren Elektrodenabständen die Stabilisierung der Entladung zu schwach wird und der Bogen unruhig brennt.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer elekirischen Entladungslampe mit Metalldampf und/oder Edelgasfüllung von hohem Betriebsdruck für hohe spezifische Leistungen, die auch bei Elektrodenabständen von vielen Millimetern oder einigen Zentimetern ein ruhiges Brennen des Bogens gewährleistet und die einen Pulsbetrieb erlaubt, ohne daß Aufwachserscheinungen auf der Kathode störend sind.

Die erfindungsgemäße Lampe, in deren Gefäß mindestens drei Elektroden über hochbelastbare Einschmelzungen eingeführt sind, von denen zwei eine Bereitschaftsentladung übernehmen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitschaftsentladung zwischen zwei Elektroden als Grundentladung betrieben ist und in dem Raum zwischen den Elektroden für diese Grundentladung in der Nähe der Kathode die dritte Elektrode als zusätzliche Kathode so angeordnet ist, daß diese durch die Grundentladung mitaufgeheizt Hochdruckentladungslampe
hoher Leuchtdichte

Anmelder:

Patent -Treuhand - Gesellschaft

für elektrische Glühlampen m. b. H.,

München 2, Windenmacherstr. 6

Dr. Paul Schulz, Karlsruhe,
ist als Erfinder genannt worden

wird, und so dimensioniert ist und mit einer so hohen mittleren, sei es konstanten oder pulsierenden Stromstärke belastet ist, daß ihre Temperatur im Betrieb zur Erzielung einer an ihr ohne Kathodenfleck ansetzenden Entladung ausreicht.

Es ist bekannt, daß der Ansatz einer Entladung an der Kathode entweder in konzentrierter Form geschieht (Entladung mit Kathodenfleck) oder bei sehr starker Erwärmung der Kathode ohne Einengung (kathodenflecklose Entladungsform). Beide Entladungsformen sind bereits beschrieben worden und mit beiden Entladungsformen sind mehr oder weniger stabil brennende Bögen erzielt worden. Die Erfindung geht nun davon aus, zwischen zwei Elektroden eine Grundentladung nicht sehr hoher Stromstärke zu betreiben, die einigermaßen gut stabilisiert ist und die entweder dem Entladungstyp mit oder dem Entladungstyp ohne Kathodenfleck angehören kann. In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, die Dimensionierung der Kathode so zu wählen, daß diese Grundentladung mit Kathodenfleck brennt. Zusätzlich wird nun über die dritte Elektrode ein Strom gegeben, dessen Größe vergleichbar oder wesentlich höher ist als die der Grundentladung. Die Gestaltung der Elektrode soll so sein, daß diese zusätzliche Entladung bei der vorgesehenen Belastung ohne Elektrodenfleck brennt. Die Anordnung dieser zusätzlichen Elektrode geschieht zweckmäßig so, daß ihre Elektronen emittierende Front zusätzlich durch den Bogen der Grundentladung aufgeheizt wird, um von vornherein auch

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bei noch relativ kleinen Stromstärken die elektrodenflecklose Entladungsform zu gewährleisten. Zweckmäßig wird diese Zusatzelektrode als Ring um die Achse der Grundentladung, am besten um den unteren, der Kathode benachbarten Teil der Entladung, angeordnet. Die Zusatzelektrode kann jedoch auch etwas gegen die Kathodenspitze der Grundentladung in Richtung vom Entladungsbogen fort versetzt werden. Bei Pulsbetrieb wird der pulsierende Strom über

Lampen dieser Art können auch mit den heute zur Verfugung stehenden Glasringdurchführungen als metallische Gefäße ausgeführt werden. Das Lampengehäuse kann dabei als eine der Elektroden, z. B. als 5 Anode ausgebildet werden, wobei durch entsprechende Geometrie der Lampenkonstruktion bzw. durch isolierende Zwischenschichten ein Durchschlag an einer nicht gewünschten Stelle vermieden werden kann. Für den Lichtdurchlaß sind Glas- oder Quarzfenster vor-

diese dritte Elektrode gegeben, wobei Große und Geo- io zusehen,
metrie dieser Elektrode und Stärke des Impulsstromes Damit eine Lampe erfindungsgemäß betrieben wer-

so abgestimmt sein sollen, daß die hier ansetzende den kann, muß die Zusatzelektrode auf hohe Tempe-Entladung ohne Kathodenfleck betrieben wird. raturen gebracht werden. Zusätze, die die Austritts-

Es sind schon Hochdruckentladungslampen be- arbeit der Elektronen erniedrigen, verursachen ein kannt, in welchen zwischen einer Hilfselektrode und 15 Einsetzen der elektrodenflecklosen Entladungsform der einer Hauptelektrode eine Hilfsentladung brennt, schon bei niedrigeren Temperaturen. Für Wolframdoch wird durch diese Hilfsentladung die zweite elektroden kommen zur Herabsetzung der Austritts-Hauptelektrode nicht aufgeheizt, und es war auch arbeit in bekannter Weise z. B. Zusätze von Thoroxyd nicht bekannt, die Betriebsbedingungen so einzurich- oder Lanthanborid (LaBe) in Frage. Niedrigere Austen, daß an der zweiten Hauptelektrode eine brenn- 20 trittsarbeiten haben auch Elektroden, die ganz oder fiecklose Entladung ansetzt, und außerdem war eine zum Teil aus thoriertem Wolfram, Tantal oder Hafder drei Elektroden fremdgeheizt. Infolge der unge- nium bestehen. In praktischen Fällen wird fast immer nügenden Auslegung der Einschmelzungen bei den die zur Erzielung der elektrodenflecklosen Entladungsbekannten Entladungslampen mit mindestens drei form notwendige Temperatur der Zusatzelektrode nur Elektroden, wären auch die erfindungsgemäßen Be- 25 wenige hundert Grad unter dem Schmelzpunkt liegen, triebsbedingungen nicht herzustellen. Hierdurch ist die Gefahr, daß eine merkliche Ver-

Ferner ist es schon bekannt, in einer Hochdruck- dampfung des Materials der Zusatzkathode durch lampe für Blinkbetrieb den hohen Dampfdruck durch Überbelastung eintritt und eine vorzeitige Schwärzung eine ständig brennende Entladung aufrechtzuerhalten, des Lampenkolbens verursacht wird, verhältnismäßig die jedoch nur als Bereitschaftsentladung diente und 30 groß. Hier ist es zweckmäßig, den Zusatz eines Stoffes sonst keinen Einfluß auf die Hauptentladung bzw. die vorzusehen, der mit dem Kathodenmaterial, z. B. dem Elektroden ausübte. Wolfram, eine Verbindung eingeht, die schon bei

Bei einer Lampe, die erfindungsgemäß gebaut und relativ niedriger Temperatur verdampft und bei den betrieben wird, kann ein stabilisierter, ruhig brennen- hohen Temperaturen, die im Bogen oder an der Kader Bogen auch bei größeren Elektrodenabständen 35 thode in der Nähe des Bogenansatzes herrschen, wieerzielt werden. Bei pulsierendem Betrieb brennt eine der dissoziieren. Hierdurch wird in an sich bekannter im allgemeinen zweckmäßig nicht gepulste Gleich- Weise eine Selbstreinigung des Entladungsgefäßes Stromentladung zwischen den beiden Elektroden des während des Betriebes bewirkt. Die hierbei normaler-Grundbogens. Die über die dritte Elektrode gegebe- weise an den Elektroden auftretenden Aufwachsnen zusätzlichen Stromimpulse verursachen eine ent- 40 erscheinungen, die die Anwendung dieses Reinigungssprechende Erhöhung der Leuchtdichte des Bogens, prinzips in der Praxis erschweren, treten bei einer ohne daß ein zusätzlicher Kathodenfleck eine Be- Anwendung in einer Lampe nach der Erfindung nicht unruhigung des Bogens verursacht. Da vorwiegend störend in Erscheinung. Als Stoffe, die eine Selbstdie Strahlung der Teile des Bogens zwischen Zusatz- reinigung des Entladungsgefäßes während des Betrieelektrode und Anode benutzt wird und dieser Bogen- 45 bes bewirken, kommen vor allem die Halogene, z. B. teil in breiter Front von der Zusatzkathode ausgeht, Chlor, Jod oder Brom in Frage, läßt sich ein ruhig brennender, nicht durch Aufwachs- Als besonders vorteilhaft hat sich als Zusatzelek-

erscheinungen gestörter Bogen auch nach längerem trode eine ringförmige Elektrode erwiesen, die in Betrieb der Lampe erzielen. Auch sind die Aufwachs- einem nach innen weisenden Schlitz Material niedrierscheinungen auf der Kathode der Grundentladung 5° gerer Elektronenaustrittsarbeit enthält. Es wird hiergering, da nicht über diese gepulst wird. Im übrigen mit der Elektronenaustritt an den inneren Teilen der sind sie auch für das ruhige Brennen des genutzten ringförmigen Elektrode begünstigt, so daß der Strom Bogenteiles nicht im gleichen Maße störend wie bei von der Zusatzelektrode kathodenflecklos von den der den üblichen Lampen mit nur zwei Elektroden für den Bogenachse zugewandten Teilen ausgeht. Eine sinn-Betriebsstrom. Bei der kathodenflecklosen Entladung, 55 gemäße Anordnung ist auch für andere als ringförmig die von der Zusatzelektrode ausgeht, treten Aufwachs- ausgebildete Elektroden leicht zu treffen, erscheinungen nicht störend auf. Beispiele von erfindungsgemäß ausgeführten Lam-

Eine Lampe, die nach der Erfindung ausgebildet pen sind in Fig. 1 und 2 wiedergegeben. Das Entist, kann auch noch mit einer ringförmigen Anode ver- ladungsgefäß 1 ist in der üblichen Weise aus Quarzsehen werden, um in an sich bekannter Weise eine 60 oj_as gefertigt und besitzt Mo-Banddurchführangen Benutzung in axialer Beobachtung zu erlauben, wo- oder Durchführungen mit Quarzglas-Glasübergängen durch eine Erhöhung der nutzbaren Leuchtdichte zu für die Stromzuführungen zu den Elektroden. Kaerreichen ist. Um ein Ansetzen des Bogens an der thode 2 und Anode 3 für die Grundentladung haben der Beobachtungsrichtung entgegengesetzten Seite der einen Abstand von 8 mm. Die Zusatzelektrode 4 ist Anode zu verhindern, ist es zweckmäßig, den anodi- 65 in einem Abstand von etwa 2 mm von der Kathode 2 sehen Ring auf der Seite, die der Kathode zugewandt etwas seitlich von der Bogenachse angeordnet. Der Beist, mit einem nicht leitenden, am besten keramischen triebsdruck der Xenon- oder Krypton-Gasfüllung beWerkstoff zu versehen. trägt 1 bis 50 Atm. Die Stromstärke der Grundentla-

dung ist 5 bis 20 A. Die mittleren Stromstärken über die Zusatzelektrode liegen zwischen 6 und 200 A. Die Momentanstromstärken bei Betrieb mit kurzen Stromimpulsen können wesentlich größer sein. Sie können je nach Pulsdauer und Frequenz außerordentlich hohe Werte annehmen.

In Fig. 2 ist als Beispiel eine Entladungslampe mit einem Abstand für die Elektroden 5 und 6 der Grundentladung von 12 mm wiedergegeben. Die Zusatzelektrode 7 umschließt den Bogen ringförmig. Der Abstand Kathode—Zusatzelektrode beträgt 1 mm.

Die Realisierung des Erfindungsgedankens ist naturgemäß nicht an die Verwendung von Quarzglas-, Glas- oder durchsichtigen Körpern wie z.B. Aluminiumoxyd gebunden. Es können auch die neuerdings verwendeten metallischen Entladungsgefäße mit durchsichtigen Fenstern benutzt werden, wenn nur Anzahl, Größe und Geometrie der Elektroden und deren Durchführungen nach den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgebildet sind.

Bei einseitiger Stromzuführung senkrecht zum Bogen an die Zusatzelektrode kann unter Umständen durch das eigene Magnetfeld des Stromes die Entladung aus der gewünschten Achsenlänge herausgedrängt werden. Durch geeignete Zuführung des Stromes kann dieser unerwünschte Effekt vermieden werden, z. B. dadurch, daß die Stromzuführung zur Zusatzelektrode beidseitig in entgegengesetzter Richtung geschieht. Das kann z. B. dadurch bewerkstelligt werden, daß von vornherein zwei entgegengesetzt angeordnete Zuführungen mit eigenen Stomdurchfü'hrungen benutzt werden oder auch einfacher dadurch, daß bei Verwendung nur einer Durchführung für den Strom der Zusatzelektrode die Zuführungen zangenförmig an die Zusatzelektrode angelegt sind. Noch weitgehender würde die magnetische Verdrängung des Entladungsbogens durch eine größere Anzahl symmetrisch angeordneter Zuführungen verhindert werden.

Der Verdrängungseffekt durch das Eigenmagnetfeld der unsymmetrischen Stromzuführung kann auch durch ein äußeres Magnetfeld aufgehoben werden. Dieses Magnetfeld kann z. B. durch eine geeignete Ausbildung der Stromzuführung außerhalb des Entladungskolbens erzeugt werden, etwa dadurch, daß die Stromzuführung durch einen Stromleiter von nur einer oder wenigen Windungen erfolgt, der in oder doch annähernd in einer Ebene liegt, die gebildet wird durch die Richtung der unsymmetrischen Stromzuführung in der Lampe und der Achse des Bogens. Je nach dem Richtungssinn des Stromdurchganges wird dann die Wirkung des Eigenmagnetfeldes der unsymmetrischen Stromzuführung verstärkt oder ganz bzw. teilweise kompensiert. Naturgemäß muß der Richtungssinn des Stromdurchganges so gewählt werden, daß der gewünschte Effekt erzielt wird. Zweckmäßig wird der Stromleiter mit den oben angegebenen Windungen als äußere Zuführung zu der Zusatzelektrode benutzt, wobei die Windungen den Entladungsbogen umschließen.

Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Entladungslampe mit Metalldampf- und/oder Edelgasfüllung von hohem Betriebsdruck für hohe spezifische Leistungen, in deren Gefäß mindestens drei Elektroden über hochbelastbare Einschmelzungen eingeführt sind, von denen zwei eine Bereitschaftsentladung übernehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitschaftsentladung zwischen zwei Elektroden (2, 3 und 5, 6) als Grundentladung betrieben ist und in dem Raum zwischen den beiden Elektroden für diese Grundentladung in der Nähe der Kathode die dritte Elektrode (4, 7) als zusätzliche Kathode so angeordnet ist, daß diese durch die Grundentladung mitaufgeheizt wird, und so dimensioniert ist und mit einer so hohen mittleren, sei es konstanten oder pulsierenden Stromstärke belastet ist,, daß ihre Temperatur im Betrieb zur Erzielung einer an ihr ohne Kathodenfleck ansetzenden Entladung ausreicht.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über die dritte Elektrode (4, 7) gegebene Strom eine wesentlich höhere mittlere Stromstärke aufweist als der Grundentladungsstrom.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (7) den Bogen der Grundentladung ringförmig umschließt.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig ausgebildete dritte Elektrode (7) die Achse der Grundentladung (5, 6) umschließt und ihre Frontfläche in einer Ebene senkrecht zum Entladungsbogen hat, deren Abstand von der Anode (6) gleich oder naihezu gleich dem Abstand Anode (6) Kathode (5) für die Grundentladung ist.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Anode (3, 6) als die Entladungsachse umschließende Ringelektrode ausgebildet ist.

6. Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig ausgebildete Anode (3, 6) an der der Kathode zugewandten Seite eine isolierende Schicht trägt.

7. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material für die dritte Elektrode ein Stoff beigemischt ist, der die Austrittsarbeit für die Elektronen erniedrigt und damit den Übergang in die kathodenflecklose Entladung erleichtert.

8. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode ganz oder teilweise aus Wolfram mit einem Zusatz von Thoroxyd, thoriertem Wolfram, Lanthanborid, Tantal oder Hafnium besteht.

9. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aktivierung in einem Schlitz der dritten Elektrode befindet, dessen Öffnung nach der Seite weist, auf der vorzugsweise die Entladung ansetzen soll.

10. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese in an sich bekannter Weise zur Selbstreinigung einen Stoff enthält, der mit dem Material der Elektroden, z. B. Wolfram, eine Verbindung eingeht, die bei den im Entladungsgefäß herrschenden Temperaturen einen höheren Dampfdruck als das Material der Elektroden hat und bei den hohen Temperaturen im Bogen oder an den Elektroden dissoziiert.

11. Entladungslampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halogen oder eine Halogenverbindung zugefügt ist.

12. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in mehreren entgegengesetzt angeordneten Zuführungen zur dritten Elektrode geleitet wird.

13. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Lampe die Stromzuführung an die dritte Elektrode durch einen Stromleiter mit einer oder mehreren Windungen.' erfolgt, der in oder doch angenähert in der Ebene liegt, die gebildet wird aus den Achsen des Bogens und der unsymme-

irischen Stromzuführung zur dritten Elektrode innerhalb des Entladungsgefäßes.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 695 667, 906 243; USA.-Patentschrift Nr. 2 567 491.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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