DE3939193A1 - Halogen-metalldampflampe kleiner leistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halogen-Metalldampflampe mit kleiner Leistung, die zum Einsatz in fokussierten optischen Geräten geeignet ist.

Halogen-Metalldampflampen kleiner Leistung sind sowohl mit einseitig als auch mit zweiseitig gequetschten Entladungsge­ fäßen bekannt. In der DE-OS 33 41 846 ist eine zweiseitig gequetschte Lampe von 35 W Leistung beschrieben, die vor­ zugsweise ohne Außenkolben betrieben werden kann. Um die für einen einwandfreien Betrieb notwendige Mindesttemperatur der Kolbeninnenwand von 973 K zu erreichen, besitzt diese Lampe einen entsprechend geringen Durchmesser und geringe Länge des Brennraums. Jedoch erwies es sich als notwendig, die Wanddicke des Entladungsgefäßes auf Werte zwischen 1,5 und 2,5 mm zu vergrößern, um eine annehmbare Homogenität der Temperaturverteilung im Brennraum zu erreichen. Obwohl die Lampe keinen Außenkolben besitzt, ist infolge der großen Glasmasse die Wärmekapazität der Lampe relativ hoch. Damit bekommt die Lampe eine große Trägheit beim Erwärmen und Abkühlen. Das bedeutet, daß die Zeit zum Erreichen eines stationären Lichtstromwertes nach dem Einschalten und die Zeit zur Abnahme der Zündspannung nach dem Ausschalten relativ lang wird. Ein Nachteil der Lampe, der besonders bei kleiner Leistungsaufnahme ins Gewicht fällt, ist der geringe Wirkungsgrad der zweiseitig gequetschten Lampen. Durch die beiden Einzelquetschungen mit je einer Stromdurchführung wird insgesamt mehr Wärme abgeleitet als bei einer Quetschung, die beide Stromzuführungen nebeneinander enthält. Daher ist das einseitig gequetschte Entladungsgefäß eine bevorzugte Ausführungsform für Halogen-Metalldampflampen kleiner Leistung. Derartige Lampen sind in DE-OS 32 32 207 und die darin verwendeten Elektroden in DE-OS 32 42 840 beschrieben.

In diesen einseitig gequetschten Entladungsgefäßen sind die Elektroden an nebeneinander parallel geführten Molybdän- Einschmelzfolien befestigt und in dieser Lage durch einen Quetscharbeitsgang in das mittels Flammen erweichte Glas eingebettet. Eine Ausführungsform besitzt Elektroden in Form kurzer Wendelenden oder gleichwertige Konstruktionen, die in jedem Fall eine Längsausdehnung in Richtung des Lichtbogens von 1,2 mm und mehr haben. Während des Einquetschens der Molybdän-Einschmelzfolie in das erweichte Glas sind geringfügige Lageänderungen der Elektroden zueinander nicht zu vermeiden. Die Berücksichtigung dieser Lageänderungen und der Längsausdehnung der Elektroden führen dazu, daß es nicht möglich ist, mit dieser Konstruktion die geringen Abmessungen des Brennraumes des vorher erwähnten zweiseitig gequetschten Entladungsgefäßes zu realisieren. Damit werden besondere Maßnahmen notwendig, um eine übermäßige Wärmeabgabe des Entladungsgefäßes und damit eine Verringerung der Brennraumtemperatur unter 973 K zu vermeiden, wie z. B. der Einbau des Entladungsgefäßes in einen evakuierten und ge­ getterten Außenkolben (DE-OS 33 24 081). Alle diese Maßnahmen vergrößern die Wärmekapazität und Wärmeträgheit der Lampe. Außerdem wird der Rauminhalt der Lampe durch den Außenkolben auf mindestens das doppelte vergrößert, wodurch die Verwend­ barkeit der Lampe in fokussierten optischen Systemen mit geringen Abmessungen eingeschränkt wird.

Eine weitere Ausführungsform einseitig gequetschter Entladungsgefäße ist in der DE-OS 31 10 809 beschrieben. Darin hat ein 40 W-Entladungsgefäß einen Außendurchmesser von 9,4 mm und einfache Wolfram-Drahtstücke von ca. 0,5 mm Durch­ messer im Abstand von 3,1 mm als Elektroden. Wesentlich ist, daß das Verhältnis des Abstandes jeder Elektrode von der Kolbeninnenwand zum Elektrodenabstand gleich oder größer als 0,4 sein soll. Der erwähnte geringe Kolbendurchmesser ist danach nur mit den hier verwendeten Elektroden einfachster Bauart zu realisieren. Diese Elektroden weisen infolge der geringen Länge und des relativ großen notwendigen Quer­ schnittes ungünstige thermische Verhältnisse auf, zeigen einen schlechten Bogenübergang und verursachen nach relativ kurzer Zeit, daß die Entladungsgefäße ein schlechtes Zündverhalten bekommen.

Zweck der Erfindung ist es, die Konstruktion einer Halogen- Metalldampflampe kleiner Leistung mit geringsten Abmessungen und geringer Wärmeträgheit von Elektroden und Kolben und geringer Trägheit der Vorgänge beim Ein- und Ausschalten der Lampe zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für die Anwendung in fokussierten optischen Geräten mit geringen Abmessungen geeignete Halogen-Metalldampflampe kleiner Leistung mit gutem Zündverhalten und mit geringer Trägheit der Aufheiz- und Abkühlvorgänge zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das einseitig gequetschte Entladungsgefäß, das aus einem Kolben­ rohr aus Quarzglas, einem dem Quarzglas ähnliches Glas oder einem geeigneten Hartglas einen Außendurchmesser von weniger als 10 mm besitzt. Die Elektroden sind so angeordnet, daß ihr Abstand zwischen ¹/₃ und ¹/₂ des größten Außendurchmessers des Kolbens liegt. Der Abstand der Kolbeninnenwand von der Verbindungsgeraden zwischen den Elektroden beträgt ¹/₃ bis ²/₃ des Elektrodenabstandes. Die Elektroden sind bevorzugt kugelförmig mit geringer Abmessung und mit geringer Lage­ toleranz. Die Lampe kann ohne oder mit einem Außenkolben ohne oder mit Gasfüllung, deren Wärmeleitfähigkeit der der Außenluft entspricht oder sie übersteigt, betrieben werden.

Die Wanddicke des Entladungsgefäßes braucht den für derartige Kolbenabmessungen üblichen Wert von ca. 1 mm nicht zu überschreiten. Die Quetschung, die beide Stromzuführungen enthält, erstreckt sich über die Länge des Entladungsraumes. Damit wird einerseits die über die Elektroden in die Quetschung eingeleitete Wärme zur Erwärmung des Entladungs­ raumes verwendet, andererseits für eine ausreichende Homo­ genität der Temperaturverteilung in Längsrichtung des Brenn­ raumes gesorgt.

Durch den Einsatz von kugelförmigen Elektroden kann der von den Elektroden benötigte Raum auf einen Bruchteil des für gewendelte Elektroden benötigten Raumes verringert werden. Die günstigen thermischen Eigenschaften der kugelförmigen Elektroden mit relativ dünnem Schaft lassen ein günstiges Zünd- und Anlaufverhalten der Lampe erreichen. Zudem ist es möglich, diese Elektroden mit verringerten Lagetoleranzen im Entladungsgefäß herzustellen, wodurch die Abmessungen des Brennraums weiter verringert werden können. So kann ein Entladungsgefäß mit einem größeren Außendurchmesser von weniger als 10 mm hergestellt werden, dessen Oberfläche so klein ist, daß es auch bei Betrieb ohne Außenkolben in freier Luft an der Innenwand die notwendige Temperatur von 973 K erreicht.

Die geringen Abmessungen ergeben den weiteren Vorteil, daß das Entladungsgefäß die geringstmögliche Wärmekapazität besitzt und damit auch geringe Aufheiz- und Abkühlzeiten aufweist.

Das Entladungsgefäß ist nur wenig größer als das eigentliche lichtaussendende Element, der Lichtbogen, und damit gut in optischen Systemen kleiner Abmessungen einsetzbar.

In Anwendungsfällen, in denen die geringen Abmessungen nicht erforderlich sind, ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Entladungsgefäß in bekannter Weise in einen Außenkolben einzubauen. Dabei ist dann das Wärmeregime im Außenkolben dem in der freien Luft anzugleichen, d. h. der Außenkolben ist mit einem Gas gleicher Wärmeleitfähigkeit zu füllen. Damit bleiben die geringen Aufheiz- und Abkühlzeiten des Entladungsgefäßes erhalten.

Es ist auch möglich, im Außenkolben ein Gas mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der der Luft einzusetzen. Dadurch wird erreicht, daß die Lampe bei gleichen Abmessungen mit höherer elektrischer Leistung betrieben werden kann. Durch eine solche Gasfüllung lassen sich die Aufheiz- und Abkühlzeiten weiter verkürzen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und den Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Entladungsgefäßes.

Fig. 2 zeigt das Entladungsgefäß in einer dazu senkrechten Ebene geschnitten.

Fig. 3 zeigt das Entladungsgefäß in einem Außenkolben eingebaut.

Der Kolben 1 des Entladungsgefäßes nach Fig. 1 und Fig. 2 ist aus einem Quarzrohr mit dem Durchmesser D hergestellt. Er beträgt im Beispiel einer 35 W-Lampe 9 mm. In den Kolben 1 sind die Elektroden 7; 8, die Einschmelzfolien 3 und die Stromzuführungen 4; 5 aus Molybdändraht eingeschmolzen. Die Einschmelzung geschieht durch Erwärmen des Glasrohres und Quetschen des erweichten Glases zum Formen der Quetschung 2. Dabei wird gleichzeitig der Teil des Kolbens oberhalb der Quetschung, der den Brennraum bildet, erweicht und seine Breite in Richtung der Quetschungsbreitseiten auf 6 . . . 6,5 mm verringert und danach wird durch Blasen in eine Form die gewünschte Gestalt des Brennraums hergestellt, so daß der Abstand der Kolbeninnenwand von der Verbindungslinie der Elektroden 7; 8 maximal 2,25 mm beträgt. Der Einbau und die Herstellung der kugelförmigen Elektroden erfolgt über die Verwendung eines vorgefertigten Gestells, das aus den Stromzuführungen 4; 5 den Einschmelzfolien 3 und einem Wolframdrahtbügel, der sich an der Stelle der beiden Elektroden 7; 8 befindet, besteht. Das Gestell läßt sich, da die Elektroden 7; 8 miteinander verbunden sind, genau und stabil herstellen und gezielt im Kolben positionieren und einquetschen. Nach dem Quetschen wird der Kolben zur Verhinderung von Oxidation mit Inertgas gespült und durch elektrischen Strom die noch bestehende Verbindung zwischen den Elektroden 7; 8 durchgeschmolzen und mittels Lichtbogen die kugelförmigen Elektroden 7; 8 mit einem Durchmesser von etwa 0,7 mm und dem erforderlichen Elektrodenabstand, hier 4 mm, gebildet. Danach wird das Ent­ ladungsgefäß evakuiert und mit der notwendigen Dosis Queck­ silber, dem Leuchtzusatz (einer Mischung von Metalljodiden) und dem Zündgas (z. B. Argon) gefüllt zugeschmolzen, wobei der Lampendom 16 entsteht.

Um die Festigkeit der Lampe gegen elektrischen Durchschlag der Hochspannungszündimpulse zwischen des Stromzuführungen zu erhöhen, kann über eine oder beide Stromzuführungen ein isolierendes Quarzrohr 6 gesteckt und an die Quetschung angeschmolzen werden.

In Fig. 3 ist das Entladungsgefäß in einen Außenkolben 9 ein­ geschmolzen. Im Beispiel besteht der Außenkolben 9 aus einem Molybdän-Einschmelzglas, so daß die lang gehaltenen Strom­ zuführungen 10; 11 direkt eingeschmolzen und durch das Glas des Außenkolbens geführt werden können. Der Außenkolben ist mit einer Außenquetschung 15 versehen, die im Sockel 12 mit den Sockelstiften 13; 14 aufgenommen wird. Der Außenkolben 9 ist zur Schaffung des für den Betrieb des Entladungsgefäßes notwendigen Temperaturegimes mit Stickstoff unter ange­ nähertem Atmosphärendruck gefüllt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Kolben des Entladungsgefäßes
2 Quetschung
3 Einschmelzfolie
4; 5 Stromzuführung
6 Quarzrohr
7; 8 Elektrode
9 Außenkolben
10; 11 Stromzuführung im Außenkolben
12 Sockel
13; 14 Sockelstift
15 Außenquetschung
16 Lampendom

Claims (3)

1. Halogen-Metalldampflampe kleiner Leistung bestehend aus einem einseitig gequetschten Entladungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß das einseitig gequetschte Entladungsgefäß aus Quarzglas, einem dem Quarzglas ähn­ lichem Glas oder einem geeigneten Hartglas einen Außen­ durchmesser von weniger als 10 mm besitzt und daß darin die Elektroden (7; 8) so angeordnet sind, daß ihr Abstand zwischen ¹/₃ und ¹/₂ des größten Außendurchmessers des Kolbens (1) liegt, wobei der Abstand der Kolbeninnenwand von der Verbindungsgeraden zwischen den Elektroden (7; 8) ¹/₃ bis ²/₃ des Elektrodenabstandes beträgt.

2. Halogen-Metalldampflampe kleiner Leistung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7; 8) eine Kugelform besitzen.

3. Halogen-Metalldampflampe kleiner Leistung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß von einen Außenkolben (9) umhüllt ist, der mit einem Gas mit einer Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung der der Luft oder darüber gefüllt ist.