DE1809443A1 - Metalldampfbogenlampe - Google Patents

Description

4 DÜSSELDORF, XINDBMANNSTBASSK Sl TBLKFOIf β7 29*β

DIPK-ING. H. MARSCH

PATENTANWALT

Beschreibung zum Patentgesuch

der Uarian Associates^ 611 Hansen ü)ay_t PaIo Alto_y California/USA

betreffend t

"IKIe tall dampf bogenlampe"

Die Erfindung bezieht sich auf (liletalldampfbogenlampen und insbesondere auf Kurzbogenmetalldampflampen hoher Intensität mit einem eingebauten Reflektor, der in einem vakuumdichten keramischen Gehäuse angeordnet ist.

In der US-Patintanmeldung, Serien-Nr. 655,717, uiird eine Kurzbogenlampe -hoher Intensität beschrieben, die ein neuartiges Gehäuse besitzt. Das Gehäuse umfaßt einen keramischen Zylinder, der einerseits durch den Reflektor und andererseits durch ein optisches Fenster vakuumdicht verschlossen ist. In diesem Gehäuse sind zwei Elektroden angeordnet und der Gehäuseinnenraum ist mit ioniaierbarem Gas unter Druck gefüllt. Durch diese Konstruktion uiird eine Bogenlampe hoher Intensität geschaffen, die einen zusammengesetzten stabilen Kolben und einen Reflektor besitzt. Da~ bei wird eine Glas-flfletall-Dichtung vermieden, und das verwendete (flaterial ist so ausgewählt, daß keine Reaktion mit der inneren Atmosphäre auftritt. Die innere Gasatmosphäre kann aus einem Inertgas, wie z.B. Xenon, Argon oder Krypton, oder

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aber auch einem Metalldampf, mie z.B. Quecksilber, Cäsium, Rubidium, Natrium, Kalium oder Lithium bestehen»

Die Erfindung stellt, ©ine Verbesserung gegenüber der oben beschriebenen Lampe dar, uienn bei dieser das ionisierbare Gas aus einem korrosiven Metalldampf, wie z.B. Cäsium, Rubidium, Natrium und Kalium besteht. Dies© Elemente sind als Strahlungsquelle in der Nähe des infraroten Bereiches des Spektrums sehr wirksam. Sie müssen jedoch über Raumtemperatur erhitzt werden» damit sie durch ein elektrisches Potential ionisiert werden können und der Lichtbogen gezündet werden kann. Da aber die beschriebene Lampe keine Heizeinrichtuiigsn enthält, muß sin Inertgas mit dem Metalldampf gemischt werden? welches als Zündkatalysator dient· Dieser Zusatz verändert jedoch die Spektraiemiesion der Lampe; dadurch tuird ihre Verwendbarkeit eingeschränkt und in einigen Fällen ihr Einsatz unmöglich· Weiterhin, erfordert ein hoher Energieumuiandlungstuirkungsgrad entsprechend große Metalldampfdrucks^ die durch Erhitzen dae Dampfes auf Temperaturen von ettue 1000 C erzeugt weidan· Da die beschriebene Lampe eine eingebaute Strahlungsquelle und einen Reflektor besitzt, muß die gesamte Konstruktion aufge» heizt werden, damit der nötige Druck zur Erzielung eines hohen Umwandlungswirkungsgrades erreicht wird, falls die Lampe mit einem korrosiven Metalldampf gefüllt ist*

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Bogenlampe hoher Intensität gefüllt mit einem ionisierbaren gasförmigem Medium aus Metalldämpfen ohne Zusatz fremder katalytischer Dämpfe, welche einen hohen Emissionswirkungsgrad in der Nähe des infraroten Bereiches des elektromagnetischen Spektrums aufweist? dabei soll sie zur Erzielung eines hohen Energieumiuandlungswirkungsgrades bei Temperaturen von etwa 1000° C betrieben werden und mit einem Gehäuse ausgestattet

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sein, welche« einen keramischen Zylinder umfaßt, der eineraeita durch einen Reflektor und andererseits durch ein optisches Fenster vakuumdicht verschlossen ist·

Eins Metalldampfbogenlampe dieser Bauart ist zur Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse ein abgedichtetes Bogsnrohr angeordnet ist, das ein ionisierbares Fluid - ausgewählt aus der Gruppe der aus Cäsium, Natrium, Kalium und Rubidium bestehenden Alkalimetalle - enthält und in das im Abstand voneinander endende, den Bogenspalt definierende Elektroden eingeführt sind, und daß eine Heizeinrichtung für die Erhitzung des Fluids und damit zur Ermöglichung der Ionisierung desselben mittels einer über dem Bogenspalt angelegten Spannung und damit zur Zündung der Lampe vorgesehen ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Fig» 1 ist die Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, und

Fig. 2 ist die Vorderansicht der in Fig· 1 gezeigten Konstruktion.

Die Zeichnung zeigt eine metalldampfbogenlampe mit einem keramischen zylindrischen Teil 10, das vorzugsweise aus polykristalliner Tonerde hergestellt wird} das keramische Teil 10 ist an ein ringförmiges Itietallbauteil 12 mit Flanschansatz 14 gelötet. Ring 12 und Flanschansatz 14, die vorzugsweise aus einem material mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die verwendete Keramik, etwa aus dem handelsüblichen Kovar hergestellt sind, sind ein Teil

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des Lampengehäuses und bilden gleichzeitig einen äußeren Anschluß einer Lampenelektrode. Ein metallischer,Abstandsring 16 wird durch Lötung einerseits mit dem Fensterrahmen 18, der aus Kovar gefertigt ist, und andererseits mit dem Ring 12 verbunden. Ein optisches Fenster 20, in diesem Falle aus Glas, ist vakuumdicht in den Fensterrahmen eingesetzt. Ein konzentrischer Ring 22 ist mit Hilfe eines Zwischenringes 23 durch Schutzgas-Schuieißung mit dem Abstandsring 16 verbunden.

Die andere Seite des keramischen Teils 10 wird an einem weiteren Kovar-Ring 24 durch Lötun^g befestigt· Der Ring 24 besitzt einen Kupfer-Rohranschluß 26. Ein konzentrischer Ring 26 ist am Ring 24 befestigt und mit dem keramischen Teil 10 verlötet. Ein Ring 29 wird mit dem Kovar-Ring 24 verlötet und die Ringe 28 und 29 werden an ihren äußeren Enden durch Schutzgas-Schuieißung verbunden·

Ein parabolischer Reflektor 30 besitzt eine axiale öffnung und wird an einer Innenkante des Kovar-Ringes 24 festgelötet. Der Reflektor hat einem Metallboden mit einem sehr dünnen Gold-, Silber- oder Platinbelag. Die Geometrie des Reflektors verursacht eine Strahlenstreuung, die auf nur 1 bis 2 begrenzt ist.

Die eine Seite eines Metallbauteiles aus Kovar in Form eines Rohres 32 ist an den Rand der Reflektoröffnung angelötet« Die andere Seite des Kovar-Rohres 32 ist mit dem äußeren Rand einer Kappe 34 verschweißt. Innerhalb der Kappe 34 ist ein scheibenförmiger keramischer Einsatz 36 verlötet. Der Einsatz besitzt eine Öffnung koaxial mit der Reflektoröffnung. Eine Elektrode 38 iuird durch die Öffnung des Einsatzes 36 eingeführt und mittels eines Dichtringes 40 an ihm befestigt} damit ist das Lampengehäuse vervollständigt.

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Ein liliderstandsheizdraht 42 wird um einen Teil der Elektrode 38 gewickelt. Ein End» des tüiderstandsheizdrahtea wird an der Elektrode befestigt, das andere Ende am Kovar-Rohr 32. Auf diese U/eise dienen sowohl die Elektrode 38 als auch das Kovar-Rohr 32, ebenso wie der Flansch 14, als von außen zugänglicher Anschluß für die Lampenelektroden.

Die in das Lampengehäuse hineinragende Elektrode 38 ist in ein Bogenrohr eingeführt. Dieses Bogenrohr besteht aus einer transparenten Saphir-Röhre 44, welche an beiden Seiten durch Kappen 46 dicht verschlossen ist· Die Kappen werden vorzugsweise aus Niob gefertigt· Gegenüber der Elektrode 38 ist koaxial innerhalb des Bogenrohres die Elektrode 48 angeordnet, welche durch eine der beiden Kappen 46 eingeführt u/ird« Der Abstand zwischen dsn beiden Elektroden be» stimmt die Bogenlänge, welche annähernd dem Durchmesser der Elektroden entsprechen soll. Durch ihren geometrischen Aufbau fällt die Lampe unter die Kategorie der Kurzbogenlampen·

Das Bogenrohr wird mit Cäsium, Natrium, Kalium oder Rubidium gefüllt. Diese alkalischen metalle befinden sich bei Raumtemperatur im flüssigen Zustand. Werden die Metalle erhitzt, so gehen sie in den dampfförmigen Zustand über} dabei bildet sich ein typischer Druck von etwa 10 Atmosphären.

Das eine Ende der Elektrode 48, das sich außerhalb des Bogenrohres, aber innerhalb des Lampengehäuses befindet, ist durch eine Lötverbindung an 3 bogenförmigen Stützen 50 befestigt· Diese Stützen 50 werden zweckmäßigerweise aus Kouar oder Molybdän hergestellt. Die freien Enden dieser Stützen 50 sind am Ring 12 angelötet, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen Elektrode 48 und Flansch 14 entsteht. Die Bogenform der Stützen 50 gewährleistet einen Spannungsausgleich während des Betriebes der Lampe bei hohen Temperaturen.

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Nach dem Zusammenbau wird das Gehäuse mit Hilfe des KupferrohranschluQes 26 evakuiert. Letzterer wird dann dicht verschlossen· Das Gehäuse kann wahlweise mit einem Inertgas gefüllt werden.

Die beschriebene Metalldampf bogenlampe* eignet sich vorzüglich als intensive Infrarot-Strahlungsquelle im Spektralbereich von 7500 bis 12000 A. Die Tatsache, daß das mit metalldampf gefüllte Bogenrohr bei hohen Temperaturen, welche wiederum hohe Dampfdrücke erzeugen, arbeiten kann, bietet den erheblichen Vorteil einer Verstärkung der infraroten Strahlung unter Verzicht auf eine totale Lichtemission, So wird bei einer verborgenen Quelle weniger sichtbare Strahlung erzeugt und mehr Energie in infrarote Strahlung umgewandelt*

- Patentansprüche -

ORIGINAL INSPECTED

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Claims (8)

Patentansprüche

1. metalldampf-Bogenlampe mit einem Gehäuse, das einen an beiden Enden mit Verschlußteilen vakuumdicht verschlossenen keramischen zylindrischen Teil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse ein abgedichtetes Bogenrohr (44,46) angeordnet ist, das ein ionisierbares Fluid ausgewählt aus der Gruppe der aus Cäsium, Natrium, Kalium und Rubidium bestehenden Alkalimetalle - enthält und in das im Abstand voneinander endende, den Bogenspalt definierende Elektroden (38,48) eingeführt sind, und daß eine Heizeinrichtung (42) für die Erhitzung des Fluids und damit zur Ermöglichung der Ionisierung desselben mittels einer über dem Bogenspalt angelegten Spannung und damit zur Zündung der Lampe vorgesehen ist.

2· Ifletalldampf-Bogenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung einen im Abstand um einen Teil mindestens einer der Elektroden (38) angeordneten elektrischen Widerstand (42) umfaßt.

3. Ifletalldampf-Bogenlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (42) elektrisch und mechanisch mit der Elektrode (38) verbunden ist.

4. Ifletalldampf-Bogenlampe nach Anspruch 1:, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenrohr eine Saphirröhre (44) und mit einer Öffnung vers.ehene, an den Enden der Saphirröhre abgedichtet befestigte Kappen (46) aus Niob umfaßt.

5. Wetalldampf-Bogenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Verschlußteile ein für Infrarotstrahlung durchlässiges optisches Fenster (20) umfaßt·

6. Rletalldampf-Bogenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden (38) durch das Gehäuse ragt.

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7. lYletalldampf-Bogenlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der VerschluQteile ein erstes lYletallbauteil (12) und das optische Fenster (20) umfaßt, daß das andere Verschlußteil ein zweites Metallbauten (32) und einen mit einer Öffnung versehenen dielektrischen Einsatz (36) umfaßt, durch dessen Öffnung sich die erste Elektrode (38) in das Bogenrohr (44) erstreckt, daß die zweite Elektrode (48) elektrisch und mechanisch innerhalb des Gehäuses mit dem ersten ffletallbauteil (12) verbunden ist, und daß die Heizeinrichtung

(42) elektrisch mit dem'zu/eiten lYletallbauteil (32) gekoppelt ist.

8. Metalldampf-Bogenlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Metallbauten sin zu der ersten Elektrode (38) koaxiales Rohr (32) ist zur Ausbildung eines zweipoligen Steckkontaktstiftes,

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