DE3715375C1 - Wasserstoff-Entladungslampe - Google Patents
Wasserstoff-EntladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wasserstoff-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus
Quarzglas und einem darin angeordneten, Anode und Kathode enthaltenden
Gehäuse mit Strahlaustrittsfenster, wobei die Kathode als Emittermaterial
ein Gemisch von Erdalkalioxiden aufweist.
Unter dem Begriff Wasserstofflampen sollen gemäß der Erfindung Gasentladungs
lampen verstanden werden, die entweder mit Wasserstoff oder Deuterium oder
einem Gemisch beider gefüllt sind.
Eine mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas gefüllte Gasentladungslampe mit
einem Lampenkolben aus Quarzglas sowie einem darin befindlichen Gehäuse ist
aus der DE-OS 14 89 350 bekannt. Das Gehäuse enthält eine Anode, eine Kathode
und ein Strahlaustrittsfenster; die Kathode ist mit Aktivierungsmaterialien
versehen.
Weiterhin ist aus der DE-AS 10 42 115 eine wassergekühlte Wasserstoff
entladungslampe mit einem Quarzglaskolben bekannt, wobei deren Kathode aus
einer Wolframwendel besteht, die mit bekannten Emittermaterialien aus
Erdalkalioxiden oder Gemischen aus Erdalkalioxiden versehen ist.
Im Vergleich zu ihrer Anfangsintensität erfahren Wasserstofflampen mit Quarz
glaskolben im Laufe ihrer Betriebszeit einen Intensitätsverlust, der im
wesentlichen auf eine Abnahme der Kolbentransmission zurückzuführen ist. Diese
Transmissionsabnahme wird hervorgerufen insbesondere durch von der Kathode
stammendes Emittermaterial, wie beispielsweise Barium, Strontium, Kalzium, das
sich an der Kolbeninnenwand niederschlägt. Das Material diffundiert in das
Quarzglas hinein und reagiert chemisch mit diesem. Hierdurch wird die hohe
UV-Strahlungsdurchlässigkeit des reinen Quarzglases, insbesondere im Wellen
längenbereich unterhalb 250 nm, stark reduziert.
Als Lebensdauer einer Wasserstofflampe wird im allgemeinen die Zeitdauer
definiert, in der sie betrieben werden kann, bis bei einer vorgegebenen
Wellenlänge ihre Restintensität auf 50% gegenüber ihrer Anfangsintensität
abgesunken ist. So beträgt die Lebensdauer bei einer Wellenlänge von 230 nm
bei Lampen mit herkömmlicher Kathodenkonstruktion ca. 750 Stunden.
Aus der US-PS 39 56 655 ist eine mit Wasserstoff oder Deuterium gefüllte
Entladungslampe bekannt, bei der Borosilikatglas als Kolbenmaterial verwendet
wird, wobei eine um den Faktor 2 längere Lebensdauer im vorgegebenen Wellen
längen-Bereich erzielt wird. Diese längere Lebensdauer beruht auf der chemisch
gesehen höheren Resistenz von Borosilikatglas gegenüber Erdalkalien, als es
bei Quarzglas der Fall ist. Die gegenüber Quarzglas geringere UV-Durchlässig
keit des Borosilikatglases muß hier durch eine verringerte Wandstärke
kompensiert werden. Dies geschieht entweder durch ringförmiges Dünnziehen oder
tubusförmiges Ausblasen des Glaskolbens.
Es ist hier ein zusätzlicher mechanischer Aufwand notwendig. Weiterhin besteht
aufgrund der verringerten Wandstärke eine erhöhte Bruchgefahr.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Lebensdauer von Wasserstofflampen
zu verbessern, die einen Lampenkolben aus Quarzglas aufweisen; dabei soll die
Transmission des Lampenkolbens im Wellenlängenbereich von <300 nm um weniger
als 15% reduziert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Blende flächenhaft ausgebildet;
sie wird von mit dem Lampengehäuse verbundenen Abstandsstäben gehalten. Ihre
lichte Öffnung ist größer als die des Strahlaustrittsfensters des Gehäuses.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die Blende bei ver
schiedenartigen Kolbenmaterialien anwendbar ist; bei zu hoher Strahlungs
intensität kann diese durch geeignete Wahl der Stärke der Blende angepaßt
werden; durch Einsatz von Blenden mit speziellen Transmissionseigenschaften
kann das Spektrum von Wasserstofflampen verändert werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, die erfindungsgemäße Lampe aufgrund
ihres Quarzglaskolbens in einem Umfeld höherer Temperaturen einsetzen zu
können, insbesondere bei Hochtemperatureinsätzen, wie sie z. B. in Abgas
systemen, Testsystemen oder Schornsteinen erforderlich sein können.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Wasserstofflampe mit einer Blende, deren Ebene
senkrecht zu der Achse des austretenden Lichtstrahls angeordnet ist;
Fig. 2 zeigt eine Wasserstofflampe mit einer teilweise reflektierenden Blende.
Gemäß Fig. 1 befindet sich im Bereich der Achse 1 des aus Quarzglas bestehen
den zylindrischen Lampenkolbens 2 das aus Anode und Kathode bestehende
Elektrodensystem im Gehäuse 3, wobei zur Erzielung einer möglichst hohen
Strahldichte zwischen den Elektroden ein Formkörper aus hochschmelzendem
Metall, wie z. B. Molybdän, angeordnet ist. Der Öffnungswinkel der emittierten
Strahlung liegt z. B. im Bereich von 30-40°; der Lichtstrahl verläuft entlang
der Achse 10.
Vor dem Strahlaustrittsfenster 4 des Gehäuses 3 ist eine Blende 5 mit einer
Öffnung 6 angeordnet, die einen Filter 7 enthält. Der Rahmen der Blende 5 ist
über Abstandsstäbe 8 mit dem Gehäuse 3 des Elektrodensystems mechanisch fest
verbunden, wobei durch die Öffnung 6 die Achse 10 verläuft.
Als Filter wird eine dünne Scheibe aus Borosilikatglas eingesetzt. Ihre Stärke
beträgt ca. 0,14 mm. Durch diese dünne Scheibe wird die Durchlässigkeit für
die Strahlung nur geringfügig reduziert. Diese Scheibe verhindert, daß die
abgedampften Emittermaterialien auf die Innenseite des Quarzkolbens im Bereich
des Strahlaustritts gelangen. Hierdurch wird eine Reaktion zwischen Quarz und
den Erdalkalien, die zur Reduzierung der optischen Durchlässigkeit im kurz
welligen UV führt, verhindert. Das Borosilikatglas selbst ist gegen diesen
Einfluß resistent. Hieraus resultiert eine geringere Abnahme der UV-Strahlung
während des Betriebes und somit eine längere Lebensdauer.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß
Fig. 1 wird als Blende eine Linse aus Borosilikatglas eingesetzt, durch
welche die austretende Strahlung fokussiert wird.
Gemäß Fig. 2 bildet das Lot auf der Ebene der Blende 5 mit der Achse 10 des
austretenden Lichtstrahls einen Winkel von 45°, wobei sich die vom Nieder
schlag betroffene Fläche der Blende 5 um den Faktor 1,4 vergrößert, so daß die
vom Niederschlag erzeugte Reduzierung der Transparenz pro Flächeneinheit
geringer ist als bei einem Winkel von 0° zwischen dem Lot der Blendenebene und
der Achse des austretenden Lichtstrahls.
Darüber hinaus wird ein Teil der emittierten Strahlung gegenüber der Haupt
strahlungsrichtung 10 um 90° abgelenkt. Die reflektierte Strahlung ist mit dem
Bezugszeichen 11 symbolisch dargestellt.
Die reflektierte Strahlung wird seitlich aus dem Lampenkolben herausgeführt,
sie dient zur Aufspaltung des austretenden Lichtstrahls in Referenzstrahlung
und Meßstrahlung, wie sie z. B. bei Zweistrahl-Photometern erforderlich ist;
weiterhin ist es möglich, die Strahlungsintensität mit Hilfe des reflektierten
Strahls über die Lampenstromversorgung zu regeln.
Da die der Entladung abgekehrte Seite des optischen Elements ebenfalls eine
reflektierende Oberfläche aufweist, ist es möglich, einen externen Lichtstrahl
in den Strahlengang der Entladungslampe einzukoppeln, so daß sich die Möglich
keit einer Erweiterung des Spektralbereiches bzw. einer Erhöhung der Intensi
tät vorgegebener Spektralbereiche ergibt.
Claims (12)
1. Wasserstoff-Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas und
einem darin angeordneten, Anode und Kathode enthaltenden Gehäuse mit
Strahlaustrittsfenster, wobei die Kathode als Emittermaterial
ein Gemisch von Erdalkalioxiden aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß als Emittermaterial Mischoxide aus Barium, Kalzium und
Strontium dienen und daß zwischen der Innenseite des Lampenkolbens (2) und
dem Strahlaustrittsfenster des Gehäuses (3) eine für UV-Licht durchlässige
Blende (5) angeordnet ist, deren strahlendurchlässiger Bereich wenigstens
auf seiner der Entladung zugekehrten Seite eine Oberfläche aus
Borosilikatglas und/oder glasartigem Aluminiumoxid aufweist.
2. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der strahlungsdurchlässige Bereich der Blende (5) flächenhaft ausgebildet
ist und wenigstens die Größe des Strahlaustrittsfensters (4) aufweist.
3. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Blende (5) über Abstandsstäbe (8) mit dem Lampenge
häuse (3) verbunden ist.
4. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Lot auf der Ebene der Blende (5) mit der Achse (10) des austretenden
Lichtstrahles einen Winkel im Bereich von 35-55° bildet.
5. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Blende (5) aus Quarzglas besteht, das auf wenigstens einer Seite bis
zu einer Stärke von 1 µm eindiffundiertes Boroxid enthält.
6. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Blende (5) aus Borosilikatglas besteht.
7. Wasserstoff-Entladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) als Scheibe mit plan
parallelen Flächen ausgebildet ist.
8. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die planparallelen Flächen gegenüber der Strahlaustrittsrichtung geneigt
sind.
9. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die planparallelen Flächen mit der Strahlaustrittsrichtung einen spitzen
Winkel bilden.
10. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Blende (5) eine Stärke im Bereich von 0,08 bis 1 mm aufweist.
11. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die der Entladung zugekehrte Seite der Blende (5) eine wenigstens teil
weise reflektierende Oberfläche aufweist.
12. Wasserstoff-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Blende (5) als Linse ausgebildet ist.
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