Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Entladungslampe. Derartige Lampen werden beispielsweise für fotooptische Zwecke wie Projektionstechnik, Belichtung von Halbleitern, Här- ten mit UV-Strahlung usw. aber auch für die Allgemeinbeleuchtung, Bühnen- und Architekturbeleuchtung etc. eingesetzt .

Stand der Technik

Derartige Lampen weisen ein mit einem Entladungsmedium, beispielsweise einem Edelgas - mit oder ohne Quecksilber- zusatz und eventuell weiteren Füllungszusätzen -, gefülltes Entladungsgefäß auf. Innerhalb des Entladungsgefäßes sind zwei sich gegenüber stehende Elektroden angeordnet, die jeweils durch einen koaxial zu der jeweiligen Elektrode angeordneten Lampenschaft gestützt sind. Im Lampen- schaft ist auch eine gasdichte Stromdurchführung für die elektrische Verbindung zwischen äußeren Stromanschlüssen und den Elektroden vorgesehen. Bei diesem Abdichtungsabschnitt des Lampenschaftes kann es sich beispielsweise um eine Stufeneinschmelzung mittels Übergangsgläser (Stab- einschmelzung; engl. „Graded Seal") handeln. Aber auch andere Lampendichtungstechnologien, beispielsweise eine Foliendichtung mittels Folieneinschmelzung oder Folienquetschung werden bei derartigen Lampen verwendet.

Insbesondere bei Lampen hoher Leistung, etwa im Kilowatt- oder Multikilowatt-Bereich, ist die dauerhafte gasdichte

Anordnung der Elektroden aufgrund ihrer zunehmenden Masse eine Herausforderung. Bereits beim Transport derartiger Lampen können durch Stoßeinwirkung an den die massiven Elektrodenköpfe tragenden Elektrodenstäbe Schwingungen auftreten, die zu einer Schädigung des Lampenschafts mit vorzeitiger Undichtigkeit oder Lampenbruch führen können. Diese Problematik verschärft sich noch im Falle einer für Gleichstrom (DC) vorgesehenen Lampe an dem anodenseitigen Lampenschaft, da die Anode besonders massiv ausgeführt sein muss. Hinzu kommt, dass die für die massiven Elekt- rodenköpfe notwendigen Elektrodenstäbe einer relativ große Temperaturwechselbeanspruchung während der Hochlaufphase bzw. nach dem Abschalten der Lampe ausgesetzt sind. Dies verkompliziert die Zentrierung und Führung der Elektrodenstäbe, da eine mechanische Kraft- bzw. Span- nungsübertragung auf die Lampenschäfte vermieden werden muss. Andernfalls können Spannungsbrüche entstehen.

Dokument WO 2008/006759 offenbart eine Kurzbogen- Entladungslampe, bei der die Elektrodenstäbe mit Hilfe eines Verengungsabschnitts in den Lampenschäften zent- riert bzw. geführt ist. Der Verengungsabschnitt umgibt den Elektrodenstab eng aber lose. Dadurch können sich bei Erschütterungen der Lampe, beispielsweise beim Transport, Schwingungen des Elektrodenstabes auf den Verengungsabschnitt übertragen und zu Schädigungen führen (Eigenreso- nanz) . Durch wechselnde Temperaturausdehnungen des Elektrodenstabs kann es außerdem im Verengungsabschnitt zu Reibungen mit der Innenwand des Lampenschafts und in der Folge zu dessen Schädigung kommen. Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kurz- bogen-Entladungslampe mit einer verbesserten Anordnung der Elektroden anzugeben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, die Stoß- und Vibrationsfestigkeit im Be- reich der Lampenschäfte zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kurzbogen- Entladungslampe mit einem Lampengefäß, das ein ein Entladungsmedium umschließendes Entladungsgefäß und zwei sich jeweils an gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes koaxial erstreckende Lampenschäfte umfasst, zwei äußeren Stromzuführungsabschnitte, die sich aus jeweils einem der Lampenschäfte heraus nach Außen erstrecken, zwei Elektroden, die jeweils aus einem Elektrodenstab und einem Elektrodenkopf bestehen, wobei die Elektrodenstäbe ent- lang der Lampenschäfte derart angeordnet sind, dass sich die beiden Elektrodenköpfe innerhalb des Entladungsgefäßes gegenüberstehen, je einem Abdichtungsabschnitt in jedem der beiden Lampenschäfte, wodurch eine gasdichte Stromdurchführung zwischen den beiden äußeren Stromzufüh- rungsabschnitten einerseits und den beiden Elektroden andererseits gebildet ist, je einem Verengungsabschnitt in jedem der beiden Lampenschäfte, der zwischen dem jeweiligen Abdichtungsabschnitt und dem Elektrodenkopf der zugehörigen Elektrode angeordnet ist, wobei der Verengungsab- schnitt den Elektrodenstab eng umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verengungsabschnitt eines Lampenschafts und dem Elektrodenstab zumindest einer Elektrode ein Dämpfungs-Führungs-Element angeordnet ist. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass sich mit Hilfe eines Dämpfungs-Führungs-Elements um den Elektro- denstab im Bereich des Verengungsabschnitts eines Lampenschaftes die Stoß- und Vibrationsfestigkeit einer Kurzbo- gen-Entladungslampe deutlich erhöhen lässt.

Durch das Dämpfungs-Führungs-Element wird zum einen eine Dämpfung des Elektrodenstabs bei Stoßeinwirkung und damit eine Erhöhung der Bruchfestigkeit des Lampenschaftes erzielt. Die Dämpfung wird unter anderem durch die Formgebung und die Materialbeschaffenheit des Elements sowie dessen geeignet bemessene axiale Ausdehnung bewirkt. Dabei wird das Ziel verfolgt, bei Erschütterung der Lampe die im Stand der Technik eng begrenzte lokale Stoßwirkung des Elektrodenstabs auf eine größere Fläche zu verteilen, um damit Schädigungen der Lampenschaftwand zu vermeiden oder zumindest deutlich zu verringern. Deshalb sollte das Dämpfungs-Führungs-Element den Elektrodenstab in ausrei- chender Länge umgeben, vorzugsweise über die gesamte Länge des Verengungsabschnitts. Außerdem ist das Element vorzugsweise rotationssymmetrisch. Dadurch kann auch eine gute Führung des Elektrodenstabs bewirkt werden, wenn sich dessen Länge bei wechselnder Temperatur, beispiels- weise während des Hochlaufzyklus der Lampe, gegenüber dem Material des Lampenschaftes, üblicherweise Quarzglas, stark ändert. Die dabei auftretenden Relativbewegungen zwischen Elektrodenstab und Lampenschaftwand führen so nicht mehr zu einem Reiben des Elektrodenstabs an der Lampenschaftwand und der möglichen Schädigung deren Oberfläche mit der Folge eines vorzeitigen Lampenschaftbru- ches. Vielmehr wird der Elektrodenstab von dem Dämpfungs- Führungs-Element geführt, d.h. es findet im Verengungsabschnitt keine unmittelbare Berührung zwischen Elektrodenstab und Lampenschaftwand mehr statt.

Das Dämpfungs-Führungs-Element wird zunächst auf dem Elektrodenstab angeordnet und in die vorgesehene Position gebracht. Danach wird der Elektrodenstab samt Dämpfungs- Führungs-Element in den Lampenschaft eingebracht und der Verengungsabschnitt ausgebildet. Da dazu das Material des Lampenschaftes auf Erweichungstemperatur erhitzt werden muss, eignen sich für das Dämpfungs-Führungs-Element insbesondere Metalle mit ausreichend hohem Schmelzpunkt, also beispielsweise Wolfram oder Molybdän.

Bevorzugt ist das Dämpfungs-Führungs-Element als Draht- wendel ausgeführt, die zumindest längs eines Teils des Verengungsabschnitts auf den Elektrodenstab gewickelt oder in anderer Weise aufgebracht, beispielsweise vorgewickelt und aufgesteckt ist. Außerdem ist vorzugsweise zumindest zwischen zwei benachbarten Windungen der Draht- wendel ein Abstand vorgesehen. Dadurch kann beim Verengen des Lampenschaftes etwas von dessen Material zwischen die Windungen dringen und dadurch eine axiale Fixierung der Drahtwendel erreicht werden. Damit wird verhindert, dass die Drahtwendel auf dem Elektrodenstab verrutscht oder bei Temperaturausdehnung mit dem Elektrodenstab mitwandert, was wiederum zu einer unerwünschten Reibung an der Lampenschaftwand und folglich deren Schädigung führen würde .

Alternativ hat sich als Dämpfungs-Führungs-Element auch eine Folie bewährt, die zumindest längs eines Teils des Verengungsabschnitts den Elektrodenstab manschettenartig umgibt. Dazu wird die Folie entweder um den Elektrodenstab gewickelt oder vorgefertigt - beispielsweise in der Art einer Manschette - und über den Elektrodenstab ge- schoben. Vorzugsweise weist die Folie eine Prägung auf, beispielsweise Noppen oder ähnliches, die in Richtung zu der die Folie umgebenden Lampenschaftwand erhaben ist. Dadurch wird erreicht, dass während der Verengung des Lampenschaftes die erhabene Prägung in das während dieser Fertigungsphase erwärmte und erweichte Material der Lampenschaftwand eindringen kann und so zu einer vergleichbaren axialen Fixierung führt wie im Fall der Drahtwendel. Zur Verbesserung der Dämpfungswirkung kann es vorteilhaft sein, ergänzende Erhebungen auf der dem Elektro- denstab zugewandten Seite anzubringen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kur zbogen-Entladungslampe für DC Betrieb in einer teilgeschnittenen Längsan- sieht,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt I des Verengungsabschnitts der Lampe aus Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Kurzbogen-Entladungslampe für AC Betrieb in einer teilgeschnittenen Längsan- sieht, Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt II der alternativen Ausführung des Verengungsabschnitts der Lampe aus Fig. 3 im Längsschnitt.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Nachfolgend sind gleiche oder gleichartige Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kurzbogen- Entladungslampe 1, die für Projektionszwecke vorgesehen ist und eine Leistungsaufnahme von 4000 W hat. Es handelt sich dabei um eine mit Xenon gefüllte Edelgas-Kurzbogen- Entladungslampe . Die Lampe 1 ist für DC Betrieb vorgesehen und weist dafür eine Kathode 2 und eine Anode 3 auf. Diese beiden Elektroden 2, 3 sind innerhalb eines aus Quarzglas bestehenden im wesentlichen ellipsoiden Entla- dungsgefäßes 4 einander im Abstand von ca. 7 mm gegenüberstehend angeordnet und definieren so eine Lampenlängsachse A. Kathode 2 und Anode 3 weisen jeweils einen Elektrodenkopf 21 bzw. 31 und einen Elektrodenstab 22 bzw. 32 auf. Kopf und Stab sind hier jeweils separate Teile, die ineinander gesteckt sind, können aber auch aus einem einzigen Teil gefertigt sein. Die Elektrodenstäbe 22, 32 erstrecken sich in je einen im wesentlichen kreiszylindrischen länglichen Lampenschaft 5, 6. Die beiden Lampenschäfte 5, 6 sind koaxial an den beiden Enden des Entladungsgefäßes 4 angesetzt und sind an ihren jeweiligen Ende mit einer Sockelhülse 7, 8 versehen. Unter den Sockelhülsen 7, 8 weist jeder der beiden Lampenschäfte 5, 6 je einen Abdichtungsabschnitt auf (in dieser Darstellung nicht erkennbar) , der hier als Stabeinschmelzung, d.h. Stufeneinschmelzung mittels Übergangsgläser (engl. „Graded Seal") ausgebildet ist. Zwischen Abdichtungsabschnitt und Elektrodenkopf 21, 31 ist jeweils ein Verengungsabschnitt 9, 10 vorgesehen, wo das Glas des Lampenschaftes den jeweiligen Elektrodenstab eng umgibt, um die beiden Elektroden 2, 3 auch in horizontaler Lage der Lampe 1 koaxial ausgerichtet zu halten. Im folgenden wird auch Bezug auf die Figur 2 genommen, die den Bereich I des Verengungsabschnitts 10 in vergrößerter Darstellung zeigt. Im diesem Bereich ist auf dem Elektrodenstab 22 eine Drahtwendel 11 aus Wolfram angeordnet, die als Dämpfungs-Führungs-Element fungiert. Die Windungen der Drahtwendel 11 wendein sich also zwischen der Oberfläche des Elektrodenstabs 22 und der Innenfläche des diesen Bereich eng umgebenden Lampenschaftes 6. Die Drahtwendel 11 hat einen Drahtdurchmesser von 0,6 mm, eine Wendelsteigung von 1,6 mm und eine Länge L von 24 mm. Die erste Windung der Drahtwendel 11 hat einen Innendurchmesser von 5,35 mm, für den Rest beträgt der Innendurchmesser 5,7 mm. Bei der Montage wird die Drahtwendel 11 auf den Elektrodenstab 22, dessen Außendurchmesser 5,5 mm beträgt, aufgedreht. Die erste engere Windung gewährleistet in dieser Phase der Lampenfertigung einen sicheren Halt auf dem Elektrodenstab. Außerdem ist die Drahtwendel 11 so orientiert, dass sich die erste engere Windung vorzugsweise an dem vom Elektrodenkopf abgewandten Ende befindet. Dadurch kann der Rest der Drahtwendel im vorderen Bereich gegebenenfalls Stöße besser dämpfen. Danach wird der Elektrodenstab 22 samt Drahtwendel 11 in den Lampenschaft 6 eingebracht und der Verengungsabschnitts 10 durch Erhitzen des Lampenschaftes 6 in diesem Bereich und anschließendem „Einrollen", d.h. Andrücken einer Formrolle an den rotierenden Lampenschaft, ausgebildet. Dabei wird ein wenig von dem geeignet heißen und dadurch zähen Quarzglas zwischen die einzelnen Windungen der Drahtwendel 11 gequetscht, wodurch die Drahtwendel 11 in diesem Verengungsabschnitt 10 des Lampenschaftes 6 zumindest axial fixiert ist. Dadurch ergibt sich für den Elektrodenstab 22 eine axiale Führung bei Wärmeausdehnung im Lampenbetrieb. Eine Reibung des Elektrodenstabes an der Lampen s cha ftwand wie im Stand der Technik wird dadurch vermieden. Die Dämpfung des Elektrodenstabs 22 bei Stoßbelastung wird durch die ca. 14 Windungen bewirkt, die gegebenenfalls einen Stoß auf die gesamte Wendel verteilen und so eine lokale Schädigung des Lampenschaftes weitgehend verhindern. In dem gegenüberliegenden anodenseitigen Lampenschaft 5 sind die Verhältnisse entsprechend. Aufgrund der größeren Masse des Anodenkopfes sind die vorbeschriebenen Effekte und vorteilhaften Wirkungen der Erfindung hier sogar besonders ausgeprägt. An den Enden beider Lampenschäfte 5, 6 ragen je ein äußerer Stromzuführungsabschnitt 15, 16 heraus, die bei der verwendeten Stabeinschmelzung hier durch die Enden der Elektrodenstäbe 22, 32 gebildet sind.

Stoßtests haben gezeigt, dass sich mit Hilfe der vorge- nannten Wolfram-Wendel die Bruchfestigkeit dieser Lampen von typisch bis zu ca. 40 g (g = Erdbeschleunigung bzw.

Gravitationsfeldstärke) auf zwischen ca. 50 g bis 60 g erhöhen lässt. Letzteres entspricht einer ungefähren

Fallhöhe der Lampe in der Transportverpackung von 260 cm bis 320 cm gegenüber bisher typisch 160 cm bis 200 cm. Die Wanddicke im Verengungsabschnitt der Lampenschäfte betrug in beiden Fällen ca. 3,8 mm.

Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kurzbogen- Entladungslampe 40, die für AC Betrieb ausgelegt ist. Aus diesem Grund sind hier die beiden Elektrodenköpfe 41, 42 gleich. Ansonsten unterscheidet sich die Lampe in Fig. 3 von jener in Fig. 1 nur noch durch eine alternative Ausführung des für den Verengungsabschnitt vorgesehenen Dämpfungs-Führungs-Elements . In diesem Zusammenhang wird im folgenden auch auf die Figur 4 Bezug genommen, die den Bereich II des Verengungsabschnitts 10 in vergrößerter Darstellung zeigt. Dabei handelt es sich um eine zu einer Manschette geformten Folie 44 aus Molybdän. In die Folie 44 sind Noppen 45 eingeprägt, die sich in Richtung zur umgebenden Wand des Lampenschafts 6 erheben. Die Manschette 44 wird zunächst über den Elektrodenstab 22 geschoben und alles zusammen in den Lampenschaft 6. Während der Einrollung des Verengungsabschnitts 10 ist das erhitzte Quarzglas des Lampenschafts 6 in diesem Bereich weich, so dass sich die Noppen 45 etwas in die Schaftwand eindrücken können. Dadurch wird eine ähnliche Fixierung in Achsrichtung erzielt, wie im vorherigen Fall mit der Drahtwendel (Fig. 1 und 2) . Außerdem bewirken die Noppen 45 eine Dämpfung des Elektrodenstabs 22 bei Stoßeinwirkung. Der Dämpfungseffekt kann noch verstärkt werden, wenn zusätzlich in Richtung zum Elektrodenstab hervortretende Noppen eingeprägt sind (nicht dargestellt) .

Bei einem Bruchtest wurde bei einer Kurzbogen- Entladungslampe mit genoppter Molybdän-Folie im Veren- gungsabschnitt eine Bruchfestigkeit von 70 g (Stoßrichtung senkrecht zur Lampenlängsachse) , entsprechend einer ungefähren Fallhöhe von 380 cm ermittelt. Die Wanddicke im Verengungsabschnitt der Lampenschäfte betrug in diesem Fall ca . 3,7 mm.

Mit einer Kombination aus federnder Drahtwendel und Folie im Verengungsabschnitt kann unter Umständen eine weitere Verbesserung erzielt werden.