SEITZ, Wolfgang (Wolfsdrossel 1, Eichstätt, 85072, DE)
NIEDERMEIER, Peter (Frauenschuhstraße 17, München, 80995, DE)
SEITZ, Wolfgang (Wolfsdrossel 1, Eichstätt, 85072, DE)
| Ansprüche Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsschalt- funkenstrecke (1) mit folgenden Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines länglichen Gefäßes (2), geeignet für eine Lampe eines Lampentyps, wobei das längliche Gefäß (2) an seinen beiden Enden zunächst noch offen ist, - Bereitstellen von zwei Stromzuführungssystemen (6, 8; 7, 9), geeignet für diesen Lampentyp, - Bereitstellen von zwei Elektroden (10; 11) und Verbinden der Elektroden (10; 11) mit je einem Stromzuführungssystem (6, 8; 7, 9), - Anordnen der Elektroden (10; 11) einschließlich der Stromzuführungssysteme (6, 8; 7, 9) diametral in dem länglichen Gefäß (2), - Verbinden der beiden Stromzuführungssysteme (6, 8; 7, 9) mit jeweils einem Ende des länglichen Gefä¬ ßes (2) mittels gasdichter Stromdurchführungsab¬ schnitte, - Füllen des Gefäßes (2) mit einem Inertgas oder Inertgasgemisch und Verschließen des Gefäßes (2). 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Lampentyp eine längliche Halogenglühlampe zugrunde gelegt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die gasdichten Stromdurchführungsabschnitte jeweils eine Fo¬ liendichtung verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die beiden Stromzuführungssysteme (6, 8; 7, 9) jeweils eine Molybdänfo¬ lie (6; 7) umfassen und wobei die beiden Molybdänfo¬ lien (6; 7) jeweils in einer der Foliendichtungen gasdicht eingequetscht werden. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Lampentyp eine längliche Entladungslampe, insbesondere Xenon- Entladungslampe, zugrunde gelegt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei für die gasdichten Stromdurchführungsabschnitte jeweils eine Stufeneinschmelzung mittels Übergangsgläser verwendet wird . 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Inertgasfüllung Stickstoff und/oder ein Edelgas oder Edelgasgemisch verwendet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Befüllen des Gefäßes mit der Inertgasfüllung mittels an dem Gefäß angesetztem Pumprohr erfolgt. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (10; 11) stabförmig sind. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gefäß (2) aus Glas, bevorzugt Quarzglas, be¬ steht . 11. Hochspannungsschaltfunkenstrecke (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem länglichen Gefäß (2), darin angeordneten zwei Elektroden (10; 11), die jeweils mit einem Stromzuführungssystem (6, 8; 7, 9) verbunden sind, wobei die beiden Stromzuführungssysteme (6, 8 ; 7, 9) mit je einem Ende des Gefäßes (2) mittels gas¬ dichter Stromdurchführungsabschnitte verbunden sind. |
Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsschaltfunkenstrecke
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsschaltfunkenstrecke. Insbesondere betrifft sie eine Hochspannungs- schaltfunkenstrecke für eine Schaltungsanordnung zum Zünden von Hochdruck-Entladungslampen, insbesondere Edelgas- Entladungslampen wie sie beispielsweise für die Kinopro ¬ jektion verwendet werden oder auch Metallhalogenid- Entladungslampen für die Filmindustrie. Dabei wird eine ausreichend hohe Hochspannung an die Schaltfunkenstrecke gelegt, üblicherweise über einen Hochspannungskondensator. Beim Erreichen der Durchbruch- spannung schaltet die Schaltfunkenstrecke durch und legt die Hochspannung direkt oder über einen Tesla- Transformator an die Stromzuführungen bzw. die Elektroden der Hochdruck-Entladungslampe.
Je nach Hochdruck-Entladungslampentyp und Zündschaltungs- typ sind unterschiedlich hohe Zündspannungen erforderlich, bei Edelgas-Entladungslampen bis zu typisch 40 kV oder mehr. Diese relativ hohen Zündspannungen - für kalte und insbesondere für heiße Edelgas-Entladungslampen - werden durch die Edelgasfüllung, beispielsweise nur Xenon oder Edelgasgemische, verursacht.
Stand der Technik
Für Schaltungsanordnungen zum Zünden von Hochdruck- Entladungslampen werden bisher kommerziell erhältliche Schaltfunkenstrecken, beispielsweise von der Firma EPCOS, verwendet. Die maximal verfügbare Durchbruchspannung be ¬ trägt derzeit 5,5 kV. Für eine Durchbruchspannung von beispielsweise 20 kV sind also schon vier dieser Schalt- funkenstrecken in Serie zu schalten, da die tatsächliche Summenspannung etwas geringer ist als die rechnerische Summenspannung. Ein weiterer Nachteil ist, das sich die Toleranzen der einzelnen Schaltfunkenstrecken auf die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Schaltverhaltens der gesamten Serienschaltung auswirken.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hoch- spannungsschaltfunkenstrecke bereit zu stellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und sich zudem kos ¬ tengünstig herstellen lässt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Her ¬ stellen einer Hochspannungsschaltfunkens trecke mit fol ¬ genden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines länglichen Gefäßes, geeignet für eine Lampe eines Lampentyps, wobei das längliche Gefäß an seinen beiden Enden zunächst noch offen ist, Bereitstellen von zwei Stromzuführungs ¬ systemen, geeignet für diesen Lampentyp, Bereitstellen von zwei Elektroden und Verbinden der Elektroden mit je einem Stromzuführungssystem, Anordnen der Elektroden einschließlich der Stromzuführungssysteme diametral in dem länglichen Gefäß, Verbinden der beiden Stromzuführungssysteme mit jeweils einem Ende des länglichen Gefäßes mittels gasdichter Stromdurchführungsabschnitte, Füllen des Gefäßes mit einem Inertgas oder Inertgasgemisch und Verschließen des Gefäßes. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Darüber hinaus wird Schutz beansprucht für eine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Hochspan- nungsschaltfunkenstrecke .
Die Reihenfolge der vorstehend definierten Verfahren ¬ schritte und ihre konkrete Ausführung können im Übrigen variieren. Insbesondere kann beispielsweise das Befüllen und Verschließen des Gefäßes innerhalb einer mit dem Füllgas befüllten Kammer bereits beim Ausbilden der gasdichten Stromdurchführungsabschnitte erfolgen oder aber anschließend über ein an das Gefäß angesetztes Pumprohr, das nach dem Befüllen des Gefäßes z.B. durch Abschmelzen verschlossen wird. Außerdem umfasst die Erfindung neben Verfahrensaspekten naturgemäß auch Erzeugnisaspekte, die im Folgenden teils beide ineinandergreifend erläutert sind .
Erfindungsgemäß wird die Hochspannungsschaltfunkenstrecke also auf der Basis einer länglichen Lampe mit beidseiti- gen Stromzuführungen hergestellt. Dazu eignen sich generell verschiedene Lampentypen, insbesondere stabförmige Halogenglühlampen sowie Entladungslampen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsschaltfunkenstrecke hat den Vorteil, dass es auf Standard-Komponenten der Lampenherstellung zugreift und deshalb Kostenvorteile gegenüber der Verwendung von Spe- zialbauteilen hat, auch wenn im Detail noch Anpassungen erforderlich sein können. Außerdem lassen sich die erfindungsgemäßen Hochspannungsschaltfunkenstrecke auf massen- fertigungstauglichen Maschinen der Lampenherstellung kostengünstig herstellen.
Für die Ausgangsmaterialien der erfindungsgemäßen Hoch- spannungsschaltfunkenstrecke kommen generell verschiedene Lampentypen in Betracht, solange deren Lampengefäße aus ¬ reichend stabil sind, um den Belastungen durch Ultravio ¬ lett (UV) -Strahlung und Hitzeentwicklung aufgrund des Funkens auch über längere Nutzungsdauern standzuhalten. Geeignet sind die im Lampenbau üblichen Lampengefäße aus Glas, insbesondere Quarzglas. Glas hat gegenüber den im Lampenbau ebenfalls verwendeten transparenten Keramiken den Vorteil der einfacheren und damit kostengünstigeren Bearbei tbarkei t . Verschiedene Glasbearbeitungstechniken zum Herstellen gasdichter Lampengefäße sind im Lampenbau seit längerem geläufig. Außerdem ist bei der Auslegung der Hochspannungsschaltfunkenstrecke zu berücksichtigen, dass gerade während der Zündung von Edelgas- Kurzbogenlampen unter Umständen hohe Stossströme fließen und Durchbruchspannungen von z.B. 50 kV oder mehr an den Stromzuführungen anliegen. Vor diesem Hintergrund bieten sich Lampentypen mit beidseitigen Stromzuführungen an, die zum einen eine längliche Lampengefäßform aufweisen, um die notwendige Kriechstrecke zum Halten der an den diametral angeordneten Stromzuführungen anliegende Hoch- Spannung zu halten. Zum anderen sind Lampentypen mit Quarzglasgefäßen vorteilhaft, da diese besonders unemp ¬ findlich gegenüber Hitze und UV-Strahlung sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform basiert die Hochspannungsschaltfunkenstrecke auf einer länglichen Halo- genglühlampe mit beidseitigen Stromzuführungen. Dabei können das bei diesem Lampentyp üblicherweise aus Quarz- glas bestehende Lampengefäß, die beiden Stromzuführungs ¬ systeme und die beiden gasdichten Foliendurchführungen, üblicherweise in Form von Molybdänfolienquetschdichtun- gen, verwendet werden. Einzig anstelle der Glühwendel für eine Halogenglühlampe werden für die erfindungsgemäße Hochspannungsschaltfunkenstrecke zwei geeignet beabstan- dete Elektroden, im einfachsten Fall stabförmige Elektro ¬ den aus Wolfram, verwendet.
Alternativ eignen sich auch die Komponenten einer längli- chen Entladungslampe, insbesondere einer länglichen Xe ¬ non-Kurzbogenlampe. Dabei können für die beiden gasdich ¬ ten Stromdurchführungsabschnitte - wie insbesondere bei Xenon-Kurzbogenlampe üblich - Stufeneinschmelzungen mittels Übergangsgläser (Stabeinschmelzung; engl. „Graded Seal") verwendet werden. Aber auch andere Lampendichtungstechnologien, beispielsweise eine Foliendichtung (mit einer oder mehreren Folien) mittels Folieneinschmel ¬ zung oder Folienquetschung kommen in Betracht.
Jedenfalls wird das Lampengefäß, üblicherweise über ein an dem Lampengefäß angesetztem Pumprohr, mit einer Inertgasfüllung befüllt und anschließend verschlossen. Ein Inertgas ist ein reaktions träges Gas, das auch relativ hohe Spannungen kontrolliert und reproduzierbar schalten kann. Neben der Gasart spielen für die gezielte Einstel- lung einer vorgesehenen Durchbruchspannung unter anderem auch der Gasdruck, die Beschaffenheit und der gegenseiti ¬ ge Abstand der Elektroden sowie der zeitliche Verlauf der Hochspannung an den Elektroden (Gleichspannung, Wechselspannung) eine Rolle. Als Inertgasfüllung eignen sich insbesondere Stickstoff und/oder ein Edelgas wie Argon, Xenon, Krypton oder Edelgasgemisch. Typische Fülldrücke betragen je nach angestrebter Durchbruchspannung bis zu ca. 3 bar bei Elektrodenabständen von typisch einigen mm bis einigen cm.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt:
Fig. Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsschaltfunkenstrecke auf der Basis einer Halogenglühlampe mit beidseitigen Stromzuführungen.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Hochspan- nungsschaltfunkenstrecke 1 schematisch dargestellt. Diese basiert auf einer länglichen Halogenglühlampe mit beid ¬ seitigen Stromzuführungen, wie sie beispielsweise für die Studio- und Filmbeleuchtung Verwendung findet, d.h. es wird hier - mit Ausnahme der Glühwendel - auf die übli- chen Komponenten dieses Lampentyps zurückgegriffen. Das längliche Funkenstreckengefäß 2 besteht aus einem rohr- förmigen Entladungsgefäß 3 mit kreisförmigem Querschnitt sowie an dessen beiden Enden diametral angeordneten gasdichten Stromdurchführungsabschnitten 4, 5. Das gesamte Funkenstreckengefäß 2 besteht aus Quarzglas und ent ¬ spricht dem für die zugrunde liegende stabförmige Halo ¬ genglühlampe verwendeten Lampengefäß. Die beiden Strom ¬ durchführungsabschnitte 4, 5 sind als Folienquetschdich- tungen ausgebildet, wie bei dem zugrunde liegenden stab- förmigen Halogenglühlampentyp üblich. Dabei ist jeweils eine Molybdänfolie 6, 7 in einer Verlängerung des Entla- dungsgefäßes 3 gasdicht eingequetscht. Von Außen ist jede Molybdänfolie 6, 7 mit einer äußeren Stromzuführung 8, 9 aus einem Molybdändraht verbunden. Im Inneren ist jede Molybdänfolie 6, 7 mit einer stift förmigen Elektrode 10, 11 aus Wolfram verbunden. Die Elektrodenstifte 10, 11 sind axial diametral angeordnet. Die Spitzen der beiden Elektroden haben einen gegenseitigen Abstand d E von ca. 14 mm. Die Länge ( des Entladungsgefäßes 3 beträgt ca. 25 mm. Die Länge L des gesamten Funkenstreckengefäßes 2 beträgt ca. 55 mm. Das Funkenstreckengefäß 2 ist mit Stickstoff (N 2 ) bei einem Druck von 2,5 bar gefüllt. Da ¬ mit wird eine AC-Durchbruchspannung von ca. 45 kV erzielt.
Die Herstellung der in der Fig. gezeigten Hochspannungs- schaltfunkenstrecke 1 kann vorteilhafter Weise unter Zu ¬ hilfenahme der entsprechenden Fertigungsmaschinen für die zugrunde liegende Halogenglühlampe erfolgen. Damit ist die erfindungsgemäße Herstellung der Hochspannungsschalt ¬ funkenstrecke besonders schnell und kostengünstig mög- lieh. Prinzipiell kann die Herstellung aber auch teilweise oder vollständig manuell erfolgen, je nach Stückbe ¬ darf. Jedenfalls wird zunächst aus dem mittleren Ab ¬ schnitt eines Quarzglasrohrs der Länge L von 55 mm das Entladungsgefäß 3 mit der Länge ( von ca. 25 mm und einem Durchmesser von ca. 10 mm geformt. Dann werden zwei streifenförmige Molybdänfolien 6, 7 jeweils an ihrem ers ¬ ten Ende mit einem Molybdändraht 8, 9 als äußerer Strom ¬ zuführung zu zwei Stromzuführungssystemen verbunden. Das jeweilige andere Ende jeder Molybdänfolie 6, 7 wird mit einem Wolframstift 10, 11 als Elektrode verbunden und so zu einem Elektrode-Stromzuführungssystem vervollständigt. Die beiden Elektrode-Stromzuführungssysteme 10, 6, 8 bzw. 11, 7, 9 werden in je einem Ende des Funkenstreckengefä ¬ ßes 2 angeordnet und mittels Quetschdichtung im Bereich der Molybdänfolien 6, 7 gasdicht verbunden. Nach dem Spü- len, Abpumpen und schließlich Befüllen des Funkenstreckengefäßes 2 mit 2,5 bar Stickstoff über ein an das Ent ¬ ladungsgefäß 3 angesetztes Pumprohr wird letzteres zur sogenannten Pumpspitze 12 abgeschmolzen und dadurch gasdicht verschlossen. Damit ist die Hochspannungsschaltfun- kenstrecke 1 fertig.