Gasentladungslampe, insbesondere Deuteriumlampe

Technischer Hintergrund

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Deuteriumlampe, mit hoher lokaler Strahldichte. Derartige Gasentladungslampen werden beispielsweise für Spektroskopieanwendungen eingesetzt.

Stand der Technik

Die gängigen Konzepte am Markt zur Erzeugung hoher Strahldichten bei Deuteriumlampen beruhen auf einer langgezogenen, kanalartigen Blende. Diese Ausführungsform hat allerdings den Nachteil, dass sich die Lampe bei einem einzigen langen Kanal schwer zünden lässt. Auch die Brennspannung der Lampe wird durch den langen Blendenkanal gegenüber einer Standard-Deuteriumlampe mit einer einzelnen, flachen Blende deutlich angehoben, was sich negativ auf die Lebensdauer auswirkt.

Um insbesondere den Effekt der erschwerten Zündung zu kompensieren, müssen Zusatzelektroden in die Lampe eingebracht werden, die die Komplexität im Aufbau und in der elektrischen Ansteuerung der Lampe erhöhen.

Aus der DE 19628 925 A1 ist eine UV-Entladungslampe bekannt, mit einem Lampenkolben aus Quarzglas und einem darin angeordneten Elektrodengehäuse, welches eine Anode und eine Kathode enthält. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich eine Blenden- Anordnung aus mehreren optischen Blenden aus hochschmelzendem Werkstoff. Die Blendenöffnung dient zur Einschnürung der zwischen den Elektroden erzeugten Bogenentladung. Die Mehrfachblenden- Anordnungen führt zu einer starken Erhöhung beziehungsweise Vervielfachung der Strahldichte durch Bildung mehrerer Plasmakugeln bei verhältnismäßig geringem Aufwand. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Blenden vorgesehen, die jeweils einzelnen über steuerbare Schalter mit der Spannungsversorgung der Elektroden verbunden sind, wobei die Blenden aufeinanderfolgend durchgezündet werden. Die Blenden nehmen hierbei eine Hilfsanodenfunktion wahr, die eine schrittweise Zündung der Deuteriumlampe ermöglicht, woraus sich eine erhöhte Zündsicherheit ergibt.

Die EP 1 437 760 A1 beschreibt eine Deuteriumlampe mit einem gasdichten Lampenkolben aus Glas mit einem Lampenfuß (Boden) und zylinderförmiger Seitenwand, von der ein Teil als lichtemittierendes Fenster dient. In dem Lampenkolben ist eine lichtemittierende Baugruppe (Elektrodeneinsatz) untergebracht, die ein elektrisch leitendes Gehäuse aus Nickel aufweist. An das distale Gehäuse-Ende ist ein Schaft angeschweißt, der mit dem Lampenfuß verbunden ist. Die lichtemittierende Baugruppe umfasst eine scheibenförmige Anode, und mehrere Blenden, die den Entladungspfad begrenzen. Die Anode ist am distalen Ende eines aufrechtstehenden Stiftes angeschweißt, der wiederum am Lampenfuß befestigt ist. Die Blenden bestehen aus Molybdän oder Wolfram und haben eine Blendenöffnung mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 1 mm. Sie sind jeweils über eine metallische Trägerplatte am Gehäuse befestigt. Am Gehäuse ist außerdem eine metallische Frontabdeckung mit einer Lichtdurchgangsöffnung in Richtung der optischen Achse befestigt. Die Kathode ist einer Kathodenkammer des Gehäuses seitlich zur optischen Achse untergebracht. Dadurch wird verhindert, dass sich am lichtemittierenden Fenster Material niederschlägt, das von der Kathode abgesputtert oder verdampft wird.

Aus der DE 10 2014 105 028 A1 ist eine Deuterium lampe mit einem mit Gas gefüllten Lampenkolben, der einen Elektrodeneinsatz umgibt bekannt. Der Elektrodeneinsatz umfasst eine Blende zwischen Anode und Kathode und eine Gehäusezwischenwand aus Keramik. Auf der einen Seite der gehäuse-Zwischenwand sind die Kathode, ein Kathodenfenster und ein Lichtaustrittsfenster angeordnet, und auf der anderen Seite ist die Anode angeordnet.

Technische Aufgabenstellung

Infolge der Mehrfachblenden zeigen die bekannten Gasentladungslampen eine vergleichsweise hohe Strahldichte. Ihre Elektrodeneinsätze setzen sich jedoch aus einer Vielzahl von einzelnen Bauteilen zusammen. Bei der Montage und Justierung dieser Bauteile müssen Abstände und Orientierung zueinander und in Bezug auf die optische Achse exakt und reproduzierbar eingehalten werden, was insbesondere problematisch ist, wenn die Bauteile mittels Haltestäben und Schweißverbindungen positioniert werden müssen. Gerade bei strengen Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Präzision der Gasentladungslampen sind der Fertigungsaufwand in Bezug auf Dauer und Kosten sowie die Ausschussrate groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungslampe mit hoher Strahldichte bereitzustellen, die sich durch einfachen konstruktiven Aufbau bei gleichzeitig guter Zündung und niedriger Brennspannung auszeichnet.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Deuteriumlampe, einem mit Gas gefüllten Lampenkolben, der einen Elektrodeneinsatz mit den Merkmalen von Anspruch 1 umgibt. Der Elektrodeneinsatz umfasst:

(a) eine Zwischenwand aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff,

(b) eine an einer Vorderseite der Zwischenwand montierte, kathodenseitige Baugruppe, die eine Kathode und ein Lichtaustrittsfenster umfasst,

(c) eine an einer Rückseite der Zwischenwand montierte, anodenseitige Baugruppe, umfassend eine Anode und mindestens eine Blende, die mit dem Lichtaustrittsfenster eine optische Achse definiert, entlang der eine durch Entladung erzeugte Strahlung aus dem Lichtaustrittsfenster abgegeben wird, wobei mindestens die Anode und die mindestens eine Blende zu einem Bauteil- Ensemble zusammengefasst sind, und wobei von der Rückseite der Zwischenwand mindestens ein Halteprofil zur Halterung des Bauteil-Ensembles absteht.

Der Elektrodeneinsatz ist diejenige Bauteilgruppe, die das Licht der Bogenentladung zwischen Anode und Kathode erzeugt und durch das Lichtaustrittsfenster auf den Lampenkolben der Entladungslampe emittiert. Der Elektrodeneinsatz umfasst eine Zwischenwand aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie beispielsweise aus Keramik und insbesondere aus Aluminiumoxidkeramik. Die Zwischenwand trägt auf ihrer einen Wandungsseite (hier als „Vorderseite“ bezeichnet) eine kathodenseitige Baugruppe, und auf der anderen Wandungsseite (hier als „Rückseite“ bezeichnet) trägt sie eine anodenseitige Baugruppe.

Die anodenseitige Baugruppe umfasst die Anode und mindestens eine Blende, bevorzugt mindestens zwei Blenden. Gegebenenfalls sind die Blenden voneinander beabstandet und elektrisch voneinander isoliert, so dass jede der Blendenöffnungen zu einer Einschnürung der Bogenentladung führt und die Ausbildung einer Plasmakugel sowie eines „Halo“ vor und hinter der Blendenöffnung bewirkt. Dadurch wird zusätzliche Strahldichte erzeugt.

Mindestens die Blende und die Anode sind zu einem gemeinsamen Bauteil-Ensemble zusammengefasst, vorzugsweise zu einem stapelförmigen Bauteil-Ensemble, das im Folgenden auch als „Bauteil-Stapel“ bezeichnet wird.

Zur Halterung des Bauteil-Ensembles steht von der Rückseite der Zwischenwand ein Halteprofil ab. Das Halteprofil steht beispielsweise im rechten Winkel von der Zwischenwand-Rückseite. Es ist vorzugsweise integraler Bestandteil der Zwischenwand oder es ist mit der Zwischenwand unmittelbar oder mittelbar - über ein Zwischenelement verbunden ist. Das Halteprofil besteht aus einem einzigen Halteelement, beispielsweise einem zylinderförmigen oder konischen Profilelement, oder es setzt sich aus mehreren Halteelementen zusammen, beispielsweise aus mehreren zylinderförmigen und/oder konischen Profilelementen. Diese sind beispielsweise an der Rückseite der Zwischenwand so verteilt, dass sie einen seitlich mehr oder weniger geschossenen Aufnahmeraum um die optische Achse definieren, der zur Aufnahme des Bauteil-Ensembles dient. Dieser Aufnahmeraum hat beispielsweise eine zylinderförmige Innengeometrie; er kann sich von der Rückseite ausgehend aber auch mindestens über einen Teil seiner Erstreckungslänge konisch erweitern. Die dem Aufnahmeraum zugewandten Wandungen der Profilelemente können in der Draufsicht gerade sein oder sie können gebogen sein, vorzugsweise haben sie in der Draufsicht beispielsweise einen U-förmigen, V-förmigen, C-förmigen oder hufeisenförmigen Querschnitt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Halteprofil mindestens zwei rohrschalenförmige Profilteile, die um die optische Achse angeordnet sind und die sich mit ihren offenen Seiten gegenüberliegen. In dem Halteprofil oder an dem Halteprofil wird das Bauteil-Ensemble aufgenommen. Außer der mindestens einen Blende und der Anode kann das Bauteil-Ensemble andere Bauteile umfassen, wie etwa mindestens eine weitere Blende und Abstandselemente oder Isolierelemente. Alle Bauteile des Ensembles können kraft-, reib- oder formschlüssig miteinander verbunden sein, so dass das Bauteil-Ensemble insgesamt in dem oder an dem Halteprofil gehalten wird. Eine separate Halterung einzelner Bauteile des Ensembles, insbesondere des Stapels, ist daher nicht erforderlich. Bereits dies erleichtert die Montage des Elektrodeneinsatzes.

Bei einem stapelförmigen Bauteil-Ensemble haben diese Bauteile in der Regel Scheiben- oder Ringform und bilden durch Über- oder Aneinanderlegen einen im Wesentlichen zylinderförmigen Bauteil-Stapel mit planparallelen Auflageflächen. Durch Anpressen der Auflageflächen aufeinander entsteht eine reib- oder kraftschlüssige Verbindung. Diese Anordnung der Bauteile vereinfacht die Montage und sie erhöht die Genauigkeit der Positionierung der Bauteile zueinander.

Bei einer Ausgestaltung der mindestens einen Blende als elektrisch aktives Bauteil mit einem separat einstellbaren elektrischen Potenzial wird eine besonders einfache elektrische Kontaktierung erleichtert, wenn mindestens eine der Blenden, vorzugsweise die vorderste Blende, einen Kontakt für einen elektrischen Anschlussstift aufweist.

Der Kontakt ist vorzugsweise als Buchse zur Aufnahme des Anschlussstiftes ausgestaltet, beispielsweise mit elastischen verformbaren Wänden, die den Anschlussstift federnd umgreifen und fixieren.

Bei einem als Bauteil-Stapel ausgelegten Bauteil-Ensemble wird hinsichtlich des Zusammenspiels von Bauteil-Stapel und Halteprofil eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der Bauteil-Stapel eine Stapelhöhe und einen Stapelumfang aufweist, und das Halteprofil den Stapel-Umfang über die Stapelhöhe mindestens teilweise umschließt.

Das von der Zwischenwand-Rückseite abstehende Halteprofil besteht aus einem Profilelement oder aus mehreren um die optische Achse verteilten Profilelementen, die einen Raum um die optische Achse definieren, der zur Aufnahme des Bauteil-Stapels dient. Der Raum ist seitlich geschlossen oder er ist mehr oder weniger seitlich offen. Die Höhe dieses Raumes wird durch die Länge der Profilelemente bestimmt, also durch den Abstand des freien Endes des kürzesten Halteprofils von der Zwischenwand-Rückseite. Diese Höhe ist größer als die Stapelhöhe, so dass der Bauteil-Stapel in der Halteprof il- Aufnahme vollständig aufgenommen werden kann.

Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Bauteil-Stapel ein Federelement umfasst, das ausgelegt ist, den Bauteil-Stapel gegen die Zwischenwand zu drücken.

Das Federelement übt eine Druckkraft in Richtung einer Bauteil-Stapel-Mittelachse aus. Durch den Druck des Federelements werden alle Bauteile des Stapels, die sich zwischen der Zwischenwand-Rückseite und dem Federelement befinden, gegeneinandergepresst, und so durch Reib- oder Kraftschluss sowohl in ihrer axialen Position als auch in ihrer radialen Position fixiert.

Die Montage mittels Federelement, beispielsweise einer Federscheibe oder einem Federclip, hat darüber hinaus den Vorteil, dass sie schnell und einfach auszuführen ist.

Das Federelement trägt so zur Vereinfachung der Montage und zur Reproduzierbarkeit der Bauteil-Positionierung bei. Es ist in der Regel - aber nicht notwendigerweise - das am weitest außen liegende Bauteil des Bauteil-Stapels. Es liegt an einem Widerlager an, das sich außerhalb des Bauteil-Stapels befindet, beispielsweise an einem Haltebügel.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Gasentladungslampe umfasst das Bauteil- Ensemble Isolierelemente und mindestens ein Abstands-Ausgleichselement.

Die Isolierelemente dienen einerseits zur elektrischen Isolierung der Blenden voneinander oder gegenüber anderen Bauteilen, die auf unterschiedlichem elektrischem Potenzial liegen. Andererseits ermöglichen sie - allein durch ihre Dicke - ein exaktes Einstellen des gewünschten Abstandes zwischen benachbarten Blenden.

Das Abstands-Ausgleichselement dient zur Einstellung einer vorgegebenen Höhe des Bauteil-Stapels.

Bei dem oben erläuterten Bauteil-Ensemble sind mindestens eine scheibenförmige Blende, vorzugsweise sind zwei oder mehr scheibenförmige Blenden und die Anode sowie andere Bauteile zu einem Bauteil-Stapel zusammengefasst. Dieser Bauteil- Stapel stellt unabhängig von der Art und Weise seiner Halterung, der Anordnung der Bauteile des Ensembles zueinander und etwaiger vorteilhafter Ausführungsformen einzelner Bauteile eine Erfindung dar, die in einer Gasentladungslampe einsetzbar ist. Bei einem innerhalb einer Aufnahme des Halteprofils seitlich mindestens teilweise umschlossenen Bauteil-Ensemble kann es ein gewisses mechanisches Spiel in der Halteprofil-Aufnahme geben. Insbesondere die Blendenöffnung beziehungsweise die Blendenöffnungen sollten aber möglichst exakt auf der optischen Achse liegen. Zur Verbesserung der radialen Positionierung der einzelnen Blende beziehungsweise der axialen Fluchtung der Blenden im Bauteil-Stapel weist bei einer bevorzugten Ausführungsform mindestens eine der Blenden, vorzugsweise weisen alle Blenden, Federelemente auf, die sich beispielsweise an dem Halteprofil abstützen.

Die Federelemente sind idealerweise integrale Bestandteile der Blende. Sie können beispielsweise erzeugt werden, indem auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Blende vom Blendenrand ausgehend mehr oder weniger peripher in das Blendenmaterial eingeschnitten wird, wodurch ein länglicher Bügel am Blendenrand gebildet wird, der mit dem übrigen Blendenmaterial verbunden bleibt und der im Rahmen der Schnittfugenbreite elastisch verformbar ist.

Gegebenenfalls ist die mindestens eine Blende als Blenden-Scheibe ausgebildet, wobei die integralen Federelemente durch periphere Scheiben-Randeinschnitte an sich gegenüberliegenden Seiten der Blenden-Scheibe erzeugte, flexible Bügel ausgelegt sind.

Den Federelementen sind gegebenenfalls in der Halteprofil-Aufnahme Widerlager zugeordnet, auf denen sie sich abstützen. Die infolge der elastischen Verformung erzeugte Federkraft wird von einem anderen Kontaktpunkt aufgenommen, der sich in Kraftrichtung gesehen auf der gegenüberliegenden Seite der Aufnahme befindet. Insgesamt ergeben sich durch die beiden Federelemente für die Blende vier definierte Kontaktpunkte innerhalb der Halteprofil-Aufnahme und damit eine reproduzierbare und exakte Vierpunktlagerung der Blende in der Aufnahme. Dies trägt zu einer einfachen Montage und genauen Justierung der Blendenöffnungen in der optischen Achse bei.

Bei Ausführungsformen der Bauteil-Ensembles mit mehreren scheibenförmigen Blenden und Verwendung der Blenden mit anderen scheibenförmigen Bauteilen in einem Bauteil-Stapel, sind vorzugsweise alle Blenden mit derartigen Federelementen ausgestattet. Dadurch fluchten die Blendenöffnungen der axial beanstandet voneinander angeordneten und jeweils mittels Vierpunktlagerung in der Aufnahme gelagerten Blenden auf der optischen Achse. Durch Anpressen der Planseiten der scheibenförmigen Bauteile des Stapels ergibt sich eine Fügeverbindung der Bauteile des Stapels auch allein durch Reibschluss (=Kraftschluss) und damit eine exakte Positionierung des Bauteil-Stapels insgesamt.

Die oben erläuterte Ausgestaltung der Blende mit integralen Federelementen stellt unabhängig von der Art und Weise ihrer Anordnung in einem Bauteil-Stapel oder anderer etwaiger vorteilhafter Ausführungsformen der Blende eine Erfindung dar, die in einer Gasentladungslampe einsetzbar ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Gasentladungslampe ist an der Rückseite der Zwischenwand eine Montageplatte angeordnet, die mit Durchgangsbohrungen versehen ist, durch die sich Anschlusselemente zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zur kathodenseitigen Baugruppe und zur anodenseitigen Baugruppe erstrecken.

Die Zwischenwand und die Montageplatte sind vorzugsweise einstückig ausgeführt. Die Montageplatte steht beispielsweise im rechten Winkel von der Zwischenwand-Rückseite ab.

Durch die Durchgangsbohrungen der Montageplatte sind elektrische Anschlüsse zu der kathodenseitigen Baugruppe und zur anodenseitigen Baugruppe geführt. Damit sind an Anode, Kathode und anderen Bauteilen, wie etwa einer Blende, elektrische Potenziale durch die Verbindung zu einer außerhalb des Lampenkolbens liegenden Spannungsquelle einstellbar.

Außerdem können an der Montageplatte Haltestäbe angreifen, die zur Befestigung des Elektrodeneinsatzes im Lampenkolben dienen.

Außerdem kann die Montageplatte mit einem hohlen Montagesockel verbunden sein, der sich im Einbauzustand in Richtung eines Lampenfußes der Gasentladungslampe erstreckt.

Der Montagesockel besteht vorzugsweise aus Keramik und kann zur zusätzlichen Lagerung des Elektrodeneinsatzes auf dem Lampenfuß des Lampenkolbens dienen. Da der Montagesockel innen hohl ist, können außerdem elektrische Anschlussstifte- oder - leitungen und/oder Haltestäbe elektrisch voneinander isoliert hindurchgeführt werden. Die Zwischenwand, die Montageplatte und der Montagesockel sind vorzugsweise einstückig ausgeführt. Dadurch werden Bauteil-Spalten vermieden, die zu elektrischen Überschlägen bei der Zündung der Entladung führen können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Gasentladungslampe umfasst die anodenseitige Baugruppe ein Anodengehäuse, das das Halteprofil und einen daran gehaltenen Bauteil-Stapel umgibt, und die kathodenseitige Baugruppe umfasst ein Kathodengehäuse zur Aufnahme der Kathode.

Die zusätzliche Einhausung der Baugruppen schirmt des Entladungsbogen von der Umgebung ab, verhindert parasitäre Nebenentladungen und unterstützt damit die Führung des Entladungsbogens durch die Blendenöffnung hindurch

Insbesondere im Hinblick auf eine einfache und maßgenaue Montage der Gasentladungslampe hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Kathodengehäuse aus mehreren Formteilen zusammengesetzt ist, die mittels einer Steckverbindung, insbesondere einer Zapfenverbindung aus Einstecklasche und Schlitz miteinander verbunden sind.

Zu der einfachen und maßgenauen Montage der Gasentladungslampe trägt auch bei, wenn das Kathodengehäuse umbiegbare Einstecklaschen aufweist, die mit Längsschlitzen der Zwischenwand korrespondieren.

Der Montagevorgang zur Befestigung des Kathodengehäuses an der Zwischenwand umfasst ein Durchstecken der Einstecklaschen durch die Längsschlitze und ein Umbiegen der Einstecklaschen.

Das Anodengehäuse ist bevorzugt mit Längsschlitzen versehen, die im Einbauzustand koaxial zu den Längsschlitzen der Zwischenwand verlaufen. Dadurch kann bei der Montage das Kathodengehäuse in einem Arbeitsgang auch das Anodengehäuse an der Zwischenwand montiert werden, indem die Einstecklaschen sowohl durch die Längsschlitze der Zwischenwand als auch durch die Längsschlitze des Anodengehäuses gesteckt und umgebogen werden. Bei dieser Ausführungsform der Gasentladungslampe werden mittels der Zapfenverbindung aus Einstecklasche und Schlitz gleichzeitig und mit maßgenauer Positionierung drei Bauteile miteinander verbunden, nämlich die Zwischenwand, das Anodengehäuse und das Kathodengehäuse. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Gasentladungslampe umfasst diese eine im Lampenkolben montierte Fußplatte aus Glas, an der mehrere Haltestäbe und mehrere elektrische Anschlussstifte montiert sind, wobei die Fußplatte, die Haltestäbe und die Anschlussstifte eine vorgefertigte Baugruppe bilden, die mit dem Elektrodeneinsatz elektrisch und mechanisch verbunden sind. Die Arretierung der Montageplatte an den Haltestäben erfolgt dabei vorzugsweise durch Verbreiterung der Haltestabsbereiche unmittelbar oberhalb und/oder unterhalb der Montageplatte. Ergänzend oder alternativ dazu erfolgt die Arretierung oberhalb der Montageplatte durch Einschlitzen des oberen Haltstab-Endes und Umbiegen der geschlitzten Enden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Patentzeichnung näher erläutert. Dabei zeigt im Einzelnen:

Figur 1 eine Ausführungsform eines Elektrodeneinsatzes für eine Deuteriumlampe anhand einer Explosionsdarstellung,

Figur 2 eine Ausführungsform eines kathodenseitigen Gehäuses für den Elektrodeneinsatz von Figur 1 in einer Explosionsdarstellung,

Figur 3 das kathodenseitige Gehäuse von Figur 2 in einer Zusammenbauzeichnung

Figur 4 mehrere Ansichten des Elektrodeneinsatzes von Figur 1 ,

Figur 5 ein Foto einer keramischen Zwischenwand für einen Elektrodeneinsatz in einer Draufsicht auf das Halteprofil mit eingelegter vorderster Blende,

Figur 6 eine alternative Ausführungsform einer Zwischenwand für einen Elektrodeneinsatz in einer dreidimensionalen Darstellung,

Figur 7 ein Foto eines Elektrodeneinsatz ähnlich dem von Figur 1 mit einer keramischen Zwischenwand mit einem Ausbruch des Halteprofils zur Demonstration des darin einliegenden Bauteil-Stapels

Figur 8 ein Foto des Elektrodeneinsatzes von Figur 7 im Zusammenbau mit Haltestäben und elektrischen Anschlussstiften und einer Glasplatte (als Fuß einer Deuteriumlampe) sowie anderen Einzelteilen des Elektrodeneinsatzes,

Figur 9 ein Foto mit zwei Varianten eines Gehäuses für die anodenseitige Baugruppe,

Figur 10 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe in einer Ansicht auf die Rückseite, und

Figur 11 eine scheibenförmige Blende mit seitlichen Federelementen und einer Aufnahmebuchse für einen elektrischen Anschlussstift in einer Draufsicht.

Das oberhalb der Explosionsdarstellung des Elektrodeneinsatzes gemäß Figur 1 eingezeichnete Richtungskreuz dient zur Verdeutlichung von Positions- oder Orientierungsangaben, die bei der folgenden Beschreibung des Elektrodeneinsatzes verwendet werden.

Zentrales Bauelement des Elektrodeneinsatzes 1 ist eine als Trägerbaugruppe für mehrere Bauteile dienende Keramikzwischenwand 2. Von der Rückseite 21 der Keramikzwischenwand 2 stehen senkrecht zwei baugleiche, im Wesentlichen zylindrische und in der Draufsicht C-förmige Halterungen 3 ab, die sich mit ihren offenen C-Seiten gegenüberliegen und die im Folgenden auch als „C-Türme“ 3 bezeichnet werden. Die C-Türme 3 definieren einen sich koaxial zur optischen Achse 11 erstreckenden, im Wesentlichen zylinderförmigen Zwischenraum. Dieser dient der Aufnahme und Halterung eines Stapels aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Bauelemente, dem insgesamt die Bezugsziffer 4 zugeordnet ist, und der im Folgenden auch als „Blendenstack“ bezeichnet wird. Der im Wesentlichen zylinderförmige Zwischenraum hat im Ausführungsbeispiel einen fast kreisförmigen Querschnitt mit einem minimalen Innendurchmesser von 8 mm.

Im Blendenstack 4 sind mehrere Blenden zusammengefasst; im Ausführungsbeispiel sind es drei Blenden 51 , 52, 53 aus Molybdän, die durch Abstandsringe 61 , 62 aus Keramik voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind. Daran schließt sich nach hinten eine beidseitig von Keramikscheiben 81 , 82 begrenzte Anode 7 mit zentraler Bohrung 7a und Anschlussfahnen 7b an. Der Blendenstack 4 wird nach außen von einer Federscheibe 9 abgeschlossen. Zur Fixierung des Blendenstacks 4 zwischen den C-Türmen 3 dient ein Haltebügel 10 aus Molybdän, der durch Bohrungen 10a der C- Türme 3 geführt wird. Er dient als Widerlager für die Federscheibe 9, die durch ihre Federkraft den Blendenstack 4 nach vorne in Richtung der Keramikzwischenwand- Rückseite 21 drückt. Die Abstandsringe 61 , 62 und die Keramikscheiben 81 , 82 sind kreisrund und haben einen Durchmesser von 7,9 mm. Etwaige die Rundkreisform überragende Bereiche der anderen Bauteile 51 , 52, 53, 7, 9 erstrecken sich durch einen freien Spalt zwischen den beiden C-Türmen 3, passen daher ebenfalls in den Zwischenraum, sie dienen dazu, die Ausrichtung der Bauteile bei der Montage zu unterstützen und sie tragen zur Verdrehsicherung bei.

Die Blenden 51 , 52, 53 haben jeweils eine Blendenbohrung 51a, 52a, 53a mit einem Durchmesser von 0,3 mm, wobei die Mittelpunkte der Blendenbohrungen 51a, 52a, 53a auf der optischen Achse 11 liegen. Die vorderste Blende 51 ist außerdem mit Kontaktbeinchen 51c zur Aufnahme eines elektrischen Anschlussstiftes (26) versehen, über die ein zusätzlicher Hilfszündpuls auf die vorderste Blende 51 angelegt werden kann. Ansonsten ist es Aufgabe der Blenden 51 , 52, 53, das Plasma der Deuteriumlampe einzuschnüren und so ein Plasma mit hoher lokaler Leuchtdichte zu erzeugen, das präzise lokalisiert ist.

Die Blenden 51 , 52, 53 haben beidseitig jeweils zwei elastisch federnde, integrale Bügel, die durch einen seitlichen peripheren Einschnitt in den Blendenrand erzeugt sind, und die im Folgenden als „Federbeinchen“ 51 b, 52b, 53b bezeichnet werden. Die Federbeinchen“ 51b, 52b, 53b üben im eingebauten Zustand ein in Richtung senkrecht zur optischen Achse 11 gerichtete Kraft auf die Blenden 51 , 52, 53 aus und drücken diese gegen zwei Kontaktwulste 31 in der oberen Hälfte der C-Türme 3. Die beiden Federbeinchen 51 b, 52b, 53b selbst stützen sich gegen zwei andere Kontaktwulste 32 in der unteren Hälfte der C-Türme 3 ab, so dass alle Blenden 51 , 52, 53 mit insgesamt vier Kontaktpunkten (Vierpunktlagerung) zwischen den C-Türmen 3 gehalten werden. Die beiden Kontaktwulste 31 in der oberen Hälfte der C-Türme 3 liegen dabei auf demselben Radius von der optischen Achse 10 ausgehend. Hierdurch wird eine Zentrierung aller Blenden 51 , 52, 53 des Blendenstacks 4 auf der optischen Achse 11 der Deuteriumlampe ohne weitere Hilfsmittel gewährleistet, was für eine optimale Leuchtdichte der Deuteriumlampe wichtig ist. Die auf der optischen Achse 11 der Deuteriumlampe fluchtenden Blenden 51 , 52, 53 des Blendenstacks 4 bilden auf der Projektion der optischen Achse 11 einen Kanal, dessen Durchmesser dem der einzelnen Blendenbohrungen 51a, 52a, 53a entspricht. Der Nachteil eines entsprechend langen einzelnen Kanals hinsichtlich des Zündverhaltens wird durch die Separierung der Blenden 51 , 52, 53 mittels der keramischen Abstandringe 61 , 62 vermieden.

Die Blenden haben Dicken im Bereich von 0,1 bis 1 mm, beim Ausführungsbeispiel sind es 0,5 mm. Die keramischen Abstandringe 61 , 62 bestimmen den Blendenabstand und haben Dicken im Bereich von 0,1 bis 1 mm; beim Ausführungsbeispiel sind es 0,25 mm. Die vordere Keramikscheibe 81 ist hinter der letzten Blende 53 angeordnet und hat eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 mm, beim Ausführungsbeispiel sind es 0,8 mm. Die Dicke der hinteren Keramikscheibe 82 ist so ausgelegt, dass sich für den Blendenstack 4 eine Gesamtlänge von 4 mm ergibt (ohne Federscheibe 9 und Haltebügel 10). An den Anschlussfahnen 7b der Anode 7 wird ein elektrischer Anschlussstift 26 (Anodenstift) an den Anodenstift des Lampenfußes angeschweißt.

Im Betrieb heizt sich die Deuteriumlampe auf eine oberhalb von Raumtemperatur liegende Betriebstemperatur auf. Die Dicke der Federscheibe 9 mit 0,2 mm und ihr Biegeradius mit 6 mm sind so ausgelegt, dass einerseits die Bauelemente im Bauelemente-Stapel 4 nicht verrutschen können und dass andererseits die thermische Ausdehnung des Bauelemente-Stapels 4 im Betrieb der Deuteriumlampe kompensiert werden kann. Auch die gefederte Lagerung der Blenden 51 , 52, 53 ermöglicht trotz Spielfreiheit eine Kompensation der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Keramik (der Abstands- und Isolierscheiben) und Molybdän (der Blenden). Die Wahl des Blendenmaterials aus Molybdän gewährleistet Federeigenschaft über den gesamten Temperaturbereich.

Dicke und Anzahl der Blenden sowie der Blendenöffnungsdurchmesser beeinflussen das Zündverhalten, die Brennspannung und die Leuchtdichte der Deuteriumlampe. Mit steigender Anzahl und Dicke der Blenden und abnehmendem Durchmesser der Blendenöffnung wird die Zündung der Lampe schwieriger und die Brennspannung steigt. Die Gesamtlänge des Blendenkanals wird durch die Blenden 51 , 52, 53 inklusive der Abstandsscheiben 61 , 62 vorgegeben. Es erweist sich dabei als günstiger bei einer definierten Gesamtlänge des Blendenkanals mehrere dünne Blenden zu verwenden als wenige dicke Blenden. Hierbei erfolgt die Zündung zuverlässiger und die Brennspannung ist geringer. Dies konnte in Versuchen nachgewiesen werden. Der Lochdurchmesser der Blenden ist üblicherweise kleiner als 0,5 mm (im Ausführungsbeispiel sind es 0,3 mm), eine Blendendicke von 0,5 mm einen Blendenabstand von 0,25 mm (Dicke der Abstandsscheiben 61 , 62) und eine Blendenzahl von 3, so dass sich eine Gesamtkanallänge von 2,00 mm ergibt.

Zur Plasmaführung werden sowohl der Blendenstack 4 auf der Rückseite 21 als auch die Kathode auf der Vorderseite 22 der Keramikzwischenwand 2 jeweils von einem Gehäuse 100, 200 umschlossen.

Sofern in den Figuren 2 bis 11 und in deren Figurenbeschreibung die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, wie in Figur 1 , so bezeichnen diese dieselben Bauteile oder äquivalente Bauteile der Gasentladungslampe.

Figur 2 zeigt die auf der Vorderseite der Keramikzwischenwand 2 montierte Frontbaugruppe 200, die den Kathodenraum umschließt. Diese setzt sich aus einer Metallfront 201 mit einem Lichtaustrittsfenster 201 a, das mit einer Öffnung (Bezugsziffer 2a in Figur 4(c)) der Keramikzwischenwand 3 korrespondiert, eine Metall- Zwischenplatte 203 mit Kathodenfenster 203b, einem oberen metallischen Abschlussblech 204 sowie aus einer unteren keramischen Abschlussplatte 202 zusammen. Zur Montage werden die Metall-Zwischenplatte 203, das obere Abschlussblech 204 und die keramische Abschlussplatte 202 mit Laschen (202a, 203a, 204a) in korrespondierende Schlitze 201 b in der Metallfront 201 eingelegt. Figur 3 zeigt die Metallfrontbaugruppe 200 im Zusammenbau. Zusätzlich ist die Position der gewundenen Kathode 205 angedeutet.

Die Metallfront 201 ist U-förmig gebogen und verfügt über zwei nach hinten weisende Laschen 201c, mittels denen sie an der Vorderseite 22 der Keramikzwischenwand 2 befestigt wird. Hierbei werden die zwei Laschen 201 c durch zwei korrespondierende Schlitze (Bezugsziffer 2b in Figur 4(a)) in der Keramikzwischenwand 2 gesteckt und dann umgebogen. Hierdurch wird eine spielfreie Montage der Metallfrontbaugruppe 200 an der Zwischenwand 2 erreicht. Alternative Technologien wie Nieten oder Schweißen sind aufwändiger. Schweißen birgt zudem den Nachteil, dass durch das Erhitzen der Materialien Oxidationsspuren hinterlassen werden, die sich nachteilig auf den Betrieb der Deuteriumlampe auswirken können.

Auf der Rückseite 21 der Zwischenwand 2 werden der Blendenstack 4 mitsamt der Anode 7 von einem Anodengehäuse 100 umschlossen, dessen Rückwand 101 auf der optischen Achse 11 eine Bohrung 102 aufweist und die einen kombinierten Einsatz der erfindungsgemäßen Deuteriumlampe mit einer Glühlampe ermöglicht. Hierbei strahlt das Licht der Glühlampe durch die Deuteriumlampe hindurch (shine through operation), um ein kombiniertes UV-VIS-Spektrum zu erzeugen. Das Anodengehäuse 100 vermindert Nebenentladungen, also Entladungen, die nicht durch den Kanal des Blendenstacks 4 führen. Das Anodengehäuse 100 kann aus Metall oder aus Keramik gefertigt sein. Vorzugsweise besteht es aus Metall, um das Gewicht und die Kosten der Deuteriumlampe gering zu halten.

Zur Befestigung an der Zwischenwand 2 ist das Anodengehäuse 100 mit zwei seitlich abstehenden Flügeln 103 versehen, in denen jeweils ein Längsschlitz 103a von oben nach unten verläuft. Zur Befestigung werden die Laschen 201c der Frontbaugruppe 200 auch durch diese Längsschlitze 103a gesteckt.

Das Konstruktionsprinzip Laschen durch Schlitze zu stecken und dann durch Umbiegen zu fixieren, ermöglicht eine spielfreie Montage der gesamten Gehäusekonstruktion auf einfache und kostengünstige Art und Weise.

Integrale Bestandteile der Keramikzwischenwand 2 sind eine im rechten Winkel nach hinten weisende Montageplatte 23 und ein Montagesockel 24. Zur Montage der Keramikzwischenwand 2 an einer Fußplatte 181 (in Figur 8 dargestellt) sind drei Haltestifte 25 aus Metall vorgesehen, die entlang des Montagesockels 24 verlaufen, und deren Enden sich auf einer Seite durch Durchgangsbohrungen (Bezugsziffer 23a in Figur 4(d)) der Montageplatte 23 und auf der anderen Seite durch Durchgangsbohrungen der Fußplatte 181 erstrecken. Über die drei Haltestifte 25 ist die Keramikzwischenwand 2 somit an drei Auflagepunkten auf der Fußplatte 181 der Deuteriumlampe montiert.

Zur Fixierung werden die freien Enden der Haltestifte 25 gecrimpt, geschweißt, gequetscht oder umgebogen. Insbesondere durch Umbiegen oberhalb der Montageplatte 23 lässt sich eine spielfreie Montage der Keramikzwischenwand 2 gegen die unteren Auflagepunkte auf der Fußplatte 181 realisieren. Dies ist für die exakte Lokalisierung des Plasmas im Lampenbetrieb wichtig.

Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Haltestifte 25 auf der Unterseite der Montageplatte 23 gequetscht, um hier Auflagepunkte zu erzeugen, die die Höhe der Keramikzwischenwand 3 über der Fußplatte 181 definieren. Die Auflagepunkte befinden sich an den Haltestiften 25 direkt unterhalb der Montageplatte 23. Sie können entweder als Hülsen auf die Haltestifte gecrimpt werden oder die Haltestifte 25 an sich werden gequetscht, so dass Material über den eigentlichen Durchmesser der Haltestifte 25 hinaus steht, das als Auflagefläche dient.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform werden die Haltestifte 25 oberhalb der Montageplatte 23 nicht einseitig umgebogen, sondern in der Mitte geschlitzt und die Schlitzenden symmetrisch in zwei Richtungen umgebogen.

Weitere Durchgangsbohrungen der Montageplatte 23 dienen der elektrischen Kontaktierung der Elektroden (Anode, Hilfsanode und Kathode (mit zwei Anschlüssen)). Hierzu erstrecken sich elektrische Anschlusspins 26 einerseits durch die Durchgangsbohrungen der Montageplatte 23 zu den entsprechenden Elektroden, und andererseits durch Durchgangsbohrungen der Fußplatte hindurch zu elektrischen Anschlusselementen der Deuteriumlampe.

Aus den Ansichten des Elektrodeneinsatzes 1 in Figur 4 sind weitere Details zu erkennen, wie etwa die Schlitze 2b der Keramikzwischenwand 2 in der Vorderansicht von Figur 4(a) und in der Rückansicht von Figur 4(c). Sowie die Durchgangsbohrungen 23a der Montageplatte in der Draufsicht von Figur 4(d). Figur 4(b) zeigt eine Seitenansicht des Elektrodeneinsatzes 1 und Figur 4(e) einen Zusammenbau.

Aus der Draufsicht auf das Halteprofil 3 mit darin eingelegter vorderster Blende 51 gemäß Figur 5 sind die beiden seitlichen Federbeinchen 51b und die Schnittfuge 51 d für deren Erzeugung gut zu erkennen. Zur Gewährleistung der Vierpunktlagerung der Blende 51 liegen die Federbeinchen 51 b an den beiden unteren Kontaktpunkten 32 der C-Türme 3 an und drücken die Blende 51 gegen die beiden oberen Kontaktpunkte 31 . Das Foto zeigt eine Variante einer Keramikzwischenplatte 2, die zur Montage von Anodengehäuse und Kathodengehäuse seitlich mit Doppelschlitzen 2d zum Durchstecken entsprechender Verbindungslaschen versehen ist. Figur 6 zeigt eine Ausführungsform einer Zwischenwand 62 für einen Elektrodeneinsatz mit einem alternativen Halteprofil und dem darin montierten Blendenstack 4. Das alternative Halteprofil ist aus zwei baugleichen, zylinderförmigen Profilen 63 gebildet, die senkrecht von der Rückseite 62a der Zwischenwand 62 abstehen. Im Querschnitt sind die Profile 63 im Wesentlichen rechteckig mit jeweils einer eingebauchten Längsseite, die sich gegenüberliegen und den Aufnahmeraum für den Blendenstack 4 definieren.

Das Foto von Figur 7 zeigt einen Elektrodeneinsatz 71 mit einer keramischen Zwischenwand 72 mit einem Ausbruch 182 im Bereich eines der Halteprofile 3. Der Ausbruch 182 macht den Blendenstack 4 und dessen Fixierung mittels der Federscheibe 9 und dem Haltebügel 10 sichtbar. Die Konstruktion des Elektrodeneinsatzes 71 entspricht im Wesentlichen dem des Elektrodeneinsatzes 1 von Fig. 1.

Das Foto von Figur 8 zeigt einmal (a) die Fußplatte 181 in der Verbindung mit der Montageplatte 23 des Elektrodeneinsatzes 71 von Figur 7 (mit dem zusätzlichen Ausbruch 182). Und sie zeigt ein andermal (b) die Fußplatte 181 in Verbindung nur mit den Haltestäben 25 und den Anschlusspins 26. Die Fußplatte 181 kann aus Softglas oder aus Quarzglas bestehen. Im Fall von Softglas bestehen die Anschlusspins 26 vorzugsweise aus einer Eisen-Nickel-Cobalt-Legierungen mit einem dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Softglas angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten, und im Fall von Quarzglas bestehen die Anschlusspins 26 vorzugsweise aus Molybdän. Das Ensemble aus den Komponenten Fußplatte 181 , Haltestäben 25 und Anschlusspins 26 ist vorzugsweise eine vorgefertigte Baugruppe, die bei der Weiterverarbeitung zur Gasentladungslampe nur noch mit dem Elektrodeneinsatz 71 elektrisch und mechanisch verbunden werden muss.

Das Teil (c) ist ein Gehäuse 700 für die anodenseitige Baugruppe, und das Teil (d) ist ein Gehäuse 800 für die kathodenseitige Baugruppe. Zwecks Montage an der Keramikzwischenwand 72 ist das Gehäuse 700 mit einem Doppelschlitz 701 , und das Gehäuse 800 ist mit einer Doppellasche 801 versehen. Die Keramikzwischenwand 72 weist zu diesem Zweck ebenfalls einen passenden Doppelschlitz 72a auf. Figur 9 zeigt ein Foto mit zwei alternativen Ausführungsformen des Gehäuses für die anodenseitige Baugruppe. Das Gehäuse (a) besteht aus A^Os-Keramik. Das Gehäuse (b) besteht aus Nickel. Die Rückwand weist jeweils eine Bohrung 702 auf, die einen kombinierten Einsatz der Deuteriumlampe mit einer Glühlampe ermöglicht.

Die Skizze von Figur 10 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Gasentladungslampe 1000 in einer Rückansicht. Die Gasentladungslampe 1000 umfasst einen in einem Keramiksockel 1002 montierten Lampenkolben 1001 aus Quarzglas der ein Füllgas in Form von reinem Deuterium enthält und der einen Elektrodeneinsatz 1 umschließt, wie er anhand von Figur 1 erläutert ist. Der Elektrodeneinsatz 1 umfasst eine Keramikzwischenwand 2, an der eine Vielzahl von Bauteilen montiert sind, unter anderem ein Kathodengehäuse 200 mit dem Lichtaustrittsfenster 201 a. Der Lampenkolben 1002 ist mit einer ebenen Fußplatte 181 ausgestattet. Schematisch ist die Montage eines Haltestabes 25 an der Fußplatte 181 mittels beidseitig der Fußplatte 181 ausgeführter Crimpverbindung 181 a dargestellt (stellvertretend für alle weiteren anhand Figur 1 erläuterten Haltestäbe 25). Ebenso die Durchführung eines Anschlussstiftes 26 durch eine Quetschung 181 b der Fußplatte 181.

Figur 11 zeigt die schematisch die scheibenförmige Blende 51 von Figur 1 in einer vergrößerten Darstellung und in einer Draufsicht auf eine Planseite. Die Blende 51 hat ein Blendenloch 51 a und beidseitig jeweils zwei elastisch federnde Bügel 51 b. Diese sind integrale Bestandteil des Blende 51 . Sie werden durch einen Einschnitt in das Blendematerial erzeugt, der vom Rand ausgehend über einen Umfangswinkel von etwa 45 Grad im Wesentlich peripher am Rand entlang verläuft. Die so erzeugten Federbeinchen 51 b liegen im eingebauten Zustand an zwei oberen Kontaktpunkten und an zwei unteren Kontaktpunkten der Halterung 3 an, die in Figur 11 mit den Bezugsziffern 51 d angedeutet sind.