DE10028089A1 - Leuchtvorrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe und Leuchtsystem - Google Patents
Leuchtvorrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe und LeuchtsystemInfo
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Abstract
Leuchtvorrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), beinhaltend ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit Mantel (1a), Entladungsraum, gefüllt mit einem Ne- und Ar-haltigen Entladungsmittel, und einer Elektrode (2), die mit Abstand (g) zur Innenwand in dem hohlen Abschnitt (1b) eingesetzt ist, die vorne in den Entladungsraum ragt und die am hinteren Ende mit einem Anschlussleiter (3) verbunden ist, welcher im Mittenabschnitt am lichtdurchlässigen Entladungsgefäß befestigt ist und der hinten aus dem Entladungsgefäß herausschaut, sowie einem Vorschaltgerät (HB), dessen Belastungskennlinie glatt von der sekundären Leerlaufspannung zum sekundären Kurzschlussstrom verläuft, und mit dem man die Hochleistungs-Entladungslampe mit Hochfrequenz betreiben kann.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit einer
Hochleistungs-Entladungslampe und ein Beleuchtungssystem, wobei
die Hochleistungs-Entladungslampe mit einem kompakten Vorschalt
gerät betrieben werden kann.
Es wurde kürzlich eine kompakte Halogen-Metalldampflampe
mit einer Betriebsleistung im Bereich von 10 bis 30 Watt als
Lichtquelle für Lichtleiter oder als Ersatz für Halogenglühlampen
entwickelt. Bei einer derartigen Halogen-Metalldampflampe ist
der Wirkungsgrad der Lichterzeugung drei- bis viermal größer
als bei Halogenglühlampen, und sie ist beträchtlich kleiner
als eine Leuchtstofflampe gleicher Leistung. Sie bietet sich
daher als Lichtquelle an.
Die genannte Halogen-Metalldampflampe ist eine Lichtquelle,
die die Vorteile der Halogenglühlampe und der elektrischen
Leuchtstofflampe in sich vereint. Da es sich um eine
Hochleistungs-Entladungslampe handelt, benötigt sie jedoch einen
Stabilisator, d. h. ein Vorschaltgerät, in dem sich ein Zünder
befindet, der beim Startvorgang eine relativ hohe pulsförmige
Spannung erzeugt, oder ein Vorschaltgerät ohne Zünder und
zusätzlich einen vom Vorschaltgerät getrennten Zünder. Natürlich
benötigt eine Leuchtstofflampe, da sie auch eine Entladungslampe
ist, ebenfalls ein Vorschaltgerät. Das Vorschaltgerät einer
Hochleistungs-Entladungslampe ist jedoch verglichen mit dem
Vorschaltgerät einer Leuchtstofflampe in Glühbirnenform
außerordentlich groß. Selbst wenn man die Schwierigkeiten
überwinden kann, die die Entwicklung einer kompakten Hoch
leistungs-Entladungslampe bietet, so ist das Gesamtsystem, das
die Lichtquelle, den Stabilisator, d. h. das Vorschaltgerät,
und eine Beleuchtungseinrichtung enthält, sehr groß.
Zum Lösen dieses Problems setzt der Erfinder ein Vor
schaltgerät ein, das hauptsächlich aus einem kompakten Hoch
frequenzumrichter besteht, der für Leuchtstofflampen und ins
besondere für Leuchtstofflampen in Glühbirnenform verwendet
wird. Dieses Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen in Form einer
Glühbirne hat im Allgemeinen einen einfachen Schaltungsaufbau
und arbeitet bei hohen Frequenzen. Damit ist ein derartiger
Stabilisator kompakt, billig und von geringem Gewicht.
Betreibt man eine Hochleistungs-Entladungslampe mit einem
solchen kompakten Vorschaltgerät für eine Leuchtstofflampe,
so tritt durch den Startvorgang eine intensive Schwärzung auf.
Der Erfinder hat deshalb Untersuchungen über Ursache und
Stärke der Schwärzung angestellt. Es wurden die folgenden Ergeb
nisse erzielt.
- 1. Das Material der Schwärzung besteht im Wesentlichen aus dem Metall Wolfram, aus dem die Elektroden aufgebaut sind.
- 2. Die Schwärzung entsteht dadurch, dass das Wolfram der Elektroden beim Startvorgang verdampft, und zwar insbesondere beim Übergang von der Glimm- zur Bogenentladung. Das Wolfram haftet dann an der Innenfläche des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes.
Ferner hat sich herausgestellt, und zwar durch eine weitere
Untersuchung des Elektrodenverhaltens beim Übergang von der
Glimm- zur Bogenentladung, dass im Vergleich zum Vorschaltgerät
der herkömmlichen Hochleistungs-Entladungslampe, das beim
Startvorgang keine solche Schwärzung erzeugt, die Schwarzfärbung
durch das unterschiedliche Belastungsverhalten des Leucht
stofflampen-Vorschaltgeräts und des Hochleistungs-Ent
ladungslampen-Vorschaltgeräts entsteht.
Fig. 1 zeigt eine Kurve des Belastungsverhaltens eines
Hochleistungs-Entladungslampen-Vorschaltgeräts und eines
Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräts.
In Fig. 1 ist auf der Abszisse der Strom und auf der Or
dinate die Spannung aufgetragen.
In Fig. 1 zeigt die Kurve A das Belastungsverhalten eines
Hochleistungs-Entladungslampen-Stabilisators. Die Kurve B zeigt
das Belastungsverhalten eines Leuchtstofflampen-Stabilisators.
Die Nennbetriebspunkte der Hochleistungs-Entladungslampe für
beide Stabilisatoren liegen im Spannungsbereich von 72-75
V und im Strombereich von 280-340 mA. Die Nennbetriebspunkte
der beiden Stabilisatortypen sind damit nahezu gleich.
Wie man sehen kann ist bei der Kennlinie A des Bela
stungsverhaltens des Hochleistungs-Entladungslampen-Stabilisators
die sekundäre Leerlaufspannung V20 relativ gering und der
sekundäre Kurzschlussstrom Is relativ groß. Dies hat seine
Ursache in einer höheren Impulsspannung, die ein Zünder beim
Startvorgang erzeugt, und die der Ausgangsspannung des
Stabilisators überlagert wird. Die überlagerte Spannung wird
dann an die Lampe angelegt. Damit braucht der Stabilisator zum
Zeitpunkt des Starts keine besonders hohe Spannung zu erzeugen.
Da zum Startzeitpunkt die Lampenspannung an der Hochleistungs-
Entladungslampe niedrig ist, vergrößert sich der Lampenstrom.
Die Kurve B zeigt, dass bei der Belastungskennlinie des
Leuchtstofflampen-Stabilisators die sekundäre Leerlaufspannung
V20 relativ groß und der sekundäre Kurzschlussstrom Is relativ
gering ist. Zwischen diesen beiden Punkten verläuft die Kurve
B relativ glatt. Damit ist im Niederstrombereich, der der
Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung entspricht,
d. h. im Bereich unter 30 mA, die sekundäre Versorgungsspannung
höher als bei der Belastungscharakteristik des Hochleistungs-
Entladungslampen-Stabilisators.
Eine Bestimmung der Glimmleistung beim Übergang von der
Glimm- zur Bogenentladung hat ergeben, dass die Glimmleistung
beim Einsatz des Leuchtstofflampen-Stabilisators um ein Mehr
faches größer ist als beim Gebrauch des Hochleistungs-Entla
dungslampen-Stabilisators.
Aufgrund der obigen Tatsachen geht man davon aus, dass
die Schwärzung durch verdampfendes Wolfram aus den Elektroden
bei übermäßiger Glimmleistung entsteht.
Andererseits hat sich gezeigt, dass die Schwärzung auch
durch die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung beein
flusst wird. Beim Betrieb einer Hochleistungs-Entladungslampe
mit einem Quarzglas-Entladungsgefäß an einem Stabilisator, d.
h. einem Vorschaltgerät mit Spule und Eisenkern für herkömmliche,
übliche Hochleistungs-Entladungslampen, entsteht die Schwärzung
beim Startvorgang aufgrund des Zerstäubens der Wolframelektroden
durch Quecksilberionen und Edelgasionen während der Glimment
ladung. Deswegen hat man bisher geglaubt, dass die Übergangszeit
von der Glimm- zur Bogenentladung zum Unterdrücken der Schwärzung
so kurz wie möglich sein sollte.
Bei Untersuchungen des Erfinders an einer Hochleistungs-
Entladungslampe mit einem lichtdurchlässigen keramischen Ent
ladungsgefäß hat sich gezeigt, dass eine sehr kurze Übergangszeit
von der Glimm- zur Bogenentladung die Schwärzung beschleunigt,
und zwar wegen des besonderen Aufbaus und des ungewöhnlichen
Verhaltens des Entladungsgefäßes. Im Gegensatz dazu hat sich
gezeigt, dass eine sehr lange Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung die Schwärzung ebenfalls beschleunigt.
Im Folgenden wird der Zusammenhang zwischen der Übergangs
zeit von der Glimm- zur Bogenentladung und der Schwärzung
erklärt.
Eine Hochleistungs-Entladungslampe mit einem lichtdurch
lässigen keramischen Gefäß besteht aus einem Mantel, der einen
Entladungsraum bestimmt, und aus zylindrischen Abschnitten mit
geringem Durchmesser, die mit dem Mantel verbunden sind. In
den zylindrischen Abschnitt mit kleinem Durchmesser ist ein
Elektrodenhalteteil eingesetzt, das einen schmalen Spalt, die
sogenannte Kapillare, zwischen der Innenwand des zylindrischen
Abschnitts mit kleinem Durchmesser und dem Elektrodenhalteteil
bestimmt. Arbeitet die Hochleistungs-Entladungslampe bei stabilen
Betriebsbedingungen, so befindet sich überschüssiges Entladungs
mittel in flüssiger Phase unten im schmalen Spalt. Seine
Oberfläche bildet die kälteste Stelle in der Lampe. Ist die
Hochleistungs-Entladungslampe außer Betrieb, so scheidet sich
eine große Menge des Entladungsmittels im schmalen Spalt ab
und berührt die Elektrode in flüssiger oder fester Phase.
Beim Starten der Hochleistungs-Entladungslampe wirken das
gesamte Elektrodenhalteteil im schmalen Spalt und der
Hauptabschnitt der Elektrode als Elektrode, und es tritt eine
Glimmentladung um sie herum auf. In diesem Zeitabschnitt wird
ein Teil der Leistung beim Übergang von der Glimm- zur Bogen
entladung zum Verdampfen des Entladungsmittels verbraucht. Der
größte Teil des Entladungsmittels verdampft in kurzer Zeit.
Dies verzögert den Anstieg auf die Temperatur, die für einen
Übergang von der Glimm- zur Bogenentladung erforderlich ist,
und verlängert damit die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogen
entladung. Ist die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogen
entladung sehr lang, so zerstäubt sehr viel Elektrodenmaterial;
dadurch entsteht die Schwärzung. Die Übergangszeit von der Glimm-
zur Bogenentladung wird auch durch Menge und Art des
Entladungsmittels beeinflusst. Im Entladungsmittel kann man
eine Kombination aus Na, Tl und In oder aus Na, Tl und Dy als
Entladungsmaterial verwenden; es kann die Übergangszeit von
der Glimm- zur Bogenentladung jedoch nicht verbessern.
Man hat versucht, die Betriebsspannung zum Startzeitpunkt
der Hochleistungs-Entladungslampe so anzuheben, dass die
kleinstmögliche Leistung beim Übergang von der Glimm- zur
Bogenentladung überschritten wird, um die Übergangszeit von
der Glimm- zur Bogenentladung ein wenig zu verkürzen. Eine über
mäßige Zufuhr an Glimmleistung bewirkt jedoch eine starke
Elektrodenerwärmung. Dies erzeugt eine zusätzliche Elektrodenver
dampfung und beschleunigt damit die Schwärzung.
Nach dem Übergang der Hochleistungs-Entladungslampe von
der Glimmentladung zur Bogenentladung entsteht ein Brennfleck
auf dem Hauptabschnitt der Elektrode. Anschließend kondensiert
überschüssiges Entladungsmittel unten im schmalen Spalt und
verbleibt dort in flüssiger Phase. Seine Oberfläche bildet den
kältesten Abschnitt der Lampe. Die Hochleistungs-Entladungslampe
arbeitet dann stabil.
Bei einer Hochleistungs-Entladungslampe mit Quarzglas-
Entladungsgefäß bildet sich der kälteste Abschnitt an einem
Teil der Elektrode, der von dem Elektrodenteil im Mantel entfernt
ist, der den Entladungsraum bestimmt. Daraus schließt man, dass
das Verkürzen der Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
so weit wie möglich die Schwärzung wirksam unterdrücken kann.
Uns ist kein Dokument bekannt, das die Schwärzung für den Fall
behandelt, dass eine Hochleistungs-Entladungslampe mit einem
Vorschaltgerät für den Hochfrequenzbetrieb von Leuchtstofflampen
betrieben wird.
Beim Betrieb einer Hochleistungs-Entladungslampe ist es
zudem erforderlich, das Auftreten eines akustischen Reso
nanzphänomens zuverlässig zu verhindern. Die akustische Resonan
zerscheinung wird nun beschrieben. Zum Vermeiden des akustischen
Resonanzphänomens sind bereits eine Reihe von Vorschlägen
unterbreitet worden. Ein einfacher und wirksamer Ansatz bei
Hochleistungs-Entladungslampen ist eine Betriebsfrequenz, die
deutlich unter der Resonanzfrequenz der Hochleistungs-
Entladungslampen liegt. Die Resonanzfrequenz der Hochleistungs-
Entladungslampen ändert sich abhängig von der Form und der Größe
der Entladungsräume in dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß.
Ist die Gestalt des Entladungsraums kompliziert, beispielsweise
zylinderförmig, so treten mehrere Moden mit Resonanzfrequenzen
auf. Betreibt man die Hochleistungs-Entladungslampe nicht mit
einer Betriebsfrequenz, die wesentlich unter der Frequenz des
Grundmodus liegt, d. h. unter der niedersten Frequenz der
zahlreichen Resonanzfrequenzmoden, so kann man das akustische
Resonanzphänomen nicht vermeiden.
Zum Erfüllen der angegebenen Bedingungen ist es erfor
derlich, die Betriebsfrequenz beträchtlich zu senken. Dies ist
hinsichtlich einer Miniaturisierung des Vorschaltgeräts
unvorteilhaft.
Andererseits weiß man auch, dass bei einem Betrieb von
Hochleistungs-Entladungslampen mit einer Frequenz, die zehnfach
über dem Grundmode der Frequenz des akustischen Resonanzphänomens
liegt, die Probleme mit der akustischen Resonanz nicht auftreten.
Bei einer derartig hohen Betriebsfrequenzen wird jedoch das
Strahlungsrauschen und Leitungsrauschen sehr stark. Kämpft man
mit einer elektromagnetischen Abschirmung dagegen an, so tritt
die weitere Schwierigkeit auf, dass die Größe der Hochleistungs-
Entladungslampe letztlich zunimmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hochleistungs-Entla
dungslampe und/oder ihr Vorschaltgerät so klein wie möglich
zu gestalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte
Hochleistungs-Entladungslampe und ein zugehöriges Vorschaltgerät
bereitzustellen, die eine Schwärzung durch Verdampfung von
Elektrodenmaterial beim Übergang von der Glimm- zur Bogen
entladung verringern.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine
kompakte Hochleistungs-Entladungslampe und ein zugehöriges
Vorschaltgerät bereitzustellen, die nicht nur akustische Re
sonanzerscheinungen vermeiden können, sondern auch möglichst
klein sind.
Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung besitzt eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
eine Hochleistungs-Entladungslampe, die enthält: ein licht
durchlässiges Entladungsgefäß mit einem Mantel, der einen
Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil, dessen
Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel, eine längliche
Elektrode, die in das hohle Teil des lichtdurchlässigen Ent
ladungsgefäßes eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt zur
Innenwand des hohlen Teils verbleibt und ein Vorderende der
Elektrode in den Mantel des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes
ragt, einen Anschlussleiter, dessen Vorderende mit einem hinteren
Ende der Elektrode verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an
dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß befestigt ist, und dessen
Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß herausragt,
und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält
und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß gefüllt ist, und
ein Vorschaltgerät, dessen Belastungskennlinie glatt von
der sekundären Leerlaufspannung zum sekundären Kurzschlussstrom
verläuft, und mit dem man die Hochleistungs-Entladungslampe
mit Hochfrequenz betreiben kann.
In den folgenden Beschreibungen werden einige Definitionen
und ihre technischen Bedeutungen für die folgenden besonderen
Begriffe festgelegt, soweit sie nicht anderweitig definiert
werden.
Das lichtdurchlässige Entladungsgefäß, das aus einem Mantel
und einem hohlen Teil besteht, kann aus Quarzglas oder
lichtdurchlässiger Keramik hergestellt werden. Der Begriff
"lichtdurchlässig" bedeutet in diesen Fall eine Durchlässigkeit,
die es einem durch Entladung erzeugten Licht erlaubt, das Gefäß
einer Entladungslampe nach außen zu durchdringen. Demgemäß kann
der Term nicht nur eine Durchlässigkeit bedeuten, sondern auch
eine Lichtstreuung. Es reicht zudem aus, wenn das Gefäß zumindest
eine Lichtdurchlässigkeit hat. Das Gefäß kann auch eine
Tönwirkung haben.
Der Mantel hält hauptsächlich eine positive Säule, die
während des Betriebs auf den Elektroden erzeugt wird. Der Mantel
kann mehrere Formen aufweisen und beispielsweise kugelförmig,
oval oder unregelmäßig sein.
Das hohle Teil befindet sich an einer oder beiden Seiten
des Mantels und bestimmt einen schmalen Spalt zwischen seiner
inneren Oberfläche und einer Elektrode, die in das hohle Teil
eingesetzt wird.
Ist das lichtdurchlässige Entladungsgefäß aus Quarzglas
hergestellt, so kann es durch Verschmelzen abgedichtet werden,
beispielsweise durch eine Abquetschdichtung, da das Quarzglas
durch Erwärmen bearbeitbar ist.
Besitzt die Entladungslampe ein lichtdurchlässiges Ke
ramikgefäß, das nicht durch Erwärmen bearbeitbar ist, so kann
man sie mit einer keramischen Dichtmasse abdichten.
Die Elektrode hat eine längliche Form und ist aus Wolfram
oder dotiertem Wolfram hergestellt. Sie bildet einen schmalen
Spalt gegen die Innenfläche des Gefäßes aus, in das sie
eingesetzt ist. Ihr Vorderende ragt in den Mantel hinein.
Das Vorderende der Elektrode kann bei Bedarf als Wendel
gewickelt sein, um die Entladung durch einen größeren Ober
flächenbereich zu verbessern.
Der Mittenabschnitt der Elektrode hat bevorzugt eine feste
Abmessung, damit ein schmaler Spalt, d. h. eine Kapillare, so
gleichförmig wie möglich und mit gleichmäßigem Abstand zur
Innenfläche des hohlen Teils des lichtdurchlässigen Gefäßes
der Entladungslampe ausgebildet wird.
Das hintere Ende der Elektrode wird in einer festgelegten
Position zum lichtdurchlässigen Gefäß der Entladungslampe
befestigt und führt den elektrischen Strom von außen zu. Ist
das lichtdurchlässige Gefäß der Entladungslampe aus Quarzglas
hergestellt, so ist das hintere Ende der Elektrode gesintert,
damit ein elektrischer Anschluss an den abdichtenden Metallfilm
des Anschlussleiters hergestellt wird, der mit abdichtendem
Metall versehen ist. Das Vorderende der Elektrode kann vom
Quarzglas gehalten werden.
Ist das lichtdurchlässige Gefäß der Entladungslampe aus
lichtdurchlässiger Keramik hergestellt, so ist das hintere Ende
der Elektrode durch eine Sinterung mechanisch mit dem
Anschlussleiter verbunden, und sie ist dadurch befestigt und
elektrisch angeschlossen. Zum Puffern der Sinterwärme kann man
zwischen den Anschlussleiter und das hintere Ende der Elektrode
ein geeignetes Material, beispielsweise Molybdän, einlegen.
Der Anschlussleiter dient zum Anlegen einer Spannung an
die Elektroden und führt den Elektroden den elektrischen Strom
zu. Zudem dichtet er das lichtdurchlässige Gefäß der Entladungs
lampe ab. Das vordere Ende des Anschlussleiters ist mit dem
hinteren Ende der Elektrode verbunden. Das hintere Ende des
Anschlussleiters steht aus dem lichtdurchlässigen Gefäß der
Entladungslampe hervor. Der Satz "das hintere Ende des
Anschlussleiters steht aus dem lichtdurchlässigen Gefäß der
Entladungslampe hervor" bedeutet nicht unbedingt, dass der
Anschlussleiter aus dem lichtdurchlässigen Gefäß der Ent
ladungslampe herausragen muss; er muss jedoch von außen zu
gänglich sein, damit man ihm Strom von außen zuführen kann.
Der Anschlussleiter kann auch dazu dienen, die gesamte
Hochleistungs-Entladungslampe zu halten.
Falls das lichtdurchlässige Gefäß der Entladungslampe aus
Quarzglas hergestellt ist, kann der Anschlussleiter auch aus
einer abdichtenden Metallschicht und einem Anschlussdraht
aufgebaut sein, dessen vorderes Ende mit dem Dichtungsmetall
gesintert ist.
Ist das lichtdurchlässige Gefäß aus lichtdurchlässiger
Keramik hergestellt, so kann der Anschlussleiter aus einem
dichtenden Metallstab, einem Metallrohr oder einer Wicklung
aus Niob aufgebaut sein. Da Niob sehr leicht oxidiert, ist in
diesem Fall an den Anschlussleiter ein oxidationsbeständiger
Leiter angeschlossen. Der Anschlussleiter muss von einem Dicht
mittel eingeschlossen sein, damit er keinen Kontakt zur Luft
hat, falls die Hochleistungs-Entladungslampe an der Luft
betrieben wird.
Das Entladungsmittel enthält zumindest Neon und Argon als
Startgas und Puffergas. Es wird in das lichtdurchlässige Gefäß
der Entladungslampe eingefüllt und erzeugt bei Betrieb einen
Gesamtdruck.
In der Entladungslampe kann man je nach Anforderung Halogen-
Metalldampf oder Quecksilber als Licht abstrahlendes Material
oder Puffergas verwenden.
Das Argon ist mit dem Neon so gemischt, dass es 0,1-10
Prozent des Gesamtdrucks erzeugt.
Neon und Argon werden normalerweise mit einem Gasdruck
im Bereich von 50 bis 580 Torr eingefüllt. Beträgt der Druck
des eingefüllten Gases weniger als 50 Torr, so verlängert sich
die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung, und die
Schwärzung durch die Verdampfung des Elektrodenwolframs wird
beträchtlich. Übersteigt der Druck des eingefüllten Gases 580
Torr, so steigt die Betriebsspannung der Hochleistungs-
Entladungslampe, und die Glimmleistung nimmt zu. Damit ist die
Aufgabe der Erfindung nicht zu erfüllen.
Verwendet man Halogen-Metalldampf als Entladungsmittel,
so kann man als Halogen zum Bilden des Halogen-Metalldampfs
einen oder mehrere Stoffe aus der Gruppe mit Jod, Brom, Chlor
und Fluor verwenden.
Die Halogen-Metalldämpfe, die das lichtaussendende Metall
enthalten, kann man aus einer Gruppe bekannter Halogen-
Metalldämpfe auswählen, damit man eine Strahlung mit gewünschten
Strahlungseigenschaften erhält, beispielsweise eine Lichtfarbe
oder einen mittleren Farbwiedergabe-Bewertungsindex Ra und einen
Lichterzeugungs-Wirkungsgrad. Die Art des Halogen-Metalldampfs
hängt weiter von der Größe des lichtdurchlässigen Entladungsge
fäßes und der Leistungszufuhr ab. Man kann beispielsweise ein
oder mehrere Halide ausgewählt aus der Gruppe mit Na-Halid,
Li-Halid, Sc-Halid oder Halide von seltenen Erden verwenden.
Man kann auch Metallhalide mit einem relativ hohen
Dampfdruck, die wenig oder überhaupt nicht im Bereich des
sichtbaren Lichts abstrahlen, z. B. Aluminium, in das Entla
dungsgefäß einfüllen, und zwar anstelle einer geeigneten Menge
an Quecksilber als Pufferdruck.
Anstelle von Neon oder Argon kann man bei Bedarf auch andere
Edelgase in das Gefäß der Entladungslampe einfüllen.
In der Hochleistungs-Entladungslampe der Erfindung kann
man das lichtdurchlässige Entladungsgefäß so aufbauen, dass
es mit der Luft in Berührung kommt. Man kann das lichtdurch
lässige Entladungsgefäß jedoch auch abgedichtet in einem äußeren
Kolben aufnehmen. Die Hochleistungs-Entladungslampe kann als
Lichtquelle mit gerichteter Lichtabstrahlung dienen, wenn man
die Innenwand des äußeren Kolbens als Reflexionsfläche bezüglich
eines Brennpunkts gestaltet.
Die Hochleistungs-Entladungslampe der Erfindung kann das
Licht mit einer optischen Anordnung leicht bündeln und damit
die Größe der Lichtquelle verringern. Auf Wunsch lässt sich
die Lichtquelle auch mit einem Reflektor verbinden. Der Reflektor
kann auf der Innenwand des äußeren Kolbens ausgebildet sein,
der die Hochleistungs-Entladungslampe aufnimmt. Man kann die
Hochleistungs-Entladungslampe auch auf einem getrennten Reflektor
montieren.
Das Belastungsverhalten des Vorschaltgeräts in der Erfindung
gleicht dem Belastungsverhalten von Vorschaltgeräten, die bei
Leuchtstofflampen verwendet werden. Die Erfindung beruht auf
der neuen Erkenntnis, dass der Betrieb einer wie beschrieben
aufgebauten Hochleistungs-Entladungslampe mit einem Vor
schaltgerät, das das genannte Belastungsverhalten aufweist,
beim Startvorgang nicht zu Schwärzungen führt.
Damit kann man in der Erfindung das Vorschaltgerät einer
Leuchtstofflampe verwenden. Natürlich kann man auch ein Vor
schaltgerät verwenden, das für Hochleistungs-Entladungslampen
hergestellt wird, wenn es das in der Erfindung festgelegte
Belastungsverhalten aufweist.
In der Beschreibung der Erfindung bezeichnet der Begriff
"Hochfrequenz" eine Frequenz von 5 kHz oder mehr.
Zudem ist in der Erfindung die sekundäre Leerlaufspannung
V20 des Vorschaltgeräts in einem Bereich eingestellt, der eine
relativ große Flexibilität für die Entladungsstartspannung der
Hochleistungs-Entladungslampe lässt. D. h., das Verhältnis V20/Vs
der sekundären Leerlauf-Entladungsspannung V20 des Vor
schaltgeräts zur Entladungsstartspannung Vs der Hochleistungs-
Entladungslampe kann im folgenden Bereich eingestellt werden:
110 ≦ V20/Vs ≦ 300.
Da die Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entla
dungslampe statistisch streut, muss die Festlegung der Ent
ladungsstartspannung Vs mit Vorsicht erfolgen.
Für das Vorschaltgerät kann man irgendeine Schaltungs
anordnung wählen, sofern sie das angegebene Belastungsverhalten
hat. Die Schaltung des Vorschaltgeräts kann beispielsweise ein
Halbbrückenumrichter, ein Vollbrückenumrichter, ein Parallelum
richter oder ein Einzeltransistor-Umrichter sein, etwa ein
Sperrwandler.
Eine Voraussetzung für den Übergang von der Glimm- zur
Bogenentladung ist, dass eine normale Glimmentladung in eine
unnormale Glimmentladung übergeht. Erforderlich für den Übergang
von der Glimm- zur Bogenentladung ist ein Zusammenhang zwischen
dem Kathodenspannungsabfall VK und der auf der Elektrode
gemessenen Stromdichte j/p2 (j bezeichnet den Glimmentladungs
strom (in mA); p bezeichnet die Größe der Elektrodenoberfläche
(in mm2)), der auch von der Art des Puffergases abhängt.
In der Hochleistungs-Entladungslampe gemäß diesem Merkmal
der Erfindung enthält das Ionisierungsmittel Neon und Argon
als Puffergas. Die Elektrode verläuft durch das hohle Teil des
lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes. Das Vorschaltgerät hat
ein dem Vorschaltgerät einer Leuchtstofflampe ähnliches
Belastungsverhalten, d. h. eine Belastungskennlinie, die glatt
von der sekundären Leerlaufspannung zum sekundären Kurzschluss
verläuft. Dabei liegt die sekundäre Leerlaufspannung nahe an
der Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entladungslampe.
Damit kann man die Glimmleistung beim Übergang von der Glimm-
zur Bogenentladung senken. Dies ist aus den bereits angegebenen
Gründen wünschenswert.
- 1. Die gemessene Stromdichte auf der Elektrode nimmt ab Besteht das Puffergas aus Neon und aus Argon, so bleibt der Kathodenspannungsabfall gleich, der Glimmstrom beim Übergang von der normalen Glimmentladung zur unnormalen Glimmentladung nimmt jedoch ab. Damit nimmt die Glimmleistung ebenfalls ab.
Da beim Glimmentladungsvorgang der Elektrodenmittenab
schnitt, der im schmalen Spalt des hohlen Teils freiliegt, als
Elektrode wirkt, und ebenso der Kantenbereich der Elektrode,
der aus dem hohlen Teil des lichtdurchlässigen Gefäßes der
Entladungslampe herausragt, nimmt die wirksame Elektroden
oberfläche zu. Damit sinkt bei festliegenden Kathodenspan
nungsabfall die an der Elektrode gemessene Stromdichte.
- 1. Die Entladungsstartspannung sinkt Besteht das Puffergas aus Neon und aus Argon, so sinkt verglichen mit dem Fall, dass nur Argon als Puffergas verwendet wird, bekanntlich die Entladungsstartspannung. Man kann damit die Spannung senken, die das Vorschaltgerät in der Periode des Übergangs von der Glimm- zur Bogenentladung zuführt, und der Glimmstrom wird ebenfalls geringer. Die Entladungsstartspannung kann man in diesem Fall jedoch nicht unter 2 kVss absenken.
- 2. Der positive Säulenverlust nimmt zu Besteht das Puffergas aus Neon und Argon, so nimmt der positive Säulenverlust verglichen damit zu, dass nur Argon als Puffergas dient, und die an die Elektroden anzulegende Spannung nimmt zu.
Dadurch nimmt die Glimmleistung verglichen damit, dass
nur Argon verwendet wird, auf ungefähr 1/5 ab. Es hat sich
gezeigt, dass die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
nur geringfügig zunimmt, so dass die Verdampfung von Wolfram
aus der Elektrode unterdrückt wird und beträchtlich weniger
Schwärzung auftritt. Damit kann man durch eine gute Anpassung
des Puffergas-Einfülldrucks die Übergangszeit von der Glimm-
zur Bogenentladung in einen technisch zulässigen Bereich legen.
Zwischen der Innenfläche des hohlen Teils des lichtdurchläs
sigen Gefäßes der Entladungslampe und der Elektrode besteht
ein schmaler Spalt. Im Inneren des schmalen Spalts befindet
sich bei Betrieb der kälteste Abschnitt der Lampe mit einer
geeigneten Temperatur. Im Inneren des schmalen Spalts sammelt
sich bei Betrieb unten unverdampftes Entladungsmittel in
flüssiger Phase.
Die Erfindung liefert also ein kompaktes Vorschaltgerät
für eine Hochleistungs-Entladungslampe, wobei das kompakte
Vorschaltgerät ohne irgendeinen Zünder verwendet wird.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung besitzt eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
eine Hochleistungs-Entladungslampe, die enthält: ein licht
durchlässiges Entladungsgefäß mit einem Mantel, der einen
Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil, dessen
Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel, eine längliche
Elektrode, die in das hohle Teil des lichtdurchlässigen Ent
ladungsgefäßes eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt zur
Innenwand des hohlen Teils verbleibt und ein Vorderende der
Elektrode in den Mantel des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes
ragt, einen Anschlussleiter, dessen Vorderende mit einem hinteren
Ende der Elektrode verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an
dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß befestigt ist, und dessen
Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß herausragt,
und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält
und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß gefüllt ist, und
ein Vorschaltgerät, dessen Belastungskennlinie nahe an
einer Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entladungslampe
beginnt und glatt von der sekundären Leerlaufspannung zum
sekundären Kurzschlussstrom verläuft, und mit dem man die
Hochleistungs-Entladungslampe mit Hochfrequenz betreiben kann.
Verglichen mit dem ersten Merkmal der Erfindung kann man
das zweite Merkmal der Erfindung so auslegen, dass die sekundäre
Leerlaufspannung des Vorschaltgeräts nahe an der Entla
dungsstartspannung der Hochleistungs-Entladungslampe liegt,
und man kann die Glimmleistung zur Zeit des Betriebsbeginns
senken.
Der Satz "die sekundäre Leerlaufspannung liegt nahe an
der Entladungsstartspannung" bedeutet, dass die sekundäre
Leerlaufspannung V20 im Bereich von 110 bis 200 Prozent der
Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entladungslampe liegt.
Liegt die Lampenleistung der Hochleistungs-Entladungslampe
unter 50 W, so hat das Vorschaltgerät bevorzugt ein Belastungs
verhalten, bei dem die sekundäre Leerlauf-Entladungsspannung
V20 geringer als 2,5 kVss ist, mehr bevorzugt geringer als 2
kVss, und der sekundäre Kurzschlussstrom IS unter 1,0 A liegt.
Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung besitzt eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
eine Hochleistungs-Entladungslampe, die enthält: ein licht
durchlässiges Entladungsgefäß mit einem Mantel, der einen
Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil, dessen
Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel, eine längliche
Elektrode, die in das hohle Teil des lichtdurchlässigen Ent
ladungsgefäßes eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt zur
Innenwand des hohlen Teils verbleibt und ein Vorderende der
Elektrode in den Mantel des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes
ragt, einen Anschlussleiter, dessen Vorderende mit einem hinteren
Ende der Elektrode verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an
dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß befestigt ist, und dessen
Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß herausragt,
und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält
und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß gefüllt ist, und
ein Vorschaltgerät, das als wesentliche Komponente einen
Hochfrequenzumrichter besitzt, der einen LC-Schwingkreis enthält.
Ein Umrichter, der die genannten Anforderungen erfüllt,
kann ein Halbbrückenumrichter, ein Parallelumrichter oder ein
Einzeltransistor-Umrichter sein, etwa ein Sperrwandler.
Die Schwingungssteuerung des Umrichters kann durch Selbst
erregung oder Fremderregung erfolgen. Die Betriebsfrequenz des
Umrichters kann entweder fest oder variabel sein.
Ändert sich die Betriebsfrequenz des Umrichters abhängig
vom Betriebszustand gegen die Resonanzfrequenz des LC-Schwing
kreises, so kann man die Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts
durch das Ändern der Betriebsfrequenz des Umrichters steuern.
Führt man beim Startvorgang die Betriebsfrequenz näher
an die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises, so steigt die
Ausgangsspannung. Damit kann man die sekundäre Leerlaufspannung
näher an die Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Ent
ladungslampe führen. Führt man die Betriebsfrequenz nach dem
Betriebsstart weg von der Resonanzfrequenz, so sinkt die
Ausgangsspannung. Damit kann man die sekundäre Leerlaufspannung
näher an die Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entla
dungslampe führen, und die Belastungskennlinie des Vor
schaltgeräts verläuft von der sekundären Entladungsspannung
glatt zum sekundären Kurzschlussstrom.
Bei feststehender Betriebsfrequenz kann man die Aus
gangsspannung des Vorschaltgeräts dadurch regeln, dass man den
LC-Schwingkreis so aufbaut, dass sich seine Resonanzfrequenz
abhängig von den Umständen ändert. Beispielsweise kann man die
Spule L des LC-Schwingkreises im Leerlauf in der Sättigung
betreiben. In der Sättigung sinkt die Induktivität der Spule
L, und die Resonanzfrequenz steigt, so dass die Resonanzfrequenz
näher an der Betriebsfrequenz liegt. Dadurch steigt die
Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts. Unter Belastung befindet
sich die Spule L des LC-Schwingkreises aufgrund des Lampenstroms
nicht mehr im gesättigten Zustand. Dadurch wandert die
Resonanzfrequenz von der Betriebsfrequenz weg, und die
Ausgangsspannung sinkt durch die Frequenzverschiebung.
In der Erfindung vereinfacht sich die Schaltungsanordnung
des Vorschaltgeräts. Damit kann man eine kompakte und
kostengünstige Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-
Entladungslampe erhalten.
Da das Vorschaltgerät einen LC-Schwingkreis enthält, hat
die Kurvenform der Ausgangsspannung einen sinusförmigen Verlauf.
Gemäß einem vierten Merkmal der Erfindung besitzt die
Hochleistungs-Entladungslampe der Hochleistungs-Entladungslampen-
Beleuchtungseinrichtung nach einem der beschriebenen Merkmale
eins bis drei ein lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß
mit einem Mantel, der einen Entladungsraum bestimmt, und mit
einem zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser, der
ein hohles Teil bestimmt, dessen Innendurchmesser kleiner ist
als der Mantel, eine längliche Elektrode, die in das hohle Teil
des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes eingesetzt
ist, wobei ein schmaler Spalt zur Innenwand des hohlen Teils
verbleibt und ein Vorderende der Elektrode in den Mantel des
lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes ragt, einen
Anschlussleiter, dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der
Elektrode verbunden ist und diese hält, und dessen Hinterende
aus dem lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäß her
ausragt, ein Keramikdichtmittel, das den zylindrischen Abschnitt
des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes und den
Anschlussleiter miteinander verbindet und abdichtet, und ein
Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in
das lichtdurchlässige Entladungsgefäß gefüllt ist.
Der Satz "lichtdurchlässiges Keramikgefäß der Entladungs
lampe" bezeichnet ein hermetisch verschlossenes Gefäß der Ent
ladungslampe, das aus monokristallinem Metalloxid besteht, z.
B. Saphir, oder aus polykristallinem Metalloxid, z. B.
halbdurchsichtigem Aluminiumoxid, oder aus Yttrium-Aluminium-
Granat (YAG), Yttriumoxid (YOX) oder aus polykristallinem
nichtoxidischem Material, z. B. einem Material, das eine
Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit wie Aluminiumnitrid
(AIN) aufweist.
Wird das Gefäß an seinen beiden Enden abgedichtet, so kann
man beim Herstellen des lichtdurchlässigen keramischen
Entladungsgefäßes einen in der Mitte angeordneten Mantel und
zwei zylindrische Abschnitte mit kleinem Durchmesser, die an
beiden Enden des Mantels das hohle Teil bilden, von Anfang an
in einem Stück ausführen. Man kann jedoch auch ein licht
durchlässiges keramisches Entladungsgefäß in einem Stück her
stellen, indem man einen einzelnen Kolben, der den Mantel bildet,
und zwei Zylinder mit kleinem Durchmesser, die mit den beiden
gegenüberliegenden Enden des Kolbens verbunden werden, getrennt
vorsintert, die Teile dann verbindet und sie zuletzt gemeinsam
fertig sintert. Man kann ein Entladungsgefäß in einem Stück
auch dadurch herstellen, dass man zunächst einzelne Teile
getrennt vorsintert, nämlich einen Zylinder, der ein hohles
Glied bildet, zwei Endplatten, die in beide Enden des Zylinders
eingesetzt werden und ihn verschließen, und zwei Zylinder mit
kleinem Durchmesser, die als zylindrische Abschnitte mit kleinem
Durchmesser dienen und die in mittige Löcher eingesetzt werden,
die in den Endplatten bestimmt sind. Anschließend setzt man
die Teile zusammen und sintert sie gemeinsam fertig.
Bei einer Anordnung, die nur an einem Ende verschlossen
wird, kann man sämtliche Teile von Anfang an in einem Stück
ausbilden, wie dies bei der Anordnung mit zwei verschlossenen
Enden beschrieben wurde. Man kann auch eine Kugel mit einer
Öffnung oder einen unten verschlossenen Zylinder, der eine
Öffnung enthält, und einen Zylinder, der den zylindrischen
Abschnitt mit kleinem Durchmesser bildet, getrennt vorsintern.
Anschließend setzt man die Teile passend zusammen und sintert
sie gemeinsam zu Ende. Man kann den zylindrischen Abschnitt
mit kleinem Durchmesser auch als ein Stück ausformen, in dem
sich beide Elektroden befinden. Wahlweise kann man auch zwei
zylindrische Abschnitte mit kleinem Durchmesser herstellen.
Bei der Montage des gemeinsamen zylindrischen Abschnitts mit
kleinem Durchmesser bestimmt man zunächst zwei Durchgangslöcher
in einem mittleren keramischen Zylinder. Anschließend setzt
man zwei Anschlussleiter in die Durchgangslöcher des mittleren
Zylinders ein und dichtet sie passend ab, so dass ein erforderli
cher Abstand zwischen dem Anschlussleiter und der Elektrode
sichergestellt ist.
Dieses Merkmal der Erfindung ist besonders wirksam, wenn
das Innenvolumen des lichtdurchlässigen keramischen Entla
dungsgefäßes einen geringen Rauminhalt von 0,05 Kubikzentimeter
oder bevorzugt weniger als 0,04 Kubikzentimeter hat. Die Er
findung ist jedoch nicht notwendig auf dieses Volumen einge
schränkt. In diesem Fall hat das lichtdurchlässige keramische
Entladungsgefäß eine Gesamtlänge von 35 Millimeter oder weniger
und liegt bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 30 Millimeter.
Als Material für den Anschlussleiter kann man Tantal, Titan,
Zirkon, Hafnium oder Vanadium verwenden. Dies sind elektrisch
leitende Metalle, die nahezu den gleichen mittleren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzen wie die lichtdurchlässige
Keramik. Verwendet man eine Aluminiumkeramik, beispielsweise
Aluminiumoxid, als Material des lichtdurchlässigen keramischen
Entladungsgefäßes, so sind Niob und Tantal zum Abdichten
geeignet, weil sie nahezu den gleichen mittleren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzen wie das Aluminiumoxid. Setzt
man Yttriumoxid und YAG ein, so weichen ihre thermischen
Ausdehnungskoeffizienten nur sehr wenig ab. Benutzt man
Aluminiumnitrid, so nimmt man als Material für den Dichtungs
abschnitt am besten Zirkon.
Das Dichtungsmaterial bzw. die keramische Vergussmasse
wird zwischen den Anschlussleiter und den zylindrischen Abschnitt
mit geringem Durchmesser am hinteren Ende des zylindrischen
Abschnitts mit geringem Durchmesser eingebracht. Es schmilzt
und fließt in den Spalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt
mit geringem Durchmesser und dem Anschlussleiter. Anschließend
wird das Dichtungsmaterial bzw. die keramischen Vergussmasse
abgekühlt; es härtet aus und verschließt den Spalt zwischen
dem Anschlussleiter und dem zylindrischen Abschnitt mit geringem
Durchmesser. Das Dichtungsmaterial befestigt den Anschlussleiter
in einer vorgeschriebenen Stellung.
Das Dichtungsmaterial muss den Anschlussleiter, der in
den zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser eingesetzt
ist, vollständig abdichten. Bedeckt das Dichtungsmaterial den
länglichen Endabschnitt der Elektrode, der am Anschlussleiter
befestigt ist, auf einer kurzen Strecke, bevorzugt auf einer
Länge von 0,2 bis 0,3 Millimeter, so kann das Entladungsmittel,
z. B. ein Halogen, den Anschlussleiter nur schwer angreifen.
Nach dem Befestigen des länglichen Endabschnitts der
Elektrode am Ende des Anschlussleiters und dem Einbringen des
keramischen Dichtungsmaterials zwischen dem Anschlussleiter
und dem zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser des
lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes ist das licht
durchlässige keramische Entladungsgefäß verschlossen. Am Ende
des hohlen Teils, d. h. des zylindrischen Abschnitts mit geringem
Durchmesser, bildet das Dichtungsmaterial ein abdichtendes
Unterteil, und es entsteht ein schmaler Spalt zwischen der
Innenfläche des hohlen Teils und der Elektrode, die in den
zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser eingesetzt
ist.
Da für das lichtdurchlässige Entladungsgefäß eine licht
durchlässige Keramik verwendet wird, erhält man eine Beleuch
tungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe, bei
der die Hochleistungs-Entladungslampe einen guten Lampenwir
kungsgrad und eine lange Lebensdauer hat.
Das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß ist für
Neon undurchlässig; daher kann das Neon auch bei längerem Lam
penbetrieb nicht entweichen, und die Lampe arbeitet lange Zeit
ordentlich.
Gemäß dem fünften Merkmal der Erfindung ist die Hochlei
stungs-Entladungslampe der Hochleistungs-Entladungslampen-Be
leuchtungseinrichtung nach einem der beschriebenen Merkmale
eins bis vier dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungs-
Entladungslampe mit dem Entladungsmittel gefüllt wird, das Neon
und Argon mit einem Gasdruck im Bereich von 100 bis 200 Torr
enthält.
In der Erfindung ist der bevorzugt in die Hochleistungs-
Entladungslampe eingefüllte Gasdruck des Neons und Argons be
grenzt.
Die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung und
das Ausmaß der Schwärzung ändern sich abhängig vom Startgas
und vom Druck des eingefüllten Puffergases. Ein zunehmender
Gasfülldruck erhöht die Glimmleistung und damit die Temperatur,
auf die sich die Elektrode erwärmt. Dies führt leicht zu einer
verkürzten Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung.
Wird der Gasfülldruck des Neons und Argons zu hoch, so
nimmt die Schwärzung zu. Wird der Gasfülldruck zu gering, so
nimmt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung zu
und die Verdampfung des Elektrodenmaterials steigt an.
Durch das Begrenzen des Neon-Argon-Gasfülldrucks auf den
genannten Bereich liegt die Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung bei zwei bis drei Sekunden, und die Schwärzung
nimmt beträchtlich ab. Eine Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung in diesem Umfang liegt im tolerablen Bereich
für praktische Anwendungen.
Gemäß einem sechsten Merkmal der Erfindung besitzt eine
Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe
eine Hochleistungs-Entladungslampe die enthält: einen Mantel, der einen Entladungsraum bestimmt, ein lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß, das einen mit dem Mantel verbundenen zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel, eine längliche Elektrode, die in den zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt zur Innenwand des zylindrischen Abschnitts mit geringem Durchmesser des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes verbleibt, ein Entladungsmittel, das in das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß eingefüllt ist, und
ein Vorschaltgerät zum Betreiben der Hochleistungs-Ent ladungslampe bei Hochfrequenz, wobei die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungslampe im Bereich von 0,5 bis 3,0 Sekunden liegt.
eine Hochleistungs-Entladungslampe die enthält: einen Mantel, der einen Entladungsraum bestimmt, ein lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß, das einen mit dem Mantel verbundenen zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel, eine längliche Elektrode, die in den zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt zur Innenwand des zylindrischen Abschnitts mit geringem Durchmesser des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes verbleibt, ein Entladungsmittel, das in das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß eingefüllt ist, und
ein Vorschaltgerät zum Betreiben der Hochleistungs-Ent ladungslampe bei Hochfrequenz, wobei die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungslampe im Bereich von 0,5 bis 3,0 Sekunden liegt.
Eine Beschreibung des lichtdurchlässigen keramischen Ent
ladungsgefäßes, der Elektrode, des Anschlussleiters und des
Vorschaltgeräts ist nicht erforderlich, da diese Elemente mit
den vorhergehenden Merkmalen der Erfindung übereinstimmen.
Das Entladungsmittel enthält zumindest Neon und Argon als
Puffergas. Es wird in das lichtdurchlässige keramische Gefäß
der Entladungslampe eingefüllt, um ähnlich wie in den
vorhergehenden Ausführungsformen bei Betrieb einen Gesamtdruck
zu erzeugen. In der Entladungslampe kann man ähnlich wie in
den vorhergehenden Ausführungsformen Halogen-Metalldämpfe oder
Quecksilber als Licht abstrahlendes Material oder Puffergas
verwenden. Im Entladungsmittel kann man je nach Anforderung
Halogen-Metalldämpfe oder Quecksilber als Licht abstrahlendes
Material oder Puffergas verwenden. Als Edelgas kann man eine
Mischung von Neon und Argon einfüllen, um den Glimmstrom beim
Übergang von der normalen Glimmentladung zur unnormalen
Glimmentladung zu verringern, und um die Entladungsstartspannung
zu verkleinern, d. h. die Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung einzustellen. Das Argon ist mit dem Neon so
gemischt, dass es 0,1-10 Prozent des Gesamtdrucks erzeugt.
Neon und Argon werden normalerweise mit einem Gasdruck im Bereich
von 50 bis 580 Torr eingefüllt, bevorzugt im Bereich von 100
bis 200 Torr. Beträgt der Druck des eingefüllten Gases weniger
als 50 Torr, so verlängert sich die Übergangszeit von der Glimm-
zur Bogenentladung, und die Schwärzung durch die Verdampfung
des Elektrodenwolframs wird beträchtlich. Übersteigt der Druck
des eingefüllten Gases 580 Torr, so steigt die Betriebsspannung
der Hochleistungs-Entladungslampe, und die Glimmleistung nimmt
zu.
Gemäß diesem Merkmal der Erfindung hat die Übergangszeit
von der Glimm- zur Bogenentladung im Bereich von 0,5 bis 3 Se
kunden zu liegen. Diese Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung bestimmt man durch eine Mittelung über fünf
Messwerte jeweils im Minimum der Lampenspannungskurve bei einer
Beobachtung mit dem Oszilloskop. Die Lampenspannungskurve
erreicht ihr Minimum, wenn beide Elektroden den Übergang von
der Glimm- zur Bogenentladung vollzogen haben. Tritt ein
Zeitunterschied zwischen den Übergängen von der Glimm- zur
Bogenentladung an den Elektroden auf, so nimmt man am besten
das Minimum des zuletzt auftretenden Übergangs von der Glimm-
zur Bogenentladung.
Beträgt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
weniger als 0,5 Sekunden, so wird ein großer Teil der Leistung
beim Übergang von der Glimm- zur Bogenentladung in kurzer Zeit
zugeführt, und die Elektrode wird außerordentlich stark erwärmt.
Dadurch verdampft die Elektrode übermäßig. Dies beschleunigt
die Schwärzung in unerwünschter Weise, und der Lichtstrom wird
zu stark abgeschirmt.
Übersteigt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenent
ladung 3,0 Sekunden, so nimmt das Zerstäuben der Elektrode stark
zu. Dies beschleunigt die Schwärzung in unerwünschter Weise,
und der Lichtstrom wird zu stark abgeschirmt.
Liegt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
im Bereich von 0,5 bis 3,0 Sekunden, so kann man nach 3000
Stunden Betriebszeit einen relativen Lichtstrom von 80 Prozent
oder mehr garantieren. Der Begriff "Betriebszeit" bezeichnet
hier einen Zyklus mit 165 Minuten Betrieb und 15 Minuten Ruhe,
der entsprechend oft wiederholt wird. Man kann die Übergangszeit
von der Glimm- zur Bogenentladung im angegebenen Bereich halten,
wenn man die Eigenschaften der Hochleistungs-Entladungslampe
passend einstellt und/oder das Vorschaltgerät gut anpasst.
Da bei diesem Merkmal der Erfindung die Übergangszeit von
der Glimm- zur Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungslampe,
die mit einem lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäß
versehen ist, in einem vorbestimmten Bereich eingestellt wird,
vermindert sich die Schwärzung beim Startvorgang und der relative
Lichtstrom nimmt zu.
Liegt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
unter 3 Sekunden, so bewegt sie sich in einem für praktische
Anwendungen zulässigen Bereich, der vom Benutzer noch nicht
als unangenehm empfunden wird.
Gemäß dem siebten Merkmal der Erfindung kann man eine Be
leuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
gut unterdrückbar ist.
Gemäß dem achten Merkmal der Erfindung kann man eine Be
leuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
gut unterdrückbar ist, und die kompakter ist als alle bisher
bekannten Typen.
Gemäß dem neunten Merkmal der Erfindung kann man eine Be
leuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, die mit einem Vorschaltgerät versehen ist, das
sich gut für den Hochfrequenzbetrieb eignet.
Gemäß einem zehnten Merkmal der Erfindung ist die Hochlei
stungs-Entladungslampe der Hochleistungs-Entladungslampen-Be
leuchtungseinrichtung gemäß einem der beschriebenen Merkmale
eins bis neun dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungs-
Entladungslampe eine Lampenleistung unter 50 Watt aufweist.
Die Hochleistungs-Entladungslampe der Erfindung ist so
kompakt, dass sie sich für Lichtleiter eignet. Die Beleuch
tungseinrichtung mit einer solchen Hochleistungs-Entladungslampe
wird so klein, dass sie eine Halogenglühlampe gleicher Leistung
ersetzen kann.
Eine derartige Hochleistungs-Entladungslampe ist besonders
zu bevorzugen, wenn sie die folgenden Anforderungen erfüllt.
Die Lampe erfüllt bevorzugt alle Anforderungen zusammen; es
kann jedoch auch die Kombination einiger Anforderungen
ausreichen.
- 1. Der Zusammenhang zwischen dem Durchmesser ϕs (Millimeter)
des Anschlussleiters und dem Durchmesser ϕe (Millimeter) der
Elektrode genügt der folgenden Ungleichung:
0,2 ≦ ϕe/ϕs ≦ 0,6.
Um eine Korrosion des Dichtungsmaterials durch die Halide
zu verhindern, senkt man die Temperatur des Dichtungsmaterials
der keramischen Dichtmasse. Man verbessert die Lichtausbeute,
indem man die Temperatur des schmalen Spalts erhöht. Hierzu
senkt man einerseits den Wärmewiderstand durch eine Verdickung
des Anschlussleiters und erhöht andererseits den Wärmewiderstand
der Elektrode. Bei einem Durchmesserverhältnis von ϕe/ϕs kleiner
als 0,2 ist die Elektrode zu dünn. Ist das Verhältnis größer
als 0,6, kann man die Temperatur des Dichtungsmaterials und
des schmalen Spalts nicht auf einem gewünschten Wert halten.
- 1. Für den Zusammenhang zwischen dem Innenvolumen des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes und ihrer Lichtdurchlässigkeit gilt: Das Innenvolumen des lichtdurch lässigen keramischen Entladungsgefäßes wird auf weniger als 0,1 Kubikzentimeter eingestellt bzw. bevorzugt auf weniger als 0,05 Kubikzentimeter. Die mittlere Lichtdurchlässigkeit des hohlen Teils wird auf 20 Prozent oder mehr und bevorzugt auf 30 Prozent oder mehr eingestellt.
Dabei sei vorausgesetzt, dass die Lichtdurchlässigkeit
bei 550 Nanometer gemessen wird. Der Begriff "mittlere Licht
durchlässigkeit" bezeichnet hier einen Mittelwert der Licht
durchlässigkeitsdaten gemessen an fünf verschiedenen Messpunkten.
Hat das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß wie
angesprochen ein geringes Innenvolumen, und beträgt die mittlere
Lichtdurchlässigkeit seines hohlen Teils 20 Prozent oder mehr,
so verbessert sich die Lichtausbeute (Lichtausbeute der
Gesamtvorrichtung), und zwar auch bei einem optischen System,
bei dem ein Reflektor mit der Entladungslampe verbunden ist.
Zusätzlich treten weniger Brüche in dem lichtdurchlässigen
keramischen Entladungsgefäß auf.
Das Innenvolumen des lichtdurchlässigen keramischen Ent
ladungsgefäßes wird auf folgende Weise gemessen. Zunächst wird
das Gefäß in Wasser getaucht, so dass es sich mit Wasser füllt.
Das Gefäß wird aus dem Wasser genommen, nachdem die Öffnungen
an beiden zylindrischen Abschnitten mit kleinem Durchmesser
verschlossen worden sind. Das Volumen des in dem Gefäß ein
geschlossenen Wassers wird nun bestimmt.
- 1. Die Gesamtlänge des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes wird kürzer als 30 Millimeter ausgelegt.
- 2. Der schmale Spalt wird auf weniger als 0,21 Millimeter eingestellt.
Wünscht man eine kompakte Hochleistungs-Entladungslampe
mit einer Lampenleistung von unter 50 Watt, hoher Lebensdauer
und gutem Lampenwirkungsgrad, so zeigt sich, dass man dieses
Ziel nicht erreicht, wenn man eine herkömmliche Entladungslampe
proportional verkleinert.
Stellt man den schmalen Spalt wie angegeben ein, so nimmt
der Wärmewiderstand der Elektrode zu. Damit sinkt die
Wärmeübertragung aus dem Entladungsplasma der Elektrode, und
die Temperatur des Dichtungsmaterials sinkt. Undichtigkeiten
im Dichtungsmaterial werden somit vermieden.
Gemäß einem elften Merkmal der Erfindung besitzt eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
eine Hochleistungs-Entladungslampe, die ein lichtdurchlässiges
keramisches Gefäß aufweist, und zwar mit einem sphärischen
Mantel, der eine Sphärizität (Kugelförmigkeit) von 0,6 oder
mehr hat und einem Entladungsraum bestimmt, zwei Elektroden,
die im Inneren des lichtdurchlässigen keramischen Gefäßes ein
ander gegenüberliegend angeordnet sind, ein Entladungsmittel,
das Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige
keramische Entladungsgefäß eingefüllt ist, und ein Vorschaltgerät
zum Betreiben der Hochleistungs-Entladungslampe bei einer Be
triebsfrequenz in Bereich von 40 bis 80 kHz.
Das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß ist ge
kennzeichnet durch den Mantel, der mit einer Sphärizität von
0,6 oder mehr sphärisch geformt ist. Die Sphärizität wird anhand
von Fig. 2 erklärt.
Fig. 2 dient dem Erklären des Sphärizitäts-Begriffs beim
lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäß in der Hochleis
tungs-Entladungslampe der Erfindung.
In Fig. 2 bezeichnet 1 ein lichtdurchlässiges keramisches
Gefäß, 1a einen Mantel, 1b einen Abschnitt mit geringem
Durchmesser, x die Mittenachse und y eine gegen die Mittenachse
x senkrechte Achse.
Das lichtdurchlässige keramische Gefäß 1 besteht aus
lichtdurchlässiger Keramik und hat die Gesamtlänge L.
Der Mantel 1a befindet sich in der Mitte des lichtdurch
lässigen keramischen Gefäßes 1 und ist mit einer vorgeschriebenen
Sphärizität RB sphärisch geformt. Der Mantel 1a hat einen größten
Innendurchmesser a, einen größten Außendurchmesser Oa und eine
axiale Länge b entlang der Mittenachse x.
Der zylindrische Abschnitt 1b mit kleinem Durchmesser ist
in einem Stück mit dem Mantel 1a ausgebildet und verläuft vom
Mantel weg auf der Mittenachse x. Die zylindrischen Abschnitte
1b mit kleinem Durchmesser enthalten jeweils auf der Mittenachse
x Durchgangslöcher 1b1 mit der Länge L1 bzw. L2. Die inneren
Enden der Durchgangslöcher 1b1 stehen mit dem Inneren des Mantels
1a in Verbindung. Die äußeren Enden münden in die Umgebung.
In die Durchgangslöcher 1b1 der zylindrischen Abschnitte
1b mit kleinem Durchmesser sind später beschriebene Elektroden
eingesetzt. Damit entstehen schmale Spalte oder sogenannte
Kapillaren zwischen der Innenwand der zylindrischen Abschnitte
1b mit kleinem Durchmesser und den eingesetzten Elektroden.
Die zylindrischen Abschnitte 1b mit kleinem Durchmesser dienen
auch dem Abdichten des lichtdurchlässigen keramischen Gefäßes
1.
Die Summe aus den beiden Längen L1 und L2 der zylindrischen
Abschnitte 1b mit kleinem Durchmesser, d. h. L1 + L2, ist gleich
der Differenz aus der Gesamtlänge L des lichtdurchlässigen
keramischen Gefäßes und der axialen Länge b des Mantels 1a.
P1 bezeichnet die beiden Schnittpunkte der y-Achse mit
der Innenwand des Mantels 1a. P2 bezeichnet Flächen an der Grenze
der Innenwand des Mantels 1a zu den zylindrischen Abschnitten
1b mit kleinem Durchmesser. Die von den Schnittpunkten P1 gezogen
Linien l berühren die Flächen P2. P3 bezeichnet die Schnittpunkte
der Linien l mit der Mittenachse x. Die axiale Länge B des
Mantels 1a ist als Abstand zwischen den beiden Schnittpunkten
P3 gegeben.
Die Sphärizität RB des Mantels 1a ist dann durch die fol
gende Gleichung definiert:
RB = a/b.
Dabei bezeichnet a den größten Innendurchmesser des Mantels
1a und b die axiale Länge des Mantels 1a.
Die Sphärizität RB liegt näher an 1, wenn die Grenzen der
Innenwand des Mantels 1a des lichtdurchlässigen keramischen
Gefäßes 1 und die zylindrischen Abschnitte 1b mit geringem
Durchmesser näherungsweise in einen rechten Winkel aufeinander
treffen, d. h. die Flächen P2 einen sehr kleinen Krümmungsradius
aufweisen. Der Innendurchmesser der Durchgangslöcher 1b1 der
zylindrischen Abschnitte 1b mit geringem Durchmesser soll dazu
relativ klein sein, und der Mantel 1a eine perfekte Kugel. Die
Sphärizität RB ändert sich aufgrund ihrer Definition mit dem
Krümmungsradius der Flächen P2 und mit dem Innendurchmesser
der zylindrischen Abschnitte 1b mit geringem Durchmesser. Der
Krümmungsradius der Flächen P2 verändert sich abhängig von den
Herstellungsverfahren des lichtdurchlässigen keramischen
Entladungsgefäßes. Der Innendurchmesser der Durchgangslöcher
1b1 der zylindrischen Abschnitte 1b mit geringem Durchmesser
wird auch vom Lampenentwurf für den Durchmesser der Elektroden
und den schmalen Spalt beeinflusst. Da diese Größen kaum einen
Einfluss auf die Resonanzfrequenz haben, ist die Sphärizität
RB in der Erfindung wie angegeben definiert und lässt einen
gewissen Entwurfsspielraum offen. Die Form des Mantels des licht
durchlässigen keramischen Gefäßes ist in der Erfindung verglichen
mit einer Kugel etwas länglich, man kann sie jedoch näherungs
weise als Kugel betrachten.
Ist die Sphärizität RB größer als 1, so ist der Abstand
a auf der y-Achse größer als die Länge b auf der x-Achse. Man
kann erlauben, dass die Sphärizität RB im Allgemeinen Werte
bis 1,2 annimmt, bevorzugt jedoch bis 1,1.
Die Anordnung des lichtdurchlässigen keramischen Gefäßes
ist außer durch die Struktur des Mantels nicht besonders ein
geschränkt.
Eine Erklärung der Elektrode, des Entladungsmittels und
der Lampenleistung ist überflüssig, da Übereinstimmung mit den
vorhergehenden Merkmalen der Erfindung besteht.
Das Vorschaltgerät erzeugt zum Betreiben der Hochleistungs-
Entladungslampe eine Betriebsfrequenz im Bereich von 40 bis
80 kHz. Da die Betriebsfrequenz nicht von der Schaltungsanordnung
abhängt, kann man irgendeine Schaltungsanordnung für das
Vorschaltgerät wählen.
Bei diesem Merkmal der Erfindung hat der Mantel des licht
durchlässigen keramischen Gefäßes die Form einer Kugel mit einer
Sphärizität von 0,6 oder mehr. Das Entladungsmittel enthält
Neon und Argon. Die Lampenleistung liegt unter 50 Watt. Die
Betriebsfrequenz des Vorschaltgeräts liegt im Bereich von 40
bis 80 kHz. Da die Resonanzfrequenz der Hochleistungs-
Entladungslampe beträchtlich über der Betriebsfrequenz liegt,
tritt keine akustische Resonanz auf. Liegt die Betriebsfrequenz
im angegebenen Bereich, so werden die Schaltelemente,
insbesondere die Wicklungen, kleiner. Damit dient die
Betriebsfrequenz im angegebenen Bereich der Miniaturisierung
des Vorschaltgeräts. Zudem werden die im Vorschaltgerät zum
Erzeugen der Hochfrequenz verwendeten Halbleiter-Schaltbauteile
billiger, und man kann aufgrund geringer Schaltverluste einen
guten Hochfrequenz-Umsetzwirkungsgrad erreichen.
Beim zwölften Merkmal der Erfindung ist die Hochleistungs-
Entladungslampe der Beleuchtungsvorrichtung mit einer
Hochleistungs-Entladungslampe gemäß dem elften Merkmal der
Erfindung durch eine Übergangszeit der Hochleistungs-Entla
dungslampe von der Glimm- zur Bogenentladung im Bereich von
0,5 bis 3,0 Sekunden gekennzeichnet.
Liegt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
im angegebenen Bereich, so liefert dieses Merkmal der Erfindung
eine Hochleistungs-Entladungslampe, die beim Startvorgang auch
dann kaum eine Schwärzung erzeugt, wenn man zum Betrieb ein
kompaktes Vorschaltgerät einer Leuchtstofflampe verwendet.
Beim dreizehnten Merkmal der Erfindung ist die Hochlei
stungs-Entladungslampe der Beleuchtungsvorrichtung mit einer
Hochleistungs-Entladungslampe gemäß irgendeinem der Merkmale
eins, zwei, vier oder fünf bis zwölf der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät einen Hochfrequenzum
richter mit LC-Schwingkreis enthält.
Bei diesem Merkmal der Erfindung kann das Vorschaltgerät
die geforderte Startspannung beim Startvorgang mit einer ein
fachen Schaltungsanordnung erzeugen. Eine weitere Erklärung
dieses Merkmals der Erfindung ist nicht nötig, da es sonst mit
dem dritten Merkmal der Erfindung übereinstimmt.
Beim vierzehnten Merkmal der Erfindung ist die Hochlei
stungs-Entladungslampe der Beleuchtungsvorrichtung mit einer
Hochleistungs-Entladungslampe gemäß irgendeinem der Merkmale
eins bis dreizehn dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät
eine sekundäre Leerlaufspannung im Bereich von 1,0-3,0 kVss
hat.
Bei diesem Merkmal der Erfindung kann das Vorschaltgerät
mit der sekundären Leerlaufspannung im genannten Bereich die
Hochleistungs-Entladungslampe ohne Zünder zuverlässig starten.
Mit einer sekundären Leerlaufspannung im angegebenen Bereich
vereinfacht sich auch der Schaltungsaufbau des Vorschaltgeräts.
Beispielsweise kann man einen Hochfrequenzumrichter mit
LC-Schwingkreis dazu verwenden, die geforderte sekundäre
Leerlaufspannung einfach zu erzielen.
Beim fünfzehnten Merkmal der Erfindung ist die Beleuch
tungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem
Beleuchtungssystem-Hauptteil und einer Hochleistungs-Entla
dungslampe gemäß irgendeinem der Merkmale 1 bis 14 der Erfindung
besteht.
Bei diesem Merkmal der Erfindung umfasst der Begriff
"Beleuchtungsvorrichtung" einen weiten Bereich von Vorrichtungen
für irgendwelche Zwecke, in denen Licht verwendet wird, das
eine Hochleistungs-Entladungslampe abstrahlt. Die Beleuchtungs
vorrichtung gemäß diesem Merkmal der Erfindung kann man
beispielsweise verwenden für glühlampenartige Hochleistungs-
Entladungslampen, Beleuchtungseinrichtungen, mobile Scheinwerfer,
Lichtquellen für Lichtleiter, Bildprojektoren, photochemische
Vorrichtungen, Fingerabdruckerkennung usw.
Der Begriff "Beleuchtungsvorrichtung-Hauptteil" bezeichnet
den Teil der Beleuchtungsvorrichtung, der verbleibt, wenn man
die Hochleistungs-Entladungslampe entnimmt.
Der Begriff "glühlampenartige Hochleistungs-Entladungslampe"
bezeichnet eine Beleuchtungsvorrichtung, bei der eine
Hochleistungs-Entladungslampe und ein zugehöriger Stabilisator
miteinander zu einer Einheit verbunden sind. Die Einrichtung
enthält auch einen Glühbirnensockel, der den Anschluss an ein
kommerzielles Stromnetz erlaubt. Durch das Einschrauben des
Glühbirnensockels in eine zugehörige Glühbirnenfassung kann
man diese Lampenart wie eine Glühlampe verwenden.
Baut man eine Hochleistungs-Entladungslampe glühlampenartig
auf, so kann man auch einen Reflektor bereitstellen, der eine
geforderte Lichtverteilung der Hochleistungs-Entladungslampe
liefert.
Man kann auch ein Lichtstreuglas oder eine Abdeckung an
bringen, das bzw. die die Helligkeit der Hochleistungs-Entla
dungslampe ein wenig dämpft.
Damit der direkte Ersatz einer herkömmlichen Lampe durch
eine Hochleistungs-Entladungslampe möglich ist, sollte die
Hochleistungs-Entladungslampe den gleichen Lampensockel aufweisen
wie die herkömmliche Lampe.
Die Beleuchtungseinrichtung kann eine Hochleistungs-Ent
ladungslampe enthalten, die mit einem externen Vorschaltgerät
versehen ist, oder sie enthält eine glühlampenartige Hoch
leistungs-Entladungslampe, die kein äußeres Vorschaltgerät be
nötigt. Bei der Beleuchtungseinrichtung mit externem Vor
schaltgerät kann das Vorschaltgerät innerhalb der Beleuch
tungseinrichtung untergebracht sein oder außerhalb, z. B. an
der Decke.
Fachleute können weitere Aufgaben und Vorzüge der Erfindung
der folgenden Beschreibung und den anliegenden Zeichnungen
entnehmen, die hiermit eingeschlossen sind und einen Teil der
Patentschrift bilden.
Die Erfindung wird nunmehr zur besseren Darstellung und
um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, beispielhaft mit
Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 zwei Kurven, die die Belastungskennlinien der Vor
schaltgeräte für eine Hochleistungs-Entladungslampe und eine
Leuchtstofflampe zeigen;
Fig. 2 eine Skizze, die der Erklärung des Begriffs der
Sphärizität des Mantels bei einer erfindungsgemäßen Entla
dungslampe dient;
Fig. 3 eine Teilquerschnittsdarstellung einer ersten
Ausführungsform der Hochleistungs-Entladungslampe der Erfindung;
Fig. 4 die Kurve des Zusammenhangs zwischen einer auf der
Elektrode gemessenen Stromdichte und der Entladungsstartspannung
bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Hochleistungs-Entladungslampe, und die Kurve eines Vergleichsbei
spiels;
Fig. 5 die Kurve des Zusammenhangs zwischen dem Gasfülldruck
und der Entladungsstartspannung bei der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe, und die
Kurve eines Vergleichsbeispiels;
Fig. 6 die Kurven des Zusammenhangs zwischen dem Gas
fülldruck, der Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
und dem Schwärzungsgrad der Hochleistungs-Entladungslampe der
ersten Ausführungsform;
Fig. 7 die Kurve des relativen Lichtstroms abhängig von
unterschiedlichen Gasfülldrücken bei der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe, und eine
Kurve eines Vergleichsbeispiels;
Fig. 8 einen Schaltplan eines Vorschaltgeräts für die erste
erfindungsgemäße Ausführungsform der Hochleistungs-Ent
ladungslampe;
Fig. 9 ein Blockdiagramm des Vorschaltgeräts, das bei einer
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hochleistungs-
Entladungslampe verwendet wird;
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Vorschaltgeräts, das bei
einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hochleis
tungs-Entladungslampe verwendet wird;
Fig. 11 eine Vorderansicht einer zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Hochleistungs-Entladungslampe, die mit
einem entsprechenden Vorschaltgerät verwendet wird;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht der Hochleistungs-Ent
ladungslampe in Fig. 11, wobei nur das obere Ende abgedichtet
ist;
Fig. 13 eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen der
Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung und dem relativen
Lichtstrom bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Hochleistungs-Entladungslampe darstellt;
Fig. 14 einen Schaltplan, der der Erklärung einer Mess
anordnung für die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
der Hochleistungs-Entladungslampe dient, und zwar in Verbindung
mit der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der
Hochleistungs-Entladungslampe;
Fig. 15 eine Skizze der Signalform der Lampenspannung der
Hochleistungs-Entladungslampe in Verbindung mit der zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hochleistungs-Ent
ladungslampe;
Fig. 16 eine Vorderansicht der dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe;
Fig. 17 eine Vorderansicht der Hochleistungs-Entladungslampe
der dritten Ausführungsform mit einem äußeren Kolben;
Fig. 18 eine Querschnittsansicht der Hochleistungs-Ent
ladungslampe in einer vierten Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe, wobei nur der obere
Lampenabschnitt in Einzelheiten dargestellt ist;
Fig. 19 eine Vorderansicht einer glühlampenartigen Be
leuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe als
erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsein
richtung; und
Fig. 20 eine Vorderansicht eines Punktstrahlers (Beleuc
htungseinrichtung) mit einer Hochleistungs-Entladungslampe als
zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsein
richtung.
Anhand von Fig. 3 bis 20 werden nun einige bevorzugte Aus
führungsformen der Erfindung erklärt.
Fig. 3 zeigt eine Teilquerschnittsdarstellung einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Ent
ladungslampe.
In Fig. 3 bezeichnet 1 ein lichtdurchlässiges keramisches
Entladungsgefäß, 2 eine Elektrode, 3 einen Anschlussleiter und
4 eine Dichtung. Der obere und der untere Teil der Hochleistungs-
Entladungslampe sind zueinander symmetrisch. Im unteren Teil
in Fig. 3 sind die Elektrode 2, der Anschlussleiter 3 und die
Dichtung 4 nicht dargestellt.
Das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß 1 umfasst
einen Mantel 1a, zylindrische Abschnitte 1b, 1b mit kleinem
Durchmesser und Durchgangslöcher 1c, 1c.
Der Mantel 1a ist annähernd oval; seine beiden Enden münden
in sanft gekrümmte Flächen.
Der zylindrische Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser
ist über eine sanft gekrümmte Fläche mit dem Mantel 1a verbunden;
somit besteht das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß
1 aus einem einzigen Teil.
Das Durchgangsloch 1c ist im zylindrischen Abschnitt 1b
mit geringem Durchmesser ausgebildet.
Die Elektrode 2 ist aus einem dotierten Wolframstab
hergestellt. Der Wolframstab wird in das Durchgangsloch 1c
eingeführt; sein Vorderende ragt in den Mantel 1a. Zwischen
dem zylindrischen Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser und
der Elektrode 2 verbleibt ein schmaler Spalt g.
Der Anschlussleiter 3 ist aus einem Niobstab hergestellt.
Sein Vorderende ist mit den Hinterende der Elektrode 2
verschweißt. Das rückwärtige Ende des Anschlussleiters ragt
aus dem äußeren Abschnitt des lichtdurchlässigen keramischen
Entladungsgefäßes 1 heraus.
Das keramische Dichtungsmaterial wird zuerst geschmolzen
und härtet anschließend aus. Dadurch dringt das Dichtungsmaterial
4 in den Spalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt 1b mit
geringem Durchmesser des lichtdurchlässigen keramischen
Entladungsgefäßes 1 und dem Anschlussleiter 3 ein und dichtet
das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß 1 ab. Zugleich
deckt der Anschlussleiter 3 die Innenseite des lichtdurchlässigen
keramischen Entladungsgefäßes 1 ab, so dass sie nicht beleuchtet
wird. Durch das Dichtungsmaterial wird die Elektrode 2 in einer
festen Stellung gehalten.
Zum Ausbilden der Dichtung 4 wird ein keramisches Dich
tungsmaterial um den Anschlussleiter 3 herum angebracht, der
aus dem zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser her
ausragt. Das Dichtungsmaterial wird erwärmt, schmilzt und dringt
in den Spalt zwischen dem Anschlussleiter 3 und der Innenwand
des zylindrischen Abschnitts 1b mit geringem Durchmesser ein.
Das Dichtungsmaterial bedeckt den gesamten Anschlussleiter 3,
der in den zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser
1b eingesetzt ist, und das hintere Ende der Elektrode 2.
Anschließend kühlt das Dichtungsmaterial ab und härtet aus.
In das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß 1 wird
ein Entladungsmittel eingefüllt, das ein Puffergas enthält,
das Neon und Argon umfasst, und ein Halid eines Licht
abstrahlenden Metalls.
Die Hochleistungs-Entladungslampe in Fig. 3 weist die fol
genden Merkmale auf.
Lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß: hergestellt aus YAG, 25 Millimeter Gesamtlänge.
Mantel 1a: 5 Millimeter Außendurchmesser, 4,5 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Zylindrischer Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser: 1,8 Millimeter Außendurchmesser, 0,75 Millimeter Innendurchmesser, 0,53 Millimeter Dicke.
Elektrode: 0,25 Millimeter Durchmesser, 3 Millimeter Abstand zwischen den Elektroden.
Anschlussleiter: hergestellt aus Niob, 0,64 Millimeter Durchmesser.
Schmaler Spalt g: 0,25 Millimeter.
Entladungsmittel: Neon 3 Prozent + Argon bei 500 Torr im Startgas und Puffergas sowie eine geeignete Menge Quecksilber und Halogen.
Lampenleistung: 20 Watt.
Lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß: hergestellt aus YAG, 25 Millimeter Gesamtlänge.
Mantel 1a: 5 Millimeter Außendurchmesser, 4,5 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Zylindrischer Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser: 1,8 Millimeter Außendurchmesser, 0,75 Millimeter Innendurchmesser, 0,53 Millimeter Dicke.
Elektrode: 0,25 Millimeter Durchmesser, 3 Millimeter Abstand zwischen den Elektroden.
Anschlussleiter: hergestellt aus Niob, 0,64 Millimeter Durchmesser.
Schmaler Spalt g: 0,25 Millimeter.
Entladungsmittel: Neon 3 Prozent + Argon bei 500 Torr im Startgas und Puffergas sowie eine geeignete Menge Quecksilber und Halogen.
Lampenleistung: 20 Watt.
Fig. 4 zeigt die Kurve des Zusammenhangs zwischen einer
auf der Elektrode gemessenen Stromdichte und der Entladungs
startspannung bei der ersten Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Hochleistungs-Entladungslampe, und die Kurve eines
Vergleichsbeispiels.
In Fig. 4 ist auf der Abszisse die auf der Elektrode ge
messene Stromdichte j/p2 (mA/mm2/Torr2) aufgetragen. Auf der
Ordinate ist der Kathodenspannungsabfall Vk (Volt) dargestellt.
Die Kennlinie C stellt die Ausführungsform dar, und die Kennlinie
D ein Vergleichsbeispiel. Das Vergleichsbeispiel entspricht
nahezu der Ausführungsform; das Puffergas besteht jedoch
lediglich aus Argon.
Fig. 4 ist zu entnehmen, dass die auf der Elektrode ge
messene Stromdichte und die Glimmleistung abnehmen, wenn das
Startgas und das Puffergas aus einer Neon-Argon-Mischung be
stehen.
Fig. 5 zeigt die Kurve des Zusammenhangs zwischen dem
Gasfülldruck und der Entladungsstartspannung bei der ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entla
dungslampe, und die Kurve eines Vergleichsbeispiels.
In Fig. 5 ist auf der Abszisse der Gasfülldruck (Torr)
aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Entladungsstartspannung
Vs (Volt) dargestellt. Die Kennlinie E stellt die Ausführungsform
dar und die Kennlinie F das Vergleichsbeispiel. Das Vergleichs
beispiel ist mit dem Vergleichsbeispiel in Fig. 4 identisch.
Fig. 5 ist zu entnehmen, dass bei einem Puffergas, das
aus einer Neon-Argon-Mischung besteht, die Entladungsstart
spannung geringer ist als bei einem Puffergas, das nur aus Argon
besteht.
Fig. 6 zeigt die Kurven des Zusammenhangs zwischen dem
Gasfülldruck, der Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
und dem Schwärzungsgrad der Hochleistungs-Entladungslampe der
ersten Ausführungsform.
In Fig. 6 ist auf der Abszisse der Gasfülldruck (in Torr)
aufgetragen. Die linke Ordinate stellt die Übergangszeit von
der Glimm- zur Bogenentladung (in Sekunden) dar. Die rechte
Ordinate stellt den Schwärzungsgrad dar. Die Kennlinie G
beschreibt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung.
Die Kennlinie H beschreibt den Schwärzungsgrad. Den Schwärzungs
grad erhält man aus einer Helligkeitsbewertung. Große Werte
stellen stärkere Schwärzungen dar.
Die Kurven in Fig. 6 entstanden durch das Messen der
Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung und des
Schwärzungsgrads der Hochleistungs-Entladungslampe bei ver
änderlichem Gasfülldruck und einem Startgas und Puffergas, das
aus einer Neon-Argon-Mischung bestand.
Fig. 6 ist zu entnehmen, dass der Gasfülldruck im Bereich
zwischen 100 und 200 Torr seinen besten Wert hat.
Fig. 7 zeigt die Kurve der Eigenschaften des relativen
Lichtstroms abhängig von der Betriebsdauer bei der ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entla
dungslampe, und eine Kurve eines Vergleichsbeispiels.
In Fig. 7 ist auf der Abszisse die Betriebsdauer in Stunden
und auf der Ordinate das Lichtstromverhältnis in Prozent
aufgetragen.
Die Kennlinie I ist eine Kennlinie des Lichtstromver
hältnisses für ein Beispiel, das 100 Torr einer Mischung aus
Neon und Argon enthält. Die Kennlinie J ist eine Kennlinie des
Lichtstromverhältnisses für ein weiteres Beispiel, das 150 Torr
der Mischung enthält. Die Kennlinie K ist eine Kennlinie des
Lichtstromverhältnisses für ein Vergleichsbeispiel, das 100
Torr Argon enthält.
Fig. 7 ist zu entnehmen, dass man mit der Erfindung eine
günstige Kennlinie des Lichtstromverhältnisses für praktische
Anwendungen erhält.
Fig. 8 zeigt einen Schaltplan eines Vorschaltgeräts für
die erste erfindungsgemäße Ausführungsform der Hochleistungs-
Entladungslampe.
Fig. 8 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-
Entladungslampe, für die das Vorschaltgerät einer Leuchtstoff
lampe verwendet wird, das im Wesentlichen aus einem Halbbrücken-
Hochfrequenzumrichter besteht.
In Fig. 8 bezeichnet AS eine Wechselspannungsquelle, f
eine Überstrom-Schutzsicherung, NF ein Rauschfilter, RD eine
Gleichspannungsquelle mit Gleichrichter, Q1 eine erste Schalt
einrichtung, Q2 eine zweite Schalteinrichtung, GD eine
Gatetreiberschaltung, ST eine Starterschaltung, GP eine Gate-
Schutzschaltung und LC eine Lastschaltung.
Die Wechselspannungsquelle AS ist eine Netzspannung mit
100 Volt.
Die Überstrom-Schutzsicherung f ist eine gedruckte Sicherung
auf der Schaltungsplatine. Sie schützt die Schaltung vor dem
Durchbrennen, falls ein Überstrom fließt.
Das Rauschfilter NF besteht aus einer Spule L1 und einem
Kondensator C1. Es beseitigt Hochfrequenzanteile, die beim
Betrieb des Hochfrequenzumrichters auftreten, und verhindert
ein Einstreuen auf die Netzseite.
Die Gleichspannungsquelle mit Gleichrichter RD besteht
aus einem Brückengleichrichter BR und einem Glättungskondensator
C2. Die Wechselspannungs-Eingangsanschlüsse des Brückengleich
richters BR sind über das Rauschfilter NF und die gedruckte
Überstrom-Schutzsicherung f an die Wechselspannungsquelle AS
angeschlossen. Die Gleichspannungs-Ausgangsanschlüsse sind durch
einen Glättungskondensator C2 verbunden, der die ausgegebene
Gleichspannung glättet.
Die erste Schalteinrichtung Q1 besteht aus einem N-Kanal-
MOSFET. Das Drain ist mit dem Anschluss des positiven Pols des
Glättungskondensators C2 verbunden.
Die zweite Schalteinrichtung Q2 besteht aus einem P-Kanal-
MOSFET. Ihre Source ist mit der Source der ersten Schalt
einrichtung Q1 verbunden. Ihr Drain liegt am negativen Pol des
Glättungskondensators C2.
Die erste und die zweite Schalteinrichtung Q1 und Q2 sind
in Reihe geschaltet. Ihre jeweiligen Anschlüsse liegen zwischen
den Ausgangsanschlüssen der Gleichspannungsquelle mit
Gleichrichter RD.
Die Gatetreiberschaltung GD besteht aus einer Rückführ
schaltung FBC, einer Reihenresonanzschaltung SOC und einer
Gatespannung-Ausgabeschaltung GO.
Die Rückführschaltung FBC besteht aus einer Hilfswicklung,
die magnetisch mit einer Strombegrenzungsspule L2 gekoppelt
ist.
Die Reihenresonanzschaltung SOC besteht aus einer Rei
henschaltung einer Spule L3 und eines Kondensators C3. Ihre
freien Enden sind an die Rückführschaltung FBC angeschlossen.
Die Gatespannung-Ausgabeschaltung GO dient dem Ausgeben
einer Resonanzspannung, die am Kondensator C3 der Reihenre
sonanzschaltung SOC auftritt, über einen Kondensator C4. Ein
Anschluss des Kondensators C4 ist mit dem Verbindungsknoten
des Kondensators C3 und der Spule L3 verbunden. Der andere
Anschluss liegt an den Gates der ersten und der zweiten
Schalteinrichtung Q1 und Q2. Der andere Anschluss des Kon
densators C3 ist mit den Sources der ersten und der zweiten
Schalteinrichtung Q1 und Q2 verbunden. Damit liegt die am
Kondensator C3 auftretende Resonanzspannung über die Gate
spannung-Ausgabeschaltung GO jeweils an Gate und Source der
ersten und der zweiten Schalteinrichtung Q1 und Q2.
Die Startschaltung ST besteht aus den Widerständen R1,
R2 und R3.
Ein Anschluss des Widerstands R1 liegt an der positiven
Seite des Kondensators C2. Der andere Anschluss ist mit dem
Gate der ersten Schalteinrichtung Q1, einem Anschluss des Wi
derstands R2 und mit dem gateseitigen Ausgang der Gatespannung-
Ausgabeschaltung GO der Gatetreiberschaltung GD verbunden, d.
h. mit dem anderen Anschluss des Kondensators C4.
Der andere Anschluss des Widerstands R2 ist mit dem Ver
bindungsknoten der Spule L3 der Reihenresonanzschaltung SOC
und der Rückführschaltung FBC verbunden.
Ein Anschluss des Widerstands R3 ist mit der ersten und
der zweiten Schalteinrichtung Q1 und Q2 verbunden, d. h. den
Sources der Schalteinrichtungen Q1 und Q2. Der andere Anschluss
des Widerstands R3 liegt an der negativen Seite des Glättungs
kondensators C2.
Die Gate-Schutzschaltung GP besteht aus zwei Zenerdioden,
die in Reihe geschaltet und gegenläufig gepolt sind, und liegt
parallel zur Reihenschaltung der Kondensatoren C4 und C3.
Die Lastschaltung LC besteht aus einer Reihenschaltung
der Hochleistungs-Entladungslampe HDL, der Strombegrenzungsspule
L2 und des Gleichspannungs-Abblockkondensators C5. Zusätzlich
liegt der Resonanzkondensator C6 parallel zur Hochleistungs-Ent
ladungslampe HDL. Ein Anschluss der Lastschaltung LC ist an
den Verbindungsknoten der ersten und der zweiten Schaltein
richtung Q1 und Q2 angeschlossen. Der andere Anschluss liegt
am Drain der zweiten Schalteinrichtung Q2.
Die Hochleistungs-Entladungslampe HDL ist gemäß Fig. 3
aufgebaut.
Die Strombegrenzungsspule L2 und der Resonanzkondensator
C6 bilden gemeinsam eine Reihenresonanzschaltung. Der Gleich
spannungs-Abblockkondensator C5 besitzt eine große Kapazität
und beeinflusst daher die Reihenresonanz nur unwesentlich.
Ein Kondensator C7, der Drain und Source der zweiten
Schalteinrichtung Q2 verbindet, verringert die Last während
des Schaltvorgangs der zweiten Schalteinrichtung Q2.
Es wird nun die Arbeitsweise des Vorschaltgeräts be
schrieben.
Nach dem Einschalten der Wechselspannungsquelle AS baut
sich die gleichgerichtete und geglättete Gleichspannung der
Gleichspannungsquelle mit Gleichrichter RD am Glättungskon
densator C2 auf. Die Gleichspannung liegt nun an beiden Drains
der ersten und der zweiten Schalteinrichtung Q1 und Q2, die
in Reihe geschaltet sind. Da keine Gatespannung anliegt, sperren
beide Schalteinrichtungen Q1 und Q2.
Die Gleichspannung liegt wie angegeben auch an der Start
schaltung ST an. Am Widerstand R2 liegt die Spannung an, die
durch die proportionale Spannungsteilung an den Widerständen
R1, R2 und R3 entsteht. Die Spannung am Widerstand R2 liegt
als positive Spannung zwischen dem Gate und der Source der ersten
und der zweiten Schalteinrichtung Q1 und Q2.
Da die Schwellwertspannung an der ersten Schalteinrichtung
Q1 überschritten wird, schaltet diese durch. Die zweite
Schalteinrichtung Q2 sperrt nach wie vor, da die zwischen Gate
und Source der Schalteinrichtung Q2 anliegende Spannung die
entgegengesetzte Polarität hat.
Nach dem Durchschalten der ersten Schalteinrichtung Q1
fließt aus der Gleichrichter-Gleichspannungsquelle RD ein Strom
über die erste Schalteinrichtung Q1 in die Lastschaltung LC.
Durch die Resonanz des Serienresonanzkreises aus der Strom
begrenzungsspule L2 und dem Resonanzkondensator C6 erscheint
die höhere Resonanzspannung an den Anschlüssen des Resonanz
kondensators C6. Die Resonanzspannung liegt an der Hochleistungs-
Entladungslampe HDL an.
Der in der Strombegrenzungsspule L2 fließende Strom in
duziert eine Spannung in der Rückführschaltung FBC, die ma
gnetisch mit der Strombegrenzungsspule L2 gekoppelt ist.
Durch die Serienresonanz in der Reihenresonanzschaltung
SOC wird eine verstärkte negative Spannung am Kondensator C3
erzeugt. Die Gateschutzschaltung GP begrenzt diese Spannung
auf einen festen Wert und legt sie über die Gatespannung-Aus
gabeschaltung GO zwischen Gate und Source der ersten und der
zweiten Schalteinrichtung Q1 und Q2.
Die begrenzte feste Spannung übersteigt die Schwellwert
spannung der zweiten Schalteinrichtung Q2; diese schaltet daher
durch.
Die erste Schalteinrichtung Q1 schaltet dagegen aufgrund
der umgekehrten Polarität der Gatespannung ab.
Beim Einschalten der zweiten Schalteinrichtung Q2 wird
die in der Strombegrenzungsspule L2 der Lastschaltung LC ge
speicherte elektromagnetische Energie und die im Kondensator
C5 gespeicherte Ladung frei. In der Lastschaltung fließt ein
Strom in umgekehrter Richtung von der Strombegrenzungsspule
L2 über die zweite Schalteinrichtung Q2. Dadurch erscheint eine
hohe Resonanzspannung mit umgekehrter Polarität am Kondensator
C6, die auch an der Hochleistungs-Entladungslampe HDL liegt.
Im Weiteren wiederholen sich die beschriebenen Vorgänge.
Da der Halbbrückenumrichter vor dem Starten der Hoch
leistungs-Entladungslampe HDL bei einer Frequenz arbeitet, die
relativ nahe an der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung
aus der Strombegrenzungsspule L2 und dem Kondensator C6 liegt,
beträgt die sekundäre Leerlaufspannung ungefähr 550 Volt
(Effektivwert). D. h., die sekundäre Leerlaufspannung beträgt
ungefähr 1,5 kVss und liegt damit etwa bei der Entladungsstart
spannung der Hochleistungs-Entladungslampe HDL.
Der sekundäre Kurzschlussstrom liegt bei etwa 550 mA, und
die Lastkennlinie verläuft ähnlich zur Kennlinie B in Fig. 1
glatt von der sekundären Leerlaufspannung zum sekundären
Kurzschlussstrom.
Die Hochleistungs-Entladungslampe HDL startet damit auch
dann nach kurzer Zeit, wenn kein Zünder zum Erzeugen einer Im
pulsspannung benutzt wird. Nach gewisser Zeit tritt der Übergang
von der Glimm- zur Bogenentladung auf, der Lampenstromwert auf
der Lastkennlinie bewegt sich in den Nennpunkt, und die
Hochleistungs-Entladungslampe beginnt mit dem stabilen Betrieb.
Da die Hochleistungs-Entladungslampe gemäß Fig. 1 aufgebaut
ist, tritt beim Startvorgang kaum eine Schwärzung auf.
Fig. 9 zeigt einen Schaltplan des Vorschaltgeräts, das
bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hochlei
stungs-Entladungslampe verwendet wird.
Bereits in Fig. 8 dargestellte Elemente sind in Fig. 9
mit den gleichen Namen bezeichnet und werden nicht nochmals
erklärt.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten
Ausführungsform dadurch, dass sie im Wesentlichen aus einem
Vollbrücken-Hochfrequenzumrichter FBI besteht.
Der Name BUT bezeichnet einen Hochsetzsteller, BDT einen
Tiefsetzsteller und FBI den Vollbrücken-Hochfrequenzumrichter.
Der Hochsetzsteller BUT besteht aus einer Spule L4, einer
Schalteinrichtung Q3, einer Diode D1 und einem Glättungs
kondensator C8. Am Glättungskondensator C8 tritt eine geglättete
Gleichspannung von ungefähr 580 Volt auf, die aus der
gleichgerichteten und ungeglätteten Versorgungsspannung gewonnen
wird.
Der Tiefsetzsteller BDT besteht aus einer Schalteinrichtung
Q4 und einem Kondensator C9. Der Tiefsetzsteller BDT wird als
Konstantspannungsregler betrieben. Er verändert aufgrund des
integrierenden Verhaltens des Kondensators C9 die Ausgangs
spannung über eine veränderliche Einschaltdauer der Schaltein
richtung Q4.
Der Vollbrücken-Hochfrequenzumrichter FBI besteht aus den
vier Schalteinrichtungen Q5, Q6, Q7 und Q8 in Brückenschaltung.
Sein Eingangsanschluss ist mit beiden Seiten des Kondensators
C9 im Tiefsetzsteller BDT verbunden. Zwischen seinen Ausgangs
anschlüssen liegt die Lastschaltung LC. Die Spule L5 der
Lastschaltung LC begrenzt die Stromspitze beim Einschalten der
Schalteinrichtung Q3 oder Q6. Beim Vollbrückenumrichter kann 27640 00070 552 001000280000000200012000285912752900040 0002010028089 00004 27521
man die Strombegrenzungsspule auch weglassen.
Der Vollbrücken-Hochfrequenzumrichter FBI kann seine
Ausgangsspannung dadurch einstellen, dass er die Eingangs
gleichspannung verändert. Der Vollbrücken-Hochfrequenzumrichter
FBI gibt zum Startvorgang der Hochleistungs-Entladungslampe
HDL ungefähr 580 Volt aus, und ungefähr 75 Volt bei stationärem
Lampenbetrieb.
Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm eines Vorschaltgeräts,
das bei einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der
Hochleistungs-Entladungslampe verwendet wird.
In Fig. 10 bezeichnet AS eine Niederfrequenz-Wechsel
spannungsquelle, SW einen Netzschalter, HB das Vorschaltgerät
und HDL die Hochleistungs-Entladungslampe.
Die Wechselspannungsquelle AS ist eine Netzspannung mit
100 Volt.
Der Netzschalter SW schaltet das Vorschaltgerät HB ein
und aus. Das Vorschaltgerät HB besteht im Wesentlichen aus einem
LC-Resonanz-Hochfrequenzumrichter, der einer Hochleistungs-
Entladungslampe HDL eine hochfrequente Spannung zuführt. Das
Vorschaltgerät HB enthält eine strombegrenzende Impedanz.
Fig. 11 zeigt die Vorderansicht der zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe in der
Hochleistungs-Entladungslampe.
Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht der Hochleistungs-
Entladungslampe, wobei nur das obere Ende abgedichtet ist.
In Fig. 11 und 12 sind gleiche Elemente wie in Fig. 3 mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sie werden nicht nochmals
erklärt.
Die Hochleistungs-Entladungslampe HDL gleicht - mit Ausnahme
der Beschaffenheit und der Größe - nahezu der Hochleistungs-
Entladungslampe in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Hochleistungs-Entladungslampe nach Fig. 3.
Am Ende des zylindrischen Abschnitts 1b mit geringem
Durchmesser sind drei radiale Vorsprünge 3a ausgebildet, die
untereinander jeweils einen Winkel von 120 Grad einschließen.
Die radialen Vorsprünge 3a haben in Achsrichtung jeweils eine
sich verjüngende Fläche. Sie dienen damit als Anschlag für die
Speiseleitung 3, die an das Ende des zylindrischen Abschnitts
1b mit geringem Durchmesser des lichtdurchlässigen keramischen
Gefäßes 1 anstößt, und sie richten die Speiseleitung 3 und die
Elektrode 2 koaxial zum zylindrischen Abschnitt 1b mit geringem
Durchmesser aus.
Die Hochleistungs-Entladungslampe weist die folgenden Merkmale
auf.
Lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß 1: herge stellt aus lichtdurchlässiger Aluminiumkeramik, 24 Millimeter Gesamtlänge.
Mantel: 6 Millimeter Außendurchmesser, 5 Millimeter Innen durchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Zylindrischer Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser: 1,7 Millimeter Außendurchmesser, 0,7 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Elektrode 2: Material auf Wolframbasis, 0,25 Millimeter Durchmesser, 7 Millimeter freie Länge, 3 Millimeter Abstand zwischen den Elektroden.
Anschlussleiter 3: hergestellt aus Niob (im abdichtbaren Bereich), 0,64 Millimeter Durchmesser.
Schmaler Spalt g: 0,225 Millimeter.
Dichtung 4: 3,5 Millimeter Dichtungslänge über dem Ver bindungsabschnitt des Anschlussleiters 3 und der Elektrode 2.
Entladungsmittel: Neon 3 Prozent + Argon bei 500 Torr im Startgas und Puffergas sowie eine geeignete Menge Quecksilber und Halogen.
Lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß 1: herge stellt aus lichtdurchlässiger Aluminiumkeramik, 24 Millimeter Gesamtlänge.
Mantel: 6 Millimeter Außendurchmesser, 5 Millimeter Innen durchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Zylindrischer Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser: 1,7 Millimeter Außendurchmesser, 0,7 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Elektrode 2: Material auf Wolframbasis, 0,25 Millimeter Durchmesser, 7 Millimeter freie Länge, 3 Millimeter Abstand zwischen den Elektroden.
Anschlussleiter 3: hergestellt aus Niob (im abdichtbaren Bereich), 0,64 Millimeter Durchmesser.
Schmaler Spalt g: 0,225 Millimeter.
Dichtung 4: 3,5 Millimeter Dichtungslänge über dem Ver bindungsabschnitt des Anschlussleiters 3 und der Elektrode 2.
Entladungsmittel: Neon 3 Prozent + Argon bei 500 Torr im Startgas und Puffergas sowie eine geeignete Menge Quecksilber und Halogen.
Schaltungsaufbau: LC-Resonanz-Hochfrequenzumrichter.
Betriebsfrequenz: 45 kHz.
Betriebsfrequenz: 45 kHz.
Lampenleistung: 23 Watt.
Lampenspannung: 72 Volt.
Lampenstrom: 0,3 Ampere.
Lampenspannung: 72 Volt.
Lampenstrom: 0,3 Ampere.
Fig. 13 zeigt eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen
der Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung und dem
relativen Lichtstrom bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform der Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Ent
ladungslampe darstellt.
In Fig. 13 zeigt die Abszisse die Übergangszeit von der
Glimm- zur Bogenentladung in Sekunden. Auf der Ordinate ist
das Lichtstromverhältnis in Prozent aufgetragen. Fig. 13 zeigt
einige Beispiele der Hochleistungs-Entladungslampe mit
verschiedenen Übergangszeiten von der Glimm- zur Bogenentladung,
die die Ergebnisse darstellen, die man durch die Messung des
Zusammenhangs zwischen der Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung und dem relativen Lichtstrom erhalten hat. Die
Beispiel-Hochleistungs-Entladungslampen wurden 3000 Stunden
dem Zyklus von 165 Minuten Betrieb und 15 Minuten Ruhe unterwor
fen.
Der Kurve in Fig. 13 kann man einen offenkundigen Zusam
menhang zwischen der Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenent
ladung und dem relativen Lichtstrom entnehmen. Man sieht, dass
bei einer Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung im
Bereich von 0,5 bis 3,0 Sekunden der relative Lichtstrom auf
80 Prozent oder mehr zunimmt.
Liegt die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung
im Bereich von 1,0 bis 2,5 Sekunden, so nimmt der relative
Lichtstrom auf 90 Prozent oder mehr zu.
Fig. 14 zeigt einen Schaltplan, der der Erklärung einer
Messanordnung für die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogen
entladung der Hochleistungs-Entladungslampe dient, und zwar
in Verbindung mit der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Hochleistungs-Entladungslampe.
In Fig. 14 bezeichnet OSC ein Speicheroszilloskop.
Die Messanschlüsse des Oszilloskops OSC werden mit beiden
Anschlüssen der Hochleistungs-Entladungslampe HDL verbunden.
Die Beobachtung erfolgt zwischen dem Einschaltzeitpunkt des
Schalters SW, der dem Vorschaltgerät HB die Netzspannung zuführt,
und dem Zeitpunkt, zu dem beide Elektroden vom Glimm- in den
Bogenentladungszustand übergegangen sind. Den Übergang erkennt
man an der Veränderung der Lampenspannung.
Fig. 15 zeigt eine Skizze der Signalform der Lampenspannung
der Hochleistungs-Entladungslampe in Verbindung mit der zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hochleistungs-Entladungs
lampe.
In Fig. 15 ist auf der Abszisse die Zeit (in Sekunden)
aufgetragen und auf der Ordinate die Spannung (in Volt). Fig. 15
zeigt ein Beispiel, bei dem der Netzschalter SW zum Zeitpunkt
0 eingeschaltet wird. Eine Elektrode geht nach 2 Sekunden vom
Glimm- in den Bogenentladungszustand über, die andere Elektrode
nach 2,5 Sekunden. Damit beträgt im Beispiel nach Fig. 15 die
Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung 2,5 Sekunden.
Die Hochleistungs-Entladungslampe im Beispiel geht nach der
Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung in einen stabilen
Betrieb über.
Fig. 16 zeigt eine Vorderansicht der dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe.
Gleiche Elemente in Fig. 16 und in Fig. 11 sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sie werden nicht nochmals
erklärt.
In Fig. 16 bezeichnet 5 einen Stableiter, und 6 einen
Starthilfeanschluss.
Der Stableiter 5 ist aus Molybdän hergestellt. Sein oberes
Ende ist mit dem Anschlussleiter verbunden, und sein unteres
Ende mit dem Vorschaltgerät (nicht dargestellt).
Der Starthilfeanschluss ist ebenfalls aus Molybdän her
gestellt. Sein hinteres Ende ist an den Stableiter 5 geschweißt.
Sein Vorderende ist um die Mitte des zylindrischen Abschnitts
1b mit kleinem Durchmesser gewickelt, der die untere Elektrode
(nicht dargestellt) umschließt.
In der Ausführungsform nach Fig. 16 liegt die Ausgangs
spannung des Vorschaltgeräts beim Startvorgang zwischen der
unteren Elektrode und dem Starthilfeanschluss 6. Damit verstärkt
sich das elektrische Feld zwischen diesen beiden Leitern, und
ein dielektrischer Durchbruch des Entladungsmittels wird
beschleunigt. Daher startet die Hochleistungs-Entladungslampe
mit einer relativ geringen Spannung.
Die Hochleistungs-Entladungslampe dieser Ausführungsform
ist in einem äußeren Kolben (nicht dargestellt) untergebracht.
Fig. 17 zeigt eine Vorderansicht der Hochleistungs-Entla
dungslampe der dritten Ausführungsform mit einem äußeren Kolben.
Gleiche Elemente in Fig. 16 und in Fig. 17 sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sie werden nicht nochmals
erklärt.
In Fig. 17 bezeichnet 7 den äußeren Kolben und 8 den
Lampensockel. Der äußere Kolben 7 ist birnenförmig. Seine
Innenseite ist mit Ausnahme des unteren Endes mit einer Re
flexionsschicht 7a versehen, siehe Fig. 17. Das Innere des
Kolbens ist evakuiert. Die Reflexionsschicht 7a ist mit Aluminium
bedampft.
Im äußeren Kolben 7 ist zudem das lichtdurchlässige ke
ramische Gefäß 1 nach Fig. 16 enthalten. Der Mantel 1a des
lichtdurchlässigen Gefäßes 1 ist im Brennpunkt der Reflexions
schicht 7a befestigt.
Der Lampensockel 8 ist ein E26-Schraubsockel, der am Hals
7b des äußeren Kolbens 7 mit einem anorganischen Kleber befestigt
ist.
Fig. 18 zeigt eine Querschnittsansicht der Hochleistungs-
Entladungslampe in einer vierten Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Hochleistungs-Entladungslampe, wobei nur der obere
Lampenabschnitt in Einzelheiten dargestellt ist.
Gleiche Elemente in Fig. 18 und in Fig. 3 sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sie werden nicht nochmals
erklärt.
Die Hochleistungs-Entladungslampe, siehe Fig. 18, besteht
aus einem lichtdurchlässigen keramischen Gefäß 1, zwei Elektroden
2, einem Anschlussleiter 3, einer ersten Dichtung 4, einer
keramischen Scheibe 7, einem äußeren Anschlussdraht 8 und einer
zweiten Dichtung 9. In dem Gefäß ist ein Entladungsmittel
enthalten (in Fig. 18 nicht erkennbar).
Fig. 18 zeigt den zusammengebauten Zustand. Dabei sind
zum besseren Verständnis nur die Bauteile im oberen Abschnitt
des Gefäßes zusammengesetzt und abgedichtet dargestellt. In
Wirklichkeit ist die Hochleistungs-Entladungslampe natürlich
in senkrechter Richtung symmetrisch. Die erste Dichtung 4 gleicht
der Dichtung 4 in Fig. 3.
Der Mantel 1a des lichtdurchlässigen keramischen Gefäßes
1 ist kugelförmig, siehe die Erklärung zu Fig. 2.
Die keramische Scheibe 7 weist ein mittiges Loch 7a auf
und umgibt die Verbindungsstelle des Anschlussleiters 3 mit
dem äußeren Anschlussdraht 8.
Der äußere Anschlussdraht 8 ist aus säurebeständigem Metall
hergestellt und an das Hinterende des Anschlussleiters 3
geschweißt.
Die zweite Dichtung 9 umschließt das Hinterende des An
schlussleiters 3, das durch das mittige Loch 7a in der kera
mischen Scheibe 7 aus dem zylindrischen Abschnitt 1b mit geringem
Durchmesser herausragt. Damit ist der Anschlussleiter 3 von
der ersten Dichtung 4 und der zweiten Dichtung 9 vollständig
bedeckt.
Als Entladungsmittel sind Halide des Licht aussendenden
Metalls, Quecksilber und Edelgas in das Gefäß der Entladungslampe
eingefüllt.
Die Hochleistungs-Entladungslampe weißt die folgenden Merk
male auf.
Lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß 1: herge stellt aus lichtdurchlässiger Aluminiumkeramik, 24 Millimeter Gesamtlänge.
Mantel: 6 Millimeter Außendurchmesser, 5 Millimeter In nendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Zylindrischer Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser: 1,7 Millimeter Außendurchmesser, 0,7 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke, 9 Millimeter Länge.
Gesamtlänge: 28 Millimeter.
Mantel 1a: 6,6 Millimeter Außendurchmesser, 5,5 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke, 0,087 Kubikzentimeter Innenvolumen, Sphärizität 0,68, 7,2 Millimeter axiale Länge.
Gewicht: 386 Milligramm.
Elektrode 2: Material auf Wolframbasis, 0,25 Millimeter Durchmesser, 7 Millimeter freie Länge, 3 Millimeter Abstand zwischen den Elektroden.
Schmaler Spalt g: 0,225 Millimeter.
Anschlussleiter 3: hergestellt aus Niob, 0,64 Millimeter Durchmesser, 3,5 Millimeter Einführtiefe in den zylindrischen Abschnitt 1b mit kleinem Durchmesser.
Äußerer Anschlussdraht 8: hergestellt aus einer Fe-Ni-Co- Legierung, 0,64 Millimeter Durchmesser, 5,5 Millimeter Länge.
Erste Dichtung 4: Al203-SiO2-Dy23-Systemkeramik-Dich tungsmaterial oder Fritte, Schmelzpunkt 1500 Grad Celsius.
Keramische Scheibe 7: hergestellt aus Aluminiumkeramik.
Zweite Dichtung 9: CaO-BaO-SiO-Systemglaskleber oder Fritte, Schmelzpunkt 1045 Grad Celsius.
Entladungsmittel: 150 Torr Neon 3 Prozent + Argon 97 Prozent Mischgas im Startgas und Puffergas.
Pufferdampf: 1,5 Milligramm Quecksilber.
Zusammensetzung des Licht abstrahlenden Metalls: 1,4 Milligramm NaI-TlI-DyI3 bei einem Molverhältnis von 71 : 8 : 21.
Lampenleistung: 20 Watt.
Lampengewicht: 487 Milligramm.
Lampenleistung (Watt)/Gewicht (Milligramm) des lichtdurch lässigen keramischen Entladungsgefäßes: 0,0518 (Watt/Milligramm).
Lampenleistung (Watt)/Gewicht (Milligramm) der Hochlei stungs-Entladungslampe: 0,0411 (Watt/Milligramm).
Eingeschlossene Menge des Entladungsmittels pro Innenvolumen des Gefäßes: 16,09 (Milligramm/Kubikzentimeter).
Verhältnis des Abstands zwischen den Elektroden gE zur axialen Länge b des Mantels 1a: 0,427
Lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß 1: herge stellt aus lichtdurchlässiger Aluminiumkeramik, 24 Millimeter Gesamtlänge.
Mantel: 6 Millimeter Außendurchmesser, 5 Millimeter In nendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke.
Zylindrischer Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser: 1,7 Millimeter Außendurchmesser, 0,7 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke, 9 Millimeter Länge.
Gesamtlänge: 28 Millimeter.
Mantel 1a: 6,6 Millimeter Außendurchmesser, 5,5 Millimeter Innendurchmesser, 0,5 Millimeter Dicke, 0,087 Kubikzentimeter Innenvolumen, Sphärizität 0,68, 7,2 Millimeter axiale Länge.
Gewicht: 386 Milligramm.
Elektrode 2: Material auf Wolframbasis, 0,25 Millimeter Durchmesser, 7 Millimeter freie Länge, 3 Millimeter Abstand zwischen den Elektroden.
Schmaler Spalt g: 0,225 Millimeter.
Anschlussleiter 3: hergestellt aus Niob, 0,64 Millimeter Durchmesser, 3,5 Millimeter Einführtiefe in den zylindrischen Abschnitt 1b mit kleinem Durchmesser.
Äußerer Anschlussdraht 8: hergestellt aus einer Fe-Ni-Co- Legierung, 0,64 Millimeter Durchmesser, 5,5 Millimeter Länge.
Erste Dichtung 4: Al203-SiO2-Dy23-Systemkeramik-Dich tungsmaterial oder Fritte, Schmelzpunkt 1500 Grad Celsius.
Keramische Scheibe 7: hergestellt aus Aluminiumkeramik.
Zweite Dichtung 9: CaO-BaO-SiO-Systemglaskleber oder Fritte, Schmelzpunkt 1045 Grad Celsius.
Entladungsmittel: 150 Torr Neon 3 Prozent + Argon 97 Prozent Mischgas im Startgas und Puffergas.
Pufferdampf: 1,5 Milligramm Quecksilber.
Zusammensetzung des Licht abstrahlenden Metalls: 1,4 Milligramm NaI-TlI-DyI3 bei einem Molverhältnis von 71 : 8 : 21.
Lampenleistung: 20 Watt.
Lampengewicht: 487 Milligramm.
Lampenleistung (Watt)/Gewicht (Milligramm) des lichtdurch lässigen keramischen Entladungsgefäßes: 0,0518 (Watt/Milligramm).
Lampenleistung (Watt)/Gewicht (Milligramm) der Hochlei stungs-Entladungslampe: 0,0411 (Watt/Milligramm).
Eingeschlossene Menge des Entladungsmittels pro Innenvolumen des Gefäßes: 16,09 (Milligramm/Kubikzentimeter).
Verhältnis des Abstands zwischen den Elektroden gE zur axialen Länge b des Mantels 1a: 0,427
Schaltungsaufbau: LC-Resonanz-Hochfrequenzumrichter, wobei
eine Halbbrückenschaltung komplementär mit einem Paar Schalt
bauteile verdrahtet ist.
Betriebsfrequenz: 45 kHz.
Betriebsfrequenz: 45 kHz.
Lampenspannung: 70 Volt.
Lampenstrom: 0,26 Ampere.
Lampenwirkungsgrad: 781 m/W.
Lebensdauer bei unterbrechungsfreiem Betrieb: 7000 Stunden.
Lampenstrom: 0,26 Ampere.
Lampenwirkungsgrad: 781 m/W.
Lebensdauer bei unterbrechungsfreiem Betrieb: 7000 Stunden.
Fig. 19 zeigt eine Vorderansicht einer glühlampenartigen
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
als erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuch
tungseinrichtung.
Gleiche Elemente in Fig. 18 und in Fig. 19 sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sie werden nicht nochmals
erklärt.
In Fig. 19 bezeichnet 11 die Beleuchtungseinrichtung, 12
die Befestigungsvorrichtung, 13 das Vorschaltgerät, 14 die
Netzanschlussvorrichtung, 15 das Gehäuse, 16 eine Verbin
dungsleitung und 17 den Schutz.
Die Beleuchtungseinrichtung 11 umfasst eine Hochleistungs-
Entladungslampe 11a und einen Reflektor 11b.
Die verwendete Hochleistungs-Entladungslampe 11a entspricht
der Lampe in Fig. 18.
Der Reflektor 11b besitzt eine reflektierende Oberfläche
11b1, zwei Löcher 11b2 und eine Haltevorrichtung 11b3.
Die reflektierende Oberfläche 11b1 ist ein Rotationspa
raboloid.
An zwei festgelegten Stellen der reflektierenden Oberfläche
11b1 befindet sich jeweils ein Loch 11b2, das die reflektierende
Oberfläche 11b1 von innen nach außen durchstößt. Die Orte der
Löcher sind so festgelegt, dass die Verbindungslinie der
Lochmittelpunkte waagrecht verläuft und durch den Brennpunkt
der reflektierenden Oberfläche 11b1 geht.
Die Haltevorrichtung 11b3 ist zylindrisch geformt und geht
von der Rückseite des Reflektorspiegels 11b1 aus.
Der zylindrische Abschnitt 1b mit geringem Durchmesser
an jeder Seite der Hochleistungs-Entladungslampe 11a wird jeweils
in eines der Löcher 11b2 des Reflektors 11b eingesetzt. Dadurch
sind die Lampe und der Reflektor miteinander verbunden.
Die Befestigungsvorrichtung 12 besitzt einen Randabschnitt
12a und einen Befestigungsabschnitt 12b.
Der Randabschnitt 12a stößt an die Rückseite der Abdeckung
15b des Gehäuses 15.
Der Befestigungsabschnitt 12b ist in die Haltevorrichtung
11b3 des Reflektors 11b der Beleuchtungseinrichtung 11 eingesetzt
und dort angeklebt. Damit ist die Beleuchtungseinrichtung 11
mit der Abdeckung 15b verbunden.
Das Vorschaltgerät 13 ist für das Lastverhalten einer
Leuchtstofflampe ausgelegt. Es enthält einen Hochfrequenzum
richter und einen Strombegrenzer und betreibt die Hochleistungs-
Entladungslampe 11a mit Hochfrequenz. Das Vorschaltgerät 13
der Entladungslampe ist an der Rückseite des Reflektors 11b
angeordnet. Das Bezugszeichen 13a bezeichnet eine gedruckte
Schaltungsplatine.
Die Netzanschlussvorrichtung 14 umfasst einen Lampen
schraubsockel E11 und nimmt Netzspannung auf, wenn der Lam
penschraubsockel in eine Lampenfassung (in der Zeichnung nicht
dargestellt) eingesetzt wird. Auf diese Weise wird dem
Vorschaltgerät 13 der Entladungslampe Netzspannung zugeführt.
Das Gehäuse 15 nimmt die besprochenen Komponenten auf und
hält sie an Ort und Stelle. Das Gehäuse 15 besteht aus dem
Gehäusehauptteil 15a und der Abdeckung 15b. Der obere Teil des
Gehäuses in der Zeichnung hat die Form eines abgeschnittenen
Kegels. Der untere Teil ist als offener Zylinder ausgebildet.
Das Vorschaltgerät 13 der Entladungslampe ist im Gehäusehauptteil
15a untergebracht. Die Netzanschlussvorrichtung ist an der
flachen Oberseite des Gehäuses 15 angeordnet.
Die Abdeckung 15b ist mit einem Kleber (in der Zeichnung
nicht dargestellt) an den Gehäusehauptteil 15a geklebt. In der
Mitte der Abdeckung 15b befindet sich die Öffnung 15b1, in der
die Beleuchtungseinrichtung aufgenommen wird. In der Abdeckung
15b befindet sich auch das Durchgangsloch 15b2, durch das der
Anschlussdraht 16 verläuft.
Der Anschlussdraht 16 kommt vom Vorschaltgerät 13 der
Entladungslampe, das sich im Gehäuse 15 befindet, und läuft
über das Durchgangsloch 15b2 und die Abdeckung 15b zum äußeren
Anschlussleiter der Hochleistungs-Entladungslampe HDL.
Der Schutz 17 bildet mit der Abdeckung 15b ein Teil.
Der Schutz 17 umgibt die Beleuchtungseinrichtung 11 und
schützt damit den Reflektor 12, den Abschnitt der Hochleistungs-
Entladungslampe HDL, der aus dem Reflektor 12 herausragt, und
den Anschlussdraht 16.
Fig. 20 zeigt eine Vorderansicht eines Punktstrahlers
(Beleuchtungseinrichtung) mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
als zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsein
richtung.
Gleiche Elemente in Fig. 20 und in Fig. 19 sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sie werden nicht nochmals
erklärt.
In Fig. 20 bezeichnet 21 den Hauptteil eines Beleuch
tungssystems.
Der Beleuchtungssystem-Hauptteil 21 weist einen Fuß 21a,
einem Arm 21b und einen Beleuchtungskörper 21c auf.
Der Fuß 21a ist für eine Direktmontage an der Decke aus
gelegt; man kann ihn aber auch an das Lampenkabel hängen. Er
enthält das Vorschaltgerät (nicht dargestellt) der Entla
dungslampe.
Der Arm 21b trägt den Beleuchtungskörper 21c und hängt
am Fuß 21a. Im Arm 21b verläuft ein isolierter Leitungsdraht
(nicht dargestellt), der das Vorschaltgerät der Entladungslampe
mit dem Beleuchtungskörper 21c verbindet.
Im Beleuchtungskörper 21c befindet sich eine Lampenfassung
(nicht dargestellt).
Die Hochleistungs-Entladungslampe HDL ist gemäß Fig. 17
aufgebaut.
Nach dem Einschrauben des Lampensockels der Hochleistungs-
Entladungslampe HDL in die Lampenfassung (nicht dargestellt)
im Inneren des Beleuchtungskörpers 21c des Beleuchtungssystem-
Hauptteils 21 leuchtet die Hochleistungs-Entladungslampe HDL
mit hoher Intensität. Die Reflektorfläche 7a des äußeren Kolbens
7 sammelt das Licht der Hochleistungs-Entladungslampe HDL. Somit
kann man einen zu beleuchtenden Gegenstand mit einer gewünschten
Lichtverteilung ordentlich beleuchten.
Mit der Entladungslampe kann man eine Beleuchtungswirkung
erzielen, die genauso gut ist wie bei einer Halogenlampe oder
bei einem Halogenlampen-Punktstrahler.
Gemäß dem ersten bis vierten Merkmal der Erfindung kann
man eine Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungs
lampe bereitstellen, die die Schwärzung unterdrücken kann, die
durch verdampfendes Elektrodenmaterial beim Startvorgang
entsteht.
Gemäß dem ersten und zweiten Merkmal der Erfindung kann
man eine Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entla
dungslampe bereitstellen, bei der nicht nur die Schwärzung
unterdrückt wird, die durch verdampfendes Elektrodenmaterial
beim Startvorgang entsteht, sondern bei der auch ein kompaktes
Vorschaltgerät verwendet wird.
Gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Glimmleistung beim Startvorgang
verringert ist.
Gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung kann man eine Be
leuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe be
reitstellen, bei der nicht nur die Ausgangsleistung sanft ein
gestellt wird, sondern die auch kompakter und billiger ist als
alle bisherigen Typen.
Gemäß dem vierten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, die einen hohen Lampenwirkungsgrad und eine lange
Lebensdauer aufweist.
Gemäß dem fünften Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
gut unterdrückbar ist.
Gemäß dem sechsten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
gut unterdrückbar ist.
Gemäß dem siebten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
gut unterdrückbar ist.
Gemäß dem achten Merkmal der Erfindung kann man eine Be
leuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
gut unterdrückbar ist, und die kompakter ist als alle bisher
bekannten Typen.
Gemäß dem neunten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, die mit einem Vorschaltgerät versehen ist, das
sich gut für den Hochfrequenzbetrieb eignet.
Gemäß dem zehnten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, die sich für eine kompakte Beleuchtungseinrichtung
eignet, beispielsweise als Lichtquelle für Lichtleiter, und
die zu einer Halogenlampe komplementär ist.
Gemäß dem elften und zwölften Merkmal der Erfindung kann
man eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Ent
ladungslampe bereitstellen, bei der nicht nur die Schwärzung
beim Startvorgang beträchtlich verringert ist und das Vor
schaltgerät kleiner wird, sondern auch keine akustischen Re
sonanzerscheinungen auftreten.
Gemäß dem zwölften Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der die Schwärzung beim Startvorgang ebenfalls
abnimmt.
Gemäß dem dreizehnten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der nicht nur die Ausgangsleistung sanft
eingestellt wird, sondern die auch kompakter und billiger ist
als alle bisherigen Typen.
Gemäß dem vierzehnten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochleistungs-Entladungslampe
bereitstellen, bei der nicht nur die Ausgangsleistung sanft
eingestellt wird, sondern die auch kompakter und billiger ist
als alle bisherigen Typen.
Gemäß dem fünfzehnten Merkmal der Erfindung kann man eine
Beleuchtungseinrichtung mit den Auswirkungen nach den Merkmalen
eins bis fünfzehn bereitstellen.
Die Erfindung kann wie beschrieben ein ganz besonders
bevorzugtes Beleuchtungssystem und eine Beleuchtungseinrichtung
mit Hochleistungs-Entladungslampe bereitstellen.
Es wurden die Ausführungsformen der Erfindung erläutert
und beschrieben, die derzeit als bevorzugt betrachtet werden.
Fachleuten ist jedoch klar, dass verschiedene Abwandlungen und
Veränderungen ausführbar sind, und dass Elemente durch
gleichartige ersetzbar sind, ohne den Bereich der Erfindung
zu verlassen. Zusätzlich können an den Lehren der Erfindung
viele Abwandlungen vorgenommen werden, um sich an eine besondere
Situation oder ein besonderes Material anzupassen, ohne den
Bereich der Erfindung zu verlassen. Daher ist beabsichtigt,
dass die Erfindung nicht auf die besondere offenbarte
Ausführungsform eingeschränkt ist, die als die beste Art
betrachtet wird, die Erfindung auszuführen, sondern dass die
Erfindung alle Ausführungsformen enthält, die in den Bereich
der beigefügten Ansprüche fallen.
Der Anmelder geht davon aus, dass die obige Beschreibung
und die Zeichnungen eine Anzahl einzelner erfinderischer Konzepte
enthalten, von denen einige ganz oder teilweise außerhalb des
Bereichs einiger oder aller folgenden Ansprüche liegen können.
Die Tatsache, dass sich der Anmelder zum Zeitpunkt der
Einreichung dieser Patentschrift dafür entschieden hat, den
beanspruchten Schutzumfang gemäß der folgenden Ansprüche zu
beschränken, darf man nicht als Verzicht auf andere erfinderische
Konzepte auffassen, die im Inhalt der Patentschrift enthalten
sind und durch Ansprüche bestimmt werden könnten, deren Bereich
von den folgenden Ansprüchen abweicht. Die abweichenden Ansprüche
könnten im weiteren Fortgang beansprucht werden, beispielsweise
zum Zweck einer Teilanmeldung.
Claims (15)
1. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe,
umfassend:
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil (1b), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der Elektrode (2) verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) befestigt ist, und dessen Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) her ausragt, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB), dessen Belastungskennlinie glatt von der sekundären Leerlaufspannung zum sekundären Kurzschluss strom verläuft, und mit dem man die Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) mit Hochfrequenz betreiben kann.
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil (1b), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der Elektrode (2) verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) befestigt ist, und dessen Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) her ausragt, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB), dessen Belastungskennlinie glatt von der sekundären Leerlaufspannung zum sekundären Kurzschluss strom verläuft, und mit dem man die Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) mit Hochfrequenz betreiben kann.
2. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe,
umfassend:
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil (1b), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der Elektrode (2) verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) befestigt ist, und dessen Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) her ausragt, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB), dessen Belastungskennlinie nahe an einer Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entladung slampe (HDL) beginnt und glatt von der sekundären Leerlauf spannung zum sekundären Kurzschlussstrom verläuft, und mit dem man die Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) mit Hochfrequenz betreiben kann.
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil (1b), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der Elektrode (2) verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) befestigt ist, und dessen Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) her ausragt, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB), dessen Belastungskennlinie nahe an einer Entladungsstartspannung der Hochleistungs-Entladung slampe (HDL) beginnt und glatt von der sekundären Leerlauf spannung zum sekundären Kurzschlussstrom verläuft, und mit dem man die Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) mit Hochfrequenz betreiben kann.
3. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe,
umfassend:
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil (1b), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der Elektrode (2) verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) befestigt ist, und dessen Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) her ausragt, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB), das als wesentliche Komponente einen Hochfrequenzumrichter besitzt, der einen LC-Schwingkreis enthält.
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäß (1) mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und einem hohlen Teil (1b), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des lichtdurchlässigen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende der Elektrode (2) verbunden ist, dessen Mittenabschnitt an dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) befestigt ist, und dessen Hinterende aus dem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (1) her ausragt, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB), das als wesentliche Komponente einen Hochfrequenzumrichter besitzt, der einen LC-Schwingkreis enthält.
4. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Hochleistungs-
Entladungslampe (HDL) umfasst:
ein lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß (1)
mit einem Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, und
mit einem zylindrischen Abschnitt mit geringem Durchmesser,
der ein hohles Teil (1b) bestimmt, dessen Innendurchmesser
kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2),
die in das hohle Teil (1b) des lichtdurchlässigen keramischen
Entladungsgefäßes (1) eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt
(g) zur Innenwand des hohlen Teils (1b) verbleibt und ein
Vorderende der Elektrode (2) in den Mantel (1a) des
lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes (1) ragt, einen
Anschlussleiter (3), dessen Vorderende mit einem hinteren Ende
der Elektrode (2) verbunden ist und diese hält, und dessen Hin
terende aus dem lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäß
(1) herausragt, ein Keramikdichtmittel (4), das den zylindrischen
Abschnitt des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes
(1) und den Anschlussleiter (3) miteinander verbindet und ab
dichtet, und ein Entladungsmittel, das zumindest Neon und Argon
enthält und in das lichtdurchlässige Entladungsgefäß (1) gefüllt
ist.
5. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hochleistungs-
Entladungslampe (HDL) mit dem Entladungsmittel gefüllt wird,
das Neon und Argon mit einem Gasdruck im Bereich von 100 bis
200 Torr enthält.
6. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe,
umfassend:
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
einen Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, ein lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß, das einen mit dem Mantel (1a) verbundenen zylindrischen Abschnitt (1b) mit geringem Durchmesser aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in den zylindrischen Abschnitt (1b) mit geringem Durchmesser eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des zylindrischen Abschnitts (1b) mit geringem Durchmesser des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes (1) verbleibt, ein Entladungsmittel, das in das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß (1) eingefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB) zum Betreiben der Hochleistungs- Entladungslampe (HDL) bei Hochfrequenz, wobei die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungs lampe (HDL) im Bereich von 0,5 bis 3,0 Sekunden liegt.
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die enthält:
einen Mantel (1a), der einen Entladungsraum bestimmt, ein lichtdurchlässiges keramisches Entladungsgefäß, das einen mit dem Mantel (1a) verbundenen zylindrischen Abschnitt (1b) mit geringem Durchmesser aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Mantel (1a), eine längliche Elektrode (2), die in den zylindrischen Abschnitt (1b) mit geringem Durchmesser eingesetzt ist, wobei ein schmaler Spalt (g) zur Innenwand des zylindrischen Abschnitts (1b) mit geringem Durchmesser des lichtdurchlässigen keramischen Entladungsgefäßes (1) verbleibt, ein Entladungsmittel, das in das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß (1) eingefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB) zum Betreiben der Hochleistungs- Entladungslampe (HDL) bei Hochfrequenz, wobei die Übergangszeit von der Glimm- zur Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungs lampe (HDL) im Bereich von 0,5 bis 3,0 Sekunden liegt.
7. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
Anspruch 6, wobei die Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) im Bereich
von 1,0 bis 2,5 Sekunden liegt.
8. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 6 oder 7, zudem umfassend einen
Starthilfeleiter (6), der nahe an dem lichtdurchlässigen
keramischen Entladungsgefäß (1) angeordnet ist.
9. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorschaltgerät
(HB) im stabilen Betrieb der Hochleistungs-Entladungslampe (HDL)
eine Betriebsfrequenz im Bereich von 5 bis 500 kHz hat.
10. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lampenleistung
der Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) unter 50 Watt liegt.
11. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe,
umfassend:
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die ein licht durchlässiges keramische Gefäß (1) aufweist, und zwar mit einem sphärischen Mantel (1a), der eine Sphärizität von 0,6 oder mehr hat und einem Entladungsraum bestimmt, zwei Elektroden, die im Inneren des lichtdurchlässigen keramischen Gefäßes (1) ein ander gegenüberliegend angeordnet sind, ein Entladungsmittel, das Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß (1) eingefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB) zum Betreiben der Hochleistungs- Entladungslampe (HDL) bei einer Betriebsfrequenz in Bereich von 40 bis 80 kHz.
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL), die ein licht durchlässiges keramische Gefäß (1) aufweist, und zwar mit einem sphärischen Mantel (1a), der eine Sphärizität von 0,6 oder mehr hat und einem Entladungsraum bestimmt, zwei Elektroden, die im Inneren des lichtdurchlässigen keramischen Gefäßes (1) ein ander gegenüberliegend angeordnet sind, ein Entladungsmittel, das Neon und Argon enthält und in das lichtdurchlässige keramische Entladungsgefäß (1) eingefüllt ist; und
ein Vorschaltgerät (HB) zum Betreiben der Hochleistungs- Entladungslampe (HDL) bei einer Betriebsfrequenz in Bereich von 40 bis 80 kHz.
12. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
Anspruch 11, wobei die Übergangszeit von der Glimm- zur
Bogenentladung der Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) im Bereich
von 0,5 bis 3,0 Sekunden liegt.
13. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 1, 2 oder 4-12, wobei das
Vorschaltgerät (HB) einen LC-Resonanz-Hochfrequenzumrichter
enthält.
14. Beleuchtungseinrichtung mit Hochleistungs-Entladungslampe nach
irgendeinem der Ansprüche 1-13, wobei das Vorschaltgerät (HB)
eine sekundäre Leerlaufspannung im Bereich von 1,0 bis 3,0 kVss
hat.
15. Beleuchtungssystem, umfassend:
einen Hauptteil (21) des Beleuchtungssystems; und
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, die am Hauptteil (21) der Beleuch tungseinrichtung montiert ist.
einen Hauptteil (21) des Beleuchtungssystems; und
eine Hochleistungs-Entladungslampe (HDL) nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, die am Hauptteil (21) der Beleuch tungseinrichtung montiert ist.
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