DE2053517C3 - Device with a low-pressure gas and / or vapor discharge lamp - Google Patents
Device with a low-pressure gas and / or vapor discharge lampInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Niederdruck-Gas- und/oder Dampfentladungslampe,
deren Füllung wenigstens ein Element aus der Gruppe Argon, Neon und Quecksilber enthält, wobei zwei
Klemmen einer Spannungsquelle durch eine Reihenschaltung der Lampe und eines steuerbaren Schaltelementes
verbunden sind und das Schaltelement mit einer Steuervorrichtung verbunden ist, die dieses Schaltelement
periodisch derart steuert, daß clic Lampe von einem intermittierenden Strom durchflossen v/ird und
daß eine Periode der Lampenspeisung aus einem Zeitintervall von ^Sekunden, während dem die Lampe
von Strom durchflossen wird, und einem praktisch stromlosen Zeitintervall von Λ Sekunden besteht,
Unter Niederdruck wird hier ein Druck von maximal 20 000 Pa verstanden.The invention relates to a device with a low-pressure gas and / or vapor discharge lamp, the filling of which contains at least one element from the group consisting of argon, neon and mercury, two terminals of a voltage source being connected by a series connection of the lamp and a controllable switching element and the switching element is connected to a control device which controls this switching element periodically in such a way that an intermittent current flows through the lamp and that a period of lamp supply consists of a time interval of ^ seconds, during which the lamp is flowed through, and a practically currentless one There is a time interval of Λ seconds,
Low pressure is understood here to mean a pressure of a maximum of 20,000 Pa.
Eine bekannte Entladungslampe der erwähnten Art ist z. B. in der FR-PS 14 56 460 beschrieben. Ein Vorteil dieser Anordnung ist eine verhältnismäßig hohe ίο Lichtausbeute (z. B. in Lumen/Watt). Bei der bekannten Ausführungsform ist die Impulsdauer W gleich der Impulspause R. Wenn zur Erhöhung der LichtausbeuteA known discharge lamp of the type mentioned is, for. B. in FR-PS 14 56 460 described. One advantage of this arrangement is a relatively high light output (e.g. in lumens / watt). In the known embodiment, the pulse duration W is equal to the pulse pause R. If to increase the light yield
das Verhältnis \wr~s kleiner als 0,5 gewählt werden würde, während die Lampenleistung (in Watt) konstant gehalten wird, könnten die Stromspitzen eine so hohe Intensität aufweisen, daß Material von den Lampenelektroden schnell zerstäuben würde, wodurch die Lebensdauer der Lampe beeinträchtigt werden würde.If the ratio \ wr ~ s were chosen to be less than 0.5, while the lamp power (in watts) is kept constant, the current peaks could have such a high intensity that material from the lamp electrodes would be quickly sputtered, thereby reducing the service life of the lamp would be.
2» Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Lichtausbeute der Entladungslampe sehr hoch und deren Lebensdauer lang ist2 »The aim of the invention is to provide a device for To create the type mentioned at the outset, in which the light output of the discharge lamp is very high and whose lifespan is long
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Druck im Entladungsraum der Lampe mindestens 533 Pa beträgt und so hoch ist und daß die Abmessungen des Entladungsraumes derart gewählt sind, daß die Bedingung te<td erfüllt ist und daß dasThis object is achieved according to the invention in that the pressure in the discharge space of the lamp is at least 533 Pa and is so high and that the dimensions of the discharge space are chosen such that the condition te <td is met and that the
W
Verhältnis-- -kleiner als 0,4 ist und die Dauer einer W.
Ratio - -is less than 0.4 and the duration is one
Periode W+R der Lampenspeisung einen Wert zwischen 2π ■ te und 2π ■ τ ο aufweist,Period W + R of the lamp supply has a value between 2π ■ te and 2π ■ τ ο ,
wobeiwhereby
J5 τ* die Energierelaxationszeit (in Sekunden) und
To die Diffusionszeit (in Sekunden) J5 τ * is the energy relaxation time (in seconds) and
To is the diffusion time (in seconds)
der Elektronen im Entladungsraum darstellen.of electrons in the discharge space.
Unter Energierelaxationszeit wird hier verstanden:Energy relaxation time is understood here to mean:
wobeiwhereby
A ■ BA ■ B
A = der mittlere, fraktionelle Energieverlust pro A = the mean, fractional energy loss per
4, Zusammenstoß eines Elektrons (unter fraktionell 4 , collision of an electron (under fractional
wird hier verstanden, daß der Energieverlust in der Energie des Elektrons vor dem Zusammenstoß ausgedrückt ist) undis understood here as the loss of energy in the energy of the electron before the collision is expressed) and
B = die mittlere Anzahl von Zusammenstößen eines V) Elektrons mit anderen Nichtelektronenteilchen im B = the average number of collisions of a V) electron with another in Nichtelektronenteilchen
Entladungsraum pro Sekunde
ist.Discharge space per second
is.
Unter Diffusionszeit wird hier die Zeit (in Sekunden) verstanden, die ein Elektron durchschnittlich braucht, V) um die Wand des Entladungsraumes zu erreichen.Diffusion time is understood here as the time (in seconds) that an electron needs on average, V) to reach the wall of the discharge space.
Ein Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist der, daß die Lichtausbeute sehr hoch sein kann infolge des, verhältnismäßig geringen Wertes des Verhältnisses zwischen der Impulsdauer (W) und der praktisch ho stromlosen Impulspause ^einerseits und infolge eines bestimmten Bereichs der Periodendauer (W+ R) andererseits und der Verwendung einer Lampe mit einem verhältnismäßig hohen Druck. Ein weiterer Vorteil ist daß der verhältnismäßig hohe Lampendruck der .,-, Zerstäubung der Elektroden entgegenwirkt. Dadurch kann die Lampe eine lange Lebensdauer erreichen.An advantage of the arrangement according to the invention is that the light yield can be very high as a result of the relatively low value of the ratio between the pulse duration (W) and the practically currentless pulse pause ^ on the one hand and as a result of a certain range of the period duration (W + R) on the other hand and the use of a lamp with a relatively high pressure. Another advantage is that the relatively high lamp pressure counteracts the atomization of the electrodes. This enables the lamp to have a long service life.
Der Erfindung unterliegt weiterhin die Erkenntnis, daß bei der gewählten Periodendauer W+ R dasThe invention is also subject to the knowledge that with the selected period W + R the
Elektronengas während des stromlosen Zeitintervalles infolge Zusammenstöße abkühlt, bis es die Temperatur des neutralen Gases erreicht hat, während sich in diesem Zeitintervall die Elektronenkonzentration nur wenig verringert Das Maß der Konzentrationsverringerung wird durch die Diffusionszeit το bestimmt, die länger ist als das Zeitintervall ^- - , während das Maß derElectron gas cools down during the electroless time interval as a result of collisions until it has reached the temperature of the neutral gas, while the electron concentration only decreases slightly during this time interval.The extent of the reduction in concentration is determined by the diffusion time το , which is longer than the time interval ^ - -, while the measure of
2 π2 π
Verringerung der mittleren Elektronenenergie durch die Energierelaxationszeit τ ε bestimmt wird, die kürzer ist als das Zeitintervall1^1-.Reduction of the mean electron energy is determined by the energy relaxation time τ ε , which is shorter than the time interval 1 ^ 1 -.
Der einem stromlosen Zeitintervall folgende Stromimpuls erhitzt das Elektronengas wieder, und es zeigt sich dabei, daß eine verhältnismäßig große Anzahl is schneller Elektronen erhalten wird, d. h. eine größere Anzahl als unter einem entsprechenden Verhältnis bei Gleichstrombetrieb der Lampe durch den gleichen mittleren Strom. Der Wirkungsgrad einer Gasentladung wird bei Anwesenheit einer größeren Anzahl schneller Elektronen günstig beeinflußtThe current pulse following an electroless time interval heats the electron gas again, and it shows that a relatively large number is faster electrons are obtained, d. H. a greater number than under a corresponding ratio at DC operation of the lamp by the same average current. The efficiency of a gas discharge is favorably influenced when a large number of fast electrons are present
Bei einer vorteilhaften Ausführungsforrn der Erfindung, bei der das Gas im Entladungsraum iieon ist, beträgt der Neondruck etwa 666 bis 3333 Pa, ist dasIn an advantageous embodiment of the invention, at which the gas in the discharge space is on, if the neon pressure is around 666 to 3333 Pa, that is
Verhältnis -maximal 0,3 und liegt die Dauer W+ R ~3 Ratio -maximum 0.3 and the duration is W + R ~ 3
einer Periode der Lampenspeisung zwischen 4 · IO-5 und 50-10-5 see. Dies hat den Vorteil, daß die erzielbare Lichtausbeute bei einem passend gewählten Druck sogar sechsmal die einer Lampe mit Gleich-Stromspeisung betragen kann (bei gleicher Lampenleistung). a period of the lamp power between 4 · IO and 5 50-10- 5 see. This has the advantage that the achievable light yield at a suitably selected pressure can even be six times that of a lamp with direct current supply (with the same lamp power).
Wenn die Entladungslampe an ein Wechselspannungsnetz mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz angeschlossen wird, so besteht gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung das Schaltelement aus einem Transistor, der in eine Diagonale einer Gleichrichterbrücke eingeschaltet ist.If the discharge lamp is connected to an alternating voltage network with a frequency of less than 100 Hz is connected, according to a development according to the invention, the switching element consists of one Transistor switched on in a diagonal of a rectifier bridge.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Anordnung eines Transistorschaltelementes in einer Brückengleic.-richterdiagonalen an sich aus der US-PS 32 78 757, allerdings für eine Radareinrichtung, bekannt ist.In this context it should be mentioned that the arrangement of a transistor switching element in a Brückengleic.-Richter diagonals per se from US-PS 32 78 757, but for a radar device, known is.
Beim Anschluß der Lampe an ein Wechselspannungsnetz mit einer Frequenz unter 100Hz kann das Schaltelement auch aus der Kombination zweier Transistoren bestehen, welche in zwei parallele Zweige aufgenommen sind und eine entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisen.When connecting the lamp to an alternating voltage network with a frequency below 100Hz, this can Switching element also consist of the combination of two transistors, which in two parallel branches are added and have an opposite transmission direction.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawing; it shows
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einer Niederdruck-Entladungslampe, 1 shows a circuit arrangement with a low-pressure discharge lamp,
F i g. 2 eine andere Schaltungsanordnung dieser Art,F i g. 2 another circuit arrangement of this type,
Fig.3 eine weitere Schaltungsanordnung mit einer Niederdruck-Entladungslampe.3 shows a further circuit arrangement with a Low pressure discharge lamp.
In Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 Anschlußklemmen für eine Gleichspannungsquelle von z. B. 200 V. Die Klemmen 1 und 2 sind durch eine Reihenschaltung einer Entladungslampe 3, eines Vorschaltwiderstandes 4 und mi der Hauptelektroden eines Transistors 5 miteinander verbunden. Die Basis des Transistors ist mit einem Impulsgenerator 6 verbunden. Auch ein Verbindungspunkt der Lampe 3 und des Emitters des Transistors 5 ist mit dem Impulsgenerator 6 verbunden. Der Impulsgene- h-, rator 6 wird über Anschlußklemmen 7 und 8 gespeist, die an ein Wechselstromnetz von 220 V, 50 Hz angeschlossen sind.In Fig. 1, 1 and 2 denote terminals for a DC voltage source of e.g. B. 200 V. Terminals 1 and 2 are connected in series to a Discharge lamp 3, a ballast resistor 4 and the main electrodes of a transistor 5 with one another tied together. The base of the transistor is connected to a pulse generator 6. Also a connection point of the lamp 3 and the emitter of the transistor 5 is connected to the pulse generator 6. The impulse gen- rator 6 is fed via terminals 7 and 8, which are connected to an alternating current network of 220 V, 50 Hz are connected.
Der Impulsgenerator 6 ist derart eingestellt, daß Impulse mit einer Dauer von etwa 25 μ.ιεο erzeugt werden, wobei jedem Impuls eine Ruhezeit von etwfl 100 μίΰα folgt.The pulse generator 6 is set in such a way that pulses with a duration of about 25 μ.ιεο are generated, each pulse being followed by a rest time of about 100 μίΰα .
Die Lampe 3 ist eine Neonlampe mit einer Brennspannung von etwa 150 V (bei Gleichspannungsspeisung). Die Länge dieser Lampe ist etwa 750 mm und der Durchmesser ist 36 mm. Der Druck des Neongases ist etwa 1330 Pa. Das Elektrodenmaterial ist Wolfram mit einem Bariumoxydüberzug.The lamp 3 is a neon lamp with an operating voltage of about 150 V (with direct voltage supply). The length of this lamp is about 750 mm and the diameter is 36 mm. The pressure of the neon gas is around 1330 Pa. The electrode material is tungsten with a barium oxide coating.
In diesem praktischen Falle ist die FrequenzIn this practical case the frequency is
ii7—=etwa 8000 Hz. το ist in diesem Falle etwa " 4- H ii7 - = about 8000 Hz. το in this case is about "4- H
1000 psec und te etwa 24 \isec. Die Summe W+ R ist etwa 125 psec. Die Bedingung, daß W+R zwischen 2π ■ Tound2jr ■ τ ε liegen soll, wird somit erfüllt. Ferner1000 psec and te about 24 \ isec. The sum of W + R is about 125 psec. The condition that W + R should lie between 2π ■ Tound2jr ■ τ ε is thus fulfilled. Further
istis WTR=0*WTR = 0 *
Zum Vergleich mit anderen Speisungen der Lampe zeigt die untenstehende Tabelle die Daten einer normalen Gleichstromspeisung und e:"/^s Zustandes, beiFor comparison with other supplies of the lamp, the table below shows the data of a normal direct current supply and e : "/ ^ s state, at
dem TTT--= = 0,5 ist, und schließlich eines Zustandes, beithe TTT - = = 0.5, and finally a state at
\r + η \ r + η
dem τρ-1'—■ =0,2. Letzterer Fall ist ein Beispielthe τρ- 1 '- ■ = 0.2. The latter case is an example
entsprechend der Erfindung. Die Tabelle zeigt die Resultate, bei einer Lampe mit einem Druck des Neongases von 1330Pa und bei einer vergleichbaren Lampe mit einem Druck des Neons von 666 Pa. Die Zahlen der Tabelle zeigen die relativen Lumen werte der Lampe bei den unterschiedlichen Zuständen in Prozentsätzen des Lumenwertes der Lampe mit einem Druck des Neons von 666 Pa mit Gleichstrombetrieb. (Der Lumenwert letzterer Lampe bei Gleichstromspeisung war etwa 540 Lumen bei einer aufgenommenen Lampenleistung von 45 W?,tL) Die Frequenz der in den beiden rechten Spalten angegebenen Fällen war stets 8 kHz. In allen in der Tabelle angegebenen Fällen war die Lampenleistung 45 Watt.according to the invention. The table shows the results for a lamp with a pressure of Neon gas of 1330 Pa and a comparable lamp with a neon pressure of 666 Pa. the Numbers in the table show the relative lumen values of the lamp in the different states in percentages of the lumen value of the lamp with a pressure of neon of 666 Pa with direct current operation. (Of the The lumen value of the latter lamp with direct current feed was about 540 lumens with one recorded Lamp power of 45 W?, TL) The frequency of the cases given in the two right-hand columns was always 8 kHz. In all cases given in the table, the lamp power was 45 watts.
strom
speisungSame
current
feeding
1333 Pa666 Pa
1333 Pa
50100
50
18C120
18C
300200
300
Aus diesen Resultaten ergibt sich, daß eine Vorrichtung nach der Erfindung (siehe letzte Spalte) eine höhere L'chtausbeute der Lampe (z. B. in Lumen/Watt) autweist. Weiter zeigt diese Tabelle, daß bei einem höheren Druck die Zunahme der Lichtaus'jeute noch größer ist als bei einem niedrigen Druck. Dieser höhere Druck bringt weiterhin eine geringere Zerstäubung von Elektrodenmaterial der Lampe mit sich.From these results it follows that a device according to the invention (see last column) a higher lumen output of the lamp (e.g. in lumens / watt). This table also shows that with a higher pressure the increase in light output is even greater than at a lower pressure. This higher one Pressure also results in less atomization of the lamp's electrode material.
Die Lebensdauei der Lampen in einer Vorrichtung nach der Erfindung war nicht kürzer als die übliche Lebensdauer bekannter Entladungslampen bei Gleichstrombetrieb. The life of the lamps in a device according to the invention was not shorter than the usual Lifetime of known discharge lamps with direct current operation.
Wenn die Lampe durch ein Niederfrequcnz-Wechselstromnetz gespeist werden soll, kann der Transistor 5' in eine Gleichrichterbrücke (Dioden 10 bis 13) nach F i g. 2 aufgenommen werden. In F i g. 2 bezeichnet 3' die zu SDcisende LamDe und 6' den lmoulseenerator.If the lamp is to be fed by a low-frequency alternating current network, the transistor 5 'in a rectifier bridge (diodes 10 to 13) according to FIG. 2 are included. In Fig. 2 denotes 3 'the to SDcisende LamDe and 6 'the impulse generator.
Bei Speisung aus einem Niederfrequenz-Wechselstromnetz könnten auch zwei Transistoren verwendet werden, die in zueinander parallele Zweige aufgenommen sind und entgegengesetzte Durchlaßrichtungen aufweisen. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die Transistoren sind mit 15 und 16 bezeichnet. In Reihe mit dem Transistor 15 ist eine Diode 17 und in Reihe mit dem Transistor 16 eine Diode 18 eingeschaltet. Die Basen der Transistoren 15 und 16 sind mit einem impulsgenerator 6" verbunden. Auch die Emitter der beiden Transistoren sind mit dem Impulsgenerator fi" verbunden. Die zu speisende Lampe ist mit 3" bezeichnet. Die Dioden 17 und 18 dienen zum Schützen der Transistoren.When fed from a low-frequency alternating current network could also use two transistors included in parallel branches and have opposite transmission directions. This is illustrated in FIG. 3. the Transistors are labeled 15 and 16. In series with the transistor 15 is a diode 17 and in series with the transistor 16 a diode 18 turned on. The bases of transistors 15 and 16 are with a pulse generator 6 "connected. The emitters of the two transistors are also connected to the pulse generator fi" tied together. The lamp to be fed is labeled 3 ". The diodes 17 and 18 are used for protection of the transistors.
In den Fällen nach den F i g. 2 und 3 folgt einer Anzahl von Stromimpulsen mit darauf erfolgenden Ruheintervallen durch die Lampe in einer Richtung eine An/.ah von Stromimpulsen mit darauf erfolgenden Ruheinter vallen durch die Lampe in der anderen Richtung. Dies is darauf zurückzuführen, daß hier der Strom von einci Niederfrequenz-Wechselstromquelle mit einer Fre quenz von weniger als 100Hz geliefert wird: &■■ Impulsgeneratoren aber betreiben die Transistoren mi einer erheblich höheren Frequenz (etwa 8000 Hz)In the cases according to FIGS. 2 and 3 follows a number of current pulses with subsequent rest intervals through the lamp in one direction and an approach of current pulses with subsequent rest intervals through the lamp in the other direction. This is due to the fact that the current is supplied by a low-frequency alternating current source with a frequency of less than 100Hz: & ■■ Pulse generators, however, operate the transistors with a considerably higher frequency (approx. 8000 Hz)
In den beschriebenen Beispielen betreibt ein Impuls generator stets einen Lampenkreis. F.s ist jedocr möglich, einen Impulsgenerator mehr als einen Lain penkreis (z. B. durch die Reihenschaltung I1 4, 5, 3, 2 ir Fig. I angegeben) betreiben /.u lassen, so daß zu Speisesteuerung einer Gruppe von Lampen nur eit Impulsgenerator benutzt wird.In the examples described, a pulse generator always operates a lamp circuit. Fs is jedocr possible more (denoted z. B. through the series circuit I 1 4, 5, 3, 2 ir Fig. I) as an Lain penkreis /.u let a pulse generator operate so as to feed control a group of lamps only ewhen the pulse generator is used.
ι Ii,-ι Ii, -
Claims (4)
das Verhältnis^.— = kleiner als 0,4 ist und die Dauer W.
the ratio ^ .— = is less than 0.4 and the duration
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