DE2221719A1 - Anordnung mit einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe - Google Patents

Description

PIW. 5620, BOSS/EVE.

Dip!.-Inn, HO R ^C-T AUER

Anmale.·; N .. f:.¹:.. y , /.„,^..ii-

Akte: PHN- 5620

Anmeldung ypiih 2· Mal 1972

Anordnung mit einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Niederdruckqiiecksilberclanpfentladungslampe mit einem ISnglichen Entladungsgefäss, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und zumindest ein Edelgas enthält, wobei zwei Eingangsklemmen der Anordnung durch eine Serienschaltung aus zumindest der Lampe und einem Schaltelement; verbunden sind, und wobei das Schaltelement mit einer dieses Schalte element derart steuernden Steueranordnung verbunden ist, dass ein intermittierender Strom durch die Lampe fliesst, wobei auf ein Zeitintervall mit einer Zeitdauer von ¥ Sekunden» in dem Strom durch die Lampe fliesst, ein praktisch stromloses Zeitintervall mit einer Zeitdauer von R Sekunden folgt, und wobei der Strom durch die Lampe von Zeit zu Zeit seine Richtung umkehrt»

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Eine bekannte Anordnung der erwähnten Art ist beispielsweise in der U.S.Patentschrift 3,^22.309 beschrieben.

Ein Vorteil der bekannten Anordnung ist u.a., dass durch die von Zeit zu Zeit auftretende Richtungsänderimg des Lampenstroms eine Anhäufung von Quecksilber an einem Lampenende vermieden wird» Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist der, dass die Tiiederholungsfrequenz ( ■ ) der Stromimpulse ziemlich niedrig ist_f wodurch die beispielsweise in Lumen pro Watt ausgedrückte Ausbeute verhältnismSssig klein ist»

Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung zu schaffen, bei der die angegebene Ausbeute verhStltnismSssig gross ist.

Eine entsprechend der Erfindung mit einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem länglichen EntladungBgefass versehene Anordnung, welches Entladungs-/jefHss einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und zumindest ein Edelgas enthSlt_t wobei zwei Eingangsklemmen der Anordnung durch eine Serienschaltung aus zumindest der Lampe und einem Schaltelement verbunden sind, und wobei das Schaltelement mit einer dieses Schaltelement derart steuernden Steueranordnung verbunden ist, dass ein intermittierender Strom durch die Lampe fliesst, wobei auf ein Zeitintervall mit einer Zeitdauer von W Sekunden, in dem Strom durch die Lampe fliesst, ein praktisch, stromloses Zeitintervall mit einer Dauer von R Sekunden folgt, und wobei der Strom durch die Lampe von Zeit zu Zeit seine Richtung umkehrt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druck dos Edelgases (der Edelgase) höchstens 6 Torr betrSgt,

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und dass der Durchmesser des Entladungsgefäß ses so gross ist, dass der Bedingung T_ < T_n genügt ist, wobei das Verhältnis von zwischen 0,35 und 0,65 liegt, und dass die Datier einer Periode (w+r) der Larapenspeisung eine zwischen den Werten 21Γ .T„ und 27T.TL liegende GrÖsse aufweist, worin» - ·■- -

"T die Energierelaxationszeit (in Sekunden) der Elektronen im Entladungsgefitss darstellt, und

T_n die Dii*fusionszeit (in Sekunden) der Elektronen im Entladungs{jefSss darstellt.

Unter Energierelaxationszeit ist hierbei 7—— zu verstehen, wobei:

Λ der mittlere fraktionelle Energieverlust pro Zusammenstoss eines Elektrons ist (fraktionell bedeutet hier, dass der Energi everltist in der Energie des Elektrons vor dem Zusammenstoss ausgedrückt ist), und

D die mittlere Anzahl von Zusammenstoß ssen eines Elektrons mit anderen Teilchen in EntladungsgefSss, die keine Elektronen sind-, pro Sekunde ist.

Unter Diffusionszeit ist hier die in Sekunden ausgedrückte Zeit zu verstellen, die ein Elektron durchschnittlich benötigt, um die 'iand des EntladungsgefSss es zu erreichen.

Ein Vorteil dieser erfindungsgemSssen Anordnung ist der, dass die Ausbeute (beispielsweise in Lumen pro ., Watt ausgedruckt) verhSltnismSssig hoch ist..

In einem noch nicht dem Stand der Technik ange-._ hörigen Vorsehlag wurde festgestellt,dass beispielsweise

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beim Speisen von Neonlampen ein Füllgasdruck von z.B. 5 oder 10 Torr in Kombination mit einem Verhältnis von =τ-=τ < 0.^

W+R

sowohl 7.VL einer hohen Ausbeute als auch zu einer annehmbaren Lebensdauer führen kann.

Nun ist jedoch die Ausbeute der bei Niederdruclcquecksilberdampfentladungslampen wichtigen Umwandlung von elektrischer Energie in Ultraviolettstrahlung im Gegensatz zur Situation beim Erregen von sichtbarem Licht in den erwähnten Neonlampen von der Stromdichte in der Lampe abhängig. Diese Abhängigkeit bei den beschriebenen Niederdruckquecksilberdampf entladungslampen ist derart, dass eine geringere Stromdichte zu einer grösseren Ausbeute führt.

¥
Eine Verringerung von ■ führt jedoch auch zu einer gro"sseren Ausbeute. Ein kleineres Verhältnis von ττ-^τ bedeutet jedoch gerade eine grSssere Stromdichte bei gleichbleibender Lampenleisttmg, Dies führt dazu, dass eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe im vorliegenden

Fall erst bei solchen Verhältnissen von rr-ττ eine hohe Ausbeute erreicht, die um den Wert 0,5 herum liegen, und zwar im Dereich von 0,35 bis 0,65· Ein derartiges nicht extrem

¥
kleines Verhältnis von ■■· bedeutet mithin eine nicht allzu trosse Stromdichte, und das impliziert wiederum, dass der Füllgasdruck in der Lampe nicht so gross zu sein braucht, um dennoch eine Zerstäubung der Elektroden zu verhindern und der Lampe eine annehmbare Lebensdauer zu verleihen.

• ¥ ·
Verhältnisse von yr-r? von 0,5 waren an sich jedoch

bereits bekannt, siehe beispielsweise die eingangs erwähnte U.S.Patentschrift Nr. 3,'l2.?,309 (Fig. 5). Eine Kombination

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von mit der sehr kurzen Period endaue'r W+R (zwischen 2 7t T„ und 2 TT T_J kann nun erwiesenermassen entsprechend der Erfindung zu einer beträchtlichen Vergrösserung der Ausbeute von Niederdruekquecksilberdampfentladungslampen führen.

Die Erfindung beruht u.a. auf der Erkenntnis, daas das ELelctronengas bei der gewählten Periodendauer von W+R im stromlosen Zeitintervall durch Zusammenstösse abkühlt, während die Elektronenkonzentration in diesem Zeitintervall nur wenig gesunken ist. Das Mass der KonzentrationsSenkung wird nämlich durch die Diffusionszeit T_n bestimmt, die langer als das Zeitintervall ■ ist, während das Mass der Senkung der mittleren Elektronenenergie durch die Energierelaxationszeit f.™ bestimmt wird, die kürzer als das erwähnte Zeitintervall ¹' ^^s*·

Mit dem auf ein stromloses Zeitintervall folgenden Stromimpuls wird das Elektronengas wieder erhitzt, wobei sich zeigt, dass eine verhältnismSssig grosse Anzahl von schnellen Elektronen erhalten wird, d.h. eine grössere Anzahl als in der entsprechenden Situation beim Gleichstrombetrieb der Lampe mit dem gleichen mittleren Strom der Fall ist. Die Wirksamkeit einer Entladung wird durch die Anwesenheit einer verhältnismässig grösseren Anzahl schneller Elektronen günotig beeinflusst.

Die Tatsache, dass bei den zu den kleinen Perioden Lm Int ervall 2 3Γ .T bis 2JC .T gehörigen Perioden (W+R) eine .'?uto Lichtatifibeute der Niederdruckqueckailberdampfentladungslampe erzielt werden kann, ist ferner dem gemeinsamen Einfluss

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BADOBIGINAt. * .-. ·

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des im vorigen Absatz beschriebenen Effekts mit dem im folgendon umschriebenen zweiten Effekt zu verdanken. Durch diesen zweiten Effekt bleibt die Konzentration der strahlenden Quecksilberatome nahezu konstant, und sie stellt irich auf den Wert ein, der zu der während einer Periode (W+R) am höchsten auftretenden Elektroiientemperatur gehört. Dieser Konzentrationswert ist höher als der, der bei der gleichen Lampe vorhanden ist, wenn diese mit dem Gleichstrom bei derselben Wattleistung betrieben wird,

i-Vorzugsweise ist die Lampe in einer elektrischen

Anordnung entsprechend der Erfindung in eine elektrische Brücke aufgenommen, und jeder der Brückenzweige ist mit einem Transistor versehen, wobei ferner noch ein weiterer Transistor mit der Brücke in Serie liegt.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Lösung besteht darin, dass die eine Gruppe von Transistoren (die 'Brückentransistoren) für die Richtungsänderung des Lampenstroms sorgen, während der weitere Transistor das Ab- und Einschalten zu Anfang bzw, am Ende einer Ruhepause zwischen zwei Stromimpulsen bewirkt. Diese Lösung vereinfacht die Anforderungen hinsichtlich der Steuerungssynchronisierung der Transistoren,

Bei einer bevorzugten Lösung einer Anordnung entsprechend der Erfindung beträgt ferner der Druck des Edelgases (der Edelgase) etwa 2 bis 3 Torr, und der Lampendurchmesser beträgt etwa 35 bis kO mm. In diesem Fall kann nSmlich mit einer Lampe von einem üblichen Typ eine hohe Ausbeute erreicht werden.

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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung nSher erläutert. Darin sind eine elektrische Schaltung und eine vereinfachte Darstellung einer mit der Schaltung zu speisenden Nioderdruckquecksilberdampfentladungslampe angegeben. In ihrer Gesamtheit zeigt die Darstellung eine Anordnung entsprechend der Erfindung, ?

Mit 1, 2 sind die Anschlussklemmen für die Anschlüsse an eine Gleichstromquelle bezeichnet. Die Bezugszirrer 3 bezeichnet eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer Länge von 122 cm und einem kreisförmigen Schnitt mit einem Durchmesser von 3»8 cm. Der Q,uecksilberdruck betrug etwa 6.10 ^ Torr,

Ausser Quecksilber enthielt das Entladungsgefäss der Lawpe auch ein zu 75/J aus Argon und zu 25$ aus Neon bestehendes Füllgas, Gesamtgasdruck 2,5 Torr, Die normale I.anponleistung betrug bei einer Speisung von 50 Hz ^l0 Watt.

An ihren Enden ist die Lampe 3 mit einer inneren Elektrode (5 bzw. 6) versehen. Die Lampe 3 befindet sich in einer Diagonalen einer Transistorbrttcke mit den Transistoren 7 bis 10. Ein Transistor 11 liegt in Serie mit der Brücke. Die Buchstaben a,b ... i bezeichnen Anschlüsse λγοπ u.a. den Basen der Transistoren. Diese Anschlüsse führen zu entsprechend numerierten Anschlüssen einer über die Klemmen 13» 1^ gespeisten Steueranordnung 12.

Im Betriebszustand werden über -¹Xe Anschlüsse a bis g die Transistoren kombinationen (7» 10) und (8, 9) abwechselnd in den leitfShigen Zustand versetzt, wodurch der Strom durch die Lampe 3 stets seine Richtung umkehrt. Der Transistor 11 verwirklicht die Pausenzeiten zwischen den Stromimpulsen,

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3m erörterten Ausführnngsbeispdel war der innere Widerstand dor Π3 eichstroniquel Ie (»ross genug, um den Lninpeiistrom zu begrenzen. Gewilnschtenf all s kann eine derartige Begrenzung jedoch dadurch erhalten werden, dass in den Diagonalzweig r'er Brücke ein kleiner Kondensator in Serie mit der Lampe 3 aufgenommen wird,

Tn einer bestimmten Situation betrug die Frequenz (tttt) etwa 50 IcHz, und das Verhältnis von war 0,5#

einen Vergleich dieser Situation η it anderen Speisungen, wobei die I.ampenleistung stets ^O Watt betrug, wird auf die folgende Tabelle hingewiesen. Tn dieser Tabelle diät der optimale Lumen/Vntt-Vert der Lanpe 3 bei einer Speisung aus einem ^O ^Tiz-Netz auf 100;?, festgestellt. Ferner sind die Lumen/.Jatt-Vierte im Fall einer Speisung der Lampe aus einer 8 kllz-Qiielle, oiner 20 küz-Quelle, einer Clleich^pmirnngsquellG und auf der letzten Zeile in Falle einer Speisung entsprechend der Erfindung angegeben.

Die Iiomentanspannungen der N"etze von 53 ^ΛΛ7., 8 kHz und 20 ¹ItH?, änderten sich praktisch sinusförmig mit der ?.r±t. Bei sinusförmigen V/ech sei spannungen mit einer höheren Frequenz als 20 IdIz trat keine weitere ^rhöhung (Igt AiasV-Mite auf.

209850/0RV9 BAD ORKSiHAL

rrrvi ι ο

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I '.AW.	IdC)		" Brf Lnduiifi1·.- t
Γ! O Ui ν,	t; fc ινα If)P)
1; L r· Lc. K piiüuungiiquf! 1 1 f;	ofcwa I OΒ
jO kHz	106
111

Im vngogebonen Fall entsprocherul dor Brf.Lnclung

bo true:

T_ η bwa 1 /u/.selc, und

T etwa 1000 /u/seic.
Die Periodendauer ¥+R = 20/u/sek lag zwischen 7TT_ gleich ofcwa " 6/u/nek und 2 7t T_ gleich ebwa 6280/u/sek. b / υ /

Aus der Tabelle geht hervor, dass die Ausbeute im Falle der.Erfindung am grftssten ist.

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BAD

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Claims (1)

1. 40 - VHiI, ί

   ■ ! . ' VtLO ff I πι ι μ. . nit f i L r ι · > r · .'f I -idfirdruckriuock;·. L Lberdaiup f'Ui: ·

   1 ail UtL₁'¹;-. Ln: ipo mit. iüimi I ?tn_t>; 1 Lilian l^l-ri t. Uulungsga Viii, a , tli.u ■; ί ■■ t< I vc Ί.-. I'ti fin ί.-',-titi ;ι^Γ· -hniii -ufVoLiJb ιιη-Ί :?umLnflo5; π «In ;.>'le;L_t. t-ii i.h?'L l· , .-Oi)IiI ILf !->■'i.:liri 1-; i.n.;;un^i;k L&'UimotL dor viiorclriuriiC ■' η Lru: .;t'f i oiL.;c.;ha 1. t;uti₍>v fin a 'Λΐιυι Ltuloij b dav Lamp» urul eLnam :ir:h ι L bo 1 c.MUonfc Vfit'buriiloii ;;Lncl, und i;oi)i.>L das £>chaL to Lomond iii L t; iiLiifif dLo£i£5f» Mc: ha L t ο LfMiioiit dorarb steuernd on "teuor-'!iK)r(Iruiti(j vcirl)undf.»ti Lfi b , flass ο Ln Ln t e rniL b b Lo render .itrom durch (ILo L/aitipo rLLasst, wobeL auf ein Zeit LntervaL L iiiLb cvi.nor Dauer von W riokuruleri, Ln dem 55 brom durch die L.ainpe fLLessb, e Ln praktLisch stromLosea Ze Lt LribervalL mit einer Dauer von il SelamdorL folgt, und wobei dar Strom durch die Lampe von Zeit zu Zeit seine Richtung umkehrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Edelgases (der Edelgase) höchstens 6 Torr beträgt, und dass eier Durchmesser des Ent laclungsgefSsses so gross ist, dass der Bedingung T 4. T ^

   Iff

   genügt ist, wobei das Verhältnis von rr-rr zwischen 0,35 und

   w +Jt

   0,65 liegt, und dass die Dauer einer Periode (W+Π) der Lampenspeisung eine zwischen den ¥erten 27Γ .T_E und 2 Tt . T liegende Gri5r.se aufweist, worin:

   TT die Energierelaxationszeit (in Sekunden) der Elektronen im Entladungsgefllr.s darstellt, und

   T_n die DLffusions?;elt (in Sekunden) der Elektronen Lpi EntladungsgefHss darstoLLt.

   2, Anordnung nach Anspruch 1, bei der sLch die Lampe in eLtier oLoktr L.schen T'.rticko bof Ludet, dadurch gekennzeichnet, dass in Jedem dor Urtlckonzwetge ein TransL.^c;tor vorhanden Ist _f

   2 0 ^CJ H ^r. i) / 0 β 7 9 BAD ORIGIWAl

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   und dass noch ein weiterer Transistor mit der Brücke in
   Serie liegt,

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Edelgases (der Edelgase) etwa 2 bis 3 Torr und der Lampendurchmesser etwa 35 bis *!0 mm
   beträgt.

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