DE2331905A1

DE2331905A1 - Hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE2331905A1
Application number: DE2331905A
Authority: DE
Inventors: Bernard Kopelman
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1974-01-10
Also published as: CA983988A; GB1429044A; US3757158A

Description

20. üuöi 1973

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER

DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT S6 P155 D

< D- 8 MÖNCHEN 60 OkfHSTKAStt12

GTE SYLVANIA Inc., Wilmington, Delaware, V.St.A.

Hochdruckgasentladungslampe Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 22 61 233.5)

Priorität: 23. Juni 1972, USA, S.N. 265 523

Zusammenfassung

Das Bogenrohr einer Natriumdampf-Bogenentladungslampe hat eine Spiralrille auf seiner Außenfläche. Ein Heizelement aus einem feuerfesten Metalldraht ist um das Bogenrohr herumgewickelt und sitzt in der Rille, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Windungen des Heizelementes während der Lebensdauer der Lampe aufrechtzuerhalten.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Bogenentladungslampen und insbesondere Hochdrucknatriumdampflampen.

Innerhalb der vergangenen Jahre haben Hochdrucknatriumdampflampen eine kommerzielle Bedeutung gewonnen, insbesondere für Außenbeleuchtungszwecke, und zwar wegen ihres großen Wirkungsgrades, der allgemein größer ist als 100

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Lumen pro Watt. Der Natriumbetriebsdampfdruck kann innerhalb solcher Lampen von mehreren Millimetern Hg bis etwa 1000 Millimeter Hg variieren.

Derartige Lampen werden als Hochdrucklampen bezeichnet, um sie von Niederdrucknatriumdampflampen zu unterscheiden, in welchen der Natriumbetriebsdampfdruck in der Größenordnung von einigen Mikron liegt. Niederdrucknatriumdampflampen werden zwar bereits seit etwa 30 oder 40 Jahren verwendet und sie sind auch leistungsfähig, sie erzeugen jedoch ein unattraktives monochromatisches gelbes Licht. Die Farbe von Licht aus Hochdrucknatriumdampflampen ist gegenüber dem Licht aus Niederdrucknatriumdampflampen beträchtlich verbessert.

Hochdrucknatriumdampflampen weisen allgemein ein Tonerde— keramik-Bogenrohr und eine Bogenrohrfüllung von Natrium-, Quecksilber und einem Inertgas auf. Beispiele solcher Lampen sind aus den US-PS. 3 248 590, 3 384 798, 3 448 319, 3 453477, 3 485 343, 3 519 406, 3 521 108 und 3 558 963 bekannt.

Eines der Probleme von Hochdrucknatriumbogenentladungslampen betrifft das Starten bzw. Zünden derselben. Solche Lampen erfordern eine beträchtlich höhere Zündspannung zum Einleiten einer Bogenentladung als andere Typen von Bogenent— ladungslampen, wie beispielsweise Leuchtstoff—, Quecksilber- oder Metallhalogenidlampen . Dieses Erfordernis einer höheren Zündspannung macht die Verwendung eines besonderen ^vorschaltgerätes für Hochdrucknatriumlampen erforderlich.

In dem Patent ... (Patentanmeldung P22 61 233.5) ist eine Lampe beansprucht, welche zum Zweck der Verringerung der Lampenzündspannung einen um das Bogenrohr herumgewickelten Heizdraht hat. Unerwartet neigen die Windungen des Heizdrahtes dazu, während der Lebensdauer ce/ Lampe zusammenzu-

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rutschen, sogar dann, wenn das Bogenrohr in einer horizontalen Lage betrieben wird. Das kann seine Ursache in der extremen Glätte der Außenfläche des Bogenrohres in Verbindung mit der während des Lampenstarts auftretenden Expansion und Kontraktion des Heizelementes haben.

Die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Erfindung ist demgegenüber eine Verbesserung, da Einrichtungen vorgesehen sind, welche einen gleichmäßigen Abstand der Heizelementwindungen während der gesamten Lampenlebensdauer aufrechterhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Hochdrucknatriumdampflampe nach der Erfindung weist ein Tonerdebogenrohr auf, welches an seinen Enden mit Elektroden versehen ist und welches eine Füllung enthält, die Natrium, Quecksilber und ein Inertgas aufweist. Die Herstellung eines solchen Bogenrohres ist aus der US-PS 3 026 210 bekannt.

Gemäß der Erfindung hat das Bogenrohr auf seiner Außenfläche eine Spiralrille, welche sich von etwa einem Ende des Rohres zu dem anderen Ende oder mindestens über eine Entfernung erstreckt, welche etwa gleich dem Elektrodenabstand ist. Die Tiefe der Rille sollte geringer sein als 1/3 der Wanddicke des Bogenrohres, um eine Schwächung des Bogenrohres zu vermeiden.

Ein um das Bogenrohr herumgewickeltes und in der Rille sitzendes Heizelement ist aus hitzebeständigem Metalldraht hergestellt. Es ist nicht erforderlich, daß der Draht vollständig in der Rille sitzt; es sollte jedoch mindestens die Hälfte des Drahtes in der Rille sitzen, um eine wesentliche Verbesserung des Windungsabstandes während der Lampenlebensdauer zu erzielen. Das bedeutet, daß die Tiefe der

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Rille größer sein sollte als 50 % des Durchmessers des Heizdrahtes.

Die Zeichnung zeigt in einer einzigen Figur eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einerbevorzugten Ausführungsform einer Hochdrucknatriumdampflampe nach der Erfindung.

Eine Hochdrucknatriumdampflampe nach der Erfindung besteht aus einem üblichen äußeren Glasmantel 1, der von einem Sockel 2 vorsteht. Eine einspringende Glashalterung mit einem Fuß 3 trägt Zuleitungsdrähte 4 und 6, von denen der erste 4 durch einen Bügel 7 angeschlossen ist, der mit einem unteren Niob-Rohr 8 eines Tonerde-Bogenrohres 10 verschweißt ist. Der andere Zuleitungsdraht 6 ist mit einem C-förmigen Rahmen 11 verschweißt, der etwa bis zur Oberseite des Außenmantels 1 reicht. Zwischen die Spitze des Rahmens und ein oberes Niob-Rohr 9 des Bogenrohrs 10 sind Bügel 14 geschweißt. Die unteren und oberen Niob-Rohre 8,9 sind mit Elektroden 16 innerhalb des Bogenrohres 10 verbunden. Federfinger 12 liegen am Mantel 1 an und positionieren den Rahmen 11 und das Bogenrohr 10.

Ein typisches Bogenrohr 10 für eine 400 Watt-Lampe wird aus polykristallinem, hochreinem Tonerderohr hoher Dichte hergestellt, das gegen den Angriff von Natrium widerstandsfähig ist, wie in der obengenannten US-PS 3 026 210 beschrieben. Das Rohr hat eine Länge von 115 mm (4 1/2 Zoll), einen Außendurchmesser von 8,90 Millimeter (0,350 Zoll) und eine Wandstärke von 0,76 Millimeter (0,030 Zoll). Das Bogenrohr enthält eine Gasfüllung aus Argon bei 23 Torr oder Xenon bei 13 Torr und eine chemische Füllung von 20 Milligramm Quecksilber und 50 Milligramm Quecksilber-Natrium-Amalgam, etwa ein Gewichtsteil Natrium auf 3 Gewichtsteile Quecksilber.

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Ein hitzebeständiger Drahtleiter 17 aus Ohmschen Heizmaterial ist in gewendelter Form um das Bogenrohr 10 herum angeordnet und wird in Kontakt mit diesem abgestützt, und zwar über den größten Teil desselben oder vorzugsweise in der dargestellten Weise über praktisch die ganze Länge des Bogenentladungsraums zwischen den Elektroden 16. Typischerweise handelt es sich bei dem Leiter um einen Wolframfaden, hergestellt aus 0,076-Millimeter (3 mil)-Draht, welcher bei einem Betrieb mit 120 V 1OO W aufnimmt. Die Windungen der Wendel können Entfernungen von etwa 3-13 Millimeter (1/8 bis 1/2 Zoll) voneinander haben, wobei die Endwindungen eine Entfernung von etwa 6 Millimeter (1/4 Zoll) von Endkappen 5 des Bogenrohres haben. Die obere Windung der Drahtwendel 17 ist an einen Drahtstab 18 angeschweißt, welcher auf dem Rahmen 11 durch gesondert im Glaszylinder 21 eingebettete Drähte 19 isoliert gehaltert ist. Der elektrische Zwischenraum zwischen dem Stab 18 und dem Rahmen 11 wird bei der Temperatur der kalten Lampe durch ein bimetallisches, thermostatisches Schaltblatt 22 geschlossen, welches an dem Stab 18 angeschweißt ist und den Rahmen 11 berührt. In ähnlicher Weise ist die untere Windung der Wendel 17 an einem Stab 23 angeschweißt, welcher auf dem Zuleitungsdraht 4 isoliert gehaltert ist. Ein oder beide Thermostatschalter können durch eine dauernde Verbindung ersetzt werden, bei Weglassung beider Schalter ergibt sich allerdings ein Wirkungsgradverlust. Die Thermostatschalter öffnen den Drahtwendelkreis nach der Bogenzündung und während des normalen Lampenauf wärmbetriebe s und Lampenbetriebes. Es ist zwar ein Wärmeempfindlicher mechanischer Schalter dargestellt worden, es können stattdessen jedoch auch andere Schalter verwendet werden, wie beispielsweise Schalter, die auf die Bogenstarttemperatur, die Bogenbetriebsspannung oder den Bogenbetriebsstrom ansprechen, einschließlich Pestkörperschalter und Gasentladungsschalter.

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Das Bogenrohr 10 hat eine etwa 0,13 Millimeter bis 0,25 Millimeter (5·1θ"³ bis 10·10~³Ζο11) tiefe Spiralrille, welche sich längs seiner Außenfläche erstreckt und in welcher das Heizelement 17 sitzt. Die Rille wird in dem Bogenrohr leicht hergestellt, etwa durch Bearbeiten auf einer Drehbank, wenn sich das Bogenrohr in seinem grünen, vorgesinterten Zustand befindet. Nach dem Herstellen der . Rille wird das Bogenrohr bei der üblichen Brenntemperatur von 1700° Celsius bis 1950° Celsius gesintert.

In einigen Fällen kann es von Vorteil sein, das Heizelement 17 auf dem Bogenrohr 10 zu befestigen, um sicherzustellen, daß die Windungen des Heizelementes in den Rillen bleiben. Kurze Stücke 25 aus hitzebeständigem Metalldraht werden für diesen Zweck verwendet. Der Draht wird fest um das Bogenrohr einmal herumgewickelt und die Enden desselben werden zusammengedreht, um den Draht an dem Bogenrohr zu befestigen. Bei Verwendung einer derartigen Befestigung ist es von Vorteil, in dem Bogenrohr eine Umfangsrille vorzusehen, um ein Verrutschen der Befestxgungsdrahte zu verhindern. Derartige Rillen werden, wie zuvor, auf dem grünen, vorgesinterten Bogenrohr gebildet. Typischerweise werden Befestigungsdrähte in der Mitte und an den Enden des Heizelementes 17 verwendet, wie in der Zeichnung dargestellt.

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Claims

Patentansprüche :

( !./Hochdruckgasentladungsiampe bestehend aus einem Außenmantel und einem inneren Bogenrohr, das voneinander entfernte Bogenentladungselektroden und eine Füllung aus verdampfbarem, ionisierbarem Material enthält, einem elektrischen Leiter, der sich über einen größeren Teil der Länge des Bogenentladungsraums erstreckt und mit diesem kapazitiv gekoppelt ist, Anschlüssen, mit denen den Elektroden Spannung zugeführt wird und die einen Anschluß für diesen Leiter aufweisen, bei welcher die Füllung ein Alkalimetall und ein Edelgas aufweist, das Alkalimetall Natrium ist, die Füllung Quecksilber enthält, der Leiter mit dem Bogenrohr in Berührung steht und strukturell von diesem abgestützt ist, und der Leiter aus Ohmschem Heizmaterial besteht, nach Patent ... (Patentanmeldung P 22 61 233.5), bei welcher das Bogenrohr aus Tonerde besteht, der Leiter ein um das Bogenrohr herumgewickelter hitzebeständiger Metalldraht ist und ein thermischer Schalter innerhalb des Außenmantels angeordnet und mit einem Ende des Drahtes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet« daß das Bogenrohr auf seiner Außenfläche mit einer sich etwa von einer Elektrode zur anderen erstreckenden Spiralrille versehen ist und daß der Draht in dieser Rille sitzt.
2. Lampe nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Spiralnut größer ist als 50 % des Durchmessers des Drahtes.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht an dem Bogenrohr mittels kurzer Drahtstücke befestigt ist, welche umfangsmäßig um das Bogenrohr herumgewickelt sind.

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4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch qekennzeichnet, daß das Bogenrohr eine Vielzahl von Umfangsrillen aufweist und daß die kurzen Drahtstücke in diesen Umfangsrillen sitzen.

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