DE2332275A1

DE2332275A1 - Hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE2332275A1
Application number: DE19732332275
Authority: DE
Inventors: Sheppard Cohen; John J Gutta; Donald A Richardson
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1973-06-25
Publication date: 1974-01-10

Description

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

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

Priorität: 28. Juni 1972, USA, S.N. 267 097

Zusammenfassung

Das Bogenrohr einer Natriumdampfbogenentladungslampe hat ein zwar mit Abstand von demselben, jedoch in Wärmeübergangsbeziehung zu demselben angeordnetes externes elektrisches Heizelement. Das Heizelement ist aus einem hitzebeständigen Metalldraht hergestellt und ist um einen isolierenden Haltestab herumgewickelt. Ein Ende des Heizelementes ist mit einem Draht verbunden, der um das Bogenrohr in der Nähe desjenigen Endes desselben herumgewickelt ist, das zu diesem Heizelementende entgegengesetzt ist.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Lichtbogenentladungslampen und insbesondere Hochdrucknatriumdampf1ampen.

Innerhalb der letzten Jahre haben Hochdrucknatriumdampf-1ampen wegen ihres hohen Wirkungsgrades, welcher im allge-

309882/1179 .../2

meinen größer ist als 100 Lumen pro Watt, kommerzielle Bedeutung gewonnen, insbesondere für Außenbeleuchtungszwecke. Der Natriumbetriebsdampfdruck kann in solchen Lampen von einigen Millimeter 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. Niederdrucknatriumlampen werden zwar,seit etwa 30 bis 40 Jahren verwendet, sie erzeugen jedoch, obwohl sie sehr wirksam sind, ein unattrakti— ves monochromatisches gelbes Licht. Die Farbe des Lichtes aus Hochdrucknatriumlampen.ist gegenüber der Farbe des Lichtes aus Niederdrucknatriumlampen beträchtlich verbessert.

Hochdrucknatriumlampen weisen im allgemeinen ein Tonerde— keramikbogenrohr und eine Bogenrohrfüllung von Natrium, Quecksilber und einem Inertgas auf. Beispiele derartiger Lampen sind aus den US-PS 3 248 590, 3 384 798, 3 448 319, 3 453 477, 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. Deratige Lampen erfordern eine beträchtlich höhere Zündspannung zum Einleiten einer Bogenentladung als andere Arten von Bogenentladungslampen, wie beispielsweise Leuchtstoff-, Quecksilberoder Metallhalogenidlampen. Dieses Erfordernis einer höheren Zündspannung macht die Verwendung eines besonderen Vorschaltgerätes für Hochdrucknatriumlampen erforderlich.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Hochdrucknatriumdampflampe mit einer verringerten Zündspannung zu schaffen, wodurch die Hochspannungsanforderungen des Vorschaltgerätes beseitigt werden. Eine einfachere und wirtschaftlichere»Vor-

309882/1179

•«· / j

schaltanordnung wird dadurch praktikabel und tatsächlich können häufig herkömmliche Quecksilberlampenvorschaltgeräte verwendet werden. Eine solche Lampe ist zwar in dem Patent ... (Patentanmeldung P22 61 233.5) beschrieben, die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Erfindung unterscheidet sich jedoch davon.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Hochdrucknatriumdampflampe nach der Erfindung weist ein Bogenrohr auf, welches an seinen Enden Elektroden hat, und welches eine Natrium, Quecksilber und ein Inertgas aufweisende Füllung enthält. In der Nähe des Bogenrohres ist ein gewendeltes Heizelement aus einem hitzebeständigen Metalldraht, wie beispielsweise Wolfram, auf einem isolierenden Haltestab angebracht, welcher zu dem Bogenrohr etwa parallel ist. Die Leistung und der Abstand des Heizelementes sind so gewählt, daß das Heizelement das Bogenrohr in weniger als etwa 3 oder 4 Minuten ausreichend aufheizt, um ein Zünden desselben durch eine verhältnismäßig niedrige Spannung zwischen den Elektroden zu gestatten. Die verhältnismäßig niedrige Spannung, etwa 220 V für eine vorhandene 400 Watt-Bauart, steht in Beziehung zu dem angenähert 2 kV betragenden Impuls, der normalerweise zum Einleiten der Bogenentladung, in einer Hochdrucknatriumlampe benötigt wird und der ein besonderes Vorschaltgerät erfordert.

Es ist jedoch erkannt worden, daß die Zündspannung sogar noch weiter verringert werden kann, etwa auf 160 V für die genannte 4OO Watt-Bauart, ir\^dem ein Ende des Heizelementes mit einem um das Bogenrohr in der Nähe der Elektrode an dem entgegengesetzten Ende herumgewickelten Draht verbunden wird. Dieser Draht verringert die Länge des Bogenentladungsstartzwischenraumes bzw. -zündspaltes auf den Abstand zwi—

309882/1179

sehen der Elektrode und der Außenfläche des Bogenrohres, im Gegensatz zu dem üblichen Zwischenraum bzw. Spalt, welcher gleich dem Abstand zwischen den Elektroden ist.

Der isolierende Stab ist wegen seiner unmittelbaren Nähe zu dem Bogenrohr aus Hochtemperaturmaterial, wie beispielsweise Keramik, hergestellt. Außerdem sollte der Durchmesser des isolierenden Stabes geringer sein als etwa 40 % des Durchmessers des Bogenrohres, damit die durch den isolierenden Stab aufgefangene und blockierte Lichtmenge in bezug auf die von dem Bogenrohr abgegebene gesamte Lichtmenge klein ist.

Das Wolframheizelement ist mit einem thermischen Schalter elektrisch verbunden, der öffnet und das Heizelement von der Schaltung trennt, nachdem der Lichtbogen zwischen den Elektroden gezogen worden ist.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in einer Seitenansicht, teilweise weggebrochen, eine bevorzugte Ausführungsform einer Hochdrucknatriumdampflampe nach der Erfindung.

Eine Hochdrucknatriumdampflampe nach der Erfindung weist einen äußeren Glaskolben 1 auf, der eine längliche Eiform, wie sie gewöhnlich bei Hochdrucknatriumlampen verwendet wird, oder eine Kugelform hat, wie sie gewöhnlich bei Quecksilberdampf- und Metallhalogenidlampen verwendet wird. Der Hals des Kolbens ist durch einen einspringenden Stiel 2 mit einem Fuß 3 verschlossen, durch den steife Zuleitungsdrähte 4, 5 hindurchgeführt sind, die an ihren äußeren Enden mit einer Schraubfassung 6 und einem Mittelkontakt eines herkömmlichen Schraubsockels verbunden sind.

Innerhalb des Kolbens 1 ist ein Tonerdebogenrohr 8 angeordnet, welches an seinem unteren Ende durch eine Niob-Endkappe 9 und an seinem oberen Ende durch eine Niob-Endkapoe

309882/1179 "*^/5

10 verschlossen ist. Niob-Rohre 11, 12 sind an den Endkappen 9, 10 angelötet oder angeschweißt und werden zum Haltern des Bogenrohres 8 sowie zum Stromzuführen zu Elektroden 13, 14 innerhalb des Bogenrohres verwendet. Darüberhinaus dient eines der Niob-Rohre als ein Auslaßrohr während der Herstellung und es wird zum Einbringen einer ein Inertgas (z.B. Argon oder Xenon), Natrium und Quecksilber enthaltenden Füllung in das Bogenrohr verwendet, woran anschließend das Niobrohr verschlossen wird, beispielsweise durch eine KaItschweißung.

Das Bogenrohr 8 ist innerhalb des Kolbens 1 durch einen Aufbau gehaltert, welcher aus einem Seitenhaltedraht 15, einem vertikalen Haltedraht 16, einem Metallstreifen 17 und einem horizontalen Metallstreifen 18 besteht. Der Haltedraht 15 ist an den Zuleitungsdraht 5 angeschweißt, der Haltedraht ist an den Draht 15 angeschweißt, der Streifen 17 ist an den Draht 16 angeschweißt, der Streifen 18 ist an den Streifen 17 angeschweißt und der Streifen 18 ist mit dem oberen Niob-Rohr 12 verbunden. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Zuleitungsdraht 5 und der oberen Elektrode 14 ist durch diesen Aufbau hergestellt.

Das untere Ende des Bogenrohres 8 ist durch einen Metallstreifen 19 gehaltert, welcher zwischen das Niobrohr und einen Haltedraht 27 geschaltet ist, wobei der Haltedraht 27 an den Zuleitungsdraht 4 angeschweißt ist. Eine elektrische Verbindung ist dadurch außerdem zwischen dem Zuleitungsdraht und der unteren Elektrode 13 hergestellt.

Parallel zu dem Bogenrohr 8 und in einer Entfernung von 1,6 Millimeter (1/16 Zoll) davon ist ein doppelt gewendeltes Heizelement 20 angeordnet, welches aus einem Stück von 0,1 Millimeter - Wolframdraht hergestellt ist, der primär auf einen 0,2 Millimeter (8 mil)-Dorn und anschließend sekundär auf einen Tonerdestab 21 mit einem Durchmesser von 2,4 Milli-

309882/1179 .,

meter (3/32 Zoll) aufgewickelt wurde. Die Enden des Stabes

21 sind durch die Streifen 18, 19 gehaltert. Das untere Ende des Heizelementes 20 ist mit dem Streifen 19 direkt elektrisch verbunden. Um jedoch das Heizelement 2O aus dem elektrischen Stromkreis entfernen zu können, nachdem eine Bogenentladung zwischen den Elektroden 13 und 14 gebildet worden ist, ist die elektrische Verbindung zu dem oberen Ende des Heizelementes 20 durch einen BimetalIschalter 22 hergestellt. Für diesen Zweck und außerdem zum besseren Haltern des Stabes 21 ist das obere Ende des Heizelementes 20 mit einem Metallstreifen 23 verbunden, welcher den Stab 21 eng umschließt und welcher mit einem vertikalen Metallzapfen 24 verbunden ist. Der Zapfen 24 ist auf dem Sextenhaltedraht 15 mittels eines Glasstabes 25 isoliert gehaltert. Ein Ende des Schalters 22 macht mit dem Zapfen 24 elektrischen Kontakt und das andere Ende des Schalters

22 ist mit dem vertikalen Draht 16 verschweißt.

An den oberen und unteren Enden des Seitenhaltedrahtes 15 sind Pederfinger 26 befestigt, welche gegen die Innenwand des Kolbens 1 drücken und für eine bessere Halterung des Bogenrohres sorgen.

Um· das Bogenrohr 8 sind drei Drahtschleifen 28 herumgewickelt, eine in der Nähe jeder Elektrode und eine in der Mitte. Die Schleifen 28 sind durch einen Draht 29 miteinander verbunden, der mit dem unteren Ende des Heizelementes 20 am Streifen 19 verbunden ist. Durch diesen Aufbau wird die Außenfläche des Bogenrohres um die obere Elektrode 14 herum auf dasselbe Potential wie das untere Ende des Heizelementes gelegt. Wenn somit eine Spannung an die Lampe angelegt ist, so ist diese Spannung zwischen der oberen Schleife 28 und der Elektrode 14 gebildet, welche im Vergleich zu dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 13 und 14 einen kurzen Abstand voneinander haben. Infolgedessen ist die Lampenzündspannung bedeutend verringert.

309882/1179

Claims

Patentansprüche

(l. Hochdruckgasentladungslampe bestehend aus einem Außenmantel und einem inneren Bogenrohr, das voneinander entfernte Bogenentladungseiektroden und eine Füllung aus verdampfbarem, ionisierbarem Material enthält, einem elektrischen Leiter, der sich über einen größeren Teil der Länge des Bogenentladungsraumes 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 aus Ohmschen Heizmaterial besteht, nach Patent ... (Patenhanmeldung P 22 61 233.5), und bei welcher der Leiter einen hitzebeständigen Metalldraht aufweist und innerhal.b des Außenmantels ein thermischer Schalter vorgesehen ist, der mit einem Ende des Heizdrahtes elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht parallel zu dem Bogenrohr und in geringem Abstand von demselben angeordnet ist, daß der Heizdraht um einen Isolierstab gewickelt ist, daß eine Drahtschleife das Bogenrohr in der Nähe einer Elektrode umschließt und mit dem Heizdraht an dem zu dieser Elektrode entgegengesetztes Ende verbunden ist.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht eine Doppelwendel ist.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstab aus Tonerde hergestellt ist.
4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Drahtschleifen vorgesehen

309882/1179 .../A2

sind, von welchen eine das Bogenrohr etwa in seiner Mitte und die andere das Bogenrohr in der Nähe der anderen Elektrode umschließt.
5. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter normalerweise, wenn die Lampe nicht in Betrieb ist, geschlossen und während des Lampenbetriebes geöffnet ist.

309882/ 1 179