DE2461568A1 - Dampfentladungslampe - Google Patents

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DR. BERG DIPL.-ING. STArF DIPL.-ING. SCKWABE DR. DR. SANDMAIR

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Dr. Berg Dipl.-lng. Stapf und Partner, 8 München 86, P. O. Box 860245

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2 7. DEZ. 197*

Anwaltsakte 25 680

MatsushitaElectronics Corporation Kadoma-s-hi, Osaka-fu / Japan

Dampfentladungslampe

Die Erfindung betrifft eine Dampfentladungslampe, welche eine Lichtbogenröhre mit einem lichtemittierenden Metall, wie beispielsweise Natrium, und einem Puffergasmetall, wie beispielsweise Kadmium oder Quecksilber, aufweist.

Es sind bereits Hochdruck-Natriumdampflampen geschaffen und vorgeführt worden, bei welchen ein durchscheinender bzw. trän··

- 2 VII/XX/ha

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parenter Kolben aus Aluminiumoxyd oder eine Lichtbogenröhre verwendet sind, welche dem Natriumdruck bei hoher Tempera tür widerstehen können. Im Unterschied zu den herkömmlichen Niederdruck-Natriumdampflampen, welche monochromatisches, gelbes Licht ausstrahlen, d.h. eine D-Linie, welche für die Natriumstrahlung charakteristisch ist, strahlt die Hoch druck-Natriumdampflampe Licht aus, das beinahe weiß ist und beinahe den gesamten sichtbaren Spektralbereich überdeckt. Die Hochdruck-Natriumdampflampe weist weiterhin den Vorteil auf, daß der Lampenwirkungsgrad oder die Lichtausbeute im Vergleich zu der herkömmlichen- Hochdruck-Quecksilberdampf lampe etwa das Doppelte beträgt. Die Hochdruck-Natriumdampflampe erfordert jedoch zusätzlich zu einer Vorschalteinrichtung einen Starter. Da Xenon in der Lichtbogenröhre dicht eingeschlossen ist, beträgt die Zündspannung etwa 1 500 bis 2 000V. Die Zündschaltung für Hochdruck-Natriumdampflampen muß daher eine Einrichtung zum Erzeugen und Einspeisen der Zündspannung in der Größenordnung von 1 500 bis 2 000V aufweisen, wenn die Dampflampe gezündet wird. Infolgedessen sind Hochdruck-Natriumdampflampen teuer. Weiterhin führt die Starter- bzw. Zündeinrichtung zu einem höheren Geräuschpegel, wenn die Lampe gezündet bzw. ein- oder ausgeschaltet wird und neigt auch dazu, die Vorschalteinrichtung zu beschädigen.

Um die vorbeschriebenen und ander® Schwierigkeiten bei her könualichen Hochdruck-Natriumdampflaapen zu beseitigen, sind umfangreiche Versuche durchgeführt und dabei die Verwendung

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einer Lichtbogenröhre mit Neon- oder Neon-Argon-Gas und mit einem Leiter untersucht worden, welcher an der Außenwandung näher an dem einen Ende der Lichtbogenröhre oder dem Röhrenkolben angebracht wurde und auf demselben Potential wie die Spannung gehalten wurde, welche an die Entladungselektrode am anderen Ende der Lichtbogenröhre angelegt worden ist. Ferner ist festgestellt worden, daß die Hochdruck-Natrium dampflampe mit einer Zündspannung von 200 bis 300V gezündet werden kann. Jedoch ist bei Versuchen, die Lebensdauer, Be triebsdaten und Ausfälle zu bestimmen, festgestellt worden, daß das Schwarzwerden, d.h. schwarze Punkte, an der Lichtbogenröhre nach 500 Stunden beobachtet und festgestellt worden sind, so daß die Lichtausbeute geringer geworden ist, die Lichtfarbe sich geändert hat bzw. verschoben worden ist, und die Röhrenspannung zugenommen hat. Nach weiteren umfangrei chen Versuchen und Untersuchungen ist festgestellt worden, daß, da das Potential, das gleich dem an der Entladungselektrode der Lichtbogenröhre ist, auch an den Hilfsleiter angelegt wird, der Potentialunterschied an dem Teil auftritt, wo der Hilfsleiter angebracht ist, so daß Natriumionen aus der Lichtbogenröhre entweichen, was dann das Schwarzwerden zur Folge hat.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Hochdruck-Natriundampflampe geschaffen werden, welche ganz sicher bei einer niedrigen Zündspannung von 200 bis 300V während ihrer gesamten Lebensdauer gezündet werden kann. Ferner soll eine Dampfentladungs-

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lampe geschaffen werden, bei welcher das Entweichen des Na -triums aus einer Lichtbogenröhre verhindert werden kann und welche zuverlässig und sicher während ihrer gesamten Lebensdauer mit Hilfe einer einfachen Zündeinrichtung gezündet werden kann. Weiterhin soll eine Hochdruck-Natriumdampflampe oder Dampfentladungslampe geschaffen werden, bei welcher der Hilfsleiter unmittelbar nach dem Zünden elektrisch schwebt bzw. auf freiem Potential liegt, so daß ein Verlust an Natrium vollständig verhindert werden kann und die Betriebsdaten erheblich verbessert werden können.

Gemäß der Erfindung ist ein Neon-Argon-Gas in einer Lichtbogenröhre abgeschlossen, um das Zünden zu erleichtern, und es ist ein Leiter, welbher als Zündelektrode dient und aus einem schwer schmelzbarem Metall hergestellt ist, an der Außenwandung der Lichtbogenröhre näher an der einen Entladungselektrode angebracht. Wenn die Dampflampe gezündet wird, wird an dem Hilfsleiter oder der Zündelektrode ein Potential angelegt, das gleich dem an der Entladungeelektrode der Lichtbo -genröhre ist. Infolgedessen können die Hochdruck-Natrium -dampflampen oder Dampfentladungslampen gemäß der Erfindung sicher und zuverlässig während der ganzen Lebensdauer von ■ mehr als 6 000 Stunden mit einer derart niedrigen Zündspan -nung von 200 bis 300V*gezündet werden. Sobald die Dampflampe einmal gezündet ist, wird ein Bimetallschalter in der Weise geöffnet, daß der Hilfsleiter oder die Zündelektrode bezug -lieh der anderen Elektrode durch ein Element, an welchem zwei *<fcffektivwert) - 5 -

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Elektroden in Gegenüberlage und in Abstand voneinander angebracht sind, elektrisch schwebt bzw. auf freiem Potential liegt. Auf diese Weise kann dann das Entweichen von Natriumdampf aus der Lichtbogenröhre verhindert werden, und es können während der ganzen Lebensdauer stabile und gleichblei bende Betriebsdaten erhalten werden.

Die Erfindung schafft somit eine Dampfentladungslampe, bei welcher eine Lichtbogenröhre in einem äußeren Kolben einge schlossen ist. Um das Zünden zu erleichtern, ist ein Nenongas oder ein Neon-Argon-Mischgas in der Lichtbogenröhre dicht eingeschlossen, welche einen durchsichtigen bzw. transparenten Aluminiumoxydkolbeη aufweist. Ein Leiter, welcher als Hilfszündelektrode dient ist an der Außenwandung des Aluminiumoxydkolbens angebracht und ist elektrisch mit einer Entla dungselektrode an einem Ende der Lichtbogenröhre über einen normalerweise geschlossenen Bimetallschalter verbunden. Wenn der Bimetallschalter geöffnet wird, da die Temperatur nach dem Zünden ansteigt, "schwimmt" der Leiter bzw. befindet eich auf freiem Potential bezüglich der anderen Entladungselektrode. Während der gesamten Lebensdauer kann die Dampfentladungslampe mit einer niedrigen Spannung in der Größenordnung von 200 bis 300V gezündet werden, und das Entweichen von Natrium aus der Lichtbogenröhre kann verhindert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aue-, führung«form unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen

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- 6 im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine Schnittansicht durch eine herkömmliche Lichtbogenröhre;

Fig.2 eine Schnittansicht durch eine Dampfentladungslampe mit der in Fig.1 dargestellten Lichtbogenröhre;

Fig.3 einen Teil einer Schnittansicht einer weiteren bekannten Dampfentladungslampe;

Fig.k eine Schnittansicht durch eine Lichtbogenröhre, wel -ehe bei den durchgeführten Versuchen verwendet worden ist; und

Fig.5 eine Schnittansicht durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Hochdruck-Natriumdampflampe gemäß der Er -findung·

Bevor die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrie -ben wird, wird anhand der Fig.l bis 3 eine bekannte Dampflampe kurz beschrieben, wobei im einzelnen deren Nachteile angeführt und erläutert werden. In Fig.l ist der Aufbau einer Lichtbogenröhre dargestellt, welche in Verbindung mit der Dampflampe gemäß der Erfindung verwendet wird. Ein durchscheinender bzw. transparenter Aluminiumoxydkolben 1 (mit einem

Durchmesser von 7,6mm) weist Endkappen 2 und 3» durch welche

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dessen Enden mit Hilfe eines Klebers 4 gasdicht abgeschlossen sind, und Niobröhren 5 und 6 auf, welche sich durch die End kappen^ 2 und 3 hindurcherstrecken und gasdicht in diesen mit Hilfe des Klebers k gehaltert sind. Die Niobröhren 5 und 6 werden als Stromleiter verwendet. Elektroden 7 und 8, welche jeweils Wolframspulen aufweisen, die mit einem Strahler bzw. Emitter gefüllt sind, deasen Hauptbestandteil Bariumoxyd ist, sind an den inneren Enden der Niobröhren 5 bzw. 6 und in einem Abstand von 80mm angebracht. Der Kolben 1 ist nicht nur mit 15mg Natrium und 20 bis 60 mg Quecksilber sondern auch mit 0,5% Argon enthaltendem Neon bei 10 bis 60 Torr gefüllt, um das Zünden zu erleichtern.

Die Lichtbogenröhre 1 mit dem vorbeschriebenen Aufbau ist durch Zuführleitungen 9 und 10 in einem durchscheinenden bzw. transparenten oder undurchsichtigen bzw. opaken Glaskolben aufgehängt bzw. gehaltert, und die Elektroden 7 und 8 sind elektrisch mit den Zuführ draht en 9 bzw. 10 verbunden. In dem Außenkolben 11 sind Getter 12 angeordnet, und das offene Ende des Außenkolbens 11 wird mittels eines Sockels bzw. einer Fassung 13 für den elektrischen Anschluß an eine äußere Energiequelle bzw. einen Netzanschluß dicht abgeschlossen, und danach wird der Außenkolben 11 luftleer gepumpt. Auf diese Weise ist dann eine Dampfentladungslampe 20 geschaffen.

Um die bekannte, vorbeschriebene Dampflampe 20 zu zünden, ist eine Spannung in der Größenordnung von 1 500 bis 2 000V erfor-

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derlich, so daß die Zündschaltung eine Einrichtung zum Fin speisen der Zündspannung aufweisen muß, welche beim Zünden 1 500 bis 2 000V erzeugen und zuführen kann. Um eine derar tige Einrichtung zum Einspeisen der Zündspannung zu beseitigen, ist eine Hochdruckentladungslampe der in Fig.3 darge stellten Art vorgeschlagen worden. (Siehe auch die nur für eine Prüfung veröffentlichte, japanische Patentanmeldung ^5079/1972).

In Fig.3 ist ein Hilfszündleiter 14, welcher aus einem Tantalstreifen hergestellt und ein Millimeter breit ist, an der Außenwandung der Lichtbogenröhre 1 angebracht und in einem Abstand von 10mm von der Entladungselektrode 8 angeordnet. Entsprechend den bei der Anmelderin durchgeführten Versuchen war die Zündspannung der Hochdruckdampfentladungslampe der in Fig.3 dargestellten Art kleiner als 200V, wobei ihre Lebensdauer langer als 6 000 Stunden betrug. Es wurden jedoch bei 8 von 10 Lampen schwarze Punkte an der Außenwandung des Aluminiumoxydkolbens 1 nahe der Hilfszündelektrode 14 nach etwa 500 Stunden beobachtet und festgestellt. Hierdurch nahm dann die Lichtausbeute im Vergleich zu der anfänglichen Ausbeute um 20 bis 30% ab. Darüber hinaus änderte sich die Lichtfarbe, welche anfangs weiß war, in rosa, und die Röhrenspannung nahm um 10 bis 20V zu. Von den Erfindern wurde diese Erscheinung bzw. dieser Vorgang mit Hilfe der chemischen Analyse und eines X-Strahlen-Mikroanalysators untersucht und dabei festgestellt, daß die schwarzen Punkte aus Natrium be -

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- 9 stehen.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist gemäß der
in den Fig.k und 5 dargestellten Erfindung der Hilfsleiter Ik mit der Zuführleitung 10 über ein Element 15 verbunden, in welchem zwei Elektroden 16 und 17 in Gegenüberlage und in Abstand voneinander angebracht sind, wie in Fig.k dargestellt ist, so daß der Hilfsleiter Ik bezüglich des Potentials an der Entla dungselektrode 7 "schwimmen" bzw. auf freiem Potential liegen kann. Ferner wurden Versuche bezüglich der Lebensdauer mit
Hochdruckdampflampen durchgeführt, in denen eine Lichtbogenröhre der vorbeschriebenen Art vorgesehen war. Es konnte je doch bei keiner der untersuchten Dampflampen ein Schwarzwerden beobachtet und festgestellt werden. Auch hat sich herausgestellt, daß das Schwarzwerden auftritt, da das Potential,
welches gleich dem Potential ist, das an der von der Hilfselektrode Ik entfernt angeordneten Entladungselektrode 7 angelegt wird, an die letztere angelegt ist; es ergibt sich dann ein
Potentialunterschied zwischen den Außen- und Innenflächen des Aluminiumoxydkolbens 1 an dem Hilfsleiter Ik, äo daß die Na triumionen von der Innen- zu der Außenfläche des Kolbens be wegt und verstreut werden bzw. verlorengehen, wenn die Dampflampe gezündet ist.

Aufgrund der vorbeschriebenen Ergebnisse der Versuche wurden
weitere Versuche und Untersuchungen durchgeführt, um das
Schwarzwerden zu verhindern, und es wurde dann der in Fig.5

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MifiÜUL,

dargestellte Aufbau geschaffen. Die in Fig.5 dargestellte Entladungsröhre ist im Aufbau im wesentlichen dem in Fig. k darge stellten Aufbau ähnlich, außer daß ein Bimetallschalter 18 parallel zu dem Element 15 vorgesehen ist. Der Bimetallschalter l8 liegt normalerweise an dem Kontakt 19 an; wenn jedoch die Temperatur ansteigt, öffnet der Bimetallschalter 18. Un mittelbar nach dem Zünden der Entladungslampe 20 ist der Po tentialunterschied zwischen den Entladungselektroden 7 und 8 in der Entladungsröhre 1 20 bis 40V niedrig, so daß der Po tentialunterschied zwischen der Außen- und Innenfläche des Kolbens aus Aluminiumoxyd an dem Hilfsleiter ik ebenfalls klein ist. Die Temperatur in der Röhre bzw. dem Kolben 1 aus Aluminiumoxyd hat noch nicht di e hohe Temperatur des einge schwungenen Zustande ( die höher als 1 000 °C ist) erreicht, und der Natriumdampfdruck ist sehr niedrig. Infolgedessen entweicht auch kein Natrium aus der Lichtbogenröhre 1 aus Aluminiumoxyd. Im eingeschwungenen bzw. stabilen Zustand erreicht die Temperatur der Teile, welche in dem äußeren Kolben 11 der Entladungslampe 20 dicht eingeschlossen sind_; 300 bis 600 C, so daß der Bimetallschalter l8 geöffnet wird. Hierdurch ist dann der Hilfsleiter Ik bezüglich der Zuführleitung 10 durch das Element 151 in welchem die zwei Elektroden 16 und 17 in Gegenüberlage und in Abstand voneinander angebracht sind, "schwebend" gehalten bzw. liegt auf freiem Potential.

Auch ist es schwierig, den Bimetallschalter 18 nach dem Zünden in der Größenordnung von Sekunden offenzuhalten-, aber dies ist

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möglich, wenn eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Bimetallschalters damit in Reihe geschaltet ist. Die in dieser Rieh tung durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß, wenn der Bimetallschalter nach dem Zünden, d.h. bevor der eingeschwungene stabile Zustand erreicht ist, 10 bis 15 Minuten offen ist, das Schwarzwerden in ausreichendem Maße verhindert werden kann.

Andererseits kann sich die Zuführleitung zu dem Hilfsleiter Ik durch den Außenkolben 11 hindurcherstrecken, und es kann ein einfacher Schalter, welcher mit dieser Zuführleitung und dem Leiter in der Röhre verbunden ist, in der Lampenzünd schaltung vorgesehen und angeordnet sein.

Patentansprüche

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Claims (2)

Patentansprüche

1.J Dampfentladungslampe gekennzeichnet durch eine Lichtbogenröhre (l), an deren Enden Elektroden (7t 8) festgelegt sind und welche Natrium und ein Metall zur Puffe -rung eines eingefüllten Gases oder eines Neon-Argon-Mischgases aufweist, durch einen Leiter (lA), welcher an der Außenwandung des Kolbens (l) der Lichtbogenlampe nahe an deren einem Ende angebracht ist, und durch eine Einrichtung (15 bis 19)ι um an den Leiter (lA) ein Potential anzulegen, welches gleich dem Potential an der Elektrode am anderen Ende der Lichtbogenröhre (l) ist, wenn die Dampfentladungslampe gezündet ist, so daß der Leiter (l4) gegenüber der Elektrode an dem anderen Ende schwebend gehalten bzw. auf freiem Potential liegt, nachdem die Dampfentladungslampe gezündet worden ist.

2. Dampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der an der Außenwandung des Kolbens der Lichtbogenlampe (l) angebrachte Leiter (Ik) zwischen den Entladungselektroden (7« 8) und in einem Abstand von we -niger als 30mm von der Entladungselektrode (8) an einem Ende der Lichtbogenröhre (l) angebracht ist.

3· Dampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung (15 bis 19 )_f um an den Leiter (Ik) das Potential anzulegen, das gleich dem

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Potential an der Entladungselektrode am anderen Ende der Lichtbogenröhre ist, wenn die Dampfentladungslampe gezündet ist, und um den Leiter (lA) gegenüber der Entladungselektrode an dem anderen Ende "schwebend" bzw. auf freiem Potential zu halten', einen auf Wärme ansprechenden Schalter (l8) aufweist.

k. Dampfentladungslampe nach Anspruch 3» dadurch ge kennzeich η et, daß die Einrichtung (15 bis 19) ein Element (15)» in welchem zwei Elektroden (l6, 17) in Gegen Überlage und in einem bestimmten Abstand bezüglich einer Elektrode angeordnet sind, die mit dem Leiter (14) verbunden ist, der an der Außenwandung des Kolbens der Lichtbogenröhre (l) nahe der Entladungselektrode an einem Ende der Lichtbogenröhre angebracht ist, während die andere Elektrode an der Entladungselektrode an deren anderem Ende angebracht ist, und den auf Wärme ansprechenden Schalter (18) aufweist, welcher parallel zu dem Element (15) geschaltet ist.

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