DE2517415A1

DE2517415A1 - Anordnung zum betrieb einer gasund/oder dampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2517415A1
Application number: DE19752517415
Authority: DE
Inventors: Jean Johan Heuvelmans; Hendricus Franciscus Tongeren; Jan Evert Van Der Werf
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1975-04-19
Publication date: 1975-11-13
Also published as: FR2269835B1; BE828641A; DE2517415C2; BR7502630A; JPS5715477B2; JPS50147178A; ES437268A1; CA1030587A; FR2269835A1; AT350665B; AU497010B2; GB1454732A; AU8061875A; IT1037729B; SE7504936L; US4001633A; ATA338475A; NL7405871A; SE399626B

Description

PHN.

DEEN/VK/UEE " * '" 19.3.1973

Dip!.-Inn: H ⁿ R^r>'T AUER

.,: PHN- 7496

Anmsidur.g vom: 18, ΑρΓΪΙ 1975

Anordnung zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum

Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe, die in einen zwei Eingangsklemmen verbindenden Abzweig aufgenommen urx mit einem elektrischen Heizelement vez*sehen ist, das sich nahezu über die ganze Länge des Lampenentladungsgefässes erstreckt und einen Teil eines Temperaturreglers dieses Gefässes bildet, wobei ein Temperaturbereich der Entladungslampe besteht, in dem bei einer konstanten Temperatur die Spannungs-Stromkennlinie der. Lampe eine positi\^re Strecke besitzt und wobei - bei einer¹ konstanten elektrischen Spannung an der Entladungslampe - die Entladungslampe im Arbeitsbereich eine positive Temperatur-Stroinkennlinie auf-

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weist, und der Temperaturregler im Betriebszustand der Lampe diese auf den positiven Strecken der Spannungs-Stromkennlinien festzuhalten versucht.

Eine bekannte Anordnung der angedeuteten Art ist z.B. in der-niederländischen Patentanmeldung 65II266 beschrieben. Ein Vorteil dieser bekannten Anordnung ist, dass sie unter bestimmten Bedingungen kein Vorschaltgerät (Ballast) für die Stabilisierung der Entladung benötigt. Die Entladungslampe dieser bekannten Anordnung kann daher direkt an das Versorgungsnetz angeschlossen werden.

Es hat sich jetzt jedoch gezeigt, dass bei geringen Änderungen, wie z.B. bei einer Änderung in der Umgebungstemperatur, die Lampe dieser bekannten Anordnung rasch aus dem Wärmegleichgewichtszustand gebracht wird, so dass die Entladung in ihr entweder erlischt oder in Bereiche mit sehr hohen Stromstärken gerät. Im letzten Falle ist in der Regel die Zerstörung der Lampe unvermeidlich. Das Erlöschen der Lampe entspricht selbstverständlich auch nicht den Anforderungen, die man an eine derartige Anordnung, die z.B. für Beleuchtungszwecke entworfen worden ist, stellen darf Dieses labile Verhalten ist daher exn Nachteil.

Erläuterungshalber sei noch mitgeteilt, dass

die Regelung des Stromes durch das elektrische Heizelement, das sich nahezu über die ganze Länge des Lampenentladungsgefässes erstreckt, in der bekannten Anordnung nicht derart ist, dass damit der angedeutete Nachteil vermieden wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der nahezu kein

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Stabilisierungs-Ballast erforderlich ist und dennoch ein stabiles Verhalten der Entladungslampe erhalten wird.

Eine Anordnung eingangs erwähnter Art ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregler mit einem Befehlsorgan versehen ist, das im Betriebszustand der Entladungslampe im wesentlichen auf Änderungen im Effektivwert des Stromes durch die Entladungslampe anspricht und die Stromstärke durch das Heizelement intermittierend ändert.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass die temperaturregelnde Wirkung des Heizelements sehr rasch erfolgt. Hierbei wird der Entladungslampe nahezu die Möglichkeit genommen, in den Bereich der viel zu hohen Stromstärken oder in den Bereich der viel zu niedrigen Stromstärken zu geraten. Diese schnelle Wirkung des Heizelements wird dadurch verursacht, dass das Befehlsorgan im wesentlichen auf Schwankungen im Strom durch die Entladungslampe anspricht.

Es sei bemerkt, dass es zwar an sich bekannt war, die Temperatur einer Entladungslampe mit Hilfe eines intermittierend auf einem anderen Stromwert betriebenen Heizelement das um das Entladungsgefäss angeordnet war, z.B. aus der U.S.A. Patentschrift 2 581 959, gut konstant zu halten. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Entladungslampe jedoch ein Stabilisiexmngs-Ballast vorgeschaltet, so dass die auszugleichenden Temperaturechwankungen im wesentlichen aus Änderungen in der Umgebungstemperatur entstanden und nahezu nicht aus den viel schnelleren Temperaturschwankungen, die die Folge einer Änderung in der wirksamen Stromstärke durch die Entladungslampe sind.

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Dagegen ist bei einer erfindungsgemässen

Anordnung das Befehlsorgan des Heizelements derart ausgerüstet, dass es im wesentlichen auf Änderungen in der Stromstärke durch die Entladungslampe anspricht.

Es ist möglich, dass die Änderung in der wirksamen Stromstärke durch das Heizelement einer erfindungsgemässen Anordnung kontinuierlich ist. Weiter ist es möglich, dass die wirksame Stromstärke durch das Heizelement nur auf zwei Werte, einen hohen und einen niedrigen Wert, eingestellt werden kann. Dabei wird selbstverständlich der hohe Stromwert eingestellt, wenn die Entladungslampe zu stark abkühlt. Der niedrige Wert wird eingestellt wenn sich die Lampe zu stark erhitzt. Der Strom für das Heizelement kann z.B. einer getrennten Stromquelle entnommen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer

erfindungsgemässen Anordnung ist das Befehlsorgan des Temperaturreglers mit einem Schalter gekoppelt, der mit dem Heizelement in Reihe geschaltet ist und der im Betriebszustand der Entladungslampe in einer Stellung den Strom durch das Heizelement unterbricht und in der anderen Stellung das Heizelement zu dem die Entladungslampe enthaltenden Abzweig parallel schaltet.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass die Temperaturbeherrschung der Entladungslampe sehr einfach sein kann. Auch braucht dabei keine getrennte Stromquelle zum Speisen des Heizelementes vorgesehen zu werden. Dieses Heizelement kann auch über die erwähnten Eingangsklemmen der Anox^dnung gespeist werden.

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Das Befehlsorgan des Temperaturreglers ist z.B. ein elektromagnetisches Relais, das eine Bedienungsstange eines Schalters steuert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung ist das Befehlsorgan des Temperaturreglers ein Reedrelais, dessen Erregerwicklung in den die Entladungslampe enthaltenden Abzweig aufgenommen ist.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass damit die Anordnung zuverlässig sein kann.

Eine Kombination der beiden erwähnten bevorzugten Ausführungsformen lässt sich noch weiter verbessern, indem der Schalter, der mit dem Heizelement in Reihe

Basis geschaltet ist ein Transistor ist, dessen/an einen Kontakt

des Reedrelais angeschlossen ist.

Ein Vorteil dieser Verbesserung ist, dass dabei

auf zuverlässige und einfache Weise der Strom durch das Heizelement beeinflusst und damit die Temperatur der Entladungslampe konstant gehalten werden kann.

Das Heizelement kann sich beispielsweise in der Entladungslampe, befinden und ist dabei z.B. durch eine

elektrisch isolierende Schicht von dem Entladungsgefäss getrennt.

Vorzugsweise ist in einer erfindungsgemässen Anordnung das Heizelement als um das Entladungsgefäss gewickelter Draht ausgebildet.

Ein Vorteil dabei ist, dass bei einem Defekt im Heizelement nicht die vollständige Entladungslampe ersetzt zu werden braucht.

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Bei einer folgenden bevorzugten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen Anordnung ist das Heizelement eine für sichtbare Strahlung durchsichtige Schicht, die das Entladungsgefäss einhüllt.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass das von der Entladungslampe ausgesandte Licht dabei in der einen Richtung nicht stärker als in einer anderen Richtung vom Heizelement abgefangen zu werden braucht.

In der letztgenannten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung ist die Lampe vorzugsweise eine Niederdrucknatriumdampfentladungslampe und ist die für sichtbare Strahlung transparente Schicht als Reflektor für Infrarotstrahlung ausgebildet.

Ein Vorteil dieser besonderen Anordnung ist, dass der Reflektor für Infrarotstrahlung jetzt eine Doppelfunktion hat, weil er sowohl wärmekonservierend arbeitet als auch als. Temperaturregler wirksam ist. Eine weitere Verbesserung dieser besonderen Anordnung kann durch Massuahmen erzielt werden, durch die vermieden wird, dass viel ¥ärme des Heizelementes verloren geht. Eine derartige Massnahme besteht z.B. aus dem Umhüllen der Kombination von Entladungsgefäss und Heizelement mit einem Aussenkolben mit gleichfalls Infrarotstrahlung reflektierenden Eigenschaften.

Die Anordnung kann z.B. aus einer Gleichspannungsquelle oder einer ¥echselspannungsquelle gespeist werden.

Bei einer folgenden bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung, deren Eingangsklemmen zum Anschliessen an eine Wechselspannungsquelle bestimmt sind,

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ist die Anordnung mit einer Gleichrichterbrticke versehen und der die Lampe enthaltenden Abzweig ist an die Gleichstromseite dieser Brücke angeschlossen.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist unter ariderem, dass die Anordnung an eine an vielen Stellen vorhandene Wechselspannungsquelle angeschlossen werden kann und dass gleichfalls die günstigen Effekte eines Gleichstrombetriebs der Entladungslampe erhalten werden können Das Betreiben mit Gleichstrom ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sich, wie in diesem Fall, um das Festhalten einer Lampe im Bereich der positiven Spannungs-Stromkennlinie handelt. Dies bedeutet nämlich, dass man auch die momentane Stromstärke in gewissen Grenzen halten kann und dabei also nicht immer mit Stromnulldurchgängen zu tun hat.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher ex-läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schaltung einer erfindungsgemässen Anordnung,

Fig. 2 eine Abwandlung des Lampenentladungsgefässes und eine Abwandlung des Heizelements für die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 Spannungs-Stromkennlinien der Entladungslampe nach Fig. 1 für drei konstante Werte ihrer Wandtemperatur.

In Fig. 1 sind 1 und 2 elektrische Eingangsklemmen, die zum Anschliessen an eine Wechselspannungsquelle von ca. 80 V, 50 Hz, bestimmt sind. An diese Klemmen 1 und 2 ist

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eine Gleichrichterbrücke 3 angeschlossen, die mit vier Dioden bestückt ist. Zwei Ausgangsklemmen dieser Binicke sind durch einen Kondensator 4 verbunden. Eine Seite dieses Kondensators ist an einen Verbindungspunkt 5 angeschlossen. An den Punkt 5 ist unter anderem ein Gleichrichter 6 mit einer kleinen Spule 20 und einem folgenden Gleichxichter 8 in Serie geschaltet. Die andere Seite des Gleichrichters 8 führt zu einer Elektz'ode 9 eines U-förmigen Entladungsgefässes einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe 11. Die Lampe ist weiter mit einem Aussenkolben versehen, der an der Innenseite einen transparenten, Infrarotstrahlung reflektieren den Reflektor aus Indiumoxid aufweist. Eine zweite Elektrode 12 des Gefässes 10 ist an einen Verbindungspunkt 13 zwischen dem Kondensator h und der Gleichrichterbrücke 3 angeschlossen.

Der bisher beschriebene Teil der elektrischen Schaltung ist der Hauptsti-omteil.

Es folgt jetzt die Beschreibung der Hilfsschaltung, mit der ein Hilfsstrom durch eine transparente, elektrisch leitende Schicht 15 gesandt wird, die sich auf dem Entladungsgefäss 10 befindet. Die Hilfsschaltung enthält dazu unter anderem ein Reedrelais 16, von dem ein beweglicher , Mittelkontakt an den schon erwähnten Punkt 5 angeschlossen ist. Auch ist der Punkt 5 mit dem Kollektor eines Transistors 17 verbunden, dessen Basis an einen Unterkontakt des Reedrelais 16 angeschlossen ist. Die Steuerschaltung des Transistors 17 enthält weiter einen Kondensator 18 und einen Widerstand 19» die zwischen der Bases des Transistors 17 und dem Kontakt 5 bzw. zwischen dieser Basis und dem Emitter dies«

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Transistors geschaltet sind.

Die kleine Spule 20 ist die Erregerspule des Reedrelais 16. Par-allel zu dieser Spule 20 liegt ein Kondensator 7· 21 ist ein Schleifer auf der Spule 20 des Reedrelais 6. Dieser Schleifer 21 ist mit einem Oberkontakt des Reedrelais verbunden. Der Schleifer 21 dient zum Einstellen einer bestimmten Verringerung der Hysterese des Reedrelais 6.

Der Emitter des Transistors 17 ist an eine erste Anschlussmanschette 22 der Schicht 15 auf dem Entladungsgefäss 10 angeschlossen. Diese Schicht bildet das Heizelement des Gefässes 10 und ist alt das Entladungsgefäss umhüllender Reflektor für Infrarotstrahlung ausgeführt. Die Schicht 15 besteht im wesentlichen aus Zinnoxid. Eine zweite Anschlussmanschette 23 der Schicht 15 ist mit dem Rückführungsleiter verbunden, der an den Kontakt 13 angeschlossen ist.

Die Elektroden 9 und 12 des Entladungsgefässes 10 sind schliesslich mit zwei weiteren Klemmen 2k und 25 verbunden, die an die positive bzw. an die negative Seite eines nicht in Einzelheiten dargestellten Zündgeräts angeschlossen sind. Der Gleichrichter 8 dient zum Entkoppeln der Ziindschaltung und der Versorgungsschaltung des Entladungsgefässes 10.

Die Wirkung der beschriebenen Anordnung ist wie folgt. Venn die Klemmen 1 und 2 an die Wechselspannungsquelle angeschlossen werden, durchfliesst nach dein Zünden des

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Entladungsgefässes 10 das Zündgerät ein Strom im Kreis 1/2, 3, 5, 6, 20, 8, 10, 13, 3, 2/1. Ist diesel" Strom verhältnismässig klein, ist der Kontakt 5 über das unerregte Relais mit der Basis des Transistors 17 verbunden, wodurch über seinen Kollektor-Emitterübergang auch der Schicht 15 ein Strom zugeführt wird, der das Entladungsgefäss 10 weiter erhitzt. Wenn nach einiger Zeit die Situation derart ist, dass der Larapenstrom durch das Gefäss 10 und die Spule 20 weiter angestiegen ist, spricht das Reedrelais an, wodurch der Zwischenkontakt des Reedrelais nicht mehr mit der Basis des Transistors 17i sondern mit dem Schleifer 21 verbunden ist. Der Transistor 17 sperrt, die Schicht 15 führt keinen Strom mehr, wodurch die Temperatur des Entladungsgefässes 10 allmählich wieder absinkt. Dies führt zu einem Abnehmen der Stromstärke durch die Lampe 11. Man wird daher auch feststellen, dass, wenn diese Anordnung im Betrieb ist, die Schicht 15 nur dann und wann Strom führt. Das Schalten des Scliichtstromes findet zum Beispiel fünf Mal pro Minute statt. Diese thermostatische Wirkung der Kombination des Reedrelais 16 und des Transistors - 17 bewirkt, dass die Lampe immer im Bereich arbeitet, in dem die Spannungs-Stromkennlinie positiv ist (siehe weiter Fig. 3)· Eine Betrachtung der Fig. 1 ergibt, dass es - im stromlosen Zustand der Schicht 15 - weiter noch einen Versorgungszweig der Entladungslampe gibt, der über 5» 21, 20 führt. Diese Verbindung wird für die bereits angedeutete Verringerung der Hysterese des Reedrelais 16 benutzt.

Es ist selbstverständlich denkbar, dass auch mit einer anderen als der beschriebeilen Methode dann und wann

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die Stromstärke durch die Schicht 15 geändert werden kann. Man kann hier z.B. an die Verwendung temperaturabhängiger Widerstände denken, die in das Befelilsorgan für den Strom durch die Schicht aufgenommen sind.

In Fig. 2 ist 30 ein gerades Entladungsgefäss, dessen Funktion gleich.der des Gefässes 10 nach Fig. 1 ist. Das Gefäss 30 ist jedoch mit einem um das Gefäss gewickelten Draht 31 versehen, der hier das Heizelement bildet, aus Kanthai besteht, einen Durchmesser von ungefähr 150/um und eine Ganghöhe von ungefähr 10 mm hat.. Der elektrische Anschluss ist gleich dem der Schicht 15 nach Fig. 1.

In Fig. 3 ist die Brennspannung der Entladungslampe 11 nach Fig. 1 als Funktion des Lampenstromes für drei konstante Temperaturen aufgetragen:

t₁ = 255°c

t_p = 257,5°C

t„ = 260°C

Die drei Kurven zeigen je einen Teil mit einer positiven Spannungs-Strorakennlinie, die an beiden Seiten durch Teile von einer negativen Spannung-Stromkennlinie begrenzt werden.

Die Kurven für höhere Temperaturen (z.B. für t„ sind nach höheren Stromstärken verschoben, was eine positive Temperatur-Stromkennlinie bei konstantem Wert der Bogenspannung beinhaltet.

Der Arbeitspunkt der Entladungslampe in der

Schaltung nacli Fig. 1 entspricht ungefähr dem Punkt P auf der Kurve t nach Fig. 3· I>ie zum Punkt P gehörende Gleich-

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spannung E (11O V, siehe Flg. 3) entspricht ungefähr dem Spitzenwert der Wechselspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 (siehe Fig. 1). Im Betriebszustand der Lampe betrugen die TemperaturSchwankungen im Entladungsgefass höchstens +_ 2°C.

Die elektrische Schaltungselemente in der Schaltung nach Fig. 1 hatten folgende Werte: .

Kondensator h: 1000 ,uF

Kondensator 7: 2200 /uF

Entladungslampe: 90 Watt

Ohmscher Widerstand der Schicht 15: 500 0hm,

Der Schaltung nach Fig. 1 könnte, wenn erwünscht, noch ein auf die Umgebungstemperatur ansprechendes temperatur— empfindliches Element zum Anpassen des für die Wirkung der Anordnung geeigneten Regelbereichs an die geänderte Umgebungstemperatur zugeordnet werden.

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Claims

PHN. PATENTANSPRÜCHE:

1.j ' Anordnung zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe ,die in einen zwei Eingangskieminen verbindenden Abzweig aufgenommen und mit einem elektrischen Heizelement'versehen ist, das sich nahezu über die ganze Länge des Lampenentladungsgefässes erstreckt und einen Teil eines Temperaturreglers dieses Gefässes bilfet, wobei ein Temperaturbereich der Entladungslampe besteht, in dem bei einer konstanten Temperatur die Spannung-Stromkennlinie der Lampe eine positive Strecke besitzt, und wobei - bei einer konstanten elektrischen Spannung an der Entladungslampe die Entladungslampe im Arbeitsbereich eine positive Temperatur-Stromkennlinie hat, und der Temperaturregler im Betx"iebszustand der Entladungslampe diese auf den positiven Strecken der Spannungs-Stroinkeniilinie festzuhalten versucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregler (22, 15,23) mit einem Befehlsorgan (i6) versehen ist, das im Betriebszustand der Entladungslampe (11) im wesentlichen auf Änderungen im Effektivwert des Stromes durch die Entladungslampe anspricht und die Stromstärke durch das Heizelement (15) intermittierend ändert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

dass das Befehlsorgan (l6) des Temperaturreglers (22, 15» 23) mit einem Schalter (17) gekoppelt ist, der mit dem Heizelement (15) in Serie geschaltet ist und der im Betriebszustand der Entladungslampe (11) in einer Stellung den Strom durch das Heizelement unterbricht und in der andere Stellung das Heizelement zu dem die Entladungslampe enthaltenden Abzweig (20, 8, 9, 12)parallel schaltet.

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

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gekennzeichnet, dass das Befehlsorgan des Temperaturreglers ein Reedrelais (i6) ist, dessen Erregerwicklung (20) in den die Entladungslampe (11) enthaltenen Abzweig (20, 8, 9» 12) aufgenommen ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3> dadurch

gekennzeichnet, dass der Schalter ein Transistor (17) ist, dessen Basis an einen Kontakt des Reedrelais (i6) angeschlossen ist.

5· Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch

gekennzeichnet, dass das Heizelement als um das Entladungsgefäss (30) gewickelter Draht (31) ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,. dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement eine für sichtbare Strahlung transparente Schicht (15) ist, die das Entladungsgefäss (1O) einhüllt.

7. Anordnung nach Anspruch 6 mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, dass die für sichtbare Strahlung transparente Schicht (15) als Reflektor für Infrarotstrahlung ausgebildet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3» 4, 5> 6 oder 7» deren Bingangsklernmen zum Anschli'essen an eine Wechsel— Spannungsquelle bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit einer Gleichrichterbrücke (3) versehen und der die Lampe (11) enthaltende Abzweig (20, 8, 9, 12) an die Gleichstromseite dieser Brücke angeschlossen ist.

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