DE2517415C2

DE2517415C2 - Anordnung zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2517415C2
Application number: DE2517415A
Authority: DE
Inventors: Jean Johan Heuvelmans; Hendricus Franciscus Joannes J.Van Tongeren; Evert van der Eindhoven Werf
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1975-04-19
Publication date: 1983-03-31
Also published as: AU8061875A; AU497010B2; SE399626B; JPS5715477B2; FR2269835A1; SE7504936L; US4001633A; ES437268A1; CA1030587A; NL7405871A; AT350665B; IT1037729B; GB1454732A; BE828641A; FR2269835B1; BR7502630A; JPS50147178A; DE2517415A1; ATA338475A

Description

ten. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Entladungslampe jedoch ein Siabilisierungs-Bailast vorgeschaltet, so daß die auszugleichenden Temperaturschwankungen im wesentlichen aus Änderungen in der Umrebungstemperaiur entstanden und nahezu nicht aus den viel schnelleren Temperaturschwankungen, die die Folge einer Änderung in der wirksamen Stromstärkt durch die Entladungslampe sind.

Dagegen ist bei einer erfindungsgemäßen Anordnung das Befehlsorgan des Heizelementes derart ausgerüstet, daß es im wesentlichen auf die Stromstärke des Stromes durch die Entladungslampe anspricht.

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 in einer Stellung den Strom durch das Heizelement unterbricht und in der anderen Stellung das Heizelement zur Entladungslampe 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.

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 Stromkreis der Entladungslampe aufgenommen ist.

Eine Kombination der beiden erwähnten bevorzugten Ausführungsformen läßt sich noch weiter verbessern, in dem der Schalter, der mit dem Heizelement in Reihe geschaltet ist, ein Transistor ist, dessen Basis an einen Kontakt des Reedrelais angeschlossen lsi.

Ein Vorteil dieser Verbesserung ist, daß dabei auf zuverlässige und einfache Weise der Strom durch das Heizelement geschaltet 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 Drain ausgebildet.

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

Bei einer folgenden bevorzugten Ausführungsform 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 wird.

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 Teil des Temperaturreglers wirksam ist. Eine weitere

Verbesserung dieser besonderen Anordnung kann durch Maßnahmen erzielt werden, durch die vermieden wird, daß viel Wärme des Heizelementes verlorengeht. Eine derartige Maßnahme besteht z. B. aus dem Umhüllen der Kombination von Entladungsgefäß und Heizelement mH einem Außenkolben mit gleichfalls Infrarotstrahlung reflektierenden Eigenschaften.

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

Bei einer folgenden bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, deren Eingangsklemmen zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle bestimmt sind, ist die Anordnung mit einer Gleichrichterbrücke versehen, deren Gleichstromseite die Spannungsquelle für die Entladungslampe und das Heizelement bildet.

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

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 eine Abwandlung des Lampenentladungsgefäßes und eine Abwandlung des Heizelementes 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 eine Gleichrichterbrücke 3 angeschlossen, die mit vier Dioden bestückt ist. Zwei Ausgangsklemmen dieser Brücke 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 Gleichrichter 8 in Serie geschaltet. Die andere Seite des Gleichrichters 8 führt zu einer Elektrode 9 eines U-förmigen Entladungsgefäßes 10 einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe 11. Die Lampe 11 ist weiter mit einem Außenkolben versehen, der an der Innenseite einen transparenten. Infrarotstrahlung reflektierenden Reflektor aus Indiumoxid aufweist. Eine zweite Elektrode 12 des Gefäßes 10 ist an einen Verbindungspunkt 13 zwischen dem Kondensator 4 und der Gleichrichterbrücke 3 angeschlossen.

Der bisher beschriebene Teil der elektrischen Schaltung ist der Hauptstromteil.

Es folgt jetzt die Beschreibung der Hilfsschaltung, mit der ein Hilfsstrom durch eine transparente, elektrisch leitende Schicht 15 gesandt wird. Jie 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 Unterkoniakt des Rccdrelais 16 angeschlossen ist. Die Steuerschaltung des Transistors 17 enthält weiter einen Kondensator 18 und einen Widersland 19, die zwischen der Basis des Transistors 17 und dem Punkt 5 bzw. zwischen dieser Basis und dem Emitier dieses Transistors geschaltet sind.

Die kleine Spule 20 ist die Erregerspule des Reedrelais 7. Parallel zu dieser Spule 20 liegt ein Kondensator 7. 21 ist ein Schleifer auf der Spule 20 des Reedrelais 6. Dieser Schleifer 21 ist mil einem Oberkontakt des Reedrelais verbunden. Dieser Schleifer 21 dient zum Einstellen einer bestimmten Verringerung der Hysterese des Reedrelais 6.

Der Ermittcr des Transistors 17 ist an eine erste Anschlußmanschette 22 der Schicht 15 auf dem Entladungsgefäß iü angeschlossen. Diese Schicht bildet das Heizelement des Gefäßes 10 und ist als das Entladungsgefäß umhüllender Reflektor für die Infrarotstrahlung ausgeführt. Die Schicht 15 besteht im wesenllichen aus Zinnoxid. Eine zweite Anschlußmanschette 23 der Schicht 15 ist mit dem Rückführungsleiter verbunden, der an den Punkt 13 angeschlossen ist.

Die Elektroden 9 und 12 des Entladungsgefäßes 10 sind schließlich mit zwei weiteren Klemmen 24 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 Zündschaltung und der Versorgungsschaltung des Entladungspefäßes 10.

Die Wirkung der beschriebenen Anordnung ist wie folgt. Wenn die Klemmen 1 und 2 an die Wechselspannungsquelle angeschlossen werden, durchfließt nach dem Zünden des Entladungsgefäßes 10 durch das Zündgerät ein Strom im Kreis 1 bzw. 2. 3. 5, 6, 20, 8, 10. 13, 3. 2 bzw. 1. Ist dieser Strom verhältnismäßig klein, ist der Punkt 5 über das unerregte Relais 16 mit der Basis des Transistors 17 verbunden, wodurch über seinen Kollektor-Emitterübergang der Schicht 15 ein Strom zugeführt wird, der das Entladungsgefäß 10 weiter erhitzt. Wenn nach einiger Zeit die Situation derart ist. daß der Lampenstrom 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 17, 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 Schichtstromes findet zum Beispiel fünima! pro Minute statt. Diese i'nermostatische Wirkung der Kombination des Reedrelais 16 und des Transistors 17 bewirkt, daß die Lampt immer im Bereich arbeitet, in dem die Spannungs-Stromkennlinie

ι»

eine positive Steigung hat (siehe Fig. 3). Eine Betrachtung der·Fig. I ergibt, daß es - im stromlosen Zustand der Schicht 15 - weiter noch eine 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 beschriebenen Methode dann und wann die Stromstärke durch die Schicht 15 geändert werden kann. Man kann hier z. B. an die Verwendung temperaturabhiingiger Widerstände denken, die in das Befehlsorgan 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 IO mm hat. Der elektrische Anschluß ist gleich dem der Schicht 15 nach Fig. 1.

In Fig. 3 ist die Brennspannung der Entladelampe 11 nach Fig. 1 als Funktion des 1 ampenslromes für drei konstante Temperaluren aufgetragen:

I₁ = 255" C
t: = 257,5° C
t, = 260° C

Die drei Kurven zeigen je einen Teil mit positiver Steigung einer Spannungs-Stromkennlinie, der an beiden Seiten durch Teile mit einer negativen Steigung begrenzt wird.

Die Kurven für höhere Temperaturen (z. B. für I₁) sind nach höheren Stromstärken verschoben, was eine Temperatur-Stromkennlinie mit positiver Steigung bei konstantem Wert der Bogenspannung beinhaltet. '

Der Arbeitspunkt der Entladungslampe in der Schaltung nach Fig. 1 entspricht ungefähr dem Punkt P auf der Kurve t_: nach Fig. 3. Die zum Punkt P gehörende Gleichspannung E (110 V, siehe F i g. 3) entspricht ungefähr dem Spitzenwert der Wechselspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 (siehe Fig. 1). Im Betriebszustand der Lampe betrugen die Temperaturschwankungen des Entladungsgefäßes höchstens ± 2^Z C.

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

Kondensator 4: 1000 pF

Kondensator 7: 2200 μΈ

Entladungslampe: 90 Watt

Ohmscher Widerstand der Schicht 15: 500 Ohm.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe, die ohne Vorschaltgerät an eine Spannungsquelle angeschlossen und mit einem elektrischen Heizelement versehen ist, das sich nahezu über die ganze Länge des Lampenentladungsgefäßes erstreckt und einen Teil eines Temperaturreglers dieses Gefäßes bildet, wobei im Arbeitsbereich der Entladungslampe ein Temperaturbereich besteht, in dem bei einer konstanten Temperatur die Spannungs-Stromkennlinie der Lampe eine Strecke mit positiver Steigung besitzt, und wobei - bei einer konstanten elektrischen Spannung an der Entladungslampe - die Entladungslampe eine Temperatur-Stromkennlinie mit positiver Steigung hat und wobei der Temperaturregler die Temperatur des Fntladungsgefäßes so zu regeln versucht, daß der Arbeitspunkt der Entladungslampe auf der Strecke mit positiver Steigung der Spannungs-Stromkennlinie liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturregler (22. 15, 23) mit einem Befehlsorgan (16) versehen ist, das bei einem vorgegebenen oberen bzw. bei einem vorgegebenen unteren Wert des Effektivwertes des Stromes durch die Entladungslampe anspricht und die Stromstärke durch das Heizelement (15) auf einen vorgegebenen unteren bzw. einen vorgegebenen oberen Wert einstellt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- JO zeichnet, daß das Befehlsorgan (16) des Temperaturreglers (22, 15, 23) mit einem Schalter (17) gekoppelt ist, der mit dem Heizelement (15) in Serie geschaltet ist und der in einer Stellung den Strom durch das Heizelement unterbricht und in der anderen Stellung a das Heizelement zur Entladungslampe (11) parallel schaltet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befenlsorgan des Temperaturreglers ein Reedrelais (16) ist, dessen Erregerwicklung (20) in den Stromkreis der Entladungslampe (11) 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 -»5 (16) 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 (10) einhüllt.

7. Anordnung nach Anspruch 6 mit einer Niederdrucknalriumdampfentladungslampe, 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 Eingangsklemmen zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit einer Gleichrichterbrücke (3) versehen ist, deren Gleichstromseite die Spannungsquelle für die Entladungslampe und das ^ Heizelement bildet.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe, die ohne Vorschaltgerät an eine Spannungsquelle angeschlossen mit einem elektrischen Heizelement versehen ist, das sich nahezu über die ganze Länge des Lampenentladungsgefäßes erstreckt und einen Teil eines Temperaturreglers dieses Gefäßes bildet, wobei im Arbeitsbereich der Entladungslampe ein Temperaturbereich besteht, in dem bei einer konstanten Temperatur die Spannungs-Slromkennlinie der Lampe eine Strecke mit positiver Steigung besitzt und wobei - bei einer konstanten elektrischen Spannung an der Entladungslampe - die Entladungslampe eine Temperaiur-Stromkennlinie mit positiver Steigung aufweist, und wobei der Temperaturregler die Temperatur des Entladungsgefäßes so zu regeln versucht, daß der Arbeitspunkt der Entladungslampe auf der Strecke mit positiver Steigung der Spannungs-Stromkennlinie liegt.

Eine bekannte Anordnung der angedeuteten An ist z. B. in der DE-OS 15 39 489 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 einer derartige Anordnung, die z. B. für Beleuchtungszwecke entworfen worden ist. stellen darf. Dieses labile Verhalten ist daher ein 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 ein stabiles Verhalten der Entladungslampe erhalten wird.

Eine Anordnung eingangs erwähnter Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, jaß der Temperaturregler mit einem Befehlsorgan versehen ist. das bei einem vorgegebenen oberen bzw. bei einem vorgegebenen unteren Wert des Effektivwertes des Stromes durch die Entladungslampe anspricht und die Stromstärke durch das Heizelement auf einen vorgegebenen unteren bzw. auf einen vorgegebenen oberen Wert einstellt.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß die temperaturregelnde Wirkung des Heizelementes 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 Heizelementes wird dadurch verursacht, daß das Befehlsorgan auf die Stärke des Stromes 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 Heizelementes, das um das Entladungsgefäß angeordnet war. z. B. aus der US-PS 25 81 959. gut konstant zu hai-