DE2628214A1

DE2628214A1 - Anordnung mit einer niederdrucknatriumdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2628214A1
Application number: DE19762628214
Authority: DE
Inventors: Robertus Laurentius Cleme Vaan; Thomas Geert Verbeek
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1977-01-13
Also published as: ES449313A1; NL175371C; GB1490176A; JPS586367U; JPS525987A; BE843515A; CA1071295A; FR2316830A1; FR2316830B1; AU501842B2; AT355674B; ATA472176A; IT1063432B; SE7607273L; NL7507734A; CH621660A5; SE412833B; DE2628214C3; NL175371B; AU1522576A

Description

N.V.PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKEN, EINDHOVEN/HOLLAND

"Anordnung mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe und einem damit in Serie geschalteten stromstabilisierenden Ballast, wobei die Lampe ein Entladungsrohr enthält, in dem sich außer Natrium weiter ein Edelgas befindet, und wobei die Lampe mit einer das Entladungsrohr zum größten Teil, umhüllenden Schicht versehen ist die Infrarotstrahlung reflektiert, und wobei im Betriebszustand der Lampe die effektive Temperatur T der Wand des Entladungsrohres zwischen 245 und 270⁰C liegt.

Unter der effektiven Wandtemperatur des Entladungsrohres sei hier diejenige Wandtemperatur verstanden, die zur gleichen Spannungs-Strom-Kennlinie des Entladungsrohres führt, wie im Falle das Entladungsrohr überall die gleiche Temperatur aufweisen würde.

Bei einer bekannten Anordnung der eingangs erwähnten Art wird die Lampe mit einem elektrischen Strom gespeist, dessen Momentanwert als Funktion der Zeit nahezu sinusförmig ist. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß die Licht-ausbeute (lumen pro Watt) der Lampe dabei verhältnismäßig gering ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, jedoch ohne daß dies zu einer bedeutenden Verringerung des Effektivstromes durch die Lampe führt.

Eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe und einem damit in Serie geschalteten stromstabilisierenden Ballast, wobei die Lampe ein Entladungsrohr enthält, in dem sich außer Natrium weiter ein Edelgas befindet, und wobei die Lampe mit einer das Entladungsrohr zum größten Teil umhüllenden Schicht versehen ist die Infrarotstrahlung reflektiert, und wobei im Betriebszustand der Lampe die effektive Temperatur T der Wand des Entladungsrohres zwischen 245 und 270⁰C liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme eines möglichen Spitzenstromes mit einer Dauer unter 0,5 msekunde die momentane Stromdichte im Entladungsrohr unter dem Viert S = 165 + 1,3 (T-245)² mA/cm gehalten wird, und wobei die effektive Stromdichte im Entladungsrohr über den Wert 0,8 S mA/cm gehalten wird.

Ein Vorteil einer erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß die Lichtausbeute der Lampe verhältnismäßig groß ist. Auch der Effektivstrom durch die Lampe braucht nicht kleiner zu sein als im Falle der bekannten Anordnung, die einen sinusförmigen Verlauf des Lampenstromes aufweist.

Die Erfindung basiert darauf, daß große Stromdichten im Entladungsrohr, die in der bekannten Anordnung zu den Zeitpunkten um die Gipfel des sinusförmigen Lampenstromes herum auftreten, · vermieden werden müssen. Die Erfinder haben nämlich gefunden, daß bei den angedeuteten großen Stromdichten die Natriumkonzentration nahe der Achse der Entladung so niedrig ist, daß die Entladung für einen großen Teil mit Hilfe des Edelgases erfolgt. Dies ist jedoch eine Entladung mit einer verhältnismäßig geringen Lichtausbeute.

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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung wird daher eine Niederdrucknatriumdampfentladungslampe mit Stromdichten betrieben, die bestimmte Maximalwerte S nicht überschreiten. Dieser S-Wert, der von der Temperatur des Entladungsrohrs abhängig ist, ist der Wert, über dem die Ausbeute der Lichterzeugung verhältnismäßig gering ist. Die Bedingung, daß die effektive Stromdichte im Entladungsrohr über dem Wert 0,8 S liegen muß, hängt damit zusammen, daß zum Erhalten einer großen Lichtausbeute die effektive Stromdichte nicht zu weit unter dem Wert S liegen muß.

Es sei bemerkt, daß den gestellten Bedingungen hinsichtlich der Stromdichte mit Hilfe eines Gleichstromes eines geeigneten Wertes entsprochen werden kann. Das Speisen einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe mit Gleichstrom ist zwar an sich bekannt, beispielsweise aus dem Artikel "Die Natriumlampe", Philips Technische Rundschau vom Monat Dezember 1937, Seiten 353 bis 360, aber dabei handelt es sich nicht um Lampen, die mit einer Schicht versehen sind, die Infrarotstrahlung reflektiert.

Der Temperaturbereich zwischen 245 und 270 C entspricht Natriumdampfdrücken zwischen ungefähr 1,24 χ 10 Torr und 4 χ 10 ^J Torr. Dies ist ein Druckbereich, bei dem die Lichterzeugung mit der größten Ausbeute erfolgen kann.

Eine Niederdrucknatriumdampfentladungslampe in einer erfindungsgemäßen Anordnung kann mit einem gesonderten Erhitzungsorgan versehen sein oder nicht. Wenn kein gesondertes Erhitzungsorgan vorgesehen ist, muß nahezu ausschließlich die Wärmeentwicklung durch den Entladungsstrom dazu führen, daß die Wand des Entladungsrohres eine Temperatur im angedeuteten Bereich zwischen 245 und 270⁰C annimmt. Ist ein Erhitzungsorgan vorgesehen, muß die Kombination der Wärmeentwicklung des Entladungsstromes und der Wärmeentwicklung des Erhitzungs-

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organs zu einer Temperatur der ¥and des Entladungsrohrs im angedeuten Bereich führen. Auch ist es denkbar, daß die Anordnung nach der Erfindung beispielsweise, in einer geschlossenen Leuchte angeordnet ist, so daß dabei auch mit verhältnismäßig niedrigen Stromdichten die gewünschte Temperatur der Wand des Entladungsrohrs erhalten werden kann. Weitere Möglichkeiten liegen in der Qualität der Wärmeisolierung, beispielsweise, indem das Entladungsrohr nicht nur durch eine einzige Infrarotstrahlung reflektierende Schicht, sondern durch mehrere derartiger Schichten umhüllt wird.

Eine erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise aus einem Widerstand in Reihe mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe bestehen, wobei diese Reihenschaltung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, deren Ausgangsspannung sorgfältig konstantgehalten wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, die zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle bestimmt ist, ist eine Gleichrichterbrücke vorgesehen, wobei die Serienschaltung aus der Lampe und dem Ballast zwei Ausgangsklemmen dieser Gleichrichterbrücke miteinander verbindet und sind diese Ausgangsklemmen gleichfalls über einen Kondensator miteinander verbunden.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, daß die Lampe sowohl mit einem Strom gespeist werden kann, der zu einer hohen Lichtausbeute führt, als auch, daß die Anordnung an ein an vielen Stellen vorhandenes Wechselspannungsnetz angeschlossen werden kann. Der Kondensator dient dabei zum Glätten der Welligkeit der Gleichstrom durch die Lampe.

Es ist denkbar, daß, wenn die Speisespannung Schwankungen im effektiven Wert erfahren kann, ein Ausgleich dafür auf die nachstehend angegebene Weise gefunden werden kann. Man könnte

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dazu über die Lampe eine Hilfsanordnung derart anschließen, daß beim Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Lampenspannung die Größe des Widerstandes des mit der Lampe in Serie geschalteten Ballasts geändert wird. Dies würde dann eine Regelung sein, bei der bei einer Vergrößerung der Amplitude der Eingangswechselspannung der Vorschaltwiderstand vergrößert wird. Es ist vielter denkbar, daß eine derartige Ausgleichsanordnung nicht auf der Lampenspannung arbeitet, sondern auf der Intensität des Stromes durch die Lampe.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, die zum Anschließen an eine elektrische Speisequelle bestimmt ist, die eine sinusförmige Wechselspannung liefert, ist die Lampe durch einen ein Schaltelement und einen Widerstand enthaltenden Hilfszweig überbrückt, wobei das Schaltelement periodisch zu Zeitpunkten geschlossen wird, in denen die momentane Stromdichte im Entladungsrohr den Viert S zu überschreiten droht.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß sie ohne die Notwendigkeit einer Gleichrichteranlage an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen werden kann. Das Verfahren, das dieser bevorzugten Ausführungsform zugrunde liegt, ist, daß die Gipfel des sinusförmigen Stromes abgeschnitten werden, indem im Augenblick, in dem ein derartiger Gipfelstrom durch die Lampe zu fließen droht, ein Überbrückungszweig über die Lampe leitend gemacht wird. Dadurch kann die maximale momentane Stromdichte in der Lampe unterhalb des S-Wertes bleiben.

Das Schaltelement in dem die Lampe überbrückenden Abzweig kann beispielsweise ein gesteuertes Halbleiterschaltungselement sein, beispielsweise ein Schaltelement mit 'einer doppelseitigen Thyristorkennlinie ("Triac"). Es könnte beispielsweise auch aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren bestehen.

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Bei einer weiteren Verbesserung der letztgenannten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist das Schaltelement ein lichtempfindliches Schaltelement und ist der mit der Lampe in Serie geschaltete Ballast eine Drosselspule, wobei eine mit dem lichtempfindlichen Schaltelement zusammenarbeitende Hilfslampe zwischen zwei Abzweigungen der Drosselspule angeschlossen ist.

Ein Vorteil dieser weiteren Verbesserung ist, daß auf eine sehr einfache Weise der Uberbrückungsabzweig der Lampe in einem guten Augenblick leitend wird. Denn wenn die momentane Stromstärke zwischen den betreffenden Windungen der Drosselspule einen gewissen Viert überschreitet, stahlt die Hilfslampe so viel Licht zum lichtempfindlichen Schaltelement aus, daß es gut leitend v/erden kann, wodurch der Überbrückungsabzv/eig Strom führt. Der Gesamtnetzstrom geht dabei nicht mehr durch die Lampe. Wenn dann kurz danach die Spannung zwischen den Eingangsklemmen der Anordnung abgesunken ist, sinkt auch die Stromstärke in der Vorsehaltspule wieder ab und damit die Span_T nung, an die die Hilfslampe angeschlossen ist. Dadurch kommt weniger Licht auf das lichtempfindliche Schaltelement, wodurch der Überbrückungsabzv/eig der Lampe wieder einen hohen Widerstand annimmt. Dies bedeutet, daß der Strom, der vom Ne~z bezogen wird, wieder nahezu vollständig die Lampe durchfließt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung.

In Fig. 1 sind 1 und 2 Anschlußklemmen zum Anschließen ar. ein Wechselspannungsnetz. Die Klemme 1 ist an einen Gleichrichter

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angeschlossen. An diese Klemme 1 ist gleichfalls ein Gleichrichter 4 angeschlossen. Auch sind an die Klemme 2 zwei Gleichrichter 5 bzw. 6 angeschlossen. Die Gleichrichter 3 bis 6 bilden eine Gleichrichterbrücke. Die Ausgangsklemmen dieser Brücke sind einerseits durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 7 und einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe 8 und zum anderen durch einen Kondensator 9 miteinander verbunden. Die Lampe 8 besitzt ein U-förmiges Entladungsrohr 10, das von einem Außenkolben 11 umgeben ist. Das Entladungsrohr 10 enthält außer Natrium ein Edelgas, das aus 5,5 Torr Neon mit einem Zusatz von VA Argon besteht. 12 bezeichnet einen Lampensockel. An der Innenseite des Außenkolbens 11 befindet sich eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht aus Indiumoxyd. Diese Schicht ist mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Die Länge der Lampe 8 beträgt ungefähr 110 cm und der Durchmesser ist ungefähr 6 1/2 cm.

In einem Ausführimgsbeispiel ist die effektive Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 ungeführ 220 Volt, 50 Hertz. Der Widerstand 7 beträgt 12 Ohm. Der Kondensator 9 hat eine Kapazität von ungefähr 250 Mikrofarad. 8 ist eine Natriumlampe von ungefähr 180 Watt. Der Durchmesser eines Schenkels des Entladungsrohres 10 beträgt ungefähr 19 mm. Dies bedeutet, daß der Querschnitt durch einen derartigen Schenkel ungefähr

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2,8 cm beträgt. Im angegebenen Beispiel ist die Lampensapnnung ungefähr 280 Volt und die Lampenstromstärke ungefähr 0,65 A. Dabei beträgt die effektive Temperatur der Wand des Entladungsrohrs 10 ungefähr 254°C. Die Lampe liefert dabei einen Lichtstrom von ungefähr 37800 Lumen. Dies beinhaltet eine Lichtausbeute von ungefähr 210 Lumen pro Watt.

Bei einer Speisung der in Fig. 1 mit 8 bezeichneten Niederdrucknatriumdampfentladungslampe mit Hilfe eines sinusförmigen Wechselstromes, also mit einer nicht erfindungsgemäßen Speisung, wobei die effektive Stromstärke gleich der im beschriebenen

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Fall nach Fig. 1 war, ist die Lichtausbeute niedriger als im erfindungsgemäßen Fall. Im Fall nach der Erfindung ist die Lichtausbeute ungefähr 15 % höher als bei der Speisung mit dem sinusförmigen Wechselstrom.

Wenn die effektive Eingangsspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 der Anordnung nach Fig. 1 nicht konstant genug ist, kann beispielsweise die gestrichelte Hilfsanordnung 13 benutzt werden, mit deren Hilfe in Abhängigkeit der Spannung an der Lampe die Größe des Ballasts mit einem Transistor geändert werden kann.

In Fig. 2 sind mit 30 und 31 Eingangsklemmen bezeichnet, die zum Anschließen an eine Speisequelle bestimmt sind, die eine sinusförmige Wechselspannung von 380 Volt, 50 Hz liefert. Die Klemme 30 ist an ein Ballast 32 angeschlossen, der als Drosselspule ausgeführt ist. Die andere Seite der Drosselspule 32 ist an eine lineare Niederdrucknatriumdampfentladungslampe 33 angeschlossen. Die andere Seite der Lampe 33 ist an die Klemme 31 angeschlossen. Die Lampe 33 ist von einer Serienschaltung aus einem Widerstand 34 und zwei antiparallel geschalteten lichtempfindlichen Transistoren 35 und 36 überbrückt. Die Transistoren 35 und 36 sind zusammen mit einer Hilfslampe 37 in einem lichtdichten Raum 38 angeordnet. Die Hilfslampe 37 ist über ein zweiseitiges Durchschlagselement z\\rischen zwei Abzweigen 40 und 41 der Drosselspule 32 angeschlossen. Das Durchschlagselement 39 ist ein "diac".

Die Lampe 33 enthält ein Entladungsrohr 42, das von einem Außenkolben 43 umgeben ist. Die Innenseite des Außenkolbens enthält eine mit einer gestrichelten Linie angedeutete Infrarotstrahlung reflektierende Schicht. Diese Schicht besteht aus Indiumoxyd. 44 und 45 bezeichnen Endteile der Lampe

Die Wirkung der Anordnung nach Fig. 2 ist wie folgt. Wenn

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die Klemmen 30 und 31 mit der Quelle des sinusförmigen Stromes verbunden werden, durchfließt die Lampe 33 über den Ballast 3?- ein Strom. Wenn jedoch die momentane Stromstärke einen bestimmten Wert übersteigt, bildet sich zwischen den Klemmen 40 und 41 eine Spannung, die höher ist als die Durchschlagspannung des Elements 39. Anschließend leuchtet die Lampe 37 auf. Diese Lampe beleuchtet die beiden Transistoren und 36, die dadurch aufgesteuert werden. Abhängig von der Polarität des Netzes wird einer dieser Transistoren einen stromführenden Brückenabzweig über den Widerstand 34 über die Lampe 33 verwirklichen. Dies besagt, daß, v/enn die momentane Stromstärke durch die Lampe 33 einen bestimmten Maximalwert zu überschreiten droht, ein Hilfßstrom den Überbrückungsabzweig 34, 35 bzw. 36, 34 durchfließen wird. Die Anordnung ist derart eingestellt, daß dies erfolgt, wenn die maximale momentane Stromdichte nach den angegebenen Anforderungen überschritten zu werden droht. In einem Ausführungsbeispiel ist die Lampe 33 eine Lampe für ungefähr 175 Watt, die Impedanz der Drosselspule 32 beträgt ungefähr 0,96 Henry. Die effektive Temperatur des Entladungsrohres 42 der Lampe ist im Betriebszustand wiederum ungefähr 254⁰C.

Im Fall der Fig. 1 ist die maximale momentane Stromdichte durch

das Entladungsrohr ungefähr 230 MA/cm . Dies unterschreitet den Wert S = 165 + 1,3 (T-245)² = 270 mA/cm². Die effektive

Stromdichte beträgt gleichfalls ungefähr 230 mA/cm . Dies ist mehr als 0,8 S = 216 mA/cm².

Im Fall nach Fig. 2 ist die maximale momentane Stromdichte

durch das Entladungsrohr auf 260 mA/cm eingestellt. Dies unterschreitet den Wert S = 165 +1,3 (T-245)² = 270 mA/cm². Die effektive Stromdichte durch das Entladungsrohr 34 beträgt ungefähr 230 mA/cm². Dies ist mehr als 0,8 S = 216 mA/cm².

PATENTANSPRÜCHE: PHN 8062

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1 J Anordnung mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe und einem damit in Serie geschalteten stromstabilisierenden Ballast, wobei die Lampe ein Entladungsrohr enthält, in dem sich außer Natrium auch ein Edelgas befindet, und wobei die Lampe mit einer das Entladungsrohr zum größten Teil umhüllenden Schicht versehen ist die Infrarotstrahlung reflektiert« und wobei im Betriebszustand der Lampe die effektive Temperatur T der Wand des Entladungsrohres zw5sehen 245 und 270⁰C liegt, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme eines möglichen Spitzenstromes mit einer Dauer unter 0,5 msekunde die momentane Stromdichte im Entladungsrohr unter dom Wert S - 165 + 1>3 (T-2A5)" ir,A/cm gehalten wird, und die effektive Stromdichte im Entladungsrohr über dem Wert 0,8 S mA/cm gehalten wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1 zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichterbrücke vorgesehen ist und daß die Serienschaltung aus der Lampe und dem Ballast zwei Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke miteinander verbindet, wobei diese Ausgangsklemmen gleichfalls über einen Kondensator miteinander verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 zum Anschließen an eine elektrische Speisequelle, die eine sinusförmige Wechselspannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe durch einen ein Schaltelement und einen Widerstand enthaltenden Hilfszweig überbrückt ist, wobei das Schaltelement periodisch zu Zeitpunkten geschlossen wird, in denen die momentane Stromdichte im Entladungsrohr den Wert S zu überschreiten droht.
4. Anordnung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein lichtempfindliches Schaltelement ist

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und daß der Ballast in Serie mit der Lampe eine Drosselspule ist, wobei eine mit dem lichtempfindlichen Schaltelement zusammenarbeitende Hilfslampe zwischen zwei Abzweigungen der Drosselspule angeschlossen ist.

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