DE2821826C2

DE2821826C2 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE2821826C2
Application number: DE2821826A
Authority: DE
Inventors: Armand Pasquale Schenectady N.Y. Ferro; Loren Haines Salem Va. Walker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-05-23
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1983-02-17
Also published as: BE867347A; GB1593925A; JPS53148178A; DE2821826A1; JPS58149B2; US4253047A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1,

In der US-PS 40 17 764 ist eine Lampe der vorstehenden Art beschrieben, bei der ein quellenfreies elektrisches Feld hoher Frequenz mittels eines Transformators aufrechterhalten wird, der mit Bezug auf einen im wesentlichen kugelförmigen Lampenkolben zentral angeordnet ist. Die in dieser PS beschriebene Lampe kann in einer Form hergestellt werden, die elektrisch und mechanisch mit der üblichen Glühlampe mit Schraubsockel verträglich ist und die einen beträchtlich wirksameren Betrieb gestattet, als übliche Glühlampen.

Der in einer solchen Lampe benutzte Transformatoi umfaßt im allgemeinen eine Primärwicklung, die mit einem ringförmigen Magnetkern, üblicherweise einem Ferrit, gekoppelt ist, wobei der Magnetkern mit Bezug auf den Lampenkolben zentral angeordnet und mit einem darin enthaltenen Füllgas gekoppelt ist Während des Lampenbetriebs wird die Energie auf ein Plasma im Füllgas übertragen, das eine Sekundärwicklung mit einer Windung bildet und den Transformatorkern koppelt Der Spannungsabfall um die aus Plasma gebildete Sekundärwicklung ist eine Funktion der Lampengeometrie, der Kerngeometrie, der Füilgas-Zusammensetzung und des Füllgasdruckes. Der magnetische Spitzenfluß innerhalb des Transformatorkernes wiederum ist eine Funktion des Spannungsabfalles im Gas. Die im Gas durch einen solchen Transformator entwickelte Maximalspannung bestimmt daher die Sättigungsflußdichte des Kernmaterials.

Der zur Aufrechterhaltung des Betriebs einer solchen Lampe erforderliche Spannungsabfall liegt üblicherweise bei weniger als 10 Volt um die durch aus Plasma gebildete Sekundärwicklung. Es ist jedoch ein Potential von mehr als 400 Volt notwendig, um die Ionisation und somit das Zünden einer Entladung in solchen Lampen zu induzieren. Magnetkernstrukturen, die ökonomischerweise zum Betrieb und zur Aufrechterhaltung einer Entladung in solchen Lampen bei einer gegebenen Frequenz benutzt werden können, gestatten im allgemeinen keine ausreichende Magnetflußdichten, um ein 400 Volt-Zündp-Dtential im Füllgas ohne Sättigung zu induzieren. Es müssen daher Hilfsmittel vorgesehen werden, um eine Endladung zu zünden, indem man ein hohes elektrisches Feld auf das Gas innerhalb des Kolbens anwendet

Hohe Zündspannungen werden in einer solchen Lampe mittels einer zusätzlichen Transformatorwicklung auf dem Kern entwickelt Diese zusätzliche Wicklung war im allgemeinen charakterisiert durch ein hohes Windungsverhältnis mit Bezug auf die Lampenprimärwicklung und sie war auf diese Weise in der Lage, sehr viel höhere Spannungen, typischerweise 1000 Volt oder mehr, zu erzeugen. Elektrode« von der Zündwicklung waren mit dem Gas, typischerweise durch den Lampenkolben, gekoppelt Wenn der Kern dann zu hohen Flußdichten erregt wurde, d. h. einem Mehrfachen der Betriebsflußdichte, dann wurde ein geringer Verschiebungsstrom durch den Glaskotben gekoppelt und ionisierte das Gas. Die hohe Flußdichte verursachte die Ionisation der Gasfüllung, so daß ein Plasmazustand gebildet wurde.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, das Zünden einer Gasentladungslampe der eingangs genannten Art zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß eine Gasentladungslampe der eingangs genannten Art wirksam und wirtschaftlich mit Hilfselektroden gezündet werden kann die so angeordnet sind, daß sie eine Zündspannung im Bereich benachbart der zentralen öffnung des Magnetkernes vorzugsweise auf deren Achse induzieren. Das Zündpotential kann durch kapazitive Elektroden auf der äußeren Oberfläche des Lampenkolbsns oder durch im Inneren angeordnete Zündelektorden angelegt werden. Das Zündpotential wird mittels Autotransformatorwicklungen auf dem Lampenkern entwickelt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der weiteren Feststellung, daß die Lampe eine Minimalzündspannung erfordert, die in etwa gleich der Übergangsspannung

der Föllgas-Spannung/Strom-Kurve ist. Die Anforderungen an ZOndpotentiai werden durch die Erfindung als Funktion des Überschusses der Lampenkernspannung über die Gasübergangsspannung beträchtlich vermindert

Die erfindungsgemäße Lampe gestattet das Zünden ohne Sättigung des Magnetkernes, wodurch die thermischen Verluste im Kern vermindert werden. Außerdem ist die zum Zünden erforderliche Schaltungsanordnung vereinfacht

Vorteilhafte AuE^ihrungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine typische Spannung/Strom-Charakteristik für ein Lampenfüllgas in einer Lampe gemäß der US-PS 40 17 764,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Zündelektrodenspannung als Funktion des Verhältnisses von Transformatorprimärspannung zu Lampenübergangsspannung für Lampen mit quellenfreiem elektrischen Feld, die im Kolben (!) und außerhalb (E) des Kolbens liegende Elektroden aufweisen,

Fig.3 eine typische Schaltung zum Betrieb ainer Lampe gemäß der Erfindung und

F i g. 4 eine Lampe nach der vorliegenden Erfindung mit im Inneren des Kolbens angeordneten Zündelektroden, die von Spartransformatorwicklungen mit Energie versorgt werden.

In F i g. 1 ist eine Kurve des Spannungsabfalls gegen den Plasmastrom für eine typische induktionsionisierte Lampe der eingangs genannten Art gezeigt Die dargestellte Kurve ist charakteristisch für eine Argon/ Quecksilber-Entladung bei etwa 0,7 Torr, doch ist sie auch typisch für die Wirkungen in anderen Gasen und bei anderen Drucken. Die Kurve weist bei Eingangsleistungen unterhalb von etwa 2 Watt eine positive und bei höheren Eingangsleistungen eine negative Neigung auf. Der maximale Plasmaspannungsabfall T, der bei etwa 9^VoIt im dargestellten Beispiel auftritt ist als die Lampen-»Übergangsspannung« definiert Es wurde in der vorliegende:: Erfindung festgestellt, daß die an die Primärwicklung des Transformators in einer Lampe mit quellenfreiem elektrischen Feld angelegte Spannung mindestens gleich dieser Übergangsspannung sein muß, damit die Lampe gezündet wird.

Bei Lampen nach der vorliegenden Erfindung wird ein Zündpotentm! an die Hilfs-Zündelektroden gelegt, die entweder innerhalb oder außerhalb des Lampenkolbens angeordnet sein können. Es wurde festgestellt, daß, wenn die Primftrspulspannung die Lampen-Übergangsspannung übersteigt solche Lampen wirksam mit einem Zündpotential geringer Energie, das an die Htlfselektroden angelegt ist gezündet werden können.

F i g, 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Hilfselektroden-Minimalpotential, das zum Einleiten einer Entladung notwendig ist und dem Überschuß an Transformatorprimärspannung gegenüber der Lampen-Übergangsspannung. Die Kurve E ist charakteristisch für eine Lampe, die kapazitiv gekoppelte Elektroden außerhalb des Lampenkolbens aufweist während die Kurve / charakteristisch ist für eine Lampe mit innerhalb des Kolbens angeordneten Zündelektroden. In beiden Fällen nimmt die erforderliche Zündspannung rasch als Funktion der überschüssigen Primärspannung ab.

F i g. 3 zeigt die typische Betriebsschaltung für eine Entladungslampe mit quellenfreiem elektrischen Feld nach der vorliegenden Erfindung. Eine Energiequelle 100 für Radiofrequenz, die typischerweibc bei Frequenzen oberhalb von etwa 25 KHz arbeitet fl'efert ein Potential die Primärwicklung 112, die die Elektroden 108 und 110 mit einer erhöhten Zündspannung versorgt Bei dieser Ausführungsform sind die Zündelektroden mit gegenüberliegenden Enden der eine Vielzahl von Windungen aufweisenden Primärwicklung 112, die Abgriffsanschlüsse aufweist verbunden, wobei die Energiequelle 100 für Radiofrequenz zwischen das eine Ende der Wicklung den Abgriff 114 gelegt ist Die Spartransformatoraktion in der Primärwicklung 112 liefert so eine höhere Spannung über die Zündelektroden, als durch die Spannungsquelle V_p geliefert wird. In Reihe mit einer oder beiden Elektroden kann eine Vorschaltimpedanz Z vorgesehen sein, um den Stromfluß im Zündkreislauf zu begrenzen.

Fig.4 zeigt eine Lampe mit quellenfreiem elektrischen Feld und im Inneren des Kolbens angeordnetem Kern, bei der eine Spannungsaufwärtstransformierung für die Zündelektroden 108 und 110 durch die Spartransformator-Sekundärwicklungen 202 und 203 bewirkt wird, die mit der Primärwicklung 201 verbunden und auf den Kern 220 gewickelt sind Auf diese Weise wird die zusätzliche Elektrodenspannung für ein wirksames Zünden geliefert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Gasentladungslampe mit einem Kolben, der ein ionjsierbares Gas sowie einen mit einer Wicklung versehenen, ringförmigen Magnetkern zur lonisierung des Gases enthält mit einer Zündeinrichtung und mit Einrichtungen zum Anlegen einer hochfrequenten Spannung an die Wicklung und einer Zündspannung an die Zündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung aus zwei Hilfselektroden (108,110) besteht, die in einem Bereich benachbart der zentralen öffnung (230) des Magnetkernes (220) angeordnet sind und daß mindestens ein Teil (202, 203) der Wicklung (201, 202, 203) eine Spartransformatorwicklung ist, mit deren beiden Enden die Hilfselektroden verbunden sind, so daß beim Anlegen einer erregenden Wechselspannung, die mindestens gleich der Obergangsspannung des Gases ist, an den Primärteil (201) der Wicklung, die zwischen den Hilfselektroden _x entstehend Spannung eine Gasentladung initiert

2. Lamps nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108,110) innerhalb der öffnung (230) oder im wesentlichen auf der Achse des Magnetkerns (220) angeordnet sind.

3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronen emittierendes Material auf den Hilfselektroden (108,110) aufgebracht ist

4. Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- _x net, daß ein dielektrischer Überzug auf den Hilfselektrcden (108,110) aufgebracht ist

5. Lampe nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß drc Hilfselektroden \ iO8,110) auf isolierten Trägern abgestützt sind.

6. Lampe nach Anspruch 5, oudurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108) nichtisolierte Bereiche auf der Wicklung umfassen.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtisolierten Bereiche (108, UO) _w innerhalb der Tunnelöffnung (230) angeordnet sind.

8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108, IiO) in einem sich durch die Tunnelöffnung (230) erstreckenden Kanal des Kolbens (200) angeordnet sind.

9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108, HO) auf der äußeren Oberfläche des Kolbens (200) angeordnet sind.