DE2941114C2

DE2941114C2 - Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe

Info

Publication number: DE2941114C2
Application number: DE19792941114
Authority: DE
Inventors: Hidezoh Kobe Akutsu; Yoshiro Ibaragi Ogata; Haruo Moriyama Yamazaki
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-10-10
Filing date: 1979-10-10
Publication date: 1984-06-28
Also published as: DE2941114A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Natrlumdampf-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampen sind In der DE-OS 26 39 276 und der DE-OS 10 179 beschrieben. Bei der ersten bekannten Entladungslampe besteht der Zündhilfeleiter aus einem Maschengitter aus Metall, das den Kolben umhüllt und sich Im wesentlichen über die gesamte Kolbenlänge erstreckt. Statt des Maschengitters dient bei der zweiten bekannten Entladungslampe ein In mehreren Windungen um den Kolben gewundener Draht als Zündhllfelelter, der sich über mindestens 10% des Abstandes der Entladungselektroden erstreckt.

Die Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe der DE-OS 28 14 882 ist ähnlich aufgebaut, weist jedoch nicht den zwischen dem Zündhilfeleiter und der Entladungselektrode angeordneten Schalter auf. Der Zündhilfeletter 1st ein anliegend an den Kolben in wenigen Windungen um diesen geführter Draht.

Hochdruck-Natrlumdampf-Entladungslampen werden mit unterschiedlichem Druck und unterschiedlicher Zusammensetzung des Füllgases betrieben. In einer Entladungsröhre einer konventionellen Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe ist Xenon als Zündgas mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit bei einem Druck von etwa 27 mbar eingeschlossen. Wegen der Hlnzufügung von Xenon ist die Zündspannung der Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe etwa 2 kV groß, was im Verhältnis zu weniger als' 200 W einer Quecksilberlampe sehr hoch ist. Kürzlich ist eine sehr wirkungs- !0 volle Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe vorgeschlagen worden, die mit Xenon bei einem Druck von mehr als 200 mbar, beispielsweise 467 mbar gefüllt Ist, wodurch der Wirkungsgrad der Lampe um etwa 10% gegenüber einer mit Xenon bei einem Druck von etwa 27 mbar gefüllten Lampe gesteigert wurde. In einer solchen Lampe mit Hochdruck-Xenon-Gas wird die Zündspannung der Lampe weiter gesteigert, beispielsweise auf etwa 8 bis 9 kV für eine Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe, in die Xenon bei einem Druck von etwa 467 mbar gefüllt Ist. In einer solchen Lampe kann die Zündspannung auf etwa 3,5 kV gesenkt werden für eine 360-W-Hochdruck-Natriumciampf-Entladungslampe, wenn ein Zündhilfedraht verwendet wird, aber eine Spannung von 3,5 kV ist für den üblichen Gebrauch noch zu hoch und stellt eine Gefahrenquelle dar, well sie zu einem Durchbruch der Isolierung des Vorschaltgerätes und der damit verbundenen Lampenschaltung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Natrlumdampf-Entladungslampe zu schaffen, die mit Xenon bei sehr hohem Druck gefüllt ist, jedoch eine niedrige Zündspannung hat, so daß die Lampe ohne Gefahr eines Durchbruchs der Isolierung eingeschaltet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist Im Anspruch 1 angegeben und gemäß den weiteren Ansprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Aufgrund der Erfindung kann die Zündspannung der Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe mit Hochdruck-Xenon-Gas von 200 bis 467 mbar auf eine Spannung von 3 kV oder weniger reduziert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Ansicht einer Entladungsröhre einer Hochdruck-Natriumdampf-Entladungsiampe ohne vorstehenden Leiter an den Elektroden,

Flg. 2 den Längsschnitt der Lampe gemäß Flg. 1,

Flg. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Abstand / zwischen der Spitze einer Entladungselektrode zur Spitze eines Zündhilfeleiters und der Zündspannung bei Gleichstrombetrieb der Entladungsröhre gemäß den Fi g. 1 und 2,

Flg. 4 eine teilweise geschnittene Darstellung In vergrößertem Maßstab einer Entladungsröhre einer Hochdruck-Natrlumdampf-Entladungslampe gemäß der Erfindung,

Flg. 5 die Seltenansicht einer Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe gemäß der Erfindung, wobei die In Flg. 4 gezeigte Entladungsröhre In einem evakuierten Glaskolben eingeschlossen ist,

Flg. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Spalt d zwischen dem Ende eines vorstehenden Leiters einer Entladungselektrode und der Innenfläche einer Seltenwand der Entladungsröhre gemäß Fig. 4 und der Zündspannung für Gleichstrombetrieb der Lampe gemäß den Flg. 4 und 5 und

Flg. 7 die Schaltung eines Beleuchtungsgerätes, in dem die Lampe gemäß Flg. 5 verwendet ist.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, hat eine Entladungsröhre, die in einem evakuierten Außenkolben aus Glas angeordnet werden muß, einen lichtdurchlässigen Kolben bzw. eine Röhrenhülle 1 aus einer polykristallinen Alumintumoxid-Keramikröhre oder eiiür Einkristall-Aluminiumoxid-Röhre und ein Paar von Entladungselektroden 6 und 7. Die Entladungselektroden 6 und 7 bestehen aus Wolframwendeln, enthalten eine elektronenamittierende Substanz und sind in der Nähe der beiden Enden des Kolbens 1 in diesem angeordnet, und zwar mit Hilfe von Anschlußleitern 4 und 5 aus Niob-Röhren, die an Endkappen 2 und 3 befestigt sind und durch diese hindurchtreten. Im Kolben 1 sind Natrium als lichtemittierende Substanz, Quecksilber als Puffergas und Xenon als Edelgas zum Zünden eingeschlossen. An der Außenfläche der Seitenwand des Kolbens 1 ist ein Leiterstreifen als Zündhilfeleiter 8 angeordnet, der aus Molybdän-Draht von 0,8 mm Durchmesr°r besteht und mit dem einen Anschlußleiter 5 verbunden ist.

Die Erfinder haben Versuche durchgeführt, um zu ermitteln, wis sich die Zündspannung der Entladungsröhre ändert, wenn das eine Ende b des Zündhilfeleiters 8 seine Lage bezüglich der einen Entladungselektrode 6 ändert, während das andere Ende α im wesentlichen mit dem Ende des Kolbens 1 fest verbunden bleibt und elektrisch mit der anderen Entladungselektrode 7 verbunden ist, so daß das Potential der anderen Entladungselektrode 7 dem Zündhilfeleiter 8 aufgeprägt wird. Fig. 3 zeigt die Kurven zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Abstand /, zwischen der Entladungselektrode 6 und dem Ende des Zündhilfeleiters 8 und der Zündspannung (in den Versuchen wurde Gleichspannung verwendet).

Die Parameter 467 mbar, 333 mbar und 27 mbar dieser Kurven sind der Druck des Xenon-Gases im Kolben 1. Wie Fig. 3 zeigt, wird die Zündspannung am kleinsten, wenn die Endspitze des Zündhilfeleiters 8 am nächsten an der Entladungselektrode 6 liegt; die Zündspannung wird noch kleiner, wenn diese Endspitze mit dem Ende der Entladungselektrode 6 fluchtet oder diese überlappt, wobei jeweils die Seitenwand des Kolbens 1 zwischen beiden liegt. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Zündspannung von dem Abstand / zwischen der Endspitze des Zündhilfeleiters 8 und der Endspitze der Entladungselektrode 6 abhängt, wobei die Zündspannung mit kleiner werdendem Abstand / abnimmt.

Unter Verwendung eines Kolbens aus Aluminiumoxid für eine 360-W-Hochdruck-Natriumdampf-Entla-Gungslampe, wobei der Innendurchmesser der Entladungsröhre 7,4 mm. die Kolbenwandstärke 0,7 mm und der Abstand zwischen den Entladungselektroden 83 mm beträgt, wurden weitere Versuche durchgeführt. Dabei wurde, wie Fig. 4 zeigt, ein vorstehender Leiter 9, der von der Entladungselektrode 6 absteht, an dieser angeformt, und die Zündspannung wurde für unterschiedliche Spalte d zwischen der Endspitze des vorstehenden Leiters 9 und der Innenfläche e der Wand des Kolbens I gemessen. Als vorstehender Leiter 9 dient ein Molybdän-Stab von 0.7 mm Durchmesser, der an einem Fußteil der Wolframwcndel der Entladungselektrode 6 durch Punktschweißung befestigt Ist. Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Hochdruck-Nairiumdampf-Entladungslampe. deren Entladungsröhre 100, die in Fig. 4 gezeigt ist, in einen evakuierten Glasaußenkolben 21 dicht eingeschlossen ist. Fi g. 6 zeigt die Ergebnisse dieser Versuche, die im Vergleich zu den Kurven der FlE. 3 eine erhebliche Verbesserung der Zündspannung

aufgrund des vorstehenden Leiters 9 zeigen.

Ähnliche Versuche wurden für Lampen unterschiedlicher Leistungen durchgeführt, wobei ähnliche Ergebnisse erzielt wurden. Insbesondere für Hochleistungslampen von 700 W und 1000 W sind die Zündspannungen erheblich reduziert. Das kann dadurch erklärt werden, daß in derartigen Hochlelstungsiampen, in denen der Spalt d zwischen der Enufiäche der Entladungselektrode und der Innenfläche e der Seitenwand des Kolbens 1 groß ist und damit die Anordnung von nur einem Zündhilfeleiter 8 an der Außenfläche der Röhrenwand 1 die Zündspannung nicht wesentlich verringert, die Anordnung des vorstehenden Leiters 9, der in Richtung auf den Zündhilfeleiter 8 absteht, den Potentialgradienten in dem Spalt erheblich anhebt.

Ein gemäß der Erfindung ausgeführtes Beispiel hat die folgenden Daten:

Röhreneingangsleistung
Entladungsröhre 1:
Innendurchmesser

Wandstärke des Kolbens
Abstand der Entladungselektroden WerkstoiT

Entladungselektrode 6,7:
Außendurchmesser der Wendel

Zündhilfeleiter 8:
Molybdän-Draht von

Vorstehender Leiter 9:
Molybdän-Draht von
Spalt d

eingeschlossenes Gas: Natrium

Quecksilber Xenon

360	W	mm
7,4	mm	mm
0,7	mm	mm
83	mm	mm
Einkristall- Aluminium oxid	mg mg mbar
3,6
0,8
0,7
0,5
4,5 20 467

Wie Fig. 7 zeigt, ist der Zündhilfeleiter 8 mit der Entladungselektrode über einen Bimetall-Schalter 10 verbunden, der aufgrund einer hohen Temperatur der Entladungsröhre 100 öffnet, um den Zündhilfeleiter 8 nach der Zündung von der gegenüberliegenden Entladungselektrode 7 abzuschalten, damit ein Natriumverlust aufgrund der nicht notwendigen Verbindung des Zündhilfeleiters 8 und der gegenüberliegenden Entladungselektrode 7 verhindert wird.

Die Schaltung der Lampe dieses Beispiels ist in Fig. 7 gezeigt, wobei Netz-Wechselstrom durch eine einzige Vorschaltdrossel 14 für eine handelsübliche 400-W-Quecksllberlampe in die Hochdruck-Natrlumdampf-Entladungslampe 15 fließt, wobei im Außenkolben 21 oder in dem Fuß 22 des Außenkolbens ein Bimetallstartschalter 12, ein in Reihe geschalteter Vorwiderstand 11, ein Keramik-Kondensatcr 13 von 3000 pF und der Bimetall-Schalter 10 vorgesehen sind. Wie Fig. 7

^b(l zeigt, sind der Kondensator 13 und die Reihenschaltung aus Widerstand 11 und Schalter 12 aber die Anschlüsse 4 unJ 5 der Entladungsröhre parallel miteinander verbunden, so daß die Lampe 15 durch die bekannte Erzeugung einer Stoßspannung durch die Drosselspule 14 gezündet werden kann. Der Vorwiderstand 11 dient zur Begrenzung des Abschaltstromes des Blmetall-Starterschalters 12 auf den Wert von 0,5 A und außerdem zum Öffnen des Bimetall-Starterschalters 12 durch Jou-

lösche Wärme. Der Kondensator 13 dient dazu, die Unterdrückung einer extrem hohen Stoßspannung zu steuern und außerdem die Stoßspannungsimpulse so zu formen, daß diese die notwendige Impulsbreite haben. Der Kondensator 13 dient namllch dazu, die Lampenanordnung gegen Schaden aufgrund eines Isolierungsdurchbruches zu schützen und außerdem die Zuverlässigkeit beim Zünden zu sichern. Versuche zeigen, daß die Zündspannung für die 360-W-Lampe des erläuterten Beispiels etwa 2 kV beträgt, und andererseits beträgt der Durchschnittswert Induzierter Hochspannungen zwischen den Anschlüssen der Entladungsröhre 100 etwa η 5 _ky _was ausreichend größer Ist als die Zündspannung der Lampe, so daß die Lampen mit einer hohen Sicherheit gezündet werden. Außerdem haben sich aul- ι «rund des geringen Wertes der ausgeprägten Hochspannung in der Lampeneinrichtung Im Vergleich zu konventionellen Hochdruck-Natrlumdampf-Eniladungsampen keine Isolierungszusammenbruche des Vorschaltgerät und des Schaltkreises während der Brennversuche der Lampen ergeben.

Ein weiteres Beispiel in Gestalt einer 630-W-Lampe wurde aufgrund der Erfindung mit gleichen Konstruk-,ionsdaten mit Ausnahme der folgenden Änderungen durchgeführt:

20

Innendurchmesser einer polykristallinen Alumlnlumoxld-Entladungsröhre Abstand der Entladungselektroden Spalt J

9,7 mm

130,0 mm

0,5 mm.

Diese 630-W-Lampe hat eine so niedrige Zündspannung daß sie fast gleich Ist wie bei der zuvor erläuterten Lampe von 36OW, wahrend die Zündspannung einer 630-W-Lampe gleicher Konstruktion, aber ohne vorstehenden Leiter 9, eine Zündspannung von 4.5 kV hat d h eine Zündspannung, die um etwa 1,0 kV größer Ist als diejenige der oben erwähnten 360-W-Lampe. Die genannte 630-W-Lampe kann sicher und konstant unter Verwendung einer einzigen, konventionellen Vorschaltdrossel für 700-W-Quecksllberlampcn gezündet

^W<Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Form des vorstehenden Leiters 9 nicht notwendigerweise stabförmig sein muß, sondern auch ringförmig oder scheibenförmig sein kann. Wichtig für den vorstehenden Leiter 9 ist daß der Spalt d zwischen der Innenfläche e der Seltenwand des Kolbens 1 und dem äußeren Ende c des vorstehenden Leiters 9 Im Bereich eines bestimmten, kurzen Abstandes liegt. Der Spalt d sollte zwischen 0 3 mm und 0.7 mm betragen. Wenn der Spalt d größer ist als 0.7 mm. Ist die Reduzierung der Zündspannung nicht zufriedenstellend. Wenn andererseits der Spalt d kleiner als 0,3 mm Ist, konzentriert sich jede Zündentladung aufgrund des geringen Spaltes In einer sehr kleinen Zone auf die dadurch mit hoher Wahrscheinlichkeit eine unerwünschte Wirkung ausgeübt wird, wodurch die Gefahr besteht, daß Risse In der Kolbenwand entstehen. Versuche haben gezeigt, daß die optimale Spaltbrelte zwischen 0.4 mm und 0,6 mm liegt.

JO

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe mit einer in einem Außenkolben angeordneten Entladungsröhre, die einen lichtdurchlässigen Kolben aus Aluminiumoxid aufweist, der eine Füllung aus Natrium, Xenon und einem Puffergas, bei dem es sich um Quecksilber, Cadmium oder deren Mischung handelt, sowie zwei Entladungselektroden enthält und mit einem Zündhilfeleiter in Längsrichtung der Außenfläche der Entladungsröhre, wobei dieser Zündhilfeleiter über einen Schalter, der nach dem Beginn der Entladung öffnet, mit einer Elektrode elektrisch verbunden Ist und bis in die Höhe der anderen Elektrode führt, Uadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Entladungselektroden (6, 7) einen vorstehenden Leiter (9) aufweist, der von dieser In Richtung auf eine Innenfläche (e) der Seitenwand des Kolbens (1) bis In die Nähe dieser Innenfläche (e) unter Freilassung eines Spaltes (d) absteht und so angeordnet Ist, daß sein äußeres Ende (c) dem Zündhilfeleiter (8) direkt gegenüber liegt.

2. Hochdruck-Natriumdampf-Entladunglampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (d) zwischen dem äußeren Ende des vorstehenden Leiters (9) und der Innenfläche (e) der Seltenwand zwischen 0,3 mm und 0,7 mm beträgt.

3. Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Leiter (9) ein Molybdän-Draht Ist.

4. Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (IS) außerdem einen Kondensator (13) und eine Reihenschaltung eines Starterschalters (12) und eines Stromeinstellwiderstandes (11) aufweist, wobei der Kondensator (11) und die Reihenschaltung über beide Entladungselektroden (6, 7) parallel miteinander verbunden sind.