DE3044121C2 - Natriumhochdrucklampe - Google Patents
NatriumhochdrucklampeInfo
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- H01J61/0732—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the construction of the electrode
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Description
0,8 £ h/d < 5.4
wobei h die Länge (in mm) des Teils des Elektrodenkerns (7) ist, der über das innere Ende der Abschirmeinrichtung
(8) oder die innerste Wicklung der Elektrodenwicklung (9) hinaus verlängert ist, und d der Durchmesser
(in mm) des Elektrodenkerns (7) ist.
2. Natriumhochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende
Material caf einer inneren Wicklung aufgebracht ist. die in dem Raum zwischen dem Elektrodenkem (7) und
derElekttodenwicklung (9) angeordnet ist.
3. Natriumhochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionsbeziehung
Λ/irf zwischen 1,1 und 5,0 liegt.
4. Natriumhochdruckiampc nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche
Potentialgradient in der Entladungsröhre (2) höher als 2000 V/m ist.
Die Erfindung betrifft eine Natriumhochdrucklampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Metall,
welches verdampft, um das Puffergas zu bilden, ist z. B. Quecksiler. Cadmium u. ä. Der Raum zwischen Elektrodenkem
und Elektrodenwicklung ist vorzugsweise ringförmig.
Eine Natriumhochdrjcklam-^ der angegebenen Gattung ist aus der DE-OS 21 61 173 bekannt. Ähnliche
Gestaltungen sind aus dei DE-AS 11 30 070 und der DE-OS 28 45 333 bekannt.
Im allgemeinen weisen die E.jktroden der Natriumhochdrucklampen einen Elektrodenkem und eine um
diesen gewickelte Elektrodcnwicklung auf, wobei der Elckirodcnkern ein vorbestimmtes Stück über die innerste
Elektrodenwicklung hinaus verlängert ist. Dies ist aus der DE-PS 16 39 110. der US-PS 41 05 908 und der DE-OS
28 15 014 bekannt. Ein Ende der Elektrodcnwicklung, ein Ende eines Teils aus elektronenemittierenden Materialien
oder ein Ende einer die clektronenemittierenden Materialien tragenden inneren Wicklung (der Teil aus
elektronenemiltierenden Materialien und die innere Wicklung werden in der nachstehender· 3ezeichnung als
»das elekironenemittierende Material« bezeichnet) ist in dem Emladungsraum frei bzw. ungeschützt, in welchem
ein Lichtbogen ausgebildet wird, so daß sich an jeder Elektrode die Lichtbogcnausgangsstelle, d. h. die
Kontaktstelle zwischen dem Lichtbogen und der Elektrode, /wischen der Endfläche des Elektrodenkerns und
dessen zylindrischer Oberfläche, einem Ende der Elektrodcnwicklung oder insbesondere einem Ende des elektronenemittierenden
Materials ändert. Folglich wird ein Zerstäuben der Elektrodenwicklung und eine Verdampfung
des elek'.ronenemittierenden Materials in einem erheblich höheren Ma3e beschleunigt, so daß das
Schwarzwerden der Rohrinnenwand entsprechend beschleunigt wird. Selbst wenn über einen Konstanthalter
oder eine Vorschalteinrichtung eine konstante Spannung angelegt ist, ändert sich die Lichtbogenlänge, was
wiederum Veränderungen in der Lampenspannung und bei den elektrischer, Kenndaten der Lampe zur Folge
Ferner hat das Schwanken der Lichtbogenausgangsstelle Veränderungen in der Betriebstemperatur der
Elektrode zur Folge, was wiederum Temperaturänderungen an der kältesten Stelle in der Entladungsröhre zur
Folge hat. Daher kommt es in mit Sättigungsdruck arbeitenden Nariumhochdrucklampen zu Veränderungen im
Dampfdruck in der Entladungsröhre, so daß es während der Lebensdauer der Lampe zu Spannungsschwankungen
kommt. Folglich ändern sich die elektrischen sowie die optischen Kenndaten, so daß die Faktoren, welche
die Lampenlebensdauer beeinflussen, nachteilig beeinflußt werden und folglich die Lampenlebensdauer erheblich
verkürzt wird.
Die vorerwähnten Veränderungen in den Lampenkenndaten infolge von Lichtbogen-Entladungsstellen-Schwankungen
sind besonders bei Natriumhochdrucklampen mit einer hohen Farbwiedergabe ausgeprägt, bei
welchen der durchschnittliche Potentialgradient höher als 2000 V/m ist. Naciacilig bei der bekannten Natriumhochdrucklampe
ist. daß ohne besondere Maßnahmen die Innenwandung der Lichtbogenentladungsröhre im
Laufe der Zeil erheblich geschwärzt wird und folglich die Lichtstarke absinkt und die Lebensdauer der Lampe
dadurch kurzer wird. Ferner ergeben sich große l.ampenspannungsänderungcn und die Lichtfarbe schwankt
dadurch stark.
b5 Aufgabe der Erfindung ist es dementsprechend, eine Natriumhochdruckiampc der angegebenen Gattung
derart weiterzubilden, daß ihre Lebensdauer erhöht wird und die Lichtfarbc weitestgehend konstant bleibt.
Diese Aufgabe wird crfindungsgcmüß durch die Weiterbildung nach dein Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgesiiltuiigen clcr Erfindung ergeben sich aus den Untcransprüchi'n.
Gemäß der Erfindung können daher die Lichtbogen-Entladungsstellen immer an den Vorderen Flächen der
Elektrodenkerne gehalten werden, so daß die Lichtbogenlänge, die Elektrodentemperatur und die Temperatur
an der kältesten Stelle in der Entladungsröhre beinahe kosntant gehalten werden können und folgiich eine
Veränderung der elektrischen oder optischen Kenndaten vermieden werden kann, wodurch eine lange Lampenlebensdauer
sichergestellt ist
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Natriumhochdrucklampe,
F i g. 2 teii .»eise im Schnitt und in einem größeren Maßstab eine Seitenansicht der Elektrode und
F i g. 3 eine Kurvendarstellung, in welcher ein Vergleich der Lampenspannung über der Betriebszeit zwischen
einer erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen Natriumhochdrucklampe wiedergegeben ist
Irr F i g. 1 weist eine Natriumhochdrucklampe einen evakuierten Außenkolben 1 und eine Entladungsröhre 2
wie bei den herkömmlichen Ausführungsformen auf. Die Entladungsröhre 2 weist eine transparente, lichtdurchlässige
Aluminiumoxidröhre mit einem Innendurchmesser von 8 mm und einem Außendurchmesser von 9,6 mm
auf. Niobröhren 3 und 4 sind gasdicht über den Enden der Entladungsröhre 2 angebracht oder auf diese
aufgesteckt, und Elektroden 5 und 6 stehen von den Innenenden der Niobröhren 3 bzw. 4 vor und sind in einem
Abstand von mindestens 31 mm angeordnet.
Anhand von F i g. 2 wird der Aufbau der Elektrode 5 beschrieben, da die Elektroden 5 und 6 einander im
Aufbau entsprechen. Die Elektrode 5 weist einen Kern 7 auf, welcher aus mit Thorium legiertem Wolfram
hergestellt ist und einen Durchmesser d von 0,9 mm hat Bei einer dreifach gewendelten Abcr>iirmwieklung 8,
deren Durchmesser 0,5 mm ist und die aus Wolfram hergesteiii ist, sind zwei Windungen ύτη den Kern 2
ausgehend von der Stelle gewunden, die in einem Abstand Λ von dem freien oder inneren Ende des Kerns 7
angeordnet ist; bei einer dreifach gewendelten Innenwicklung 9, deren Durchmesser 0,5 mm ist, die aus Wolfram
hergestellt und mit elektronenemittierenden Verbindungen, wie BaCOj, CaCO1, ThO2 usw. beschichtet ist, sind
sechs Windungen um den Kern 7 angrenzend an die AbschirmwicMung 8 gewunden.
Wenn eine einzige Wicklung als Abschirmwicklung 8 verwendet wird, wird ihr Gewicht groß und ihre
Wärmekapazität wird höher, so daß, wenn die Lampe geschichtet ist, die Zeit, die zum Einleiten der Lichtbogenentladung
nach der Glimmentladung erforderlich ist, langer wird. Während dieser Zeit kommt es zu einem
übermäßigen Zerstäuben der Elektroden, so daß die Innenwandung der Röhre 2 erheblich geschwärzt wird und
folglich die Lichtstärke absinkt und die Lebensdauer der Lampe kurzer wird. Unter den mehrfach gewendelten
Wicklungen, die ein geringes Gewicht haben und deren Wärmekapazität niedrig ist, ist ein dreifach gewandelter
Glühfaden gewählt worden, in gleicher Weise wie bei der dreifach gewendelten lnnenwickiung 9.
Der Kern 7 ist um Λ = 2,5 mm über das innere Ende derAbschirmwicklung 8 hinaus verlängert. Eine Elektrodenwicklung
10, deren Durchmesser 0,4 mm ist und die aus Wolfraum hergestellt ist, ist in zehn Windungen um
die Abschirm- und inneren Wicklungen 8 und 9 gewunden.
In Fi g. 1 ist Natriumamalgam 11 aus 8 mg Natrium und 20 mg Quecksilber in die Entladungsröhre 2 gefüllt
und die Gasmischung aus Neon und Argon ist bei etwa 2,66 kPa abgeschlossen. Metallfolien 12 und 13 aus Tantal
sind um die Enden der Röhre 2 so gewickelt, daß sie die Elektroden 5 und 6 umgeben; sie dienen dazu, die W'irme
und Licht, welche von der Entladungsröhre 2 und insbesondere von den Elektroden 5 und 6 abgestrahlt werden,
zu der kältesten Stelle zurückzureflektieren, an welcher das Natriumamalgam verbleibt, so daß die Temperatur
an der kältesten Stelle ansteigt. Folglich steigt auch der Dampfdruck in der Entladungsröhre 2 beträchtlich an.
Da ferner der Innendurchmesser der Rohre 2 von 8 mm erheblich größer ist als der einer herkömmlichen
Natriumhochdrucklampe (von 150 W). kommt es zu einer Selbstumkehr der Natrium-D-Linien und die Verbreiterung
der Spektrallinien in dem sichtbaren Bereich wird größer. Folglich kann eine Lichtfarbe sowie eine
Farbwiedergabe erhalten werden, die besser ist als die, die mit den herkömmlichen Natriumhochdrucklampen
erhalten worden ist
Wenn die Axiallänge der Metallfolien 12 und 13 verlängert wird, kann die Temperatur an der kältesten Stelle
angehoben werden, so daß auch der Dampfdruck in der Entladungsröhre 2 ansteigt. Folglich können dann durch
Ändern der axialen Länge der Metallfolien 12 und 13 die elektrischen Kenndaten sowie die Lichtfarbe frei
gewählt oder gesteuert werden.
Bei dieser Ausführungsform haben die Metallfolien 12 und 13 eine Dicke von 40 μΐη und eine axiale Länge von
13,0 mm, so daß unter der Voraussetzung, daß die Lampenleistung 150 W ist und der durchschnittliche Potentialgradient bei 2900 bis 3500 V/m gehalten wird, d.h. die ',ariijjenspannung auf 90 bis !1OV gehalten ist, die
Farbtemperatu" bei etwa 2500 K und der durchschnittliche Farbwiedergabeindex Ra auf höher als 80 gehalten
wird.
Die Entladungsröhre 2 ist in dem Außenkolben durch Zuleitungsdrähte 14 und 15, Tragplatten 16 und 17 sowie
einen Haltestab 18 aus Isoliermaterial gehalten. Das eine Ende der unteren Tragplatte 16 ist an den Zuleitungsdraht 14 geschweißt, und das andere Ende ist fest mit dem unteren End·*; des Hallestabes 18 verbunden. Das
obere Ende des Haltestabes 18 ist lose in das Niobrohr 3 eingesetzt. Ein Zuleitungsdraht 19 verbindet den bo
Zuleitungsdraht 14 und das Niobrohr 3, um so zwischen diesen Teilen eine elektrische Verbindung herzustellen.
Ein Ende der oberen Tragplatte 17 ist an den Zulcitungsdraht 15 geschweißt, während sein anderes Erde an das
obere oder äußere Ende des oberen Niobrohres 4 geschweißt i?t. Die Zuleilungsdrähte 14 und 15 sind durch
einen Glasfuß 20 hindurch verlängert und mit einem Mittelkoniakt 23 und mit dem Mantel 22 eines Sockels 21
verbunden.
In jeder der Elektroden 5 und 6 der Entladungsröhre 2 ist die Innenwicklung 9, die mit den lichtemittierenden
Verbindungen beschichtet ist, vollständig eingeschlossen von dem Elektrodcnkern 3, der Abschirmwicklung 8
und der Elektrodenwicklung 10, so daß sie von dem Eniladungsraum isolier; bzw. getrennt ist. Außerdem wird
ein Teil der elektronenemittierenden Verbindungen in ausreichender Weise der inneren Endfläche des Kerns 7
zugeführt. Folglich ist während des Betriebs die Lichtbogensielle (bzw. der Lichtfleck) immer an der vorderen
Fläche des Kerns 7 ausgebildet. Folglich können die Lichtbogenentladungslänge, die Elektrodentemperatur und
die Temperatur an der kältesten Stelle in der Entladungsröhre 2 während des Betriebs beinahe konstant
gehalten werden, so daß die vorstehend angeführten Lampcnkenndaten während der gesamten Lebensdauer
der Lampe beibehalten werden können.
Eine Nairiumhochdrucklampe der vorbeschriebenen Ausführung wurde Versuchen unterzogen, bei welchen
die Lampe in Reihe mit einem Konstanthalter oder einer Vorschaltcinrichtung geschaltet und mit einer konstanten
Spannung versorgt wurde. Die sich ergebende Lampenmspannungsschwankung ist durch Kurve 3t in F i g. 3
dargestellt. Während des Versuchs blieb der an der vorderen Fläche des Kerns 7 ausgebildete Lichtbogen
ortsfest, die Lampenspannungsschwankung lag innerhalb von 7 V, die Lichtfarbe blieb unverändert, und der
Lichtstrom blieb auf seinem Anfangswert, da ein Schwarzwerden der Entladungsröhre 2 verhindert wurde.
In herkömmlichen Natriumhochdrucklampcn sind die Elektroden 4 und 5 nicht mit der Abschirmwicklung 8
versehen, und stattdessen ist die innere Wicklung 9 nach innen verlängert. Somit sind die inneren Enden oder die
innerste Wicklung der Innenwicklung 9 bezüglich des Entladungsraumes frei und ungeschützt, so daß sich die
Lichtbogenausgangsstelle von der Endfläche des Kerns 7 zu dessen zylindrischen Oberfläche oder zu dem
freienEnde der Innenwicklung 9 verschiebt und dann zu der Endfläche zurückkehrt. Folglich schwanken während
der Lebensdauer die Lichtbogcnausgangsstellen sehr häufig an und bei den inneren Enden der Elektroden 5
und 6, so daß sich die Lampenspannune sehr stark und schnell ändert. Folglich steigt die durchschnittliche
Lampenspannung steil an. so daß sich die l.ichlfarbe über einem großen Bereich ändert und das Schwarzwerden
der Entladungsröhre beschleunigt wird, wodurch sich dann ein starker Lichtstromabfall ergibt.
Tabelle 1
(150 W; Nennspannung von 100 V und Anschaltdauer von 9000 h)
(150 W; Nennspannung von 100 V und Anschaltdauer von 9000 h)
Wie in Tabelle I dargestellt, ergibt sich, selbst wenn die Abschirmwicklung 8 vorgesehen ist, wenn das
Verhältnis h/d kleiner als 0,8 oder größer als 5.4 ist, eine große Lampenspannungsänderung, und folglich
schwankt die Lichtfarbe stark. Wenn entsprechend den von der Anmelderin durchgeführten Versuchen die
maximale Lampenspannungsänderung Δ V bezüglich der Lampcnnennspannannung kleiner als 20 V ist, kann die
Veränderung in der Lichtfarbe toleriert und zugelassen werden, und wenn die Lampenspannungsänderung Δ V
kleiner als 15 V ist, kann die Veränderung in der Lichtfarbe auf ein Minimum herabgesetzt werden. Aus Tabelle 1
ist zu ersehen, daß die Lampenspannungsänderung bei einer Lampe ohne die Abschirmwicklung im Vergleich zu
einer Lampe mit der Abschirmwicklung übermäßig hoch ist.
Der Grund, warum es zu einer großen Lampenspannungsänderung kommt, wenn das Verhältnis h/d kleiner
als 0,8 oder größer als 5,4 ist, ist folgender. Wenn die Verlängerung h kurz ist. ist der Abstand zwischen der
Endfläche des Kern 7 und der innersten Wicklung der Innenwicklung 9 entsprechend verkürzt, so daß sich die
Lichtbogenausgangsstelle zu dem Teil der Abschirmwicklung 8 hin verschiebt, welche zu dem Entladungsraum
hin ungeschützt ist. und kehrt dann zu dem Ausgangspunkt zurück, d. h. die Lichtbogenausgangsstelle schwankt
Wenn andererseits die Verlängerung h lang ist. reicht die Zufuhr von elektronenemittierendcn Materialien von
der Innenwicklung 9 zu der Endfläche des Kerns 7 über den Kern nicht aus. so daß die Lichtbogenausgangsstelle
schwankt.
60
65
Elektrode | Kernverlängerung | d/h | Abschirmwicklung | Max. Lampen |
Kerndurchmesser | h/mm | spannungsänderung | ||
d/mm | 0.55 | 0,6 | vorgesehen | Δ V/V |
0.9 | 0,7 | 0,8 | vorgesehen | 31 |
1.0 | 1.1 | vorgesehen | 20 | |
1,5 | 1.7 | vorgesehen | 15 | |
2.5 | 2.8 | vorgesehen | 11 | |
3,5 | 3.9 | vorgesehen | 7 | |
4,5 | 5.0 | vorgesehen | 9 | |
4.9 | 5.4 | vorgesehen | 15 | |
5.0 | 5.b | vorgesehen | ÄV | |
5.5 | 6.1 | vorgesehen | 21 | |
2,5 | 2.8 | nicht vorgesehen | 28 | |
64 | ||||
(Lampenspannung 100 V; angeschaltet für 9000 h)
Lampen- | hlcktrodc | Ver | h/d | Abschirm- | Max. Lampen- |
leistung | Kern· | längerung | wicklung | spannungsänderung | |
durchmesser | /i/nun | JV/ V | |||
(//mm | 0,5 | 0,7 | vorgesehen | ||
70W | 0.7 | 0.55 | 0,8 | vorgesehen | 27 |
0.7 | 1.0 | vorgesehen | 20 | ||
1.0 | 1,4 | vorgesehen | 17 | ||
1.5 | 2.1 | vorgesehen | 13 | ||
2.0 | 2,9 | vorgesehen | 10 | ||
3,0 | 4,3 | vorgesehen | 8 | ||
3,5 | 5,0 | vorgesehen | 11 | ||
3.8 | 5,4 | vorgesehen | 15 | ||
4,0 | 5,7 | vui gcsctieii | 20 | ||
2,0 | 2.9 | nicht vorgesehen | |||
0.5 | 0.4 | vorgesehen | 60 | ||
400W | 1,2 | 1.0 | 0.8 | vorgesehen | 38 |
2,0 | 1.7 | vorgesehen | 20 | ||
3.0 | 2.5 | vorgesehen | 11 | ||
4,0 | 3,3 | vorgesehen | 9 | ||
5,0 | 4.2 | vorgesehen | 10 | ||
b.O | 5.0 | vorgesehen | 11 | ||
6.5 | 5.4 | vorgesehen | 15 | ||
7,0 | 5.8 | vorgesehen | 20 | ||
3.0 | 2.5 | nicht vorgesehen | 26 | ||
61 | |||||
Wie in Tabelle 2 dargestellt, können auch ausgezeichnete Kenndaten bei Kerndurchmessern von 0,7 und 1,2
erhalten werden. Wenn die clektronenemittierendcn Materialien auf der Innenwicklung 9 vollständig von dem
Kern 7, der Abschirmwicklung 8 und der Elektrodenwicklung 10 eingeschlossen sind und vollständig von dem 35
Entladungsraum isoliert sind, und wenn das Verhältnis h/d gleich oder größer als 0,8 und gleich oder kleiner als
5,4 ist. d.h.
0,8 < h/d < 5,4.
können ausgezeichnete Kenndaten nicht nur bei den sogenannten Natriumhochdrucklampen mit einer hohen
Farbwiedergabe, bei welchen der durchschnittliche Potentialgradient höher als 2000 V/m gehalten ist. sondern
auch bei den allgemeinen Natriumhoehdrueklampen garantiert werden.
Wie aus den Tabellen 1 und 2 zu ersehen ist, wird eine l.ampcnspannungsändcrung insbesondere dann
erheblich unterdrückt, wenn für das Verhältnis /j/irfgilt: 45
1,1 S h/d £ 5.0,
wodurch dann ausgezeichnete Lampenkcnndatcn und eine ausgezeichnete Leistung sichergestellt werden können.
50
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Natriumhochdrucklampe, in welcher in einem Außenkolben eine transparente Entladungsröhre eingeschlossen
ist, die an ihren Enden Elektroden aufweist und in welcher neben Natrium ein Metall als Puffergas
eingeschlossen ist, und wobei jede der Elektroden folgende Teile aufweist: einen Elektrodenkern; eine um
den Elektrodenkern gewickelte Elektrodenwicklung, wobei der Elektrodenkern entladungsseitig über die
Elektrodenwicklung hinausragt; ein in den Raum zwischen dem Elektrodenkem und der Elektrodenwicklung
eingebrachtes elektronenemittierendes Material, und eine Abschirmeinrichtung, die in dem Raum zwischen
dem Elektrodenkem und der Elcktrodenwicklung in der Weise angeordnet ist, daß vermieden werden kann,
ίο daß das elektronenemittierende Material bezüglich des Entladungsraums in der Entladungsröhre frei daliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (8) eine mehrfach gewendelte Wicklung
aufweist und daß bezüglich der Abmessungen der folgenden Beziehung genügt ist:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15230979A JPS5676156A (en) | 1979-11-24 | 1979-11-24 | High-pressure sodium-vapor lamp |
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DE3044121C2 true DE3044121C2 (de) | 1984-10-18 |
Family
ID=15537703
Family Applications (1)
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Country Status (4)
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