DE3109539A1

DE3109539A1 - Hochleistungs-entladungslampe mit elektronischer starthilfe

Info

Publication number: DE3109539A1
Application number: DE19813109539
Authority: DE
Inventors: Michael Martin North Royalton Ohio Minarczyk
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB2072967A; FR2478872B1; JPS56141162A; MX156236A; US4322658A; JPS5846821B2; FR2478872A1; BR8101695A; GB2072967B; DE3109539C2; CA1154076A

Description

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Hochleistungs-Entladungslampe mit elektronischer

Starthilfe

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Hochleistungs-Entladungslampe, die mit einer elektronischen Starthilfe ausgestattet ist, durch die die übliche Notwendigkeit einer Starthilfeelektrode, die in das Entladungsrohr fest eingeschlossen ist, beseitigt wird. Dadurch kann eine höhere Leistung und eine bessere Lichtstromerhaltung zusammen mit längerer Lebensdauer erreicht werden.

Hochleistungs-Entladungslampen des Quecksilberdampf- oder Metallhalogenid-Typs weisen im allgemeinen ein Entladungsrohr aus Quarz oder geschmolzenem Siliciumdioxid auf, das innerhalb eines äußeren Glasmantels mit einem Schraubsockel an einem Ende befestigt ist. Das Entladungsrohr enthält das Entladungsmedium, wie Quecksilber und Metallhalogenid, zusammen mit einem Inertgas, wie Argon, zum Starten. Die Bogenentladung erfolgt zwischen thermionischen Hauptelektroden, die in die Enden des Entladungsrohres eingeschmolzen sind. Um das Starten der Lampe zu ermöglichen

oder zu erleichtern, war es übliche Praxis, auch eine Starthilfeelektrode vorzusehen, die in ein Ende des Entladungsrohres nahe einer der Hauptelektroden eingeschmolzen ist. Die Hilfselektrode kann ein Wolframdraht sein, der in den Entladungsraum des Entladungsrohres ragt und über einen strombegrenzenden Widerstand entfernt davon mit der Hauptelektrode verbunden ist.

Eine Startelektrode ist sehr nützlich, um die Belastung beim Starten der Lampe aufnehmen zu helfen, hat aber entschiedene Nachteile. Metallhalogenidsalz, das im Bereich um die Startelektrode und die benachbarte Hauptelektrode kondensiert ist, kann der Elektrolyse unterliegen, was zu beschleunigtem Versagen der Dichtung am Ende des Entladungsrohres mit der Startelektrode führt. Die US-PS 3 226 697 bietet eine Lösung für dieses Problem in Form eines Thermoschalter s, der so angeordnet ist, daß er die Startelektrode zur benachbarten Hauptelektrode hin kurzschließt, ausgelöst durch die Wärme vom Entladungsrohr nach dem Starten und Erwärmen der Lampe. Während dies eine gute praktische Antwort ist, die weithin aufgegriffen wurde, ist sie nicht vollkommen. Die Verzögerung im Schließen des Thermoschalters 14, während sich das Entladungsrohr erwärmt, ist ein entscheidender Faktor beim Verringern der Instandhaltung und beim Verkürzen der Lebensdauer der Lampe, insbesondere bei Anwendungen, wo die Lampe häufig ein- und ausgeschaltet wird. Ferner kompliziert die Startelektrode die Herstellung und macht eine breitere Dichtung notwendig, die möglichst zu vermeiden ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Hochleistungs-Entladungslampe, bei der die Notwendigkeit einer Starthilfeelektrode entfällt.

Eine erfindungsgemäße Hochleistungs-Entladungslampe verwendet ein Entladungsrohr mit nur einer in jedem Ende einge-

schmolzenen Hauptelektrode ohne Starthilfeelektrode. Das Entladungsrohr und eine äußere Startsonde werden von einem Sockel getragen, wobei die Sonde in die Nähe der Entladungskammer des Entladungsrohres ragt. Bei der gewöhnlich bevorzugten Anordnung sind sowohl das Entladungsrohr als auch die Sonde innerhalb einer Außenhülle oder eines Außenmantels angeordnet oder eingeschlossen, der an einem Ende einen Hals aufweist, an dem der Sockel befestigt ist. Der Sockel enthält einen Impulsstromkreis mit einem Kondensator in einem Ladestromkreis, angeschlossen über die Sockelanschlüsse, einen Impulstransformator und eine spannungsabhängige Schalteinrichtung. Die spannungsabhängige Schalteinrichtung ist mit der Primärwicklung des Transformators über den Kondensator in Reihe geschaltet, und die Sekundärwicklung des Transformators ist mit der Sonde verbunden. Der Impulstransformator wird durch die im Kondensator gespeicherte Energie erregt, wenn er sich über die Schalteinrichtung entlädt, und erzeugt einen Hochspannungsimpuls, der über die Sonde zum Entladungsrohr gebracht wird. Nach dem Starten des Entladungsrohres fällt die über die Schalteinrichtung angelegte Spannung unter die Abbruchspannung und schaltet den Schaltkreis ab.

.■*** Ein mögliches Merkmal der Erfindung ist ein im Sockel angeordneter und mit dem Kondensator im Ladeschaltkreis verbundener Thermoschalter. Der Kondensator verschlechtert sich rasch, wenn er bei der verhältnismäßig hohen Temperatur innerhalb des Sockels unter Lampenspannung gelassen wird. Der Thermoschalter macht auf, nachdem die Lampe lange genug in Betrieb war, um den Sockel zu erhitzen, wodurch der Kondensator aus dem Schaltkreis genommen wird. Dies gewährleistet eine lange Lebensdauer für den Kondensator ungeachtet seiner Anordnung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile in verschiedener Ansicht;

Fig. 1 zeigt eine Hochleistungs-Entladungslampe gemäß der Erfindung in einer bevorzugten Form, bei der die Sockelteile vertikal stark vergrößert dargestellt sind, um die innere Anordnung zu zeigen;

Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltanordnung der Lampe der Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine 175 W-Halogen (Metallhalogenid)-Lampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine Bogenentladungskammer innerhalb einer inneren Hülle oder eines Bogenentladungsrohres 1 aus geschmolzenen Siliciumdioxid aufweist, und zwar getragen innerhalb eines äußeren Glasmantels 2. Wolframdrahtelektroden 3, 4 sind an den Enden des Rohres 1 angeordnet und von Stromzuführungen 5 bzw. 6 getragen, die mit Hilfe von Molybdänfolien 7,8 vakuumdicht durch die zusammengedrückten Enden 9, 10 des Rohres ragen. Beispielsweise hat ein Entladungsrohr, wie dargestellt, ein Innenvolumen von 3,9 cm , und eine geeignete Füllung umfaßt 26 mg Quecksilber und 11 mg Halogenid, bestehend aus 84 % NaJ, 12 % ScJ₃ und 4 % ThJ₄, jeweils · Gew.-%, plus inertes Startergas, wie Argon oder Xenon.

Der äußere Mantel 2 ist an seinem unteren oder Halsende mit einem wieder eintretenden Fuß 12 versehen, durch den drei verhältnismäßig steife Zuleitungsdrähte 13, 14 und 15 ragen. Ein Lampenschraubsockel 16 wird auf dem Hals mit Hilfe eines Verlängerungskragens 17 gehalten, der bei 18 an einen inneren Stahlring 19 gebogen ist, versehen mit elastischen Streifen 21 mit einwärts gerichteten Vorsprüngen 22, die in passende Vertiefungen 23 im Glashals eingreifen. Das Entladungsrohr wird innerhalb des Mantels durch Verschweißen der Zuführung 5 mit dem Zuleitungsdraht und der Zuführung 6 mit einem Rahmenstab 24, der an die Zuleitung 13 geschweißt ist, gehalten. Der Rahmen reicht

bis zur Verankerungsvertiefung 25 im oberen Ende des Mantels, die er durch eine umgreifende Klammer 26 umfaßt. Ein durch den Verlängerungskragen 17 ragender Leiter 27 verbindet den Zuleitungsdraht 13 mit der Gewindehülse 28 des Sockels, der als übliche/ geerdete Seite der Lampe dient. Ein weiterer Leiter 29 verbindet den Zuleitungsdraht 14 mit dem zentralen Bodenkontakt 31 des Sockels, der als "heiße" Seite der Lampe dient.

Die elektronische Starthilfe oder der Impulsgeber besteht aus fünf hauptsächlich wirksamen Teilen, die auf einer isolierenden Platte 32 befestigt sind, das innerhalb des Lampensockels 16 neben dem Glasgewebe 33 angeordnet ist. Ein Widerstand R ist mit einem Kondensator C und einem Thermoschalter S über die Lampenspannungsanschlüsse in Reihe geschaltet, d.h. zwischen der Hülse 28 und dem Bodenkontakt 31 des Sockels, um so einen Ladeschaltkreis zu bilden. Ein Impulstransformator T, geeigneterweise ein magnetischer mit einem Ferritkern, oder andererseits ein piezoelektrischer, ist mit der Primärwicklung in Reihe mit einer spannungsabhängigen Schalteinrichtung G über einen Kondensator C verbunden. Eine spannungsabhängige Schalteinrichtung ist eine solche, die plötzlich von einem Zustand hoher Impedanz zu einem Zustand niederer Impedanz überwechselt, wenn die angelegte Spannung einen als Zusammenbruch- oder Durchschlagwert bekannten vorbestimmten Wert erreicht: Beispiele sind Einrichtungen mit Funkenstrecke und Festkörper-Schalteinrichtungen, wie Vierschichtendioden. In der Figur ist die Schalteinrichtung als eine solche mit Funkenstrecke dargestellt worden. Die Sekundärwicklung des Impulstransformators ist mit einem Ende mit der Funkenstrecke und mit dem anderen Ende mit dem Zuleitungsdraht 15 verbunden, der durch den Fuß 12 des Mantels hindurch am anderen Ende herausragt. Ein externer Startdraht oder eine Sonde 34, am Zuleitungsdraht 15 angeschweißt, endet dicht bei der Mitte des Ent-

ladungsrohres.

Die Lampe wird in Betrieb genommen, indem sie über die Ausgangsklemmen eines herkömmlichen Stromregelschaltkreises für eine Vorrichtung mit einer negativ abfallenden Reaktanz angeschlossen wird. Beispielsweise ist eine geeignete Vorrichtung der übliche 175 W CWA (constant v/attage autotransformer)-Ballast für eine 175 W-Metallhalogenidlampe. Wie dargestellt, umfaßt der Ballast eine Primärwicklung 36, die über Wechselstromleitungsklemmen 37, 38 angeschlossen ist, eine Sekundärwindung 39, die über einen Autotransformatorabgriff in die Primärwicklung geschaltet ist, und einen Reihenkondensator 40. Die Spannung des offenen Schaltkreises vom Ballast beträgt etwa 300 V (Effektivspannung) . Zunächst lädt der Kondensator G über den Widerstand R bei jedem Halbzyklus bis zum überschreiten der Durchschlagsspannung des Abstands G auf. Der Kondensator C entlädt dann plötzlich über die Primärwicklung des Impulstransformators T, und in der Sekundärwicklung entsteht ein hoher Spannungsimpuls. Als Beispiele für die Schaltkreisparameter kann der Widerstand R 20 kjfi, der Kondensator 0,05 /uF haben und das Verhältnis der Anzahl der Windungen des Impulstransformators 1:50 sein. An der Sonde 34 kommt ein Impuls von 4 kV mit einer Dauer von etwa 15 /us alle 16 ms heraus. Die Sonde liefert sichtbare Ionisation durch den kapazitiven Effekt, und die Zündspannung wird reduziert. Sobald das Entladungsrohr startet, fällt die vom Ballast ausgehende Spannung ab und die Spannung, auf die der Kondensator C auflädt, geht nicht mehr über die Überschlagsspannung der Funkenstrecke hinaus. So hört die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen sofort auf.

Der Kondensator C ist der Teil des elektronischen Impulsschaltkreises, der als Folge der Wärme am meisten der Verschlechterung unterliegt. Der Impulsschaltkreis liegt innerhalb des Sockels an einer Stelle am weitesten entfernt von ("em heißen Entladungsrohr und ist in eine Vergießmasse einge-

bettet, um gute Wärmeleitfähigkeit zur Sockelhülse zu gewährleisten. Die Sockelhülse ist aus Messing oder Aluminium und steht mit der entsprechenden Hülse der Muffe in Kontakt, durch die Wärme nach außen geleitet und gestrahlt wird. Ungeachtet all dieser Vorsichtsmaßnahmen wurde gefunden, daß unter diesen Umständen das Dielektrikum des Kondensators nicht die Lebensdauer der Lampe überdauert, die bei 15.000 Stunden liegen kann. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung, die dieses Problem überwunden hat, ist das Vorsehen des Thermoschalters S, der dem Kondensator C körperlich naheliegt und mit dem Widerstand R und dem Kondensator C über die Lampenanschlüsse in Reihe geschaltet ist. Wenn die Temperatur innerhalb des Sockels etwa 75°C erreicht, öffnen die Schaltkontakte und verhindern dann das Anlegen der Lampenspannung an den Kondensator. Auch wenn die Temperatur des Kondensators unter diesen Umständen nicht sehr abweicht, verlängert das Fehlen der Spannung am Dielektrikum dessen Lebensdauer um ein Mehrfaches und macht es voll angemessen für die vorgesehene Lebensdauer der Lampe. Außerdem beseitigt das öffnen des Ladeschaltkreises zum Kondensator den Energieverlust im Reihenwiderstand R, der nahe bei 1 W liegen kann. Während die Energieeinsparung gering ist, übersteigt bei den heute herrschenden Energiewerten deren Betrag über die Lebensdauer der Lampe hinweg die Teilkosten des Thermoschalters.

Claims

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Ansprüche

Hochleistungs-Entladungslampe mit einem Entladungsrohr mit einer in jedes Ende eingeschmolzenen Elektrode und einer die Bogenentladung unterhaltenden Füllung, einem Sockel und einer Einrichtung zum Tragen des Entladungsrohres, wobei der Sockel eine Metallhülse und einen isolierten Endkontakt zusammen mit aus der Hülse und dem Endkontakt zu den Elektroden des Entladungsrohres ragenden Leitern aufweist, gekennzeichnet durch eine elektronische Impulsschaltung im Sockel mit einem Widerstand (R) und einem Kondensator (C), in Reihe zwischen Hülse und Endkontakt geschaltet, einen Impulstransformator mit einer Primär- und einer Aufwärts-Sekundärwicklung, und eine spannungsabhängige Schalteinrichtung, wobei die Primärwicklung (36) des Transformators in Reihe mit der Schalteinrichtung über den Kondensator und die Sekundärwicklung (39) mit einer Sonde (34), getragen vom Sockel, in die Nähe des Entladungsrohres ragend, verbunden ist und die Schalteinrichtung eine Durchschlagsspannung hat, die kleiner ist als die, auf die der Kondensator vor dem Zünden des Entladungsrohres auflädt, wodurch der Schaltkreis Hochspannungsimpulse erzeugt, bis die Lampe startet.

2. Hochleistungs-Entladungslampe nach Anspruch λ, deren spannungsabhängiger Schalter eine Einrichtung mit Funkenstrecke ist.

3. Hochleistungs-Entladungslampe nach Anspruch 1, deren Entladungsrohr (1) in einem äußeren Glasmantel (2) eingeschlossen ist und so einen Doppelmantel bildet, worin der an einem Ende des Mantels befestigte Sockel und die Leiter von der Hülse und dem Endkontakt in den Mantel hinein zu den Elektroden (3, 4) des Entladungsrohres (1) reichen, und in der eine Seite der Sekundärwicklung (39) des Transformators mit einer üblichen Stelle und die andere mit einem in den Mantel zur Sonde (34), die.nahe dem Entladungsrohr endet, führenden Leiter verbunden ist.

4. Lampe nach Anspruch 3, in der der Glasmantel (2) einen Fuß mit drei Drähten (13, 14, 15) an einem Ende aufweist, durch den Leiter von der Hülse und dem Endkontakt des Sockels zu den Elektroden (3, 4) des Entladungsrohres (1) und von der Sekundärwicklung des Impulstransformators zu der nahe dem Entladungsrohr endenden Sonde (34) reichen.

5. Lampe nach Anspruch 1 mit einem Thermoschalter in dem Sockel, mit dem Widerstand und dem Kondensator zwischen Hülse und Endkontakt in Reihe geschaltet, der aufmacht, wenn der Sockel normale Betriebstemperatur erreicht, wodurch die Spannung vom Kondensator genommen wird und seine Lebensdauer verlängert. .