DE3109539C2

DE3109539C2 - Hochdruck-Metalldampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3109539C2
Application number: DE3109539A
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: 1985-06-05
Also published as: GB2072967A; FR2478872B1; JPS56141162A; MX156236A; DE3109539A1; US4322658A; JPS5846821B2; FR2478872A1; BR8101695A; GB2072967B; CA1154076A

Abstract

Eine Hochleistungs-Entladungslampe weist ein Entladungsrohr (1) mit zwei Elektroden (3, 4) und eine externe Startsonde (34) auf, die von einem Sockel getragen wird und vorzugsweise innerhalb eines äußeren Mantels (2) eingeschlossen ist, an dem der Sockel befestigt ist. Der Sockel enthält einen elektronischen Impulsschaltkreis mit einem Kondensator (C), in einem Ladeschaltkreis über die Sockelklemmen angeschlossen, einen Impulstransformator, dessen Primärwicklung (36) mit einem spannungsabhängigen Schalter über den Kondensator in Reihe geschaltet ist, und eine Hochtransformier-Sekundärwicklung (39), die mit der Sonde (34) verbunden ist. Nach dem Starten fällt die Spannung über den Kondensator unter den Durchschlagwert des Schalters ab und die Impulse hören auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochleistungs-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hochdruck-Metalldampfentladungslampen des

Quecksilberdampf- oder Metallhalogenid-Typs weisen im allgemeinen ein Entladungsgefäß aus Quarz oder geschmolzenem Siliciumdioxid auf, das innerhalb eines äußeren Glaskolbens mit einem Schraubsockel an einem Ende befestigt ist. Das Entladungsgefäß enthält das Entladungsmedium, wie Quecksilber und Metallhalogenid, zusammen mit einem Edelgas, wie Argon, zum Zünden. Die Bogenentladung erfolgt zwischen thermionischen Hauptelektroden, die in die Enden des Entladungsgefäßes eingeschmolzen sind. Um das Zünden der Lampe zu ermöglichen oder zu erleichtern, ist üblicherweise eine Zündhilfselektrode vorgesehen, die in ein Ende des Entladungsgefäßes nahe einer der Hauptelektroden eingeschmolzen ist. Die Hilfselektrode kann ein Wolframdraht sein, der in den Entladungsraum des Entladungsgefäßes ragt und über einen strombegrenzenden Widerstand entfernt davon mit der Hauptelektrode verbunden ist.

Eine interne Zündelektrode ist sehr nützlich, um die Belastung beim Zünden der Lampe aufnehmen zu helfen, hat aber entschiedene Nachteile. Metallhalogenidsalz, das im Bereich um die Zündelektrode und die benachbarte Hauptelektrode kondensiert ist, kann der Elektrolyse unterliegen, was zu beschleunigtem Versagen der Dichtung am Ende des Entladungsgefäßes mit der Zündelektrode führt. Die US-PS 32 26 597 bietet eine Lösung für dieses Problem in Form eines Therrnoschalters, der so angeordnet ist, daß er die Zündelektrode zur benachbarten Hauptelektrode hin kurzschließt, ausgelöst durch die Wärme vom Entladungsgefäß nach dem Zünden und Erwärmen der Lampe. Während dies eine gute, praktische Antwort ist, die weiterhin aufgegriffen wurde, ist sie nicht vollkommen. Die Verzögerung im Schließen des Thermoschalters, während sich das Entladungsgefäß erwärmt, ist ein entscheidender

ίο Faktor für häufigere Wartungsarbeiten und eine Verkürzung der Lebensdauer der Lampe, insbesondere bei Anwendungen, wo die Lampe häufig ein- und ausgeschaltet wird. Ferner kompliziert die interne Zündelektrode die Herstellung und macht eine breitere Dichtung notwendig, die möglichst zu vermeiden ist

Bei der Metalldampf-Entladungslampe gemäß der DE-OS 27 17 853, die eine externe Zündelektrode aufweist, wird in der Impuisschaltung ein Glimmstarter verwendet, der in Abhängigkeit von der Wärmeentwicklung öffnet und schließt Derartige wärmeabhängige Schaltvorgänge sind langsam, träge und ungenau. Ferner sind bei der bekannten Entladungslampe insbesondere die Kondensatoren sowohl Wärme als auch Spannung ausgesetzt, wodurch ihre Beanspruchung erhöht und ihre Lebensdauer verkürzt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß ein sicherer Betrieb der Lampe bei langer Lebensdauer erhalten wird.

Die Ajfgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der spannungsabhängige Schalter sichere und schnelle Schaltvorgänge ermöglicht, ohne daß eine Wärmeentwicklung notwendig ist. Durch den weiterhin vorgesehenen Thermoschalter wird er-, reicht, daß bei auftretenden hohen Temperaturen während des Lampenbetriebs der empfindliche Kondensator der Impulsschaltung nicht auch noch unter Spannung steht. Dadurch kann die Lebensdauer des Kondensators an die Lebensdauer der Entladungslampe angepaßt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 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-Metallhalogenid-Lampe dargestellt, die eine Bogenentladungskammer innerhalb eines Entladungsgefäßes 1 aus geschmolzenem Siliciumdioxid aufweist, und zwar getragen innerhalb eines äußeren Glaskolbens 2. Wolframdrahtelektroden 3,4 sind an den Enden des Gefäßes 1 angeordnet und von Strom-Zuführungen 5 bzw. 6 getragen, die mit Hilfe von Molybdänfolien 7, 8 vakuumdicht durch die zusammengedrückten Enden 9,10 des Gefäßes ragen. Beispielsweise hat ein Entladungsgefäß 1 wie dargestellt, ein Innenvolumen von 3,9 cm³, und eine geeignete Füllung umfaßt 26 mg Quecksilber und 11 mg Halogenid, bestehend aus 84% NaJ, 12% ScJ₃ und 4% ThJ₄, jeweils Gew.-%, sowie ein Zündgas wie Argon oder Xenon.
D&r Außenkolben 2 ist an seinem unteren oder HaIs-

ende mit einem rückspringenden Fuß 12 versehen, durch den drei verhältnismäßig steife Zuleitungsdrähte IJ, 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 angebördelt ist, der mit elastischen Streifen 21 mit einwärts gerichteten Vorsprüngen 22 versehen ist, aie in passende Vertiefungen 23 im Glashals eingreifen. Das Entladungsgefäß wird innerhalb des Außenkolbens 2 durch Verschweißen der Zuführung 5 mit dem Zuleitungsdraht 14 und der Zuführung 6 mit einem Rahmenstab 24, der an die Zuleitung 13 geschweißt ist, gehalten. Der Rahmen reicht bis zum Verankerungsansatz 25 im oberen Ende des Außenkolbens 2, den er durch eine umgreifende Klammer 26 umfaßt Ein durch den Verlangerungskragen 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 spannungsführende Seite der Lampe dient

Die elektronische Zündhilfe oder Impulsschaltung besteht aus fünf Hauptteilen, die auf einer isolierenden Platte 32 befestigt sind, die innerhalb des Lampensokkels 16 neben dem Glassteg 33 angeordnet ist Ein Widerstand R ist mit einem Kondensator C und einem Thermoschalter 5 über die Lampenspannungsanschlüsse in Reihe geschaltet, d. h. zwischen der Hülse 28 und dem Endkontakt 31 des Sockels, um so einen Ladeschaltkreis zu bilden. Ein Impulstransformator T, geeigneterweise ein magnetischer mit einem Ferritkern oder anderenfalls ein piezoelektrischer, ist mit seiner Primärwicklung in Reihe mit einem spannungsabhängigen Schalter G dem Kondensator C parallel geschaltet. Ein spannungsabhängiger Schalter wechselt plötzlich von einem Zustand hoher Impedanz zu einem Zustand niederer Impedanz über, wenn die angelegte Spannung einen als Durchschlagswert bekannten vorbestimmten Wert erreicht: Beispiele sind Funkenstrecken und Halbleiter-Schalteinrichtungen, wie Vierschichtendioden. In Fig.2 ist die Schalteinrichtung als eine Funkenstreckenanordnung dargestellt. Die Sekundärwicklung des Impulstransformators ist an einem Ende mit der Funkenstrecke und am anderen Ende mit dem Zuleitungsdraht 15 verbunden, der am anderen Ende durch den Kolbenfuß 12 hindurchführt. Eine externe Zündelektrode 34, am Zuleitungsdraht 15 angeschweißt, endet nahe der Mitte drs Entladungsgefäßes 1.

Die Lampe wird in Betrieb genommen, indem sie an die Ausgangsklemmen eines herkömmlichen Stromregelschaltkreises für eine Vorrichtung mit einer negativ abfallenden Reaktanz angeschlossen wird. Beispielsweise ist eine geeignete Vorrichtung die übliche 175 W (Konstantleistungs-SpartransformatorJ-Vorschaltanordnung für eine 175 W-Metallhaiogenidlampe. Wie dargestellt, umfaßt die Vorschaltanordnung eine Primärwicklung 36, die an Wechselstromleitungsklemmen 37, 38 angeschlossen ist, eine Sekundärwicklung 39, die über einen Spartransformatorabgriff in die Primärwicklung geschaltet ist, und einen Reihenkondensator 40. Die Leerlaufspannung der Vorschaltanordnung beträgt etwa 300 V (Effektivspannung). Zunächst lädt der Kondensator C über den Widerstand R bei jedem Halbzyklus bis zum Überschreiten der Durchschlagsspannung des Schalters 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 kii, der Kondensator 0,05 μΡ haben und das Windungsverhältnis des impulstransformators kann 1 :50 sein. An der Zündelektrode 34 kommt ein Impuls von 4 kV mit einer Dauer von etwa 15 μβ alle 16 ms heraus. Die Zündelektrode liefert sichtbare Ionisation durch den kapazitiven Effekt und die Zündspannung wird reduziert Sobald das Entladungsgefäß zündet fällt die Spannung der Vorschaltanordnung ab und die Spannung, auf die sich_der Kondensator Cauflädt geht nicht mehr über die Uberschlagsspannung der Funkenstrecke hinaus. So hört die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen sofort auf.

Der Kondensator C ist der Teil der elektronischen Impulsschaltung, der als Folge der Wärme am stärksten einem Verschleiß unterliegt Die Impulsschaltung liegt innerhalb des Sockels an einer Stelle am weitesten entfernt von dem heißen Entladungsgefäß und ist in eine Vergußmasse eingebettet um eine gute Wärmeleitfähigkeit zur Sockelhülse zu gewährleisten- Die Sockelhülse ist aus Messing oder Aluminium und steht mit der entsprechenden Hülse der Lampenfassung 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 erreicht, die bei 15 000 Stunden liegen kann. Deshalb ist ein Thermoschalter 5 räumlich nahe am Kondensator C angeordnet und elektrisch in Reihe mit dem Widerstand R und dem Kondensator C an die Lampenanschlüsse angeschlossen. Wenn die Temperatur innerhalb des Sockels etwa 75° C erreicht, öffnen die Schaltkontakte und verhindern dann, daß die Lampenspannung an dem Kondensator anliegt. Auch wenn sich die Temperatur des Kondensators unter diesen Umständen nicht wesentlich ändert so liegt doch keine Spannung am Dielektrikum, wodurch die Lebensdauer des Kondensators um ein Mehrfaches verlängert und an die vorgesehene Lebensdauer der Lampe angepaßt wird. 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, bei den heute herrschenden Energiewerten, übersteigt ihr Wert für die Lebensdauer der Lampe die zusätzlichen Kosten des Thermoschalters.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit in einem Außenkolben angeordneten Entladungsgefäß, mit einem Sockel mit einer Metallhülse und einem isolierten Endkontakt, mit Leitern von der Hülse und dem Endkontakt zu den Elektroden des Entladungsgefäßes, mit einer elektronischen Impulsschaltung im Sockel mit einem Widerstand und einem Kondensator in Reihe zwischen Hülse und Endkontakt und mit einem Impulstransformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung des Impulstransformators in Reihe mit einer Schalteinrichtung dem Kondensator parallel geschaltet ist und die Sekundärwicklung mit einer in die Nähe des Entladungsgefäßes ragenden Zündelektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein spannungsabhängiger Schalter (C) ist, dessen Durchschlagsspannu.ng kleiner ist als diejenige, auf die sich der Kondensator (C) vor dem Zünden des Entladungsgefäßes (1) auflädt, derart, daß bis zum Zünden der Lampe Hochspannungsimpulse erzeugbar sind, und daß in dem Sockel (16) ein Thermoschalter (S) angeordnet ist, der in Reihe mit dem Widerstand (R) und dem Kondensator (C) zwischen Hülse (28) und Endkontakt (31) geschaltet ist, wobei der Thermoschalter (S) öffnet, wenn der Sockel (16) eine normale Betriebstemperatur erreicht.

2. Hochdruck- Metalldampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Schalter (G) eine Funkenstreckenanordnung ist.