DE3124802A1 - Elektrische lichtquelle mit metallhalogen-entladungsroehre und mit einer mit dieser in reihe geschalteten wolframwendel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lichtquelle mit Metallhalogen-Entladungsröhre und eine mit dieser in Reihe geschalteten Wolframwendel.

Wie bekannt, entsteht in Metallhalogen-Lampen mit Quarzkolben zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden die Bogenentladung. Dabei liegt eine äußere Spannungsquelle an den Elektroden über ein mit der Lampe elektrisch in Reihe geschaltetes stromgrenzenden Elements an. In der Bogenentladung nehmen in einer Trägergasatmosphäre Quecksilber und Halogenverbindungen von verschiedenen Metallen teil. Die Spektralverteilung des Lichtes der Entladung ist - wie bekannt - abhängig von den verwendeten Metallen.

Von diesen Metallen ist ein Metall oder mehrere derart dosiert, daß sie unter Betriebstemperaturverhältnissen nicht völlig in Dampfphase übergehen, sondern ein Anteil in flüssigem Zustand an der Wandung des Entladungsraumes bleibt. Dadurch wird der Druck des Metalles bzvr. der Metalle - und dadurch die Spektralverteilung des Lichtes - durch den kältesten Punkt der Wand des Entladungsgefäßes, d.h. die Temperatur des sogenannten Kaltpunktes bestimmt» Diese Temperatur ist bei natriumhaltigen Lampen etwa 500-60O⁰C, wobei in. diesem Falle, wenn seltene Erdmetalle, z.B. Dysprosium, verwendet werden, diese Temperatur um 600-700°C liegt. Im allgemeinen ist die Temperatur eines Entladungsgefäßes in der Umgebung des Kathodenraumes am niedrigsten. Deswegen wird zur Erhöhung der Temperatur des Kathodenraumes eine wärmeisolierende bzw. wärmerückstrahlende Aluminiumoxyd- oder

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Zyrkoniumoxydschicht verwendet. Eine derartige Lösung ist unter anderem in der ungarischen Patentanmeldung Nr. EE-2551 beschrieben. Eine Beeinflussung der Temperatur wird auch durch die geometrische Gestaltung des Kathodenraumes erzielt. Besonders schwierig ist die Einstellung des Kaltpunktes in Lampen mit niedriger Leistung. Sie wird zumeist durch die Verringerung der Abmessungen eingestellt. Diese Maßnahme wirkt aber nachteilig hinsichtlich der erreichbaren Lebensdauer der Lampe, und weil in bezug auf den gesamten Energieaufwand zur Aufheizung der Kathodenräume eine höhere Energie verwendet werden muß, ist die Lichtausbeute der Lampe bedeutend schlechter. Es sind Lösungen bekannt geworden, wo der äußere Quarzkolben in den Entladungsraum hereingebracht wird, wodurch ein Anteil der Wärme zurückgestrahlt wird. Eine derartige Lösung ist unter anderem aus der DE-OS 28 40 771 bekannt.

In den meisten Fällen ist es erforderlich, daß die Entladungsröhre in einer evakuierten Kolben angeordnet ist.

Metallhalogen-Lampen werden zumeist durch eine Hochspannungsimpulse erzeugende Zündeinheit betrieben. Es sind aber auch solche Lösungen bekannt, wo die innere Zündelektrode neben der Kathode angeordnet ist, wie es bei den Quecksilberlampen auch üblich ist. In diesen Fällen muß aber dafür gesorgt werden, daß der mit der Zündelektrode versehene Kathodenraum nach der Ausschaltung der Lampe später abkühlt, als eine andere Stelle des Entladungsraumes, z.B. als der andere Kathodenraum.

Wenn die Abkühlung nicht auf diese Weise geschieht, können sich die aus der Dampfphase heraus erstarrenden Metallhalogene auf der Kathode und auf der Zündelektrode abscheiden, wodurch das Wiederzünden der Lampe behindert wird.

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Die zur Beseitigung dieser Erscheinungen verwendeten Methoden schränken aber die Lagemöglichkeiten der in Betrieb gesetzten Lampe bedeutend ein.

Bei Entladungslampen ist problematisch, daß man ein strombegrenzendes Element verwenden muß. Dieses ist ein induktives Glied oder ein elektronisches Mittel, das außerhalb der Lampe angeordnet wird. Dadurch wird die Konstruktion komplizierter und die Installation teurer.

Bei Mischlichtlampen ist es eine wohl-

bekannte Lösung, daß man als strombegrenzendes Element eine glühende Wolframwendel verwendet, die mit der Entladungsröhre im selben Kolben angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet ist. Diese Wendel ist im allgemeinen in der Mitte des Quarzkörpers, d.h. vom Quarzkörper verhältnismäßig weit weg angeordnet. Es ist eine Lösung bekannt (US-PS 3,445,719), bei welcher die Heizwirkung der Vorwiderstandswendel für die Erhöhung der Temperatur des Quarzkörpers ausgenützt wird. Bei dieser Lösung ist die Vorwiderstandswendel neben dem Quarzkörper parallel an beiden Seiten angeordnet, und die Temperatur des Endes des Quarzkörpers wird mittels einer temperaturreflektierenden Schicht eingestellt. Ein Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß der ganze Quarzkörper aufgeheizt wird, besonders auch der mittlere Teil desselben, der schon sowieso einer höheren Temperatur ausgesetzt ist. Diese hohe Temperatur, die im Sinne der Erfindung zwischen 900-120O⁰C liegt, beeinflußt die Wirkung der Lampe nachteilig und verursacht eine kurze Lebensdauer. Gemäß der DE-OS 29 15 208 ist eine in zwei Teile geteilte Wendel an beiden landen einer Quecksilberentladungsröhre wegen herstellungstechnischer Vereinfachung, höherer Lebensdauer und zur Erzielung einer geringeren Durchschlaggefahr angeordnet. Hier kommt es aber auf die Heizwirkung der Wendel nicht an, weil sie bei Quecksilberdampflampen nicht benötigt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die guten Eigenschaften von Mischlichtlampen und von Metallha

logen-Lampen so zu vereinigen, daß sie in jeder Hinsicht optimal werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes geht aus den Unteransprüchen hervor.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird die zur Begrenzung des Stromes verwendete Wendel derart angeordnet, daß - im Gegensatz zu den Mischlichtlampen - entweder der eine Kathodenraum oder beide Kathodenräume intensiv geheizt werden.

Dadurch wird ermöglicht, daß —-—--—--—-—---—---■-—·-.

die Temperatur des Kaltpunktes bedeutend erhöht werden kann. Diese Wirkung ist besonders bei Lampen mit geringerer Leistung wesentlich, weil die an der Wendel auftretende Verlustleistung ausgenützt wird. Dadurch wird die Lichtausbeute der Metallhalogenlampe wesentlich erhöht.

Die Heizwirkung der Wendel, die auf die Enden des Quarzkörpers wirkt, hat zur Folge, daß die Abmessungen der wärmereflektierenden Schicht an den Enden verringert werden können, wodurch eine bedeutende Lichtstromerhöhung erzielt wird.

Die thermische Asymmetrie, die die spätere Abkühlung des mit der Zündelektrode der Entladungsröhre versehenen Kathodenraumes bewirkt, wird entweder so eingestellt, daß eine asymmetrische wärmeisolierende Schicht verwendet wird, oder die strombegrenzende glühende Wolframwendel nur um den einen Kathodenraum angeordnet wird.

Dadurch entsteht eine Lichtquelle, die wie eine Glühlampe

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unmittelbar am Netz anschließbar ist.

Ein zusätzlicher Vorteil der auf diese Weise ausgebildeten Lichtquelle liegt darin, daß die Lampe sofort nach der Zündung Licht ausstrahlt, und daß das Spektrum durch das vom Glühfaden ausgestrahlte Licht in Richtung der niedrigeren Farbtemperatur versetzt wird.

Diese Wirkung ist besonders interessant bei Metallhalogenlampen, die Dosierungen von seltenen Erdmetallen (Dy, Ho, usw.), enthalten. Es können dadurch im Innenraum günstiger anwendbare Lichtquellen mit hervorragender Farbenwiedergäbe geschaffen werden.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Zeitdauer nach der Einschaltung abgekürzt wird, bis wegen der niedrigeren Betriebstemperatur der Entladungsröhre an den in Serieschaltung liegenden Wendeln eine höhere Spannung- zustande kommt. Die dadurch erhöhte Leistung heizt das bzw. die Enden des Quarzkörpers intensiver, wodurch die in dem Quarzkörper enthaltenen Metall- bzw. Metallhalogendosierungen schneller verdampfen und sich die Brennspannung viel schneller erhöht und den vorgegebenen Wert erreichen kann. Daraus folgt, daß dieses System auf die Brennspannung bzw. den Arbeitspunkt eine stabilisierende Wirkung hat, weil im Falle, wenn sich die Brennspannung erhöht, auf die Wendel(n) eine geringere Leistung gelangt, die Heizleistung abnimmt, die Kaltpunkt-Temperatur des Quarzkörpers absinkt, ein Anteil des Zusatzes kondensiert, wodurch wiederum die Brennspannung abnimmt. Dadurch wird die Lebensdauer der Lampe wesentlich erhöht.

Gleichzeitig werden die Nachteile der bekannten Mischlichtlampen beseitigt, die sich dadurch ergeben, daß die Vor-

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schaltwendel im allgemeinen in der Mitte des Quarzkörpers angeordnet ist, wodurch dieser an Stellen erwärmt wird, wo die Temperatur ohnehin schon sehr hoch ist. Es ist offensichtlich, daß eine solche Anordnung die Lebensdauer ungünstig beeinflußt.

Um zu erreichen, daß die Entladungsröhre durch die Netzspannung zündet, wird entweder eine Zündelektrode verwendet oder eine vorheizbare Kathode wie bei herkömmlichen Quecksilberdampflampen. Auch die Anwendung von Edelgasmischungen kann die Zündung erleichtern.

Ein Nachteil der Hochdruckentladungslampen liegt darin, daß diese nach dem Ausschalten eine gewisse Zeit lang nicht wiederzündbar sind. Eine Ausnahme bilden nur die sogenannten sofort wiederzündbaren Lampen, die aber Hochfrequenz-Impulse beanspruchen. Das Problem des Wiederzündens v/ird im Sinne der Erfindung durch eine zusätzliche Wendel gelöst, die mit Hilfe eines Schalters zugeschaltet wird, wenn in der Entladungsröhre kein Strom fließt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines einfachen Ausführungsbeispiels der Lampe,

Fig. 2 die einfachste Schaltungsanordnung der Lampe nach Patentanspruch 8,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Lampe, Fig. 4 eine Lampe.mit Reflektorkolben, und

Fig. 5 eine Lampe in einer Ausführungsform, bei der statt

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der Wolframwendel eine Halogen-Glühlampe verwendet wird.

Fig. 1 zeigt die einfachste prinzipielle Schaltungsanordnung der Erfindung. Mit der Metallhalogen-Entladungsröhre 1 ist die Wendel 2 in Reihe geschaltet. Sie hat die Aufgabe, den Strom zu begrenzen und für die Heizung des kalten Raumes zu sorgen. Die Zündelektrode der Entladungsröhre wird über den Zündwiderstand 3 gespeist.

Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung. Über die vorher erwähnten Elemente ist im System eine weitere Glühwendel 5 vorgesehen, die in dem Falle leuchtet, wenn die Entladungsröhre nicht funktionsfähig ist, z.B. wenn die Entladungsröhre beschädigt ist oder wenn die Lampe in heißem Zustand wieder eingeschaltet wurde und die Entladungsröhre deswegen nicht zünden kann. Den Strom der Entladungsröhre fühlt das Element 7 und wenn durch dieses Element Strom fließt, ist der Schalter 6 geöffnet. Die durch diese Weise gebildete Schaltung sichert, daß die Lampe ständig in leuchtfähigem Zustand sei.

Fig. 3 zeigt die prinzipielle Gestaltung der Lampe. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Metallhalogen-Entladungsröhre mit der Glühwendel 2 in Reihe geschaltet, die die Aufgabe hat, den Strom zu begrenzen und für die Heizung des Kaltraumes zu sorgen. Die Zündelektrode enthält die Spannung über den Zündwiderstand 3. Ein mit Bimetall ausgeführter · Schalter 4 verbindet bei der heißen Lampe die Zündelektrode mit der Hauptelektrode, die neben dieser angeordnet ist, zwecks Verhinderung der Elektrolyse. Die Hilfswendel 5 wird über den Schalter 6 zum System parallel geschaltet, wenn über den Fühler 7 kein Strom fließt. Für die Stromzuführung sorgen Gestellelektroden 8 und 9, die in den Kolben 10, der mit einem Sockel 12 versehen ist, gasdicht eingelötet sind.

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In dem äußeren Kolben herrscht entweder Vakuum oder er ist mit Inertgas gefüllt. Für die Reinheit dieses Inertgases sorgt ein Getter 11. Die Enden der Entladungsröhre 1 sind mit einer wärmerückstrahlenden Schicht 13 bzw. 14 versehen, die z.B. aus Zyrkonoxyd hergestellt ist. Der Quarzkörper kann an seiner gesamten Oberfläche mit einem infrarotreflektierenden Überzug versehen werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung mit einem Reflektorkolben. Die Bezugszeichen der Fig. 4 sind mit denjenigen der Fig. 3 identisch. In dem äußeren Kolben ist entweder Vakuum oder eine Edelgasfüllung. Bei dieser Lösung werden die beiden Enden des Quarzkörpers durch eine geteilte Vorschaltwendel 2 geheizt.·

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der anstatt einer Wolframwendel eine Halogenglühlampe an einem Ende des Quarzkörpers verwendet wird. Diese Lampe arbeitet zweckmäßig in der "Kopf oben"-Betriebsart, aber durch Anwendung einer wärmereflektierenden Schicht am anderen Ende des Quarzkörpers kann ein Betrieb in beliebiger Lage realisiert werden.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der Quarzkörper aus einer Röhre mit 13 mm Innendurchmesser und mit einer Elektrodenabstand von 25 mm hergestellt. Der Quarzkörper enthält eine Dy-, Ho-, Tl-, Hg- und Ar-Füllung gemäß der ungarischen Patentschrift 172,230. Als Vorschaltwiderstand wurde eine Halogen-Glühlampe in der Höhe der unteren Quetschung des Quarzkörpers eingebaut. Die Leistungsaufnahme bei 240 V Netzspannung ist 500 W, die Lichtausbeute ist 35 lm/W, die Farbtemperatur ist 4500 K, der allgemeine Farbenwiedergabe index 1st 94.

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Beispiel 2

Bei diesem dem Beispiel 1 ähnlichen Ausführungsform ist der Quarzkörper aus einem Rohr mit 8 mm Innendurchmesser und mit einer Elektrodenentfernung von 15 mm hergestellt. Der Quarzkörper ist mit Dy-, Ho-, Tl-, I-, Hg- und Ar-Gas gefüllt. Die Leistungsaufnahme der Lampe ist 250 W, die Farbtemperatur ist 4600 K, der allgemeine Farbenwiedergabeindex ist 93.

Beispiel 3

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Quarzkörper aus einem Rohr von 6 mm Innendurchmesser und mit einem Elektrodenabstand von 13 mm hergestellt. Der Quarzkörper enthält eine Dy-, Ho-, Tl-, I-, Hg- und Ar-Gasfüllung. Die Leistungsaufnahme der Lampe ist 150 W, die Lichtausbeute ist 23 lm/W, die Farbtemperatur ist 4500 K und der allgemeine Farbenwiedergabeindex ist 93.

Claims (8)

1. Elektrische Lichtquelle mit Metallhalogen-Entladungsröhre und mit einer mit dieser in Reihe geschalteten Wolframwendel

   Patentansprüche

   Elektrische Lichtquelle, die in einem vakuumtechnisch geschlossenen Kolben eine mit einer Zündelektrode oder mit einer vorheizbaren Elektrode versehene Hochdruck-Metallhalogen-Entladungsröhre enthält, welche mit einer oder mehreren Wolframwendeln in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Entladungsröhre (1) in Reihe geschaltete(n) Wolframwendel(n) (2) das Ein-

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   TELEX TELEGRAMM: TELEFON BANKKONTO POSTSCHECKKONTO 1 -858 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AQ. W MEISSNER. BLN W inven d BERLIN 030/89160 37 BERLIN 31 122 82 109

   stellorgan der optimalen Temperatur des Kathodenraumes und des Arbeitspunktes der Entladungsröhre (1) bildet bzw. bilden.
2. 2. Elektrische Lichtquelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenkolben mit einem das Licht diffus machenden Überzug versehen ist.
3. 3. Lichtquelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Reflektorkolben aufweist.
4. 4. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Kathodenraumtemperatur eine Wolframwendel an einem Ende der Entladungsröhre angeordnet ist.
5. 5. Elektrische Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer Wolframwendel eine Halogen-Glühlampe vorgesehen ist.
6. 6. Elektrische Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Glaskolben (10) über eine Inertgasfüllung verfügt und daß die Temperatureinstellung des Kathodenraumes durch Strahlung, Strömung und Leitung der von der Wolframwendel erzeugten Wärme erfolgt.
7. 7. Elektrische Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kolben (10) und/oder die Entladungsröhre (1) mit einer die Wärmestrahlung reflektierenden Schicht überzogen ist.

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8. 8. Elektrische Lichtquelle nach einem der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Wolframwendel (5) vorgesehen ist, die
   bei Nichtfunktionieren der Entladungsröhre eingeschaltet ist.

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