DE3151513A1

DE3151513A1 - Hochdruckmetalldampflampe

Info

Publication number: DE3151513A1
Application number: DE19813151513
Authority: DE
Inventors: Robert Benjamin Warrensville Heights Ohio Akins
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1982-08-12
Also published as: FR2497401B1; JPS57126059A; FR2497401A1; MX151045A; BR8108514A; CA1182509A; DE3151513C2; US4633135A; JPH0239061B2; GB2090464B; GB2090464A

Description

Beschreibung

Hochdruckmetalldampflampe

Die Erfindung betrifft Hochdruckmetall-, insbesondere Höchdrucknatriumdampflampen, bei denen Aluminiumoxidkeramikhüllen benutzt werden, und befaßt sich insbesondere mit einer äußeren kapazitiven Vorrichtung zum Erleichtern des Startens von solchen Lampen.

Hochdrucknatriumdampflampen haben während der letzten zehn Jahre weit verbreitete Verwendung für kommerzielle Beleuchtungszwecke gefunden, insbesondere bei der Außenbeleuchtung. Derartige Lampen sind in der US-PS 3 248 59 beschrieben. Bei ihnen wird eine schlanke rohrförmige Hülle aus lichtdurchlässigem, schwer schmelzbarem Oxid-

material benutzt, das gegen Natrium bei hohen Temperaturen beständig ist und bei dem es sich geeigneterweise um hochdichtes, polykristallines Aluminiumoxid oder synthetischen Saphir handelt. Die Füllung enthält Natrium zusammen mit einem Edelgas, um das Starten zu erleichtern, und Quecksilber zur Verbesserung der Lichtausbeute. Die Enden des Aluminiumoxidentladungsrohre.s sind durch geeignete Verschlußteile verschlossen, die die Verbindung mit Glüh- oder thermionisehen Elektroden herstellen, bei denen es sich um ein Gebilde aus schwer schmelzbarem Metall handeln kann, das durch Elektronen emittierendes Material aktiviert ist. Das Keramikentladungsrohr ist im allgemeinen innerhalb eines äußeren Glaskolbens abgestützt, der an einem Ende mit dem üblichen Schraubsockel versehen ist. Die Elektroden des Entladungsrohres sind mit den Klemmen des Sockels verbunden, d.h. mit dem Mantel- und mit dem Mittenkontakt, und der Raum innerhalb des Glaskolbens ist gewöhnlich evakuiert, um die Wärme zu bewahren.

Bei den größeren Hochdrucknatriumdampflampen, die für allgemeine Beleuchtungszwecke hergestellt werden, wird üblicherweise Xenon als Startgas benutzt. Die Wahl von Xenon, dem schwersten der ohne weiteres verfügbaren Edelgase, ergibt einen Vorteil in der Lichtausbeute gegenüber den leichteren Edelgasen, beispielsweise um bis zu 10 % oder mehr gegenüber Neon. Die Wahl von Xenon erhöht jedoch die erforderliche Zündspannung, und dem wird begegnet, indem in dem Vorschaltgerät oder Stromregler eine elektronische Schaltung vorgesehen wird, die als Quelle für Hochspannungsimpulse kurzer Dauer dient. Nachdem die Lampe gezündet worden ist, wird die an ihr anliegende Spannung verringert, und eine Abfühlschaltung spricht darauf an und macht den Startimpulsgenerator unwirksam.

Die Lichtausbeute einer mit Xenon gefüllten Hochdrucknatriumdampflampe nimmt mit dem Xenondruck von 13,33 mbar (10 torr) bis zu mehreren tausend Millibar (hundred torr) zu, die erforderliche Startspannung wird aber ebenfalls größer. Ein allgemein akzeptierter Kompromiß war ein Xenonfülldruck von etwa 26,66 mbar (20 torr). Das Vorschaltgerät für eine Hochdrucknatriumdampflampe von 400 Watt liefert eine Mindestimpulsamplitude von 2250 V beim Starten. Die Lichtausbeute einer Hochdrucknatriumdampflampe, die für ein solches Vorschaltgerät vorgesehen ist, kann vergrößert werden, indem der Xenonfüllungsdruck auf 133,33 (100) oder 266,6 mbar (200 torr) gesteigert wird, wobei die Lampe hinsichtlich ihrer Fähigkeit, mit dem vorhandenen Vorschaltgerät zu Starten, an die untere Grenze gelangt. Ihre Startfähigkeit kann verbessert werden und die Lampe kann akzeptabel gemacht werden, indem eine kapazitive Starthilfe vorgesehen wird, die in dem äußeren Kolben in der Nähe des Keramikentladungsrohres angeordnet wird.

Die US-PS 3 872 340 beschreibt eine kapazitive Starthilfe, die zwei thermisch verformbare Bimetallarme aufweist, deren Enden das Entladungsrohr bei Raumtemperatur umschließen und von diesem wegschwenken, wenn sie unter Betriebsbedingungen erhitzt werden. Es ist außerdem eine Hochdrucknatriumdampflampe eines japanischen Herstellers bekannt, in der ein langer flexibler Draht zwischen zwei Bimetallarmen gespannt ist, die an einem Tragrahmen jenseits der Enden des Entladungsrohres befestigt sind. Bei Raumtemperatur liegt der Draht an dem Keramikentladungsrohr an und ist teilweise um dieses herumgelegto Bei der Betriebstemperatur biegen sich die Bimetallarme und schwenken den Draht von dem Entladungsrohr weg. Diese Anordnung ist relativ kostspielig und erfordert mehr als den üblichen Grad an Geschicklichkeit und Sorgfalt bei ihrem Zusammenbau. Darüber hinaus gibt es im Falle eines Wiederstartens im warmen Zustand eine Verzögerung von bis zu 10 min, damit sich die Lampe und die Bimetalle abkühlen ■

können und der Startdraht in seine Raumtemperaturstellung zurückkehren kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine äußere Starthilfe für eine Hochdrucknatriumdampflampe zu schaffen, die wirksamer ist als die aus der ÜS-PS 3 872 340 bekannte und das Problem vermeidet, das bei der Lampe des japanischen Herstellers auftritt.

Eine kapazitive Starthilfe nach der Erfindung enthält ein leichtes und selbsttragendes langgestrecktes Metallteil
innerhalb des äußeren Kolbens einer umhüllten Entladungslampe. Bei Raumtemperatur wird das Teil durch einen thermisch verformbaren Arm, der in einer zu dem Entladungsrohr normalen Ebene schwenkt, längs gegen die Seite des Entladungsrohres gedrückt. Das Schwenkende des Arms ist an dem Teil mittig befestigt, d. h. in der Nähe des Mittelpunkts des Teils, und das entgegengesetzte Ende ist an einem Rahmenteil befestigt, welches das Entladungsrohr trägt und
mit einer Elektrode elektrisch verbunden ist. Nachdem die Lampe gestartet und aufgewärmt worden ist, bewirkt die Hitze aus dem Entladungsrohr, daß sich der Arm biegt und das Teil von dem Entladungsrohr wegschwenkt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Teil ein steifer Draht,der eine Wölbung oder eine leichte konkave Krümmung zu dem Entladungsrohr hin hat, und der thermisch verformbare Arm, der es trägt, ist ein Bimetallstreifen. Bei Raumtemperatur, bei der das Bimetall den Draht gegen das Entladungsrohr drückt, ist die Wölbung beseitigt. Im Falle
eines erneuten Schließens gestattet die Wölbung den Enden des Drahtes, in dem Entladungszyklus balder sich dem Entladungsrohr zu nähern und dieses zu berühren, wodurch die Zeit für das erneute Starten im warmen Zustand verkürzt

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wird, d.h. die Verzögerung beim Wiederstarten nach einer Betriebsperiode.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werdem im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Hochdrucknatriumentladungslampe nach der Erfindung,

Fig 2a und 2b in Draufsicht bzw. in Seitenansicht die Starthilfe im Betriebszustand der Lampe,

Fig. 3 die Starthilfe, die das Entladungsrohr im

Äbkühlzyklus berührt, und

Fig. 4 in Draufsicht eine Variante.

Fig. 1 zeigt eine Natriumdampflampe 1 nach der Erfindung, bei der es sich um eine Lampe von 250 Watt handelt. Sie hat einen äußeren Glaskolben 2 mit einem üblichen Schraubsockel 3, der an dem Quetschfußende befestigt ist, das ganz oben dargestellt ist. Durch einen nach innen vorspringenden Glasputzen 4 führen zwei relativ starke Anschlußdrähte 5,6 hindurch, deren äußere Enden mit dem Schraubmantel 7 und dem Mittenkontakt 8 des Sockels verbunden sind.

Der innere Kolben oder das Entladungsrohr 9, das mittig innerhalb des äußeren Kolbens 2 angeordnet ist, weist ein Stück lichtdurchlässiges Keramikrohr auf, geeigneterweise polykristalline Aluminiumoxidkeramik, die durchsichtig ist, oder einkristallines Aluminiumoxid, das klar und licht-

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durchlässig ist. Das obere Ende des Entladungsrohres ist durch einen Aluminiumoxidkeramikstopfen 10 verschlossen, durch den sich hermetisch ein Niobanschlußdraht 11 erstreckt, der die obere Elektrode 11a trägt, welche mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Verschluß am unteren Ende besteht ebenfalls aus einem Keramikstopfen 12, durch den sich ein dünnwandiges Niobrohr 13 erstreckt, welches sowohl als Zuleitung als auch als Reservoir für überschüssiges Alkalimetall und Quecksilber dient. Der Schaft der unteren Elektrode steht in das Rohr 13 vor und ist durch Sicken des Rohres um ihn herum an der Stelle 14 arretiert. Das Sicken läßt begrenzte Kanäle frei, die den Durchtritt des Alkalis und des Quecksilbers in Dampfform gestatten, aber deren Bewegung als flüssiges Amalgam verhindern, wodurch die Lampe nicht nur mit dem Sockel nach oben, wie dargestellt, sondern auch mit dem Sockel nach unten brennen kann. Die Keramikverschlüsse sind ausführlicher in der US-PS 4 065 691 beschrieben.

Die Befestigungsanordnung zum Abstützen des Entladungsrohres innerhalb des äußeren Kolbens gestattet eine unterschiedliche Wärmeausdehnung. Ein stabiler Haltestab 15 erstreckt sich im wesentlichen über die Länge des äußeren Kolbens; er ist an den Anschlußdraht 5 an dem Quetschfußende angeschweißt und durch eine Federklammer 16 abgestützt, die einen umgekehrten Nippel 17 am oberen oder gewölbten Ende des äußeren Kolbens umfaßt. Das Entladungsrohr ist hauptsächlich durch einen Leiter 18 abgestützt, der quer von der rohrförmigen Einführung 13 zu dem Haltestab 15 führt und mit diesen verschweißt ist. Am oberen Ende erstreckt sich ein axialer Anschlußdraht 11 durch eine Isolierbüchse 19, die an dem Stab 15 mit Hilfe eines Metallbandes 20 abgestützt ist, das fest um ihn herumgewickelt und durch Punktschweißen an dem Haltestab befestigt ist. Das Durchgangsloch der Büchse ist so bemessen, daß es eine freie Axialbewegung des Anschlußdrahtes 11 ohne übermäßiges seitliches Spiel gestattet. Ein federn-

der, flexibler Leiter 21, der zu einer offenen Schleife gebogen ist, ist an einem Ende mit dem Anschlußdraht 11 oberhalb der Büchse und an dem anderen Ende mit dem Anschlußdraht 6 verschweißt. Eine unterschiedliche Wärmeausdehnung wird durch die Axialbewegung des Anschlußdrahtes 11 in der Büchse 19 und durch Biegen des gekrümmten Leiters 21 aufgenommen.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine kapazitive Starthilfe vorgesehen, die einen geradegerichteten, bei erhöhter Temperatur vergüteten Draht 22 aufweist, der bei Raumtemperatur in Längsrichtung flach gegen die Seite des Entladungsrohres 9 gedrückt wird. Der Draht ist in seinem Mittelpunkt durch einen Bimetallstreifen 23 abgestützt, von dem ein Ende mit ihm durch eine Punktschweißung verbunden ist. Das andere Ende des Streifens 23 ist durch Punktschweißung mit dem Haltestab 15 verbunden, so daß er sich auf demselben Potential befindet wie die untere Elektrode des Entladungsrohres 9. Der Draht hat eine dem Entladungsrohr 9 zugewandte Wölbung, die zweckmäßig geringer ist als der Durchmesser des Entladungsrohres, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Bei Raumtemperatur, wenn das Bimetall den Draht gegen das Entladungsrohr 9 preßt, wird die Wölbung flachgedrückt. Der Draht 22 ist kürzer als das Entladungsrohr 9 und so proportioniert, daß seine Enden in den Gebieten der Elektroden liegen.

Nachdem die Lampe gestartet worden ist und sich erwärmt hat, wärmt die Hitze aus dem Entladungsrohr 9 das Bimetall 23 auf, welches sich biegt und den Draht 22 von dem Entladungsrohr wegschwenkt, wie es in den Fig. 2a und 2b gezeigt ist. In diesem Zustand hat der Draht 22 wieder seine natürliche Wölbung, mit dem Ergebnis, daß der Mittelpunkt des Drahtes von der Seite des Entladungsrohres 9 weiter weggeschwenkt ist als die Spitzen des Drahtes. Diese Anordnung hat den

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Vorteil, daß sie die Zeit zum Wiederstarten im warmen Zustand verkürzt. Aufgrund der Wölbung in dem Draht nähern sich die Enden des Drahtes dem Entladungsrohr und berühren dassi ;'.e nahe bei den Elektroden in dem Kühlzyklus viel früher, was aus Fig. 3 zu erkennen ist. Beispielsweise hatten bei einer 250-Watt-Lampe, die der in der Zeichnung dargestellten entspricht und bei der Tests durchgeführt wurden, die Enden des Drahtes 22 das Entladungsrohr 9 in etwa einer Minute berührt, nachdem die heiße Lampe abgeschaltet worden war, und das war für das heiße Entladungsrohr 9 zum Wiederstarten genug. Andererseits zeigte es sich, daß, wenn die kapazitive Starthilfe mehr als zwei Minuten zum Schließen benötigte, es notwendig wurde, der Lampe zu gestatten, gründlich abzukühlen, was dann etwa 8 Minuten dauerte.

Der Bimetallstreifen 23 wird zweckmäßig aus einem im Handel erhältlichen Werkstoff hergestellt, wobei der die geringe Wärmeausdehnung aufweisende Bestandteil eine Nickel-Eisen-Legierung ist, während der die große Wärmeausdehnung aufweisende Bestandteil eine Nickel-Chrom-Stahl-Legierung ist. Geeignete Abmessungen für den Bimetallstreifen sind eine Dicke von 0,13 mm (0.005 inch) und eine Breite von 3,81 mm (0.150 inch). In den größeren Lampen arbeitet das Bimetall bei einer Temperatur, die nahe bei der Glühtemperatur des Werkstoffes liegt. Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß das Bimetall 23 von dem Entladungsrohr 9 weiter wegschwenken kann als die Enden des Drahtes 22. Somit wird das Bimetall 23 von der Wärmequelle effektiv weiter wegbewegt und die Möglichkeit, seine Glühtemperatur zu überschreiten, unwahrscheinlicher gemacht. Gleichzeitig wird die Bewegung, die die Enden des Drahtes ausführen müssen, um für ein Wiederstarten zu schließen, nicht vergrößert.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Erfindung, die bei Lampen benutzt werden kann, bei denen die Gefahr einer Überschreitung der Glühtemperatur des Bimetalls größer ist, beispielsweise bei Lampen mit höheren Wattzahlen. Gemäß Fig. 4 ist ein Bimetallstreifen 24, der einen insgesamt U-förmigen Querschnitt hat, an dem Haltestab 15 angeschweißt und so angeordnet, daß er ihn auf der von dem Entladungsrohr 9 abgewandten Seite teilweise umfaßt. Ein Stück 25 aus schwerer schmelzbarem Metall, wie beispielsweise rostfreier Stahl oder Molybdänband, ist durch Punktschweißung mit dem Schwenkende des Streifens 24 verbunden, und der gewölbte Draht 22 ist seinerseits durch Punktschweißung mit dem Ende des Streifens 25 verbunden. Der Streifen 25 kann relativ dick und schmal gemacht oder bei Bedarf durch einen Draht ersetzt werden, damit er weniger Strahlung von dem Entladungsrohr auffängt und kühler bleibt.

Die kapazitive Starthilfe nach der Erfin lung hat den Vorteil daß sie einfach ist und leicht herstellbar ist, weil nur zwei Teile verwendet werden, nämlich ein Bimetallstreifen und ein Draht, und daß sie nur zwei Schweißungen erfordert.

Leerseite

Claims

Ansprüche

einen äußeren Glaskolben (2), der ein inneres Entladungsrohr (9) umschließt, in dessen Enden thermionische Elektroden (11a) abgedichtet eingeführt sind und das eine Füllung aus verdampfbarem Metall und einem inerten Startgas enthält? und

eine kapazitive Starthilfe (22, 23; 24, 25), die ein leichtes, langgestrecktes Metallteil (22) aufweist, das durch einen thermisch verformbaren Arm (23) abgestützt ist, der an einem Rahmenteil (15) innerhalb des äußeren Kolbens (2), das mit einer der Elektroden verbunden ist, befestigt ist;

wobei der Arm (23) so angeordnet ist, daß er in einer Ebene normal zu dem Entladungsrohr (9) schwenkt und das langgestreckte Teil bei Raumtemperatur längs gegen das Entladungsrohr rückt und es bei Erhitzung durch den Betrieb der Lampe von dem Entladungsrohr wegschwenkt.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermisch verformbare Arm einen Bimetallstreifen (23/ 24) aufweist.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsrohr (9) eine Keramikhülle hat und eine Füllung aus Natrium, Quecksilber und einem inerten Startgas enthält.
4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3_r dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Metallteil ein steifer Draht (22) ist, der zu dem Entladungsrohr (9) hin eine konkave Wölbung oder leichte Krümmung hat, die im wesentlichen flachgedrückt ist, wenn der Arm (23) bei Raumtemperatur den Draht gegen das Entladungsrohr drückt.
5. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der thermisch verformbare Arm einen Bimetallstreifen (24), der an dem Rahmenteil (15) befestigt ist und dieses wenigstens teilweise auf der von dem Entladungsrohr (9) abgewandten Seite umfaßt, und ein Stück (25) aus schwerer schmelzbarem Metall, das an dem Bimetallstreifen (24) befestigt ist und das langgestreckte Metallteil (22) an seinem freien Ende befestigt hat, aufweist.