DE3344021A1

DE3344021A1 - Anordnung mit einer zumindest zwei innenelektroden ausgeruesteten metalldampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3344021A1
Application number: DE19833344021
Authority: DE
Inventors: Rolf Erwin De Man; Jan De Ridder; Jozef Isidoor Cyriel Eindhoven Peeters; Leo Modestus Sprengers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1984-07-05
Also published as: BE898569A; FR2538949A1; ATA453283A; GB2134701A; US4636691A; ES8407623A1; SE462410B; ES528427A0; CH662916A5; MX155772A; SE8307172D0; GB2134701B; JPS59134599A; GB8333819D0; AT383245B; FR2538949B1; SE8307172L; CA1205208A; NL8205026A

Description

PHN 10.539 * I 31-8-1983

"Anordnung mit einer mit zumindest zwei Innenelektroden ausgerüsteten Metalldampfentladungslampe".

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer mit zumindest zwei Innenelektroden ausgerüsteten Metalldampf entladungslampe und einem Frequenzwandler zur ¥echselstromspeisung der Entladungslampe, wobei die Entladungslampe Natrium enthält und die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers zumindest 6 kHz beträgt.

Eine bekannte Anordnung der erwähnten Art ist beispielsweise in der US-PS 3 Ö24 428 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung weicht die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers nur geringfügig von den genannten 6 kHz ab.

Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, dass bei Verwendung einer Niederdnicknatriumdampfentladungslampe die Lichtausbeute ausgedrückt in Lumen pro Watt, dieser Entladungslampe in der Regel nicht grosser als bei einer Speisung mit einer Frequenz von 50 oder 00 Hz ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eingangs erwähnter Art anzugeben, mit der bei Verwendung einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe eine verhältnismässig grosse Lichtausbeute der Lampe erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung eingangs erxvähnter Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Entladungslampe eine ein Edelgas enthaltende Niederdrucknatriumdampf entladungslampe ist und dass die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers zumindest 80 kHz beträgt.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Lichtausbeute der Entladungslampe dabei sehr gross ist.

Zur Erläuterung diene folgendes. Die Ausbeute der Speiseeinrichtung, wie des Frequenzwandlers, wird dabei zunächst ausser Betracht gelassen. Eine Erhöhung der

BAD ORIGINAL

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Speisefrequenz einer Niederdruck'natriimidampfentladungslampe von 6 kHz auf etwa 30 kHz ergab bei konstanter Lampenleistung keine Erhöhung der Lichtausbeute. Im Gegensatz, bei Frequenzen von 10 bis 30 kHz wurde ein Abfall der Lichtausbeute, festgestellt«, Es zeigte sich«, dass zwischen 30 kHz und etwa 80 kHz ein bezuglich der Ausbeute ungewisses Gebiet besteht» Der Bogen zwischen den Elektroden des Entladungsrohrs der Niederdrucknatriumlampe zeigt sich dabei im Betriebszustand häufig unstabil. Die Lichtausbeute ist dabei manchmal hoch, manchmal niedrig.

Erst bei einer noch höheren Frequenz, d.h. von zumindest 80 kHz, tritt eine stabile Sittiation ein, bei der die Lichtausbeute verhältriismässig gross isr.

Es wurde gefunden, dass bei einer weiteren Vergrösserurig der Speisefrequenz der Niederdrucknatriumdampfentladungslampe im Frequenzbereich über 80 kHz die Lichtausbeute zunächst ansteigt und danach nahezu konstant bleibt.

Der Erfindung liegt der Gedanke.zugrunde , beim Speisen einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe die Schranke von etwa 30 IcHz zu durchbrechen. Die Erfindung basiert gleichfalls auf der Erkenntnis, einen Frequenzbereich über diesen 30 kHz anzugeben, in dem die Lichtausbeute der Jtfatriumlampe im Dauerbetrieb frei von grossen vorübergehenden Änderungen ist. Das bedeutet in der Regel ein stabiler Bogen.

In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, dass bei einer an sich bekannten Speisung einer anderen Entladungslampe;, d.h.,, einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe,-mit einer höheren Frequenz als 50 oder 60 Hz, bereits bei etwa 20 kHz ein wesentlicher Ausbeutegewinn erreicht wird. Es ist das Verdienst der Erfinder, dass sie trotz dieser Tatsache und trotz der aus dem Blickpunkt der Lichtausbeute enttäuschenden Ergebnisse beim Speisen einer Niederdrucknatriumlampe bei Frequenzen sogar bis zu 30 kHz, dennoch diese Schranke überschritten haben.

Die Ausgangsf requerrz des Frequenzwandlers oder auch die Speisefrequenz der Niederdruckuatriumdampierit-

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ladungslampe könnte beispielsweise einige Megahertz betragen.

Bei einer bevorzugten Äusführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung beträgt die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers höchstens 800 kHz. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass einerseits beim Entwurf eine Beschränkung der Störstrahlung der Lampe und eine Beschränkung der Störstrahlung des zugeordneten Frequenzwandlers im Megahertz-Bereich nicht berücksichtigt zu werden brauchen, und zum andern bereits häufig bei diesen 800 kHz der konstante hohe Wert der Lichtausbeute einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe erreicht wird.

Bei einer Verbesserung der vorgenannten bevorzugten Ausführungsform hat das Entladungsrohr der Lampe einen nahezu kreisförmigen Querschnitt, dessen Innendurchmesser zwischen 10 und 20 mm liegt. Ein Vorteil besteht darin, dass die Lichtausbeute bei einer Speisung im angegebenen Frequenzintervall zwischen 80 und 800 IcHz in bezug auf den bei einer Speisung mit beispielsweise 50 osier όθ Hz dabei prozentual viel höher ist.

Bei einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe mit einem Entladungsrohr, dessen Innendurchmesser kleiner als 10 mm ist, zeigte es sich, dass dieser prozentuale Gewinn kleiner war. Ein Innendurchmesser des Entladungsrohrs über 20 mm führt in der Regel zu einer unhandlichen Niedsrdrucknatriumdampfentladungslampe.

Bei einer folgenden bevorzugten Ausführungsform bilden die Niederdrucknatriumdampfentladungslampe und der Frequenzwandler Teile der gleichen Lampeneinheit, wobei die Niederdrucknatriumdampfentladungslampe von einer durchsichtigen elektrisch leitfähigen Schicht umgeben ist. Hierbei ist das Entladungsrohr an den Frequenzwandler mit Hilfe verhältnismässig kurzer elektx-ischer Leiter anschliessbar. Das bedeutet, dass die Selbstinduktivität dieser Leiter bei der hohen Frequenz von über 80 kHz nur geringen Einfluss auf die Speisung der Entladungslampe ausübt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die durchsichtigen elektrisch leitende Schicht eine Störstrahlung

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von dem der Entladungslampe erzeugten elektrischen JTeId verkleinert» Vorzugsweise wird die Leitschicht beispielsweise an eine Elektrode der Entladungslampe elektrisch angeschlossen.

Die genannte Lampeneinlxeit kann beispielsweise mit einem Sockel mit Aussengewinde versehen sein, der in eine Fassung für eine Glühlampe passt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

^O Fig. 1 ein schematisch.es Bild einer Anordnung,

die einen Frequenzwandler und eine daran angeschlossene Niederdrucknatriumdampfentladungslampe enthält,

Fig. 2 die elektrische Schaltung des Frequenzwandlers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine als Lampenenheit ausgeführte zweite Anordnung.

In Fig. 1 sind 1 und 2 Klemmen zum Anschliessen an eine Wechselspannungsquelle, beispielsweise von 120 V, 60 Hz. Die Klemme 1 ist mit einem Eingangsanschluss 3 eines Frequenzwandlers 4 verbunden. Die Klemme 2 ist mit dem anderen Eingangsanschluss 5 des Frequenzwandlers 4 verbunden» 6 und 7 sind Ausgangsanschlüsse des Frequenzwandlers 4 ο

Die Anschlüsse 6 und 7 sind mit einer Niederdrucknatriumdampfentladungslampe 10 verbunden. Die Lampe ist im Längsschnitt und zum Teil in Ansicht dargestellt« Die Lampe 10 ist mit einem U-förmig gebogenen Entladungsrohr 11 versehen, das von einem Aussenkolben 12 umgeben ist. Dieser Aussenkolben 12 hat die Form eines Kreis-Zylinders. 13 stellt einen Sockel dar, der mit Anschlussorganen für den elektrischen Anschluss an den Frequenzwandler 4 versehen ist. Die Innenwand des Aussenkolbens ist mit einer Indiumoxidschicht i4 bedeckt, die für Natriumlicht durchlässig ist₃ jedoch Infrarotstrahlung reflektiert. Diese Schicht ist gestrichelt angegeben. Die Schichtdicke beträgt etwa 0,5/um. An dem dem Lampensockel 13 abgewandten Ende des Aussenkolbens 12 befindet sich ein halbkugelförmig-es Endstück 15· In jedem der Enden des

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U-förmigen Entladungsrohrs 11 befindet sich eine Elektrode 16 bzw. 17. I^ ist ein Organ zum Abstützen des Entladungsrohrs 11 in bezug auf den Aussenkolben 12. Die Länge der Lampe beträgt 20 cm. Der Aussendurchmesser des Aussenkolbens 12 beträgt 5 cm. Der Innendurchmesser der Schenkel des Entladungsrohrs 11 beträgt 1,5 ^cmj d.h. dieser Durchmesser liegt zwischen 10 und 20 mm. Das Entladungsrohr 11 enthält ausser einem Überschluss an Natrium weiter ein Edelgas, d.h. Neon mit einem Zusatz von 1% Argon. Der Druck des Edelgases beträgt etwa 1150 Pascal. Im wesentlichen entspricht die Lampe 10 der Lampe nach DE-OS 2 746 413·

In Pig. 2 sind 3 und 5 wieder die Eingangsanschlüsse des Frequenzwandlers 4. Auch sind 6 und 7 wieder die Ausgangsanschlüsse dieses Frequenzwandlers. Der Wandler besteht aus einem Wechselstrom/Gleichstromteil, gefolgt von einem Gleichstrom/Wechselstrom-Gegeataktwechselrichter.

An die Eingangsanschlüsse 3 und 5 des Frequenzwandlers ist dazu eine Diodenbrücke 30» 31 > 32 und 33 angeschlossen. Die Ausgangsanschlüsse A und B dieser Diodenbrücke sind miteinander durch einen Kondensator "J>K verbunden. Weiter ist an den Anschluss A eine Serienschaltung aus einem Kondensator 35» einer Diode 36 und einem weiteren Kondensator 37 angeschlossen. Der Kondensator 37 ist weiter über eine Spule 38 mit dem Anschluss B verbunden. Die Serien— schaltung der Diode 36 und des Kondensators 37 ist von einer Zenerdiode 39 überbrückt.

An einen Verbindungspunkt zwischen der Diode 36 und dem Kondensator 37 ist ein Widerstand 40 angeschlossen. Die andere Seite dieses Widerstands 40 ist über einen Widerstand 41 an den Anschluss A angeschlossen. Dieser Anschluss A ist weiter mit einer Mittelanzapfung einer Primärwicklung 42 eines Transformators 43 verbunden. Ein Ende der Wicklung 42 ist an den Kollektor eines Transistors 44 angeschlossen. Das zweite Ende der Wicklung 42 ist an den Kollektor eines Transistors 45 angeschlossen. Die Emitter der beiden Transistoren 44 und 45 sind miteinander und weiter mit der Spule 3& verbunden.

Ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen

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4θ und 4ΐ ist an die Basis des Transistors 44 angeschlossen. Die Basis dieses Transistors 44 ist weiter mit der Basis des Transistors '+5 über eine Sekundärwicklung 46 des Transformators ^3 verbunden. Die Primärwicklung 42 ist von einem Kondensator 47 überbrückt.

Schliesslich ist der Kollektor des Transistors über eine Spule 48 mit dem Ausgangsanschluss 6 und der Kollektor des Transistors 45 über einen Kondensator 49 mit dem Ausgangsanschluss 7 verbunden.

In einem Ausführungsbeispiel der beschriebenen Anordnung nach Fig„ 1 und 2, bei der die Spannung zwischen den Eingangsanschlussen etwa 120 V, 6O Hz beträgt, ist die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers 4 etwa I60 kHz. Die Lampe 10 nimmt dabei etwa 18 ¥ auf. Der Lichtstrom beträgt etwa I98O Lumen» Die Lichtausbeute beträgt daher etwa 110 Lumen/V.

Bei einer nicht erfindungsgemässen Speisung dieser Lampe mit bö Hz über einen Streutransformator in Sparschaltung und bei einer ¥attleistung der Lampe 10 ebenfalls von 18 ¥ betrug die Lichtausbeute der Lampe nur 96 Lumen/W.

Die sog» Systemausbeute der Kombination des Frequenzwandlers 4 und der Lampe 10 der erfindungsgemässen Anordnung beträgt etwa 90 Lumen/Watt.

Die Systemausbeute der nicht erfindungsgemässen vergleichbaren Kombination mit der Lampe 10 und dem Streutransformator in Sparschaltung bei 60 Hz beträgt nur etwa 55 Lumen/Watt.

Im Beispiel nach Fig. 1 und 2 haben die Sch.a.1-tungselemente ungefähr folgende ¥ertes

Widerstand 4θ 3,3 kOhm

Widerstand 41 33 kOhm

Kondensator 34 22 /uF Kondensator 35 I50 pF
Kondensator 37 15 /uF

Kondensator 47 1 nF

Kondensator 49 100 nF

Spule 38 6 mil

Spule 38 0,8 nüi

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Vom Transformator 43 hat jede Half fee der Primärwicklung etwa 80 Windungen. Die Sekundärwicklung 46 besteht aus nur einer Windung.

Bei elektrischen Speisungen der dargestellten Lampe (siehe Fig. 1) mit Wechselspannungeri anderer Frequenzen als der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers 4 sind die in Tabelle I aufgezeichneten Werte der Lichtausbeute gefunden. Die .Lampenleistung beträgt immer 18 Watt.

Tabelle I

Frequenz (kHz)

Lichtausbeute ( LuiTi en/Wa 11)

100 16O 200 4OO 700 1000

106 1 10 115 120 121 121

Die Wahl des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und Fig. 2 (i60 kHz) wird auch durch die Eigenschaften des Frequenzwandlers 4 mitbestimmt, wie beispielsweise die Atisbeute dieses Wandlers.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass bei ansteigender Frequenz die Lichtausbeuce der Lampe zunächst ansteigt und danach nahezu konstant bleibt.

In Fig. 3 ist in der Ansicht eine als Lampeneinheit ausgeführte zweite Anordnung nach der Erfindung dargestellt. In Fig. 3 bezeichnet 62 einen kreiszylindrischen Aussenkolben, der ein U-förmiges Niederdrucknatrumdampfentladungsrohr (nicht dargestellt) umgibt. Die Innenwand des Aussenkolbens 02 ist auf gleichartige Weise wie in der Lampe nach Fig_e 1 mit einer Indiumoxidschicht 64 bedeckt. Diese Schicht ist sowohl transparent als auch elektrisch leitfähig. Die Schicht 64 ist an eine Elektrode des Entladungsrohrs elektrisch angeschlossen. Die Durchsichtigkeit der Schicht 64 bezieht sich auf das Natrium-

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licht, das in der Lampeneinheit erzeugt wird» Die elektrische Leitfähigkeit der Schicht 64 beschränkt die Störstrahlung der Lampeneinheit,

Der Aufbau des U-förrnigen Entladungsrohrs (nicht dargestellt) sowie seine Füllung ist gleichartig dem bzw» der des Entladungsrohrs 11 nach Fig. 1= Der Elektrodenabstand im Fall nach Fig. 3 ist jedoch grosser. Denn es bezieht sich hier auf eine Lampe von etwa 35 Watt.

65 bezeichnet einen Frequenzwandler. Ein Sockel der Lampeneinheit trägt die Bezugsziffer 66*

Der Durchmesser des Axissenkolbens 62 beträgt etwa 5 cm, die Gesamtlänge der Lampeneinheit etwa 50 cm»

In einem Ausführungsbeispiel wird der Sockel 66 in eine Fassung (nicht dargestellt) eingesetzt und über diese Fassung mit Wechsel spannring von etwa 220 V_s 50 Hz gespeist. Diese ¥ehchselspaimung wird zwischen zwei Eingangsanschlüssen des Frequenzwandlers 65 auf gleichartige Weise wie beim Frequenzwandler nach Fig. 1 zugeführt»

Die Ausgangsfrequenz des Wandlers 65 beträgt in diesem Fall eOXira 215 kHz. Dieser Wandler ist beispielsweise mit einer halben Brückenschaltung versehen. Äusgangsanschlüsse des Frequenzwandlers 65 sind mit Innenelektroden des Entladungsrohrs verbunden, das sich im Aussenkolben o2 befindet.

In der Tabelle II sind auf der letzten Zeile die Ergebnisse des Lampenteils der Lampeneinheit angegeben. In der ersten Zeile sind vergleichshalber die Ergebnisse bei Sfjeisung dieses gleichen Lampenteils auf eine nicht erfindungsgemässe Weise angegeben, und zwar bei einer Speisung des Lampenteils über eine elektrische Spule mit einer Wechselspannung von etwa 50 Hz bei einer gleichen Lampenleistung von 35 Watt.

Tabelle II

Frequenz 1 Lumen · Lichtausbeute (Hz) j I (Lumen/Watt)

50 j 5365 I 153 215 κ : 6130 \ 175

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Es geht daraus hervor, dass die Li ciat aus beute einer Niederdrucknatriumlampe durch. Speisung in einem speziellen Bereich, hoher Frequenz um 10^c/o höher sein kann als der bei den bekannten JSTiederfrequenzspeisungen dieser Lampe. Aus dem Blickpunkt der Energieeinsparuns; bedeutet dies bei dieser doch schon wirtschaftlichen Lichtquelle ein grosser Vorteil.

Es ist denkbar, dass in einer erfindungsgemässen Anordnung auch eine NiederdruckiiatririmdamOt'entladungslampe einer anderen ¥attleistung als der obengenannten verwendet wird.

Der Frequenzwandler kann beispielsweise mehr als eine Entladungslampe speisen. Dieser Fall könnte beispielsweise bei einer Leuchte eintreten, die mit zwei oder mehre-

Ia ren Entladungslampen bestückt ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE j

f1 J Anordnung mit einer mit zumindest zwei Innenelektroden ausgerüsteten Metalldampfentladungslampe und mit Frequenzwandler zur Wechselstromspeisung der Entladungslampe, wobei die Entladungslampe Natrium-enthält und die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers mindestens 6 kHz beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungslampe (io) eine ein Edelgas enthaltende Niederdrucknatriumdampf entladungslampe ist und die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers (4) zumindest 80 kHz beträgt« 2 ο Anordnung nach Anspruch 1_? dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers (4) höchstens 800 kHz beträgt«

3« Anordnung nach Anspruch 2₅ dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsrohr (11) der Lampe (1O) einen nahezu kreisförmigen Querschnitt besitzt, dessen Innendurchmesser zwischen 10 und 20 mm liegt„

4» Anordnung nach Anspruch 1_S 2 oder 3s dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdrucknatriumdampfentladungslampe und der Frequenzwandler Teile der gleichen Larapeneinheit bilden, wobei die Niederdrucknatriumdampfentladungslampe von einer durchsichtigen, elektrisch leitenden Schicht (64) umgeben ist, (Fig. 3).