DE3344021A1 - Anordnung mit einer zumindest zwei innenelektroden ausgeruesteten metalldampfentladungslampe - Google Patents
Anordnung mit einer zumindest zwei innenelektroden ausgeruesteten metalldampfentladungslampeInfo
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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
PHN ΊΟ.539 ^l 31-S-19^3
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-
PHN 10.539 7 1J 31-8-19Ö3
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
PHN 1-0.539 ^ς --■·■■ 31-8-1983
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
PHN 10.539 S (J 31-8-1933
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
PHM 10,539 Ψ% 31-8-1903
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 37 15 /uF
Kondensator 47 1 nF
Kondensator 49 100 nF
Spule 38 6 mil
Spule 38 0,8 nüi
PHN 10.339
31-8-1983
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.
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 Fige 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-
PHN 10.539 /J 31-8-19^,3
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 Vs 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.
Frequenz 1 Lumen · Lichtausbeute (Hz) j I (Lumen/Watt)
50 j 5365 I 153 215 κ : 6130 \ 175
10.539 # Af) 31-8-1983
Es geht daraus hervor, dass die Li ciat aus beute
einer Niederdrucknatriumlampe durch. Speisung in einem speziellen Bereich, hoher Frequenz um 10c/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.
- Leerseite
Claims (1)
- PHN--10.539 ^ 31-^-19;^3PATENTANSPRÜCHE jf1 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 1S 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).
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