DE3404207C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberdampf­ entladungslampe, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher angegeben ist.

Bei solchen Lampen ist die Temperatur des Entladungsgases gewöhnlich sehr hoch, was dazu führt, daß der Dampfdruck des Quecksilbers hoch ist. Um den Quecksilberdampfdruck bei optima­ len Bedingungen zu halten, sind in den Kolben Einrichtungen aufgenommen worden, die beispielsweise Amalgam bereitstellen

In dem US-Patent 41 99 708 ist eine Leuchtstofflampe darge­ stellt, bei der in einem gasdicht abgeschlossenen äußeren Kol­ ben ein Paar von gebogenen inneren Röhren angeordnet ist, deren eines Ende mit einer Elektrode versehen und geschlossen ist und deren anderes Ende mit dem Innenvolumen des Außenkolbens in Verbindung steht. Zwar ist die Temperatur der inneren Röhren dieser Leuchtstofflampe hoch, jedoch ist der Dampfdruck des Quecksilbers in der Nähe des Optimums, weil der Dampfdruck von der Temperatur des kältesten Punktes und damit von der Tempera­ tur des äußeren Kolbens abhängt. Bei dieser Entladungslampe ist nachteilig, daß die den Entladungsweg bildenden inneren Röhren im allgemeinen dünn sind und die Elektroden weit auseinander­ liegen, so daß die Zündspannung der Lampe hoch ist.

Aus der DE-OS 28 35 574 ist ebenfalls eine kompakte Nie­ derdruck-Quecksilberdampfentladungslampe bekannt, bei der sich in einem Außenkolben zwei U-förmig gebogene Entladungsröhren befinden, deren eines Ende gasdicht an dem Glas der Grundplatte angeschmolzen ist und deren anderes Ende offen ist und mit dem Innenraum des Außenkolbens in Verbindung steht. Die Elektroden befinden sich jeweils an dem angeschmolzenen Ende der Entla­ dungsröhren, so daß auch hier der Entladungsweg lang und demzu­ folge die Zündspannung der Leuchtstoff­ lampe hoch ist.

Aus der DE-OS 26 39 475 ist eine Hochdruck-Entladungslampe bekannt, die mit einer Zündelektrode versehen ist. Beim Betrieb dieser Hochdruckentladungslampe wird zwischen einer der Haupt­ elektroden und der Zündelektrode in unmittelbarer Nähe der Hauptelektrode eine Vorentladung hervorgerufen, um die Haupt­ elektrode vorzuheizen. Diese Vorentladung erfolgt nicht entlang des Hauptentladungsweges zwischen den Hauptelektroden, sondern in einem begrenzten Bereich unmittelbar in der Nähe der Haupt­ elektrode. Demgegenüber erfolgt bei Niederdruck-Entladungslam­ pen die Vorheizung der Elektroden dadurch, daß sie mit Strom durchflossen werden.

Aus der DE-OS 31 43 017 ist schließlich eine Niederdruck- Gasentladungslampe bekannt, bei der der Innenraum der Röhrenan­ ordnung über mehrere Öffnungen mit dem Außenkolben verbunden ist und die Zündelektrode wendelförmig um die innere Röhrenan­ ordnung herum verläuft. Bei dieser Ausgestaltung ist für ein automatisiertes Fertigungsverfahren von Nachteil, daß die Zünd­ elektrode um die inneren Entladungsröhren herumgelegt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Niederdruck-Quecksilber­ dampfentladungslampe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches so auszugestalten, daß sie mit einer niedrigen Zündspannung auskommt.

Diese Aufgabe wird mit einer Niederdruck-Quecksilberdampf­ entladungslampe gelöst, die erfindungsgemäß die im Kennzeichen­ teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale besitzt.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Auf­ bau der Quecksilberdampfentladungslampe wird im Zündzeitpunkt eine Entladung zwischen den Elek­ troden der inneren Röhre über die Zündelektrode hervorgerufen, so daß die Lampe leicht zündet und eine überragende Zündcharakteristik besitzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt mit einer Außenansicht den allgemeinen Aufbau einer Niederdruck-Quecksilber­ dampfentladungslampe nach der vorliegen­ den Erfindung,

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Aufbau eines Aus­ führungsbeispieles der vorliegenden Er­ findung mit einer Betriebsschaltung,

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm den Aufbau eines wei­ teren Ausführungsbeispieles der vorlie­ genden Erfindung mit einer Betriebsschal­ tung.

Im folgenden wird zunächst das allgemeine Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert.

Bei einer Leuchtstofflampe, die einen Außenkolben, in dem Edelgas und Quecksilber vorhanden sind, aufweist sowie eine Anzahl von gebogenen inneren Röhren, die in dem Außen­ kolben enthalten sind und von denen jede an einem Ende eine Öffnung und an dem anderen Ende eine Elektrode aufweist, ist an der Basis des Außenkolbens zwischen den Öffnungen der inneren Röhre eine Elektrode vorgesehen. Diese neu einge­ führte Elektrode wird nachfolgend als Zündelektrode bezeichnet.

Die Zündelektrode wird mit einer Hochspannung von einer als Zündschaltung bezeichneten Schaltung versorgt, um eine Hilfsentladung zwischen einer der Elektroden und der Zündelektrode zu bilden. Nach Bildung der Hauptentladung kann der Wert des Stromes der Hilfsentladung Null sein, er wird vorzugsweise auf ¹/₁₀ oder weniger des Stromes der Haupt­ entladung begrenzt, um den durch die Hilfsentladung verur­ sachten Leistungsverbrauch zu reduzieren und um zu verhindern, daß nach der Zündung die Lampe ausgeht. Mit anderen Worten wird gefordert, daß die Zündschaltung eine vergleichs­ weise hohe Spannung im Zündzeitpunkt erzeugt und daß wün­ schenwerterweise der Zündstrom auf den erwähnten ver­ gleichsweise niedrigen Wert nach der Zündung begrenzt wird. Auf diese Weise wird der Zündelektrode zum Zündzeitpunkt eine so hohe Spannung eingeprägt, daß sie eine Entladung induziert und ausbildet, während nach dem Zünden der Entladung der Zündstrom wie erwähnt auf einen vergleichsweise nie­ drigen Wert gesteuert wird, wodurch der Leistungsverbrauch reduziert wird und die Lampe daran gehindert wird, auszugehen. Als Anternative kann die Zündschaltung eine solche Funktion haben, daß während des Zündvorganges die Zündelektrode und die Elektrode einer inneren Röhre miteinander kurzge­ schlossen werden um die Länge des Entladungsweges abzukürzen, wodurch die Intensität des elektrischen Feldes ansteigt, und wenn einmal die Entladung gezündet ist, wird der insoweit kurzgeschlossene Entladungsweg geöffnet und ihm wird eine Spannung eingeprägt, so daß eine äquivalente hohe Spannung zwischen der Zündelektrode und der Elektrode der anderen inneren Röhre angelegt wird. Bei dieser Art wird eine Hilfs­ entladung zwischen der Zündelektrode und der Hauptelektrode ge­ bildet, so daß Elektronen und Ionen dem Hauptentladungsweg zugeführt werden und die Entladung des Hauptentladungsweges erleichtern. Indem der Zündstrom auch nach dem Zünden der Entladung aufrechterhalten wird, wird es möglich, die Lampe am Ausgehen zu hindern.

Der Aufbau einer Niederdruck-Quecksilberdampfentla­ dungslampe nach der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 1 schematisch dargestellt. Bei der Fig. 1 bezeich­ net das Bezugszeichen 1 einen Außenkolben, der evakuiert und anschließend mit Quecksilber und Edelgas von einigen mbar Druck versehen wurde. Mit den Zahlen 2 und 3 ist ein Paar von gebogenen inneren Röhren bezeichnet, mit den Bezugszeichen 4 und 5 sind an einem Ende der inneren Röhren 2, 3 gebildete Öffnungen bezeichnet, über die das Innere der inneren Röhren 2, 3 mit dem Inneren des Außenkolbens 1 in Verbindung steht. Mit 6 und 7 sind Elektroden bezeich­ net, die an dem anderen Ende der inneren Röhren 2, 3 vor­ gesehen sind, von denen ein Entladungsweg über die Öffnungen 4, 5 innenseitig der beiden inneren Röhren 2, 3 gebildet wird.

Mit dem Bezugszeichen 8 ist eine Zündelektrode versehen, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, und die über eine Zündschaltung, die mit einer Betriebs­ schaltung oder einem Starter zum Zeitpunkt des Zündens der Entladung verbunden ist, mit einer hohen Spannung ver­ sorgt wird. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet die Basis der Entladungsröhre, an der die inneren Röhren 2, 3 die Elek­ troden 6, 7 und die Zündelektrode 8 befestigt sind. Das Bezugs­ zeichen 10 bezeichnet ein Gehäuse zum Unterbringen der Betriebsschaltung, mit 11 ist ein Lampensockel bezeichnet.

Der Entladungsweg dieser Leuchtstofflampe beginnt bei der Elektrode 6, verläuft durch die innere Röhre 2 und deren Öffnung 4 in den Außenkolben 1, durch die Öffnung 5 in die innere Röhre 3 und endet bei der Elektrode 7.

Bei dieser Leuchtstofflampe wird der Quecksilberdampf­ druck der Entladungsröhre nicht durch die Temperatur der inneren Röhren 2, 3 bestimmt, sondern durch die Tempera­ tur des kältesten Punktes des Außenkolbens 1, der mit der Atmosphäre in Kontakt steht und durch sie gut gekühlt wird, und daher wird der Quecksilberdampfdruck selbst bei Anlegen einer vergleichsweise großen elektrischen Leistung auf einen Wert in der Nähe des Optimalwertes gehalten. Weiterhin wird das beim Stand der Technik vorhandene Prob­ lem, daß die Zündspannung aufgrund des langen Entladungs­ weges vergrößert werden muß, durch die Tatsache beseitigt, daß die Zündelektrode 8 etwa in der Mitte des Entladungsweges vorgesehen ist, d. h. im wesentlichen in der Mitte zwischen den Öffnungen 4 und 5 der inneren Röhren 2 und 3, und daß der Zündelektrode 8 eine hohe Spannung direkt oder über einen Strombegrenzer eingeprägt wird.

Der Aufbau eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, das eine Betriebsschaltung oder einen Starter aufweist, ist in der Fig. 2 dargestellt. In der Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Außenkolben, mit 22, 23 ist ein Paar von gebogenen inneren Röhren bezeichnet, mit 24, 25 sind Öffnungen der inneren Röhren 22, 23 bezeichnet, mit 26, 27 Elektroden, und mit 28 eine Zündelektrode. Die Zündelektrode wird von der Zündschaltung 31 über einen Widerstand 32, der einen Strombegrenzer darstellt, mit Hochspannung ver­ sorgt. Das Bezugszeichen 29 bezeichnet ein aus einer Drossel­ spule bestehendes Vorschaltgerät, das Bezugszeichen 30 einen Glimmstartschalter zum Kurzschließen der Elektroden 26 und 27 zum Zündzeitpunkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Zündschaltung 31 eine zweistufige symmetrische Cockcroft-Walton-Schaltung verwendet.

Es wird nun die Arbeitsweise dieser Schaltung beschrie­ ben. Wird eine Wechselspannungsquelle zwischen die Eingangs­ anschlüsse ª und b zum Zündzeitpunkt angelegt, so wird der Glimmstartschalter 30 geschlossen, so daß ein Strom durch die Drosselspule 29, einen Heizfaden 26, den Glimmstart­ schalter 30 und einen Heizfaden 27 fließt, wobei die beiden Heizfäden 26 und 27 vorgeheizt werden. In der Drosselspule 29 wird Energie gespeichert. Die an die Zündelektrode 28 anzulegende Hochspannung wird durch die symmetrische Cockcroft-Walton-Schaltung 31 erzeugt. Kondensatoren 311 bis 314 der Schaltung 31 werden durch die an die Anschlüsse b und c angelegte Wechselspannung geladen, wobei der Kondensator 311 auf die Hälfte der zwischen den Anschlüssen b und c anliegenden Spitzen­ spannung und die Kondensatoren 312 bis 314 auf die zwischen den Anschlüssen b und c anliegende Spitzenspannung aufge­ laden werden.

Als Ergebnis davon wird eine positive Spannung mit dem Doppelten der zwischen den Anschlüssen b und c anlie­ genden Spitzenspannung zwischen der Zündelektrode 28 und den Anschlüssen b und c erzeugt, je nachdem, welcher im Po­ tential niedriger ist. Wenn der Glimmstartschalter 30 ge­ öffnet wird, wird eine Hochspannung von der Drosselspule 29 zwischen die Heizfäden 26 und 27 gelegt, so daß die Summe der Hälfte der Spannung zwischen den Heizfäden 26 und 27 und der Spannung zwischen den Kondensatoren 311 und 312 zwischen die Zündelektrode 28 und den Heizfäden 26 oder 27, je nachdem welcher das niedrigere Potential hat, ange­ legt wird, wodurch die Entladung gezündet wird. Bei Ent­ ladung in einer inneren Röhre wird das meiste der angelegten Spannung zwischen den Heizfäden der anderen inneren Röhre und die Zündelektrode 28 angelegt, und damit wird die andere innere Röhre ebenfalls schnell zur Entladung gebracht. Nach dem nachfolgenden Übergang zum Zustand des Gleichgewichts­ betriebs wird zwischen der Zündelektrode 28 und einem der Heiz­ fäden von niedrigem Potential eine Entladung mit einem kleinen durch den Strombegrenzer 32 bestimmten Strom aufrecht­ erhalten, wodurch die Lampe am Ausgehen gehindert wird.

Nimmt man beispielsweise an, daß die Leuchtstofflampe eine Röhrenspannung von 65 Volt, einen Hauptentladungsstrom von 300 mA. die Zündschaltung 31 eine Kapazität von 1 µF und einen Strombegrenzungswiderstand 32 und 10 kΩ aufweist, dann wird bei Öffnen des Glimmschalters eine Spannung von etwa 260 Volt in der Zündschaltung 31 erzeugt, und im Zustand des Dauerbetriebes fließt durch die Zündelektrode 28 ein Zündstrom von etwa 5 mA. Nach den experimentellen Ergebnissen einer solchen Lampe wurde festgestellt, daß die Lampe in zufriedenstellender Weise gezündet wird, und es wurde, wenn kein Zündstrom angelegt wurde, eine Spannung von 120 Volt gemessen, bei der die Lampe ausging, während dann, wenn ein Strom von 5 mA floß, die Spannung bis auf 108 Volt ernie­ drigt werden konnte, so daß also die Lampe am Ausgehen ge­ hindert wurde.

Der Aufbau eines anderen Ausführungsbeispieles der vor­ liegenden Erfindung mit einer Betriebschaltung oder einem Starter ist in der Fig. 3 dargestellt. Bei der Fig. 3 sind die Bestandteile, die mit denen der in Fig. 2 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 2 bezeichnet. Die Zündelektrode 28 ist mit dem einen Ende einer Elektrode 26 der inneren Röhre 22 über einen Kondensator 32′ verbunden, der die Zündschaltung bildet und auch als Strombe­ grenzer dient. Wenn eine durch die Drosselspule 29 hervor­ gerufene hohe Spannung zwischen die Elektroden 26 und 27 der inneren Röhren 22 und 23 bei Tätigwerden des Glimmstart­ schalters 30 angelegt wird, so wird über den Kondensator 32 ebenfalls die hohe Spannung zwischen die Zündelektrode 28 und die Elektrode 27 der inneren Röhre 23 gelegt mit dem Ergebnis, daß die Entladung zuerst in dem Entladungsweg der inneren Röhre 23 auftritt. Bei Fehlen der Zündelektrode 28 müßten ins­ besondere die Entladungswege sowohl der inneren Röhre 22 wie der inneren Röhre 23 aufgrund der Entladung zusammenbrechen. Daher wird offenbar die Entladungszündspannung durch die Zündelektrode 28 reduziert. Nach dem Ausbilden der Entladung in der inneren Röhre 23 wird der größte Teil der Spannung zwischen die Elektrode 26 der inneren Röhre 22 und die Zündelektrode 28 gelegt, und dadurch entwickelt sich in der inneren Röhre 22 ebenfalls schnell eine Entladung.

Wird beispielsweise ein Kondensator 32′ von 0,047 µF angeschlossen, so ist ein Spitzenwert von etwa 270 Volt für die angelegte Spannung notwendig, um die Leuchtstoff­ lampe zu zünden, während bei Abwesenheit der Zündelektrode 28 eine Spannung von etwa 350 Volt notwendig wäre.

Ein Merkmal der Schaltung des gerade betrachteten Ausführungsbeispieles liegt darin, daß die hohe, von der Drosselspule 29 zum Zündzeitpunkt erzeugte Spannung direkt an die Zündelektrode 28 über den Kondensator 32′ angelegt wird, der eine Zündschaltung und zugleich einen Strombegrenzer darstellt.

Bei den voranbeschriebenen beiden Ausführungsbeispielen kann die Zündschaltung getrennt von der Entladungsröhre angeordnet sein. Weiterhin können drei anstelle von zwei inneren Röhren vorgesehen sein. Weiterhin ist die Stellung der Zündelektrode nicht auf einen Punkt beschränkt, der im wesentlichen in der Mitte zwischen den Öffnungen der inneren Röhren liegt, sondern kann an irgendeinem Punkt zwischen den Öffnungen der inneren Röhren angeordnet sein.

Entsprechend der vorangehenden Beschreibung wird von der vorliegenden Erfindung eine Niederdruck-Quecksilberdampf­ entladungslampe angegeben, die einen Außenkolben aufweist, eine Anzahl von gebogenen inneren Röhren, von denen jede an einem ihrer Enden eine Öffnung und an dem anderen Ende eine Elektrode aufweist und die in dem Außenkolben einge­ kapselt sind, wobei die Entladungslampe weiterhin eine Zündelektrode zwischen den Öffnungen der inneren Röhren sowie eine Zündschaltung zum Anlegen einer hohen Spannung an die Zündelektrode und zum Erleichtern des Zündens der Entladungs­ lampe aufweist. Weiterhin wird an die Zündelektrode eine hohe Spannung über einen Strombegrenzer angelegt, und es wird ein im Vergleich zum Hauptentladungsstrom kleiner Zündstrom angelegt, wodurch die Zündung einerseits erleichtert wird und andererseits die Lampe am Ausgehen gehindert wird.

Claims (5)

1. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Außen­ kolben, der gasdicht einen mit einem Edelgas und Quecksilber gefüllten Raum umschließt, einer inneren Röhrenanordnung im Außenkolben, die mit einer Elektrode an jeder ihrer beiden geschlossenen Enden versehen ist und deren Innenraum mit dem Raum im Außenkolben über eine Öffnung verbunden ist, und einer Betriebsschaltung, die mit den Elektroden verbun­ den ist, gekennzeichnet durch eine Zündelek­ trode (8, 28), die nahe der Öffnung (4, 5; 24, 25) der inneren Röhrenanordnung (2, 3; 22, 23) im Innenraum des Außenkolbens (1, 21) so angeordnet ist, daß Hilfsentladungswege zu jeder Elektrode (6, 7; 26, 27) entlang des Hauptentladungsweges zwi­ schen den Elektroden (6, 7; 26, 27) gebildet sind, und eine Zündschaltung (31), die mit der Zündelektrode (8, 28) verbunden ist und diese mit einer Hochspannung be­ aufschlagt.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (8, 28) im wesentlichen in der Mitte des Hauptentladungsweges zwi­ schen den Elektroden (6, 7; 26, 27) angeordnet ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschal­ tung (31) eine Cockcroft-Walton-Schaltung aufweist, die zwischen der Betriebsschaltung für die Elektroden (6, 7; 26, 27) und der Zündelektrode (8, 28) liegt.

4. Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Crockcroft-Walton- Schaltung über einen Widerstand (32) mit der Zündelektro­ de (8, 28) verbunden ist.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschal­ tung (31) einen Kondensator (32′) aufweist, der zwischen der Betriebsschaltung für die Elektroden (6, 7; 26, 27) und der Zündelektrode (8, 28) liegt.