DE3536385C2 - - Google Patents
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies
- H05B41/18—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having a starting switch
- H05B41/19—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having a starting switch for lamps having an auxiliary starting electrode
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- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, wie eine
Hochdruck-Natriumdampflampe, weist ein Entladungsgefäß bzw. -rohr
(Lichtemissionsröhre) aus einem monokristallinen Metalloxid,
wie Rubin oder Saphir, oder einem polykristallinen
Aluminiumoxid-Keramikmaterial auf. Das
Entladungsrohr ist mit Quecksilber, Natrium und
einem Starter-Edelgas, wie Xenon, gefüllt und in
einen Kolbern eingesetzt, an dessen Ende ein
Sockel angebracht ist. Die Hochdruck-Natriumdampflampe
besitzt im Vergleich zu einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe
ein erheblich höheres Leistungsvermögen,
weshalb sie derzeit große Aufmerksamkeit
als Schwachstrom-Lichtquelle auf sich gezogen hat.
Da eine Hochdruck-Natriumdampflampe eine hohe Zündspannung
besitzt, kann sie tatsächlich nicht mittels einer üblichen
Netzwechselspannung gestartet bzw. gezündet werden.
Aus diesem Grund ist für ihr Zünden ein aufwendiges
spezielles Vorschaltgerät mit einem Starter erforderlich.
Neuerdings ist eine Hochdruck-Natriumdampflampe
mit einem Starter aus einem Widerstandsheizelement
und einem in ihrem Kolben angeordneten, normalerweise
geschlossenen Thermoschalter zur Erleichterung
des Startens (Zündens) entwickelt worden. Der Thermoschalter
wird durch das Widerstandsheizelement erwärmt
und damit betätigt. Das Innere des Röhren-Kolbens ist
evakuiert. An der Außenfläche des Entladungsrohres
einer solchen Hochdruck-Natriumlampe ist zur weiteren
Erleichterung des Startens eine äußere Zündelektrode
angeordnet. Ein vom Starter
erzeugter Hochspannungsimpuls wird über die äußere Zündelektrode
und eine der Elektroden angelegt. Da solche
Hochdruck-Natriumdampflampen mittels eines wesentlichen weniger
aufwendigen Vorschaltgeräts als bei Hochdruck-Quecksilberdampflampen
gestartet werden können, haben sie
verbreitete Anwendung gefunden.
Wenn das Widerstandsheizelement des in den Kolben eingebauten
Starters von einem Strom durchflossen
wird, wird das Bimetallglied des Thermoschalters durch
die vom Widerstandsheizelement erzeugte Wärme erwärmt,
um dann zu öffnen. Ein durch dieses Öffnen erzeugter
Hochspannungsimpuls wird der Sekundärspannung des Vorschaltgeräts
überlagert und über zwei Elektroden des
Entladungsrohres angelegt. Gleichzeitig wird der Impuls
über die äußere Zündelektrode und eine der Elektroden
angelegt, um die Entladung im Entladungsrohr in Gang
zu setzen. Sobald der Thermoschalter geöffnet hat, wird
die Stromzufuhr zu dem mit ihm in Reihe geschalteten
Widerstandsheizelement beendet. Infolgedessen kühlt der
Schalter ab, um dann in seinen ursprünglichen Schließzustand
zurückzukehren. Hierdurch wird der dem Entladungsrohr,
das zum Starter parallelgeschaltet
ist, zugeführte Strom verringert und damit das Entladungsrohr
gelöscht oder eine instabile Entladung herbeigeführt.
Zur Verhinderung dieses Zustands darf der
Thermoschalter nach dem Einschalten der Lampe nicht mehr
in den Schließzustand zurückkehren. Aus diesem Grund
wird dieser Schalter in der Nähe des Entladungsrohres
angeordnet, so daß er von diesem Strahlungswärme
empfängt und daher in seinem Offenzustand bleibt.
Wenn jedoch das auf die Elektroden aufgetragene, Elektronen
emitterende Material verbraucht ist und die Entladungs-Startspannung
zum Ende der Betriebslebensdauer
der Lampe stark ansteigt, kann die Lampe auch bei geöffnetem
Thermoschalter nicht mehr eingeschaltet werden.
Demzufolge kann der Thermoschalter keine Strahlungswärme
vom Entladungsrohr empfangen, so daß er abkühlt
und in seinen ursprünglichen Schließzustand zurückkehrt.
Daraufhin fließt erneut Strom durch das Widerstandsheizelement
zum Öffnen des Schalters. Dieses
Ein- und Ausschalten des Thermoschalters wiederholt
sich, bis die Lampe zündet. Hierbei wird mithin wiederholt
ein Hochspannungsimpuls an das Vorschaltgerät und
die Verdrahtung angelegt, so daß in manchen Fällen ein
dielektrischer Durchbruch auftritt.
Da eine solche Lampe häufig an einer hochgelegenen Stelle
installiert ist, kann sie nicht einfach ausgewechselt
werden, wenn ihre Zündspannung ansteigt. Bei einer solchen
Lampe kann daher der Starter über längere
Zeit mit Strom beschickt werden, bis ein dielektrischer
Durchbruch von Vorschaltgerät oder Verdrahtung
auftritt.
Eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe der eingangs genannten
Art ist aus der US-PS 41 35 114 bekannt. Zur Absorbierung
von Hochspannungsimpulsen bei nicht mehr zündfähigem
Entladungsrohr ist bei dieser Lampe mit den Kontakten
und dem Heizelement des Thermoschalters ein Widerstand
in Reihe geschaltet, dessen Widerstandswert sich gegen
das Ende seiner Lebensdauer erhöht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
so auszubilden, daß bei nicht
mehr zündfähigem Entladungsrohr eine Beschädigung des induktiven
Vorschaltgerätes oder der Verdrahtung durch die
beim Öffnen des Thermoschalters entstehenden Zündspannungsimpulse
vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil
enthaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Patentansprüchen 2 bis 6.
Das Metall eines Kontakts wird so in Abhängigkeit von der
Ein/Aus-Betätigung eines Thermoschalters auf der Oberfläche
eines festen bzw. massiven Isolators abgelagert, so daß
eine durch dieses Schließen und Öffnen des Thermoschalters
erzeugte Impulsschaltung entsprechend der Zahl dieser
Schalterbetätigungen verringert werden kann. Auch wenn
die Zünd- oder Startspannung des Entladungsrohres ansteigt
und die Lampe zum Ende ihrer Lebensdauer hin
nicht mehr gezündet werden kann, kann somit ein dielektrischer
Durchbruch im Vorschaltgerät oder in der
Verdrahtung des Betriebsstromkreises der Lampe verhindert
werden. Als Ergbnis wird eine sichere Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
mit einem Starter
geschaffen.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen
dem Widerstandswert eines parallel zum
Starter geschalteten Widerstands und
der durch den Starter erzeugten Impulsspannung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer einen Starter aufweisenden
Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Zahl der Kontakt-Schließ/Öffnungsvorgänge
des Starters und der Impulsspannung,
Fig. 4 und 5 Schaltbilder jeweils einer einen Starter
aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß einer zweiten bzw. dritten
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine Seitenansicht einer einen Starter aufweisenden
Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilseitenansicht
des Starters bei der Ausführungsform
nach Fig. 6,
Fig. 8 eine Seitenansicht einer einen Starter
aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß einer fünften Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilseitenansicht
des Starters bei der
Ausführungsform nach Fig. 8 und
Fig. 10 eine perspektivische Teildarstellung des
Starters bei einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß einer sechsten
Ausführungsform der Erfindung.
Wenn ein Widerstand zu einem Zünd- oder Starterelement
im folgenden "Starter" genannt, parallel geschaltet ist, variiert
die Größe der bei der Betätigung des Starters
erzeugten Impulsspannung. Je kleiner der Widerstand
ist, um so niedriger ist nämlich die Impulsspannung.
Wenn kein Widerstand angeschlossen ist, wird gemäß
Fig. 1 eine Impulsspannung einer Größe von 4-6 kV
erzeugt. Wenn in diesem Fall ein Widerstand von 10 kΩ
zum Starter parallelgeschaltet ist, verringert
sich die Impulsspannung auf 3,5-5,5 kV. Im Falle
eines angeschlossenen Widerstands von 1 kΩ verringert
sich die Impulsspannung auf 2-4 kV.
Wenn ein Kontaktpaar eines den Starter bildenden
Thermoschalters wiederholt schließt und öffnet, wird
das die Kontakte bildende Metall in
Form feiner Teilchen versprüht, die sich auf einem Isolierelement
in Form eines Films bzw. einer dünnen
Schicht ablagern, dessen bzw. deren Dicke allmählich
zunimmt. Die Kontakte bestehen normalerweise aus
einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram. Eine sehr
dünne Metallschicht eines hochschmelzenden Metalls besitzt
keine Leitfähigkeit. Wenn jedoch die Schichtdicke
eine Größenordnung von einigen 10 nm übersteigt, nimmt
die Leitfähigkeit entsprechend zu. Wenn dann die Dicke
der Schicht eine Größe von 100 nm übersteigt,
wirkt die Schicht als guter Leiter.
Die Erfindung wurde nun auf der Grundlage dieser Feststellung
entwickelt. Im folgenden ist eine erste Ausführungsform
der Erfindung anhand von Fig. 2 beschrieben.
Gemäß Fig. 2 umfaßt eine Hochdruck-Natriumdampflampe
10 ein mit Natrium als Lichtemissions- oder Entladungsmaterial
gefülltes lichtemittierendes Gefäß bzw. ein
Entladungsrohr 16 mit zwei Elektroden 12 und 14, die
jeweils am einen Ende des Entladungsrohres 16 angeordnet
sind, einen elektrisch zu den Elektroden 12 und 14
parallelgeschalteten Starter 18 und eine in der
Nähe der Außenwand des Rohres 16 angeordnete
äußere Zündelektrode 20. Der Starter
18 besteht aus einem Widerstands-Heizelement von
20 Ω bei Normaltemperatur und einem damit in Reihe geschalteten
Thermoschalter 24. Letzterer besteht aus
einem feststehenden Wolfram-Kontakt 26 und einem
Bimetallstück 30, an dem ein bewegbarer Wolfram-Kontakt
28 angebracht ist. Das Heizelement 22 ist so in
Gegenüberstellung zum Bimetallstück 30 angeordnet, daß
dessen Strahlungswärme zum Bimetallstück 30 übertragen
wird, um damit den Thermoschalter 24 zu betätigen. Ein
Isoliermaterial 32 mit einem Widerstandswert entsprechend einem
Mehrfachen von 10 kΩ ist parallel zum Thermoschalter 24
in der Nähe des letzteren angeordnet und an seinem einen
Abschnitt mit einem massiven Isolator 34 versehen. Der
Isolator 34 ist von einer Kontaktstelle 36 der Kontakte
26 und 28 in einem maximalen Abstand L von 12 mm angeordnet.
Die Lampe 10 mit dem beschriebenen Aufbau ist über ein
Vorschaltgerät 38 an eine Stromquelle 40 angeschlossen
und über ersteres einschaltbar.
Wenn ein auf die Elektroden 12 und 14 der Lampe 10 aufgebrachtes,
Elektronen emittierendes Material verbraucht
ist und das Entladungsrohr 16 zum Ende der Betriebslebensdauer
der Lampe 10 hin nicht mehr gezündet werden
kann, schließt und öffnet der Thermoschalter 24 wiederholt.
Da jedoch der maximale Abstand L zwischen der
Kontaktstelle 36 der Kontakte 26, 28 und dem massiven
Isolator 34 mit 12 mm vorgegeben ist, wird als Ergebnis
des wiederholten Schließens und Öffnens des Thermoschalters
24 Wolfram, als Werkstoff der Kontakte 12 und
14, versprüht und effektiv auf der Oberfläche des Isolators
34 abgelagert. Dabei nimmt das Isoliervermögen
des Isolators 34 ab, so daß ein Äquivalentstromkreis
entsteht, in welchem ein Widerstand von etwa 1 kΩ zum
Starter 18 parallelgeschaltet ist. Aus diesem
Grund verringert sich die durch die Betätigung des
Starters 18 erzeugte Impulsspannung. Auch wenn
ein Impuls wiederholt dem Betriebsstromkreis der Lampe
aufgeprägt wird, tritt in diesem Stromkreis kein dielektrischer
Durchbruch oder Durchschlag auf.
Der Mechanismus der Verhinderung eines dielektrischen
Durchbruchs läßt sich wie folgt erklären:
Die Betriebslebensdauer einer Lampe dieser Art beträgt
normalerweise 12 000 Stunden. Unter der Voraussetzung,
daß die Lampe 10 pro Zünd- oder Startvorgang jeweils
etwa 5,5 h eingeschaltet bleibt, muß der Starter
18 die Lampe 10 während deren Lebensdauer etwa 2400mal
starten können. Je nach dem Zustand der Stromquelle und
des Stromkreises können für einen Starvorgang ungefähr
10 Ein/Aus-Betätigungen erforderlich sein. Der Starter
18 muß daher 10×2400=24 000, d. h. etwa
30 000 Ein/Aus-Betätigungen (Schließ/Öffnungsvorgänge)
aushalten können.
Wenn das Entladungsrohr 16 gegen das Ende seiner Lebensdauer
nicht mehr gezündet werden kann, beginnt der Starter
18 die Kontakte in Intervallen von etwa 15 s
zu schalten. Wenn die Lampe etwa maximal vier Wochen unbeachtet
gelassen wird und die Stromzufuhr pro Tag für
jeweils etwa 8 h erfolgt, arbeiten die Kontakte des
Starters 18
{3600 s (1 h)×8 h×28 d (4 Wochen)≒/15 s=54 000 Mal.
Wenn die Lampe 10 zum Ende ihrer Lebensdauer hin nicht
mehr eingeschaltet oder gezündet werden kann und der
Starter 18 betätigt wird, entspricht die Betätigungshäufigkeit
der Kontakte des Starters 18
der Summe aus 30 000 Betätigungen (während der Betriebslebensdauer)
und 54 000 Betätigungen (bei unbeachtet
gelassener Lampe): 84 000 Betätigungen oder maximal
etwa 100 000 Betätigungen.
Im Hinblick auf obige Ausführungen muß ein dielektrischer
Durchbruch des Vorschaltgeräts und der Verdrahtung
bei den Ein/Aus-Betätigungen des Starters 18
bis zu einer Höchstzahl von 100 000 verhindert werden.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Zahl der Kontakt-Schließ/Öffnungsvorgänge
(Kontakte Ein/Aus) der Kontakte 26 und 28 des Thermoschalters
24 bei der Lampe 10 und der bei jeder Ein/Aus-Betätigung
erzeugten Impulsspannung. Die Kurve
wurde durch Auswertung der Durchschnittsgrößen der
Impulsspannungen zu den jeweiligen Ein/Aus- oder
Schließ/Öffnungszeiten ermittelt. Gemäß Fig. 3 beginnt
die Impulsspannung nach mehr als 30 000 Ein/Aus-Betätigungen
abzufallen. Nach einer Betätigungszahl
von etwa 100 000 ist die Impulsspannung auf etwa 60%
der Anfangsspannung abgefallen. Kurz gesagt, ein für
das Einschalten der Lampe 10 ausreichender Impuls
wird vom Starter 18 so lange erzeugt, bis sich
die Lampe dem Ende ihrer Lebensdauer nähert. Wenn die
Lampe 10 zum Ende ihrer Lebensdauer hin nicht mehr
eingeschaltet werden kann, ist die vom Starter
18 erzeugte Impulsspannung abgefallen, und ein dielektrischer
Durchbruch im Betriebsstromkreis der
Lampe wird verhindert.
Bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform ist der
maximale Abstand L zwischen der Kontaktstelle 36 der
Kontakte 26 und 28 und dem massiven Isolator 34 mit
12 mm gewählt. Dieser Abstand L kann allerdings in
Abhängigkeit von den Charakteristika eines Betätigungssystems
gewählt werden; bevorzugt liegt der Abstand L
jedoch unter 15 mm. Wenn der größte Abstand L mehr
als 15 mm beträgt, erfolgt die Film- oder Schichtbildung
auf dem Isolator 34 langsam. Da sich dabei der
Widerstand des Isolators 34 nicht schnell verringert,
fällt auch die vom Starter 18 erzeugte Impulsspannung
nicht ab. Demzufolge ist es (in einem solchen
Fall) schwierig, einen dielektrischen Durchbruch in
einem Stromkreis, z. B. aus Vorschaltgerät und Verdrahtung,
vollständig zu verhindern.
Zur Bestätigung der oben geschilderten Wirkungen wurden
5 Gruppen zu je 40 Startern (insgesamt 200
Starter) hergestellt, die jeweils maximale Abstände
L von 4, 7, 10, 15 bzw. 18 mm besaßen. Von diesen
Startern wurden 20 Prüflinge aus jeder
Gruppe des maximalen Abstands in Hochdruck-Natriumlampen
eingebaut, die mittels eines Einzeldrosselspulen-Vorschaltgeräts
eines Nennstromverbrauchs von
360 W gezündet oder eingeschaltet werden konnten. Diese
Lampen wurden dann einem Langzeit-Lebensdauertest mit
einer Einschaltzeit von je 5,5 h und einer Ausschaltzeit
von je 0,5 h unterworfen. Die restlichen 20 Prüflinge
jeder Gruppe der verschiedenen maximalen Abstände
wurden in Kolben ohne Entladungsrohr eingebaut,
an 400-W-Quecksilberlampen-Vorschaltgeräte angeschlossen
und einem Dauer-Ein/Ausschaltversuch mit 100 000
Betätigungen unterworfen.
Die Ergebnisse der beiden Versuche sind in der folgenden
Tabelle aufgeführt. Gemäß der Tabelle traten am Ende
eines Lebensdauertests von über 12 000 h Isolationsfehler
(-durchbrüche) bei den massiven Isolatoren von
acht Prüflingen des Typs NH 360.L (mit Niederspannung
startbare Lampe) auf, die einen Starter mit einem
maximalen Abstand L von 4 mm erhielten; die Impulsspannung
verringerte sich dementsprechend ebenfalls
übermäßig stark. Die Zündausfallrate
nach der Nenn-Betriebslebensdauer der Lampe sollte
im allgemeinen nicht höher sein als
50%. Die Lampe NH 360.L mit einem Starter eines
maximalen Abstands L von 4 mm zeigte somit eine zu
hohe Zündausfallrate, so daß sie sich als nicht zufriedenstellend
erweist. Dagegen trat bei einer entsprechenden
Lampe mit einem Starter eines maximalen
Abstands L von mehr als 7 mm kein Zündversagen
aufgrund eines Abfalls der Impulsspannung nach Ablauf
von 12 000 h auf.
Wenn ein Zündausfall oder Startversagen bei einem Entladungsrohr
auftritt, kann normalerweise angenommen
werden, daß ein Starter 100 000 Ein/Aus- oder
Schließ/Öffnungsvorgänge ausgeführt hat, bevor die
Lampe ausgewechselt werden muß. Wenn gemäß der Tabelle
der Starter mit einem maximalen Abstand L von
18 mm 100 000mal betätigt wird, tritt ein Isolationsdurchbruch
mit einer Häufigkeit
von 3/20 über die Vorschaltgerät-Wicklung auf. Bei
einer Lampe mit einem Starter eines maximalen
Abstands L von unter 15 mm tritt dagegen kein Isolationsdurchbruch
auf.
Wenn weiterhin bei einer Hochdruck-Natriumlampe einer Betriebslebensdauer
von 12 000 h der maximale Abstand L
auf 7 mm < L < 15 mm eingestellt ist, tritt vor Ablauf
von 12 000 h kein Startversagen oder Zündausfall in der
Lampe auf. Selbst wenn ein Startversagen im Entladungsrohr
auftritt, unterliegt das Vorschaltgerät keinem
Isolationsdurchbruch.
Eine Lampe einer Lebensdauer von 12 000 h muß mithin
einen maximalen Abstand L von 7 mm aufweisen. Beispielsweise
können bei Lampen einer Lebensdauer von 9 000 h
und 24 000 h die maximalen Abstände L mit mehr als
6 mm bzw. 10 mm gewählt werden. Wenn somit die Hochdruck-Natriumlampe
während ihrer Nenn-Lebensdauer eingeschaltet
wird, ist sie vor Startversagen oder Zündausfall
aufgrund einer übermäßigen Verringerung der
Impulsspannung geschützt.
Wenn der maximale Abstand L auf unter 15 mm eingestellt
ist, tritt im Vorschaltgerät kein Isolationsdurchbruch
bis zu 100 000 Ein/Aus-Betätigungen des Starters
auf. Wenn das Vorschaltgerät vor einem Isolationsdurchbruch
vor Ablauf von 100 000 Ein/Aus-Betätigungen geschützt
werden kann, läßt sich diese
Wirkung auch bei einer Lampe einer Lebensdauer von
9 000 oder 24 000 h erzielen.
Da jedoch die Isolierfähigkeit des
Vorschaltgeräts verbessert werden kann, kann der maximale
Abstand L entsprechend der verbesserten Isolierfähigkeit
des Vorschaltgeräts auf mehr als 15 mm eingestellt
werden.
Im folgenden ist anhand von Fig. 4 eine zweite Ausführungsform
einer einen Starter aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß der Erfindung beschrieben.
Dabei ist ein Isoliermittel 32 parallel zu einem
Thermoschalter 24 angeordnet. Insbesondere ist dabei
die eine Seite eines massiven Isolators 34 an
einen Knotenpunkt zwischen einem Bimetallstück 30 und
einer Elektrode 14 angeschlossen. Die andere Seite des
Isolators 34 liegt an einem Knotenpunkt zwischen einem
Widerstands-Heizelement 22 und einer Elektrode 12. Hierbei
ist zu beachten, daß der Isolator 34 in einem maximalen
Abstand L von weniger als 15 mm von einer Kontaktstelle
36 von Kontakten 26 und 28
angeordnet ist. Bis auf diesen Unterschied weist die
zweite Ausführungsform denselben Aufbau auf wie die zuerst
beschriebene Ausführungsform. Daher sind in Fig. 4
die den Teilen von Fig. 2 entsprechenden Teile mit denselben
Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht
mehr im einzelnen erläutert. Bei dieser Anordnung wird
während der gesamten Betriebslebensdauer oder Standzeit
der Lampe 10 ein für das Einschalten derselben ausreichender
Impuls durch einen Starter 18 erzeugt.
Wenn die Lampe 10 am Ende ihrer Lebensdauer nicht mehr
eingeschaltet werden kann, ist die vom Starter
18 erzeugte Impulsschaltung verringert, um einen dielektrischen
Durchbruch im Betriebsstromkreis der Lampe
zu verhindern.
In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Dabei ist die eine Seite eines Isoliermittels
32 an einen Knotenpunkt zwischen einem Bimetallstück
30 und einer Elektrode 14 angeschlossen, während
seine andere Seite mit einem vorgegebenen Abschnitt
eines Widerstands-Heizelements 22 verbunden ist. Bei
dieser Ausführungsform ist ein massiver Isolator 34 in
einem massiven Abstand L von weniger als 15 mm von
einer Kontaktstelle 36 der Kontakte 26 und 28 angeordnet.
Ansonsten entspricht diese Ausführungsform wiederum
derjenigen nach Fig. 2, und sie bietet dieselbe
Wirkung wie bei erster und zweiter Ausführungsform.
Eine praktische Ausgestaltung gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung ist nachstehend anhand von
Fig. 6 und 7 beschrieben. Fig. 6 veranschaulicht eine
mit einem Starter versehene Hochdruck-Natriumlampe
eines Nenn-Stromverbrauchs von 360 W. Dabei ist
ein Sockel 152 am einen Ende eines Kolbens 150 montiert,
der unter einem hohen Unterdruck steht und in den ein
Entladungsrohr 116 eingedichtet ist. Letzteres besteht
z. B. aus einem durchscheinenden Aluminiumoxid-Keramikmaterial.
Die beiden Enden des Entladungsrohres 116
sind durch Verschlußelemente 154 und 156, die Elektroden
112 bzw. 114 tragen, luftdicht verschlossen. Das
Entladungsrohr 116 ist mit Natrium als Licht emittierender
Stoff, gasförmigem Xenon als Zünd- oder Start-Edelgas
und Quecksilber als Puffermaterial gefüllt. Ein Starter
118 ist elektrisch zum Entladungsrohr 116
parallelgeschaltet. Der Starter 118 besteht aus
einem auf einem isolierenden Substrat 158 montierten
Thermoschalter 124 und einem mit diesem in Reihe geschalteten
Wendelfaden-Widerstandsheizelement 122.
Der Thermoschalter 124 weist zwei Wolfram-Kontakte
126 und 128 auf. Der feststehende Kontakt
126 ist am isolierenden Substrat 158 mittels
einer Schraube 164 über ein Tragelement 160 befestigt.
Der bewegbare Kontakt 128 ist am isolierenden Substrat
158 mittels einer Schraube 166 über ein Bimetallstück
130 und ein zugeordnetes Tragelement 162 befestigt.
Die Schraube 164 ist mit einem noch zu beschreibenden
Entladungsrohr-Tragelement 168, die Schraube 166 mit
dem einen Ende des Heizelements 122 verbunden.
Weiterhin ist zwischen den Tragelementen 160, 162 ein
Isoliermittel 132 angeordnet, das somit elektrisch zum
Thermoschalter 124 parallelgeschaltet ist. Ein das Isoliermittel
132 bildender massiver Isolator 134 ist in
einem Abstand L=10 mm von einer Kontaktstelle 136
der Kontakte 126 und 128 angeordnet. Das Isoliermittel
132 umfaßt den massiven Isolator 134, z. B. in Form eines
Mullit-Rundstabs, zwei Leiter 170 und 172 aus z. B.
leitfähigen Kohlenstoffschichten, die auf den beiden
Enden des massiven Isolators 134 in einem gegenseitigen
Abstand von 1 mm ausgebildet sind, sowie zwei Zuleitungen
178 und 180, die an Metallkappen 174 bzw. 176
angeschlossen und mit den Tragelementen 160 bzw. 162
verbunden sind.
Innere Leitungen 184 und 186 sind in einen am einen
Ende des Kolbens 150 angeschweißten Röhren-Fuß
182 eingedichtet. Das eine Ende der Leitung 184 ist mit
einem Gewindeteil 188 des Sockels 152 verbunden, während
ihr anderes Ende mit dem Tragelement 168 des Entladungsrohres
116 verbunden ist. Das Tragelement 168
dient auch als Stromzufuhrelement für die Elektrode 112.
Das eine Ende der Leitung 186 ist mit einer Spitze oder
Kappe 190 des Sockels 152 verbunden, ihr anderes
Ende ist an die Elektrode 114 angeschlossen.
Eine äußere Zündelektrode 120 ist längs der Außenfläche des
Entladungsrohres 116 verlaufend angeordnet, wobei ihr
eines Ende über ein auf Wärme ansprechendes oder wärmeempfindliches
Metallelement 192 mit dem Tragelement 168
verbunden ist.
Die Lampe 110 mit dem beschriebenen Aufbau ist mit
einer nicht dargestellten Wechselspannungsquelle über
ein Einzeldrosselspulen-Quecksilberlampen-Vorschaltgerät
für eine Wechselstromquelle von 200 V verbunden und
durch letzteres einschaltbar. Vor dem Starten oder Zünden
der Lampe werden die Kontakte 126,128 des Thermoschalters
124 geschlossen, so daß ein Strom von etwa
0,77 A zum Heizelement 122 fließt und darin Wärme
erzeugt. Das Bimetallstück 130 biegt sich unter der
Wärme des Heizelements 122 durch, so daß die Kontakte
126,128 zum Öffnen getrennt werden. Beim Öffnen der
Kontakte wird ein hoher Stoßspannungsimpuls von
4-6 kV erzeugt, der eine Lichtbogenentladung im Entladungsrohr
116 hervorruft, wodurch die Lampe 110 eingeschaltet
oder gezündet wird.
Es ist darauf hinzuweisen, daß der Thermoschalter 124
durch die Strahlungswärme vom Entladungsrohr 116 bei
eingeschalteter Lampe im Offenzustand gehalten wird
und daraufhin nicht mehr schließt.
Mit der beschriebenen Anordnung kann die obige Aufgabe
voll oder ganz gelöst werden. Es ist darauf hinzuweisen,
daß der Abstand L zwischen der Kontaktstelle
136 der Kontakte 126, 128 und dem massiven Isolator 134
entsprechend der Nenn-Lebensdauer der Lampe und den
Isolationseigenschaften des Betriebsstromkreises auf
eine vorbestimmte, von 10 mm verschiedene Größe eingestellt
werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 ist der Spalt
oder Abstand zwischen den Leitern 170 und 172 auf 1 mm
eingestellt; dieser Abstand liegt bevorzugt im Bereich
von 0,5-5 mm. Wenn der Abstand kleiner ist als 0,5 mm,
fällt die vom Starter 118 erzeugte Impulsspannung
zu schnell ab; ist er größer als 5 mm, so variiert
der Abstand zwischen der Kontaktstelle 136 und einem
vorgegebenen Punkt auf dem Isolator 134. In diesem Fall
wird die Film- oder Schichtdicke des auf dem Isolator
gebildeten bzw. abgelagerten Kontaktmaterials ungleichmäßig.
Auch wenn beim Entladungsrohr 116 ein Zündversagen
oder Startausfall auftritt und der Thermoschalter
124 wiederholt schließt und öffnet, kann deshalb in
einem solchen Fall in nachteiliger Weise weder die
Isolierfähigkeit des massiven Isolators 134 schnell abnehmen
noch die Impulsspannung schnell abfallen.
Eine praktisch noch günstigere fünfte Ausführungsform
der Erfindung ist nachstehend anhand der Fig. 8 und 9
beschrieben. Fig. 8 veranschaulicht eine mit einem Starter
versehene Hochdruck-Natriumlampe eines Nenn-Stromverbrauchs
von 360 W. Dabei ist ein Sockel 152
am einen Ende eines unter einem hohen Unterdruck gehaltenen
Kolbens 150 angebracht. Im Inneren des Kolbens
150 ist ein Entladungsrohr 116 aus z. B. einem durchscheinenden
Aluminiumoxid-Keramikmaterial angeordnet.
Die beiden Enden des Entladungsrohres 116 sind durch
Verschlußelemente 154 und 156, die Elektroden 112 bzw.
114 tragen, luftdicht abgedichtet. Das Entladungsrohr
116 ist mit Natrium als Licht emittierendes Material,
gasförmigem Xenon als Zünd- oder Start-Edelgas und
Quecksilber als Puffermaterial gefüllt. Elektrisch
parallel zu den Elektroden 112 und 114 ist ein Starter
118 geschaltet, der einen auf einem isolierenden
Substrat 158 montierten Thermoschalter 124 und ein mit
diesem in Reihe geschaltetes Wendelfaden-Widerstandsheizelement
122 umfaßt.
Der Thermoschalter 124 weist zwei Wolfram-Kontakte 126
und 128 auf. Der feststehende Kontakt 126 ist am
isolierenden Substrat 158 mittels einer Schraube 164
über ein Tragelement 160 befestigt. Der bewegbare Kontakt
128 ist am isolierenden Substrat 158 mittels
einer Schraube 166 über ein Bimetallstück 130 und dessen
zugeordnetes Tragelement 162 angebracht. Die Schraube
164 ist mit einem Entladungsgefäß-Tragelement 168 (noch
zu beschreiben), die Schraube 166 mit dem einen Ende
des Heizelements 122 verbunden.
Bei dieser fünften Ausführungsform ist der maximale Abstand
L zwischen einer den kleinsten Abstand zwischen
den Tragelementen 160 und 162 längs der Oberfläche des
isolierenden Substrats 158 definierenden Geraden l 1
und einer Kontaktstelle 136 der Kontakte 126, 128 auf
12 mm eingestellt. Die Höhe l 2 der Kontaktstelle 136
über dem Substrat 158 beträgt 5 mm.
Innere Leitungen 184 und 186 sind in einem am einen
Ende des Kolbens 150 angeschweißten Fuß 182
eingedichtet. Das eine Ende der Leitung 184 ist mit
einem Gewindeteil 188 des Sockels 152, ihr anderes
Ende mit dem Tragelement 168 für das Entladungsrohr
116 verbunden. Das Tragelement 168 dient auch als
Stromzufuhrelement für die Elektrode 112. Das eine Ende
der Leitung 186 ist mit der Spitze oder Kappe 190
des Sockels 152, ihr anderes Ende mit der Elektrode 114
verbunden.
Längs der Außenfläche des Entladungsrohres 116 verläuft die
äußere Zündelektrode 120, deren eines Ende über ein
wärmeempfindliches Metallelement 192 mit dem Tragelement
168 verbunden ist.
Die Lampe 110 mit dem beschriebenen Aufbau ist an eine
nicht dargestellte Stromquelle über ein Einzeldrosselspulen-Quecksilberlampen-Vorschaltgerät
für eine Wechselstromquelle
von 200 V angeschlossen und durch dieses
einschaltbar. Vor dem Zünden oder Starten der Lampe werden
die Kontakte 126 und 128 des Thermoschalters 124
gegeneinander geschlossen, so daß ein Strom von etwa
0,77 A zum Heizelement 122 fließt und in diesem
Wärme erzeugt. Das Bimetallstück 130 biegt sich unter
der vom Heizelement 130 gelieferten Wärme durch, wodurch
die Kontakte 126, 128 getrennt bzw. geöffnet werden.
Beim Öffnen der Kontakte wird ein hoher Stoßspannungsimpuls
von 4-6 kV erzeugt, der eine Lichtbogenentladung
im Entladungsrohr 116 hervorruft, wodurch die
Lampe 110 eingeschaltet wird.
Es ist darauf hinzuweisen, daß der Thermoschalter 124
durch die Strahlungswärme vom Entladungsrohr 116 bei
eingeschalteter Lampe im Offenzustand gehalten wird
und daraufhin nicht mehr schließt.
Mit der beschriebenen fünften Ausführungsform kann die
obige Aufgabe ebenfalls gelöst werden. Hierbei ist
die Höhe l 2 der Kontaktstelle 136 des Thermoschalters
124 über dem Substrat 158 auf 5 mm eingestellt. Die
Höhe l 2 ist jedoch nicht auf diese Größe beschränkt,
sondern kann eine beliebige andere, zweckmäßige Größe
besitzen. Falls jedoch die Höhe l 2 zu klein ist, setzt
sich von der Kontaktstelle versprühtes Wolfram im wesentlichen
parallel zum Substrat 158 ab und bleibt an
diesem haften. In diesem Fall kann die Widerstandsänderung
im Leitzustand zu groß sein. Zur Vermeidung
einer solchen Widerstandsänderung beträgt daher die
Höhe l 2 bevorzugt mehr als 3 mm.
Eine praktisch zweckmäßige sechste Ausführungsform der
Erfindung ist nachstehend anhand von Fig. 10 erläutert.
Dabei ist nur der Hauptteil gemäß der Erfindung, nämlich
ein Abschnitt eines Starters 118 dargestellt.
In einem isolierenden Substrat 158 ist zwischen einem
Tragelement 160 für einen feststehenden Kontakt 126
und einem Tragelement 162 für einen bewegbaren Kontakt
128 eine Aussparung 194 ausgebildet. In diesem
Fall bestimmt sich ein Mindestabstand l 1 zwischen den
Tragelementen 160 und 162 gemäß Fig. 10 durch eine längs
der Aussparung 194 im Substrat 158 verlaufende Kurve.
Die Strecke L entspricht dem maximalen Abstand zwischen
der Kontaktstelle 136 der Kontakte 126, 128 und der
Kurve l 1.
Mit dieser Ausführungsform wird eine ähnliche Wirkung,
wie vorher beschrieben, erzielt.
Verschiedene Änderungen und Abwandlungen bezüglich
Anordnung und Form des Thermoschalters sind möglich.
Auch kann die Lampe anstelle einer Hochdruck-Natriumlampe
eine mit einem Starter versehene andere
Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, z. B. eine mit
einem Alkalimetall einer anderen Art oder eine mit
einem Metallhalogenid gefüllte Lampe, sein.
Claims (6)
1. Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem Kolben
(150), in dem ein Entladungsrohr (16; 116) mit zwei
Elektroden (12, 14; 112, 114) und ein zu dem Entladungsrohr
parallel geschalteter Starter (18; 118) mit einem
Thermoschalter (24; 124) mit zwei Kontakten (26, 28;
126; 128) und einem mit den Kontakten in Reihe geschalteten
Heizelement (22; 122) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein isolierender Körper (34; 134; 158) vorgesehen ist, an dem in gegenseitigem Abstand zwei Zuleitungen angebracht sind, die mit den Stromzuführungen der Kontakte des Thermoschalters verbunden sind, und
daß der isolierende Körper derart in der Nähe der Kontaktstelle (36; 136) der Kontakte des Thermoschalters angeordnet ist, daß Kontaktmaterial von den Kontakten des Thermoschalters, das beim Öffnen und Schließen dieser Kontakte versprüht und auf dem isolierenden Körper zwischen den Zuleitungen niedergeschlagen wird, eine mit der Anzahl der Betätigungen des Thermoschalters in ihrem Widerstand abnehmende leitende Verbindung zwischen den Zuleitungen bildet.
daß ein isolierender Körper (34; 134; 158) vorgesehen ist, an dem in gegenseitigem Abstand zwei Zuleitungen angebracht sind, die mit den Stromzuführungen der Kontakte des Thermoschalters verbunden sind, und
daß der isolierende Körper derart in der Nähe der Kontaktstelle (36; 136) der Kontakte des Thermoschalters angeordnet ist, daß Kontaktmaterial von den Kontakten des Thermoschalters, das beim Öffnen und Schließen dieser Kontakte versprüht und auf dem isolierenden Körper zwischen den Zuleitungen niedergeschlagen wird, eine mit der Anzahl der Betätigungen des Thermoschalters in ihrem Widerstand abnehmende leitende Verbindung zwischen den Zuleitungen bildet.
2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand zwischen dem isolierenden Körper (34;
134; 158) und einer Kontaktstelle (36; 136) des Thermoschalters
innerhalb von etwa 15 mm liegend gewählt ist.
3. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Thermoschalter weiterhin einen feststehenden Kontaktteil
(26; 126) und einen bewegbaren Kontaktteil (28;
128) aufweist.
4. Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der isolierende Körper aus dem zur Halterung des
Thermoschalters dienenden Substrat (158) besteht.
5. Entladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erstes Tragelement (160) zur Halterung des feststehenden
Kontaktteils und ein zweites Tragelement (162)
zur Halterung des bewegbaren Kontaktteils vorgesehen
sind und daß die beiden Tragelemente am Substrat (158)
angebracht sind.
6. Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand von einer Kontaktstelle (136) von feststehendem
und bewegbarem Kontaktteil zu einer kürzesten,
die beiden Tragelemente (160, 162) längs einer Oberfläche
des Substrats (158) verbindenden Linie mit weniger als
etwa 15 mm gewählt ist.
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