DE3923807A1 - Spiralfoermige einzelne zuendelektrode fuer hid-lampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrodenlose Entladungslampen hoher Intensität (HID-Lampen), und sie betrifft mehr im besonderen eine neue konisch-spiralförmige einzelne Elektrode zum Initi­ ieren einer Plasmaentladung innerhalb des Bogenraumes der elek­ trodenlosen HID-Lampe.

Es ist bekannt, ein ringförmiges lichtemittierendes Plasma im Kolben einer HID-Lampe zu schaffen. Das Induktions-Bogenplasma hängt für seine Aufrechterhaltung von einem solenoidalen diver­ genzfreien elektrischen Feld ab. Dieses Feld wird durch ein veränderliches Magnetfeld einer Anregungsspule erzeugt, die üblicherweise die Form eines Solenoids hat. Es ist erforder­ lich, einen sehr hohen Gradienten des elektrischen Feldes über das Bogenrohr zu entwickeln, um die Plasmaentladung zu zünden. Es ist schwierig, einen ausreichend hohen Gradienten des elek­ trischen Feldes zu entwickeln, insbesondere in der dazugehöri­ gen Anregungsspule, da der Spulenstrom unannehmbar hoch sein kann, selbst wenn er nur auf einer Impulsbasis geschaffen wird. Weiter mag die Schaffung eines sehr steilen Gradienten des elek­ trischen Feldes unmöglich sein, weil die erforderliche Feld­ stärke pro Windung der Anregungsspule den Wert des elektrischen Durchbruches von Windung zu Windung für diese Spule übersteigen kann. Es ist daher schwierig, eine Einrichtung zum Zünden von Induktions-angetriebenen HID-Lampen zu schaffen, und es ist auch schwierig, für das heiße Wiederzünden der gleichen Art Lampe zu sorgen. Es ist daher in hohem Maße erwünscht, eine Einrichtung zum Zünden der Plasmaentladung von HID-Lampen zu schaffen, die leicht unter normalen Umgebungsbedingungen mit üblichen HID- Lampen benutzt werden können. Kapazitive Elektrodenpaare zum Unterstützen des Zündverfahrens sind in den anhängigen Patent­ anmeldungen beschrieben, für die die Prioritäten der US-Patent­ anmeldungen Serial-No. 2 08 514, 2 25 315 bzw. 2 29 187 vom 20. Juni 1988; 28. Juli 1988 bzw. 8. August 1988 beansprucht sind, auf die hiermit Bezug genommen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrodenlose Entla­ dungslampe hoher Intensität mit einem Bogenrohr, das im Inneren einer Anregungsspule angeordnet ist und in deren Innerem eine Plasma-Bogenentladung, angetrieben durch die Anregungsspule, ge­ schaffen werden soll, mit einer einzelnen konisch-spiralförmigen Zündelektrode versehen, deren engeres Ende benachbart oder auf einer zugeordneten Bogenrohroberfläche angeordnet ist, wobei das weitere Ende der Elektrode derart angeordnet ist, daß der Hoch­ frequenzfluß, der durch die Anregungsspule erzeugt wird, die Windungen der spiralförmigen Elektrode schneidet, um ein Hoch­ spannungssignal zu erzeugen und ein elektrisches Feld innerhalb des Bogenrohres, nahe dem Ende der spiralförmigen Elektrode mit einer Größe und einer Position zu erzeugen, daß in dem Material innerhalb der Lampe eine Glimmentladung aufgrund der Wandkapa­ zität des Bogenrohres erzeugt wird. Die Glimmentladung erzeugt ausreichend Ionisation an einer geeigneten Stelle, so daß ein rascher Übergang zu einer solenoidalen Hochstromentladung statt­ findet und das Entladungsplasma bildet, das auf das durch die Anregungsspule erzeugte normale Feld anspricht.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Achse der einzelnen spiralförmigen Zündelektrode im wesentlichen mit der Rohrachse ausgerichtet. Eine Einrichtung, wie ein Bimetallstrei­ fen, zum Bewegen der Zündelektrode weg von dem Entladungsrohr aufgrund des Empfanges einer Anregung, wie von dem Rohr abgege­ bener thermischer Energie, kann benutzt werden, um die brauch­ bare Lebensdauer des Entladungsrohres zu verlängern.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue einzelne spiralförmige Zündelektrode für eine elektroden­ lose Entladungslampe hoher Intensität zu schaffen.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden bei der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich, die unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellte einzige Figur erfolgt ist, in der eine perspektivische Ansicht eines Bogen­ rohres und einer Anregungsspule einer HID-Lampe und eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der spiralförmigen Zündelektrode ge­ mäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.

In der Figur weist eine Induktions- oder elektrodenlose Entla­ dungslampe hoher Intensität (HID-Lampe) 10 ein Bogenrohr oder einen Kolben 11 mit einer im wesentlichen zylindrischen Gestalt auf, die im wesentlichen gasförmiges Material 12 enthält, das ein Zündgas, wie Argon, Xenon, Krypton und ähnliche sowie ein Metallhalogenid, wie Natriumjodid, Cerjodid und ähnliche, ein­ schließt. Eine im wesentlichen ringförmige Bogenentladung 14 soll durch ein elektrisches Feld erzeugt und innerhalb des Kol­ bens 11 aufrechterhalten werden, das durch eine Anregungsspule 16 aufgrund eines Hochfrequenzsignals erzeugt wird, das zwischen die gegenüberliegenden Spulenenden 16 a und 16 b durch eine Hoch­ frequenzgenerator-Einrichtung 18 gelegt wird. Der Kolben 11 ist mit seiner Achse 11 c allgemein längs der Achse der Spule 16 an­ geordnet.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Zündelektrode 20 als allgemein konisch-spiralförmiges leitendes Teil benachbart dem Äußeren der oberen oder unteren Oberfläche des Bogenrohres ange­ ordnet. Die einzelne Zündelektrode 20 befindet sich benachbart der oberen Bogenrohroberfläche 11 a, und zwar mit dem engeren Elektrodenende 20 a dicht benachbart dazu oder diese Oberfläche sogar berührend an einem Punkt 11 b auf dieser oberen Oberfläche 11 a. Die Spiralelektrode 20 hat eine Achse 20 c, die sich im we­ sentlichen senkrecht zur benachbarten Oberfläche erstreckt und somit allgemein parallel zur im wesentlichen übereinstimmenden Achse 11 c von Kolben 11 und Spule 16. Ein gegenüberliegendes weiteres Ende 20 b der einzelnen Spiralelektrode ist elektrisch mit einem Abschnitt der Spule 16, wie am Spulenende 16 a, ver­ bunden und durch eine leitende Trägereinrichtung 22 mechanisch abgestützt und an Ort und Stelle gehalten. Eine radiale Erstrek­ kung 20 b′ der spiralförmigen Elektrode wird in einer Öffnung 22 a der Trägereinrichtung 22 gehalten, die eine zweite Öffnung 22 b aufweist, durch die sich ein benachbartes Spulenende 16 a erstreckt, um die Zündelektrode oberhalb des Bogenrohres 11 zu halten. Der Magnetfluß M, der durch den Hochfrequenzstrom in der Spule 16 erzeugt wird, schneidet den Leiter der Zündelektro­ de 20 und erzeugt durch Induktion eine hohe Spannung, die von der Zündelektrode 20 aus über das Bogenrohr 11 gelegt wird und eine Glimmentladungsregion 24 mit geringem Strom bildet, während der Strom durch das Bogenrohr und zurück zur Anregungsspule fließt. Das Glimmentladungsvolumen 24 erzeugt ausreichend Ioni­ sation an einer sehr günstigen Stelle hinsichtlich des erwünsch­ ten Entladungsplasmaringes 14, so daß der Übergang zur Hochstrom- Plasma-Bogenentladung rasch stattfindet. Eine noch günstigere Glimmentladung wird geschaffen durch Bilden einer bogenförmigen Erstreckung 20 e vom engeren Spiralenende 20 a aus. Diese Erstrek­ kung 20 e liegt in einer Ebene parallel zur oberen Rohroberfläche 11 a und liegt üblicherweise daran an und folgt im allgemeinen der Mittellinie des Ringes 14 über mindest ein Viertel eines Kreises aber weniger als einen ganzen Kreis. Es ist darauf hin­ zuweisen, daß die spiralförmige Zündelektrode 20 nicht physisch mit einer separaten Leistungsquelle verbunden sondern lediglich induktiv mit der Anregungsspule 16 gekoppelt ist, um das Hoch­ spannungs-Zündsignal zu bilden. Eine zweite Zündelektrode ist nicht erforderlich.

Die Zündelektrode braucht nahe dem Bogenrohr 11 nur während des Zündprozesses angeordnet zu sein. Eine stationäre spiralförmige einzelne Zündelektrode 20 hat mehrere Nachteile: Durch enge Nachbarschaft zum Bogenrohr 11 beeinträchtigt die Zündelektrode 20 die Temperatursteuerung des Bogenrohres und blockiert die Lichtemission daraus; aufgrund des Ionenbeschusses des Bogenroh­ res 11 vom kontinuierlichen Strom, der selbst während des nor­ malen Lampenbetriebes fließt, kann sogar eine frühe Lampenbeein­ trächtigung verursacht werden. Um die vorgenannten Nachteile zu beheben, benutzt die derzeit bevorzugte Ausführungsform eine bewegbare Zündelektrode 20. Die Zündelektrode wird aus der Nähe des Bogenrohres 11 entfernt, nachdem die Lampe gezündet ist, so daß die Zündelektrode weder wesentlich die Lichtemission blok­ kiert, noch den thermischen Ausgleich des Bogenrohres 11 beein­ trächtigt noch zur Verschlechterung der Lampe beiträgt. Die Trägereinrichtung 22 schließt einen leitenden Abschnitt 22 c ein, der an einer Einrichtung 22 d befestigt ist, um das Trägerteil in eine Position zu biegen, wie sie durch das gestrichelt wie­ dergegebene Teil 22′ eingenommen wird, das die Elektrode 20 weg vom Bogenrohr 11 bewegt, nachdem die Plasma-Bogenentladung 14 begonnen hat. Die Einrichtung 22 d kann wärmeempfindlich sein, z.B. ein bimetallischer Streifen, der so ausgebildet ist, daß er bei normaler Umgebungstemperatur geeigneterweise gerade ist und das Zündelektrodenende 20 a benachbart der Stelle 11 b auf der oberen Oberfläche des Lampenkolbens liegen läßt. Die Ein­ richtung 22 ist leitend und bildet einen Rückkehrpfad für den Stromfluß von der spiralförmigen Elektrode 20 zum unteren Schal­ tungspotential, z.B. einem der Spulenenden 16 a oder 16 b, wie durch ein gemeinsames Potential (Erdungssymbol gestrichelt) an einem (aber nicht beiden) Enden oder irgendeinem anderen er­ wünschten Potential. Der Glimmentladungsbereich 24 wird somit (als Fleck oder gebogene Linie in Abhängigkeit davon, ob die Erstreckung 20 e benutzt wird) gebildet, wenn die Spule 16 anfäng­ lich mit Energie versehen wird und unterstützt das Zünden des Bogen-Plasmaentladungsringes 14 innerhalb des Kolbens. In Ab­ hängigkeit von der von der arbeitenden Lampe emittierten Wärme­ energie erfährt der Bimetallstreifen 22 d eine unterschiedliche Ausdehnung und ändert seine Krümmung, so daß der nun gekrümmte Streifen 22′ die Zündelektrode 20 vom Bogenrohr wegbewegt. Wird die Lampe abgestellt, dann kühlt sich der Bimetallstreifen 22 d ab und kehrt in seine Zündposition zurück.

Claims (9)

1. Zündelektrode für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität (HID-Lampe) der Art mit einem Bogen­ rohr im Hohlraum einer Anregungsspule, wobei innerhalb des Bogenrohres eine Plasma-Bogenentladung gebildet und durch die Anregungsspule angetrieben werden soll, gekennzeichnet durch
eine einzelne Zündelektrode mit einer spiralförmigen Gestalt, die, zumindest während des Beginns der Plasma- Bogenentladung, mit einem engeren Ende benachbart einem ausgewählten Punkt auf der äußeren Oberfläche des Bogen­ rohres angeordnet ist und
einer Einrichtung zum Anordnen der Elektrode mit einem weiteren Ende an einer ausgewählten Stelle, um die Elek­ trode in dem magnetischen Fluß anzuordnen, der durch die Anregungsspule erzeugt wird und ausreicht, zumin­ dest zu Beginn der Plasma-Bogenentladung, eine Glimment­ ladung innerhalb des Bogenrohres zu erzeugen.

2. Zündelektrode nach Anspruch 1, worin die Spirale eine konische Gestalt hat.

3. Zündelektrode nach Anspruch 2, worin die spiralförmige Elektrode eine gebogene Verlängerung aufweist, die in einer Ebene liegt, im wesentlichen parallel zur äußeren Oberfläche des Bogenrohres.

4. Zündelektrode nach Anspruch 3, worin die Krümmung der bogenförmigen Verlängerung geringer ist als ein ganzer Kreis und größer als ein Viertelkreis und sich die Ver­ längerung im wesentlichen gegen die genannte Oberfläche abstützt.

5. Zündelektrode nach Anspruch 2, worin die Einrichtung zum Anordnen ein leitendes Teil umfaßt, das einen ausgewähl­ ten Abschnitt der Elektrode mit einem benachbarten Ab­ schnitt der Anregungsspule verbindet.

6. Zündelektrode nach Anspruch 5, worin sich der ausgewählte Abschnitt am weiteren Ende der Elektrode befindet.

7. Zündelektrode nach Anspruch 1, worin die Einrichtung zum Anordnen eine Einrichtung einschließt, die auf eine ausgewählte Anregung anspricht, um die Zündelektrode zu einer Stelle zu bewegen, die weiter weg vom Bogenrohr liegt als die Stelle, an der sich die Elektrode während des Beginns der Entladung befindet.

8. Zündelektrode nach Anspruch 7, worin die Bewegungsein­ richtung eine Einrichtung zum Bewegen der Zündelektrode in Abhängigkeit vom Empfang von Wärmeenergie vom Bogen­ rohr umfaßt.

9. Zündelektrode nach Anspruch 6, worin die auf Wärmeener­ gie ansprechende Bewegungseinrichtung ausgebildet ist, die Zündelektrode wieder zurück zum Bogenrohr zu bewe­ gen, wenn die Aufnahme von Wärmeenergie vom Bogenrohr aufgehört hat.