-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckentladungslampe und ein
Verfahren zum Zünden einer
solchen Hochdruckentladungslampe.
-
Hochdruckentladungslampen,
wie eine Hochdruck-Natriumdampflampe oder eine Metallhalogenidlampe,
sind weit verbreitet für
Außenbeleuchtungen
von Straßen,
Plätzen,
Sportanlagen etc. oder in den letzten Jahren auch für Außenbeleuchtungen kommerzieller
Anlagen und dergleichen, wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften,
wie einer vergleichsweise ausgezeichneten Farbwidergabetreue neben
Vorteilen hohen Wirkungsgrades und großer Helligkeit.
-
In
dem japanischen Patent-Abstracts Band 0163 Nr. 54 (E/1242) vom 30.
Juli 1992 (1992-07-30) und den japanischen Schriften
JP 4112448 A , vom 14. April
1992 (1992-04-14) ist eine Metalldampfentladungslampe beschrieben,
die einen Lichtbogenröhre,
einen Starter mit einem Kondensatorelement mit nichtlinearer Charakteristik
und ein Halbleiterschalterelement enthält. Das Kondensatorelement
und das Schalterelement liegen parallel zur der Lichtbogenröhre. Ein äußerer Röhrenglaskolben
enthält
die Lichtbogenröhre
und den Starter. Weiterhin ist ein Schalter vorgesehen, der parallel
zur Lichtbogenröhre,
dem Kondensatorelement, dem Schalterelement und dem Halbleiterschalterelement
liegt. Um solche Hochdruckentladungslampen zum Brennen zu bringen,
ist im Allgemeinen ein Starter erforderlich. Die Starter sind in
zwei Typen klassifiziert: ein äußerer Typ,
der in einer Zündballastschaltung
enthalten ist, und ein lampenintegrierter Typ, der in der Lampe selbst
enthalten ist. Der letztgenannte lampenintegrierte Typ ist weithin
in Gebrauch, weil sich die Kosten des Lampensystems durch seine Kombination mit
einem einfachen Kupfer-Eisen-Reaktanzballastelement verringern.
-
Unter
den üblichen
Hochdruckentladungslampen mit eingebautem Starter gibt es eine mit
einem Starter, der ein ferroelektrisches Keramikkondensatorelement
mit nichtlinearer Charakteristik benutzt. Dieser Starter ist im
praktischen Betrieb außerordentlich
sicher und hat ein vergleichsweise ausgezeichnetes Startverhalten,
so dass er mehr und mehr in Gebrauch kommt (s.
JP 5(1992)-87940 B ,
JP 5(1992)-290985 A ).
In
7 ist ein übliches
Beispiel einer Hochdruck-Natriumdampflampe
mit eingebautem Starter veranschaulicht. Ein Starter dieser Lampe
enthält
eine Reihenschaltung eines ferroelektrischen Keramikkondensatorelementes
(NCC)
24, das parallel zu einer Lichtbogenröhre
23 der
Hochdruck-Natriumdampflampe und einem bilateralen Halbleiterschalterelement
25 geschaltet
ist. Der Startvorgang läuft
folgendermaßen
ab.
-
Wenn
eine Stromquelle 13 angelegt wird, dann führt das
NCC-Element 24 ein sogenanntes Stromschalten durch, bei
welchem es aufgrund seiner nichtlinearen Charakteristik den Strom
abschaltet. Hierdurch wird in jedem Halbzyklus in einer Ballastreaktanz 14 eine
der Stromquellenspannung überlagerte
Starterimpulsspannung von 1.500 V–2.000 V induziert, und mit
dieser Spannung wird die Lichtbogenröhre 23 gezündet. Hierbei
dient das Halbleiterschalterelement 25 zur noch weiteren
Erhöhung
der Startimpulsspannung durch Verschärfung des Stromschaltvorgangs
durch das NCC-Element 24. Bei der in 7 gezeigten
Schaltung ist außerdem
ein Starthilfsleiter 28 vorgesehen, der an der Lichtbogenröhre 23 angebracht
ist und über
thermisch betätigte
Schalter 26, 27 in Reihe mit dem NCC-Element 24 und
dem Halbleiterschalterelement 25 liegt. Durch diesen Starthilfseffekt
kann die Lichtbogenröhre 13 mit
einer vergleichsweise niedrigen Startimpulsspannung gezündet werden.
Nach dem Zünden
der Lichtbogenröhre 23 wird
dem NCC-Element 24 zugeführte Spannung
reduziert, und der Stromschaltbetrieb wird unmöglich, so dass die Schwingung
der Startimpulsspannung unterbrochen wird. Als nächstes werden infolge der Wärmeerzeugung
der Lichtbogenröhre 23 nach
dem Zünden
die mit Bimetallelementen arbeitenden thermisch betätigten Schalter 26, 27 geöffnet, und
es wird ein stetiger Leuchtzustand der Lichtbogenröhre 23 in
einem Zustand aufrechterhalten, in welchem der Startschaltungsteil
mit dem NCC-Element 24 und dem Halbleiterschalterelement 25 von
der Leuchtschaltung der Lichtbogenröhre abgetrennt sind.
-
Entsprechend
der Lampenkonfiguration als komplettes Produkt sind die Lichtbogenröhre 23 und die
Starterteile, mit Ausnahme des Halbleiterschalterelementes 25,
in einem evakuierten äußeren Röhrenglaskolben 29 angeordnet.
Das Halbleiterschalterelement 25 ist zur Verringerung seiner
Temperatur in einer Basis montiert. Daher wird zur Abdichtung des äußeren Röhrenglaskolbens
anstelle eines üblichen
Glassockels, wie er zum Einschmelzen von zwei Zuleitungsdrähten benutzt
wird, ein Glassockel 17 zum Abdichten des äußeren Röhrenglaskolbens benutzt,
wie es die 8A und 8B zeigen. 8A zeigt
eine Draufsicht und 8B eine Vorderansicht. In dem
Glassockel 17 sind drei Zuleitungsdrähte 18, 19 und 20 dicht
eingesetzt.
-
Bei
der Lampe mit eingebautem Starter unter Verwendung des NCC-Elementes
ergeben sich zwei Sicherheitsprobleme, die während der Lebensdauer auftreten
können.
Das erste Problem besteht in der Verschlechterung der Isolation
einer Ballastschaltung, eines Anschlusskabels, eines Basissockels etc.,
wenn die Lampe nicht mehr zum Leuchten gebracht werden kann und
die Startimpulsspannung ständig
anliegt. Für
einen Menschen ist es gefährlich, einen
solchen Beleuchtungskörper
zu berühren.
Das zweite Problem tritt auf, wenn ein Xenongas als Starthilfe,
in die Lichtbogenröhre
eingefülltes
Natrium oder Quecksilber am Ende der Lebensdauer oder überhaupt
aus dem äußeren Röhrenglaskolben
austritt und aufgrund der Startimpulsspannung eine Lichtbogenentladung
zwischen den Leitungsdrähten im äußeren Röhrenglaskolben
entsteht und wegen dieser Lichtbogenentladung ein Überstrom
fließt.
In diesem Fall kann die Ballastschaltung durch Feuer beschädigt werden
oder in manchen Fällen
kann der äußere Röhrenglaskolben
brechen.
-
Bei
dem in 7 gezeigten Starter nach der üblichen Technik kann man zusätzlich zur
Basisfunktion der Startimpulsspannungsschwingung die folgenden Sicherheitsfunktionen
vorsehen, um die beiden oben genannten Probleme zu lösen.
- (a) Die ferroelektrische Eigenschaft mit nichtlinearer
Charakteristik des NCC-Elementes 24 besteht in
einem Temperaturbereich, der nicht über die sogenannte Curietemperatur
(normalerweise bei 90°C)
hinausgeht. In einem darüber
liegenden Temperaturbereich ändert
sie sich in die paraelektrische Eigenschaft, und die nichtlineare
Charakteristik verschwindet, und damit hören die Schwingungen der Startimpulsspannung
nach 7 auf. Zur Lösung
des ersten oben genannten Problems durch Benutzung einer solchen
Temperaturcharakteristik des NCC-Elementes ist parallel zu diesem
ein Heizwiderstand 30 geschaltet, und das Halbleiterschalterelement 25 ist
neben dem NCC-Element 24 angeordnet. Selbst wenn die Lichtbogenröhre 23 trotz
der Startimpulsspannungsschwingungen nicht zündet, steigt demgemäß die Temperatur
des NCC-Elementes 24 schnell auf die Curietemperatur oder
darüber
infolge der Wärmeabsorbierung
vom Heizwiderstand 30 zusätzlich zur Selbstaufheizung
des NCC-Elementes 24 bei seinem Betrieb, so dass die Schwingungen
der Startimpulsspannung in relativ kurzer Zeit unterbrochen werden.
- (b) Zur Lösung
des zweiten oben genannten Problems ist das NCC-Element 24 selbst
so gebaut und konstruiert, dass es eine sogenannte Selbstzerstörungsfunktion
aufweist. D.h., wenn die Startimpulsspannung zu einem Zeitpunkt
angelegt wird, wo ein Xenongas etc. herausleckt, bricht die Entladung
wegen einer Kriechentladung zwischen beiden Elektrodenanschlüssen usw.
zusammen, so dass das NCC-Element 24 in einem Leitungszustand
bleibt. Außerdem
liegt in Reihe mit dem NCC-Element 24 eine Heizspule 31,
welche die Funktion einer Sicherung hat, so dass sie bei einem übermäßigen Strom,
der bei der Selbstzerstörung
und dem Leiten des NCC-Elementes 24 auftritt, schmilzt.
Durch Kombination der Selbstzerstörungsfunktion des NCC-Elementes und
der Schmelzfunktion der Spule wird somit der Starter mit dem NCC-Element 24 von
der Zündschaltung
abgetrennt und wird wirkungslos, so dass die Startimpulsschwingung
aufhört.
Selbst wenn eine Stromquelle erneut angeschlossen wird, arbeitet
der Starter nicht mehr.
-
Weiterhin
ist bei dem Starter nach 7 zur Durchführung einer stabilen Kontrolle
der Schwingungsphase der Starterimpulsspannung ein Kontrollwiderstand 32 parallel
zum Halbleiterschalterelement 25 geschaltet. Wegen der
sogenannten Depolarisation zur Zeit des Übergangs von der ferroelektrischen Eigenschaft
zur paraelektrischen Eigenschaft bei jedem Leuchten der Lichtbogenröhre 23 fließt bei Benutzung
des NCC-Elementes 24 in diesem Pyroelektrizität. Um zu
Verhindern, dass sich die nichtlineare Charakteristik des NCC-Elementes
während
der Lebensdauer der Lampe wegen dieser Pyroelektrizität verschlechtert,
muss ein Parallelwiderstand parallel zum NCC-Element 24 geschaltet
werden, damit die Pyroelektrizität
in einen anderen Weg fließen
kann. Bei der Schaltung nach 7 wirken
der Heizwiderstand 30 und der Kontrollwiderstand 32 als
ein solcher Überbrückungswiderstand
zum Schutz des NCC-Elementes.
-
Wenn
die Hochdruck-Natriumdampflampe mit integriertem üblichen
Starter unter Verwendung eines NCC-Elementes der oben genannten
Konfiguration in verschiedenen Anwendungen benutzt wird, tritt ein
neues Problem auf, indem die übliche
Startfunktion sich verschlechtert, und in manchen Fällen startet
die Lampenlichtbogenröhre
sicher infolge der zusätzlichen
oben genannten Sicherheitsfunktionen nicht sicher.
-
Bei
der oben beschriebenen üblichen
Hochdruck-Natriumdampflampe ist ein Heizwiderstand nahe bei dem
NCC-Element angeordnet, um dessen Temperatur schnell auf die Curietemperatur
zu bringen, damit die Schwingung der Startimpulsspannung aufhört, wenn
die Lampe nicht zündet.
Selbst wenn die Temperatur des NCC-Elementes in einem Bereich unterhalb
der Curietemperatur liegt, wird der Stromschaltbetrieb mit steigender
Temperatur langsam, so dass die zu induzierende Startimpulsspannung
sich verringert. Beispielsweise reduziert sich bei Temperaturen
nahe der Curietemperatur die Startimpulsspannung auf die Hälfte oder
weniger des Wertes bei normaler Temperatur. Beim Starten einer Hochdruckentladungslampe
besteht andererseits unvermeidbar eine sogenannte Entladungsstartverzögerungszeit
vom Anlegen an eine Stromquelle bis zum Starten der Lampe. Wenn
speziell beim praktischen Gebrauch der Verdrahtungsabstand von der Ballastschaltung
zur Lampeninstallationsposition groß wird und damit die Dämpfung der
Startimpulsspannung stärker
wird, dann wird die oben erwähnte Entladungsstartverzögerungszeit
länger.
In einem solchen Fall wird bei langer Entladungsverzögerungszeit
wegen des schnellen Temperaturanstiegs des NCC-Elementes entsprechend
der Wirkung des Heizwiderstandes die Verringerung der Startimpulsspannung
zu groß,
so dass die Lampenlichtbogenröhre
manchmal nicht starten kann. Dies ist das erste Problem.
-
Als
zweites Problem wurde auch erkannt, dass beim Ende der Lampenlebensdauer
eine Bogenentladung noch in dem äußeren Röhrenglaskolben
auftreten kann, auch wenn sie unterdrückt wird, weil bei der üblichen
Technik eine vergleichsweise lange Zeit von der Zerstörung des
NCC-Elementes und dem Leiten durch eine Kriechentladung bis zum Schmelzen
der Sicherungsspule 31 vergeht, und weil ein vergleichsweise
großer
Schwankungsbereich zwischen den Lampen existiert. Beispielsweise
gibt es Fälle,
wo bis zum Auftreten des Schmelzens höchstens zehn und einige Minuten
vergehen. Wenn es so lange dauert, gibt es Fälle, wo eine Bogenentladung
auftritt, ehe die Spulensicherung 31 schmilzt.
-
Außer den
beiden oben erläuterten
Problemen sind noch die folgenden Probleme ungelöst, die auftreten, weil das
NCC-Element und das Halbleiterschalterelement innerhalb der Lampe
montiert sind, welche eine hohe Temperatur haben muss, obwohl sie
nicht bei einer so hohen Temperatur betrieben werden oder ihr ausgesetzt
sein sollen.
-
Das
erste Problem betrifft einen Neustart der Lampe nach einem stetigen
Leuchtzustand. Zur Induzierung einer ausreichenden Startimpulsspannung zum
Starten der Lampe muss das NCC-Element zum Zeitpunkt des Startens
in einem relativ niedrigen Temperaturbereich von nicht mehr als
65°C betrieben
werden. Wenn jedoch beispielsweise eine Lampe hoher Wattzahl von
360 W innerhalb eines Apparates eingeschaltet und ausgeschaltet
wird, erhöht sich
die Temperatur des NCC-Elementes auf 260°C oder mehr, und es dauert eine
relativ lange Zeit, um diese Temperatur auf die oben genannte Temperatur absinken
zu lassen, die zum Neustart der Lampe geeignet ist. Obwohl die Obergrenze
der Zeit für
einen Neustart einer Hochdruck-Natriumdampflampe normalerweise mit
15 Minuten bemessen ist, muss somit die aktuelle Neustartzeit einer
Hochdruck-Natriumdampflampe
in manchen Fällen
langer bemessen werden.
-
Ein
anderes Problem liegt in der Verschlechterung der Charakteristik
des Halbleiterschalterelementes 25, das im stetigen Leuchtzustand
einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Normalerweise ist die garantierte
Wärmefestigkeit
des Halbleiterschalterelementes 25 zur Zeit der Lagerung
(Exposition) bei etwa 130°C
definiert. Selbst wenn jedoch das Halbleiterschalterelement 25 zur
Reduzierung seiner Temperatur innerhalb der Basis angeordnet ist,
wie oben beschrieben, geht im praktischen Gebrauch beispielsweise
bei einer Hochwattlampe von 360 W im Betrieb innerhalb eines Apparates
die Expositionstemperatur des Halbleiterschalterelementes erheblich über den
oben genannten Spezifikationswert hinaus.
-
Weil
in diesem Fall das Halbleiterschalterelement 25 unter Verwendung
eines Glassockels innerhalb der Basis angeordnet ist (s. 8), wie oben beschrieben, und ein Abstand
zwischen dem mit dem Halbleiterschalterelement 25 verbundenen
Leitungsdraht und dem mit einer anderen Stromquelle oder Ballastschaltung
verbundene Leitungsdraht kurz ist, können ferner die Drähte miteinander
in Berührung kommen
oder zwischen ihnen kann eine Entladung entstehen. Damit dies nicht
auftritt, trifft man Maßnahmen,
wie ein Überziehen
der Leitungsdrähte
mit einem Isolierschlauch, aber dies erhöht wieder die Herstellungskosten.
-
Bei
einem Starter mit einem NCC-Element gemäß üblicher Technik können, wie
oben erwähnt, sowohl
die Lampenstartfunktion als auch die Sicherheitsfunktion im praktischen
Betrieb nicht ausreichend sein. Weiterhin bleiben auch andere verschiedene
Probleme zu lösen,
so dass eine weitere Verbesserung beider Funktionen und eine Lösung der verschiedenen
Probleme vom Markt gewünscht
werden.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Hochdruckentladungslampe
mit integriertem Starter unter Verwendung eines NCC-Elementes mit
höherer
Qualität
und Sicherheit, was erreicht wird durch Verbesserung der Lampenstartfunktion
und der Sicherheitsfunktion des Starters auf einen Wert, der für praktischen
Gebrauch ausreichend realisierbar ist.
-
Eine
Hochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung
enthält
eine Lichtbogenröhre,
einen Starter mit einem ferroelektrischen Keramikkondensatorelement
mit nichtlinearer Kennlinie und ein Halbleiterschalterelement, die
parallel zur Lichtbogenröhre
geschaltet sind, einen äußeren Röhrenglaskolben,
welcher die Lichtbogenröhre
und den Starter mit Ausnahme des Halbleiterschalterelementes enthält, einem
Glassockel zum Abdichten des äußeren Röhrenglaskolbens,
und eine an dessen einem Ende an der Glassockelseite angeordneten
Basis. Bei der Grundkonfiguration der Erfindung ist in Reihe mit dem
ferroelektrischen Keramikkondensatorelement ein thermisch betätigter Schalter
zum Impulsabbrechen geschaltet, der infolge der Aufheizung durch
einen Heizwiderstand im Nichtbrennzustand der Lampe nach einer bestimmten
Zeit in den AUS-Zustand gebracht wird, wobei der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter
und der Heizwiderstand in dem äußeren Glaskolben
enthalten sind, wie es in der
JP
07105913 für
einen üblichen
Starter beschrieben ist.
-
Bei
dieser Ausführung
ist selbst dann, wenn die Entladungsstartverzögerungszeit lang ist, der Temperaturanstieg
des ferroelektrischen Keramikkondensatorelementes klein, und es
wird eine Startimpulsspannung fast ohne jegliche Verringerung aufrechterhalten.
Dadurch lässt
sich ein sicheres Starten der Lampe erreichen, und es ergibt sich
eine sichere Funktion der Lampe gegen einen Nichtbrennzustand, ohne
dass eine Verschlechterung der Startfunktion damit einherginge.
-
Vorzugsweise
hat die Hochdruckentladungslampe einen thermisch betätigten Startschaltungsöffnungsschalter,
um den Starter dann in einem AUS-Zustand zu halten, wenn die Lichtbogenröhre leuchtet,
und vorzugsweise ist die Erholzeit des thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalters beim
Neustart der Lampe kürzer
als die Erholzeit des thermisch betätigten Startschaltungsöffnungsschalters.
Auf diese Weise kann ein Neustart der Lampe sicherer erfolgen.
-
Es
ist weiterhin vorzuziehen, dass der Heizwiderstand parallel zu dem
thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalter und dem ferroelektrischen Keramikkondensatorelement
liegt und dass der Überbrückungswiderstand
parallel zu dem thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalter liegt. Wenn der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter
offen ist, fließt
die mit der Depolarisierung des ferroelektrischen Keramikkondensators einhergehende
Paraelektrizität über den
Heizwiderstand und den Überbrückungswiderstand
zu dem ferroelektrischen Keramikkondensatorelement. Weil der Heizwiderstand
auch die Funktion des Überbrückungswiderstandes
zur Abführung
der in dem ferroelektrischen Keramikkondensator verbleibenden Ladung
hat, lässt
sich die Starterschaltung vereinfachen.
-
Vorzugsweise
ist weiterhin der äußere Röhrenglaskolben
evakuiert, und in ihm befindet sich eine in Reihe mit dem ferroelektrischen
Keramikkondensator geschaltete Leckfadenspule (leaking filament
coil) und eine neben dieser vorgesehene Elektrode in solcher Anordnung,
dass eine Bogenentladung zwischen der Spule und der Elektrode fließen kann,
wobei die Leckfadenspule als Sicherung arbeitet. Wenn also ein Starthilfsgas
etc. am Ende der Lampenlebensdauer in den äußeren Röhrenglaskolben hineinleckt,
dann kann die Schwingung der Startimpulsspannung im Vergleich zu üblichen
Lampen schneller unterbrochen werden, und das Entstehen eines Lichtbogens
zwischen Leitungsdrähten
im äußeren Röhrenglaskolben
lässt sich
sicherer verhindern.
-
Vorzugsweise
ist bei der oben erwähnten Hochdruckentladungslampe
ein Keramiksubstrat zwischen der Lichtbogenröhre und dem Glassockel in der
Weise angeordnet, dass das Keramiksubstrat im Wesentlichen rechtwinklig
zur Röhrenachse
der Lichtbogenröhre
verläuft,
und auf der Glassockelseite des Keramiksubstrats sind das ferroelektrische Keramikkondensatorelement,
der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter
und der Heizwiderstand für
diesen sowie ein Halbleiterschalterelement angeordnet, und auf der
Lichtbogenröhrenseite
des Keramiksubstrats befindet sich der thermisch betätigte Schalter
zum Öffnen
der Startschaltung.
-
Hinsichtlich
des Problems beim praktischen Gebrauch einer mit einem Starter vorgesehenen Hochdruckentladungslampe
kann ein Neustart der Lampe garantiert und die Neustartzeit verringert
werden, und ein Anstieg der Temperatur, welcher ein Halbleiterschalterelement
beim stetigen Leuchten der Lampe ausgesetzt ist, lässt sich
verhindern.
-
Bei
dieser Hochdruckentladungslampe ist vorzugsweise der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter
auf der Oberfläche
des Keramiksubstrats auf der Glassockelseite angeordnet, und die
Dicke des Keramiksubstrats ist mit nicht mehr als 2,0 mm bemessen.
Damit lässt
sich die Erholungszeit des thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalters
zur Zeit des Neustarts der Lampe leicht kürzer machen als die Wiederholungszeit
des thermisch betätigten
Schalters zum Öffnen
der Startschaltung, so dass ein sicherer und normaler Lampenneustart durchgeführt werden
kann.
-
Bei
dieser Hochdruckentladungslampe berührt vorzugsweise ein Spitzenteil
des thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalters den Heizwiderstand und dadurch wird
selbst dann, wenn die Lampe im Falle einer niedrigen Umgebungstemperatur
nicht brennt, der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter
noch sicherer in den AUS-Zustand gebracht, und die Schwingung der
Startimpulsspannung lässt
sich unterbrechen.
-
Bei
der oben beschriebenen Hochdruckentladungslampe ist vorzugsweise
der ferroelektrische Keramikkondensator im Wesentlichen parallel
zur Oberfläche
des Keramiksubstrats an der Glassockelseite angeordnet, und der
Abstand zum Keramiksubstrat ist auf nicht mehr als 0,5 mm bemessen.
Damit lässt
sich verhindern, dass das ferroelektrische Keramikkondensatorelement
durch das Anlegen einer Starkimpulsspannung bricht.
-
Bei
der oben beschriebenen Hochdruckentladungslampe ist vorzugsweise
das Halbleiterschalterelement innerhalb der Basis untergebracht.
Dadurch kann die Temperatur, welcher das innerhalb der Basis angeordnete
Halbleiterschalterelement im stetigen Leuchtzustand ausgesetzt ist,
im Vergleich zu der Situation bei der üblichen Technik noch mehr reduziert
werden. Damit kann auch bei einer Hochwattlampe diese Temperatur
im Wesentlichen auf die normalerweise garantierte Wärmefestigkeitstemperatur
von nicht mehr als 130°C
gedrückt
werden, und die charakteristische Verschlechterung des Halbleiterschalterelementes
während
der Lebensdauer der Röhre
lässt sich
vermeiden.
-
Bei
dieser Hochdruckentladungslampe sind vorzugsweise in dem Glassockel
ein mit einem Ende des Halbleiterschalterelementes verbundener Leitungsdraht
und zwei mit einer Stromquelle verbundene Leitungsdrähte eingesiegelt,
und der Einsiegelungsteil der drei Leitungsdrähte in dem Glassockel hat im
Querschnitt eine Dreiecksform, so dass die drei Leitungsdrähte jeweils
in den Ecken dieses Dreiecks eingeschmolzen sind. Damit sind die
drei Leitungsdrähte
mit vergleichsweise großem
Abstand zueinander im Vergleich zu der üblichen Technik eingesiegelt,
so dass eine Berührung
der Leitungsdrähte oder
eine Entladung zwischen ihnen in der Basis ohne Abdeckung mit einem
Isolierrohr vermieden werden kann.
-
Die
Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Zünden der Hochdruckentladungslampe nach
Anspruch 1, bei welcher ein thermisch betätigter Impulsunterbrechungsschalter
parallel zu dem Heizwiderstand positioniert ist und der Widerstandswert
des Heizwiderstandes in einem Bereich von 20 kΩ bis 40 kΩ und die Belastung des Heizwiderstandes
in einem Bereich von 0,25 W bis 0,5 W gewählt ist und der Abstand zwischen
dem thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalter und dem Heizwiderstand auf nicht mehr
als 2,0 mm eingestellt ist. Selbst wenn die Lampe in einem Fall
niedriger Umgebungstemperatur nicht zündet, wird dabei der thermisch
betätigte
Impulsunterbrechungsschalter sicher in den AUS-Zustand gebracht
und die Schwingung der Startimpulsspannung kann unterbrochen werden.
-
1 zeigt
ein Schaltbild eines Starters einer Hochdruck-Natriumdampflampe
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung.
-
2 zeigt
eine Vorderansicht der Gesamtkonstruktion der Hochdruck-Natriumdampflampe.
-
3 zeigt
eine Montageanordnung von Teilen des Starters in der Hochdruck-Natriumdampflampe.
-
4 zeigt
eine Ansicht der Teile von der Rückseite
der in 3 dargestellten Ebene.
-
5A ist
eine Draufsicht auf den Glassockel der Hochdruck-Natriumdampflampe.
-
5B ist
eine Vorderansicht des Glassockels.
-
6 ist
eine Schaltung des Starters einer Metallhalogenidlampe gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
7 zeigt
eine Schaltung eines Starters einer üblichen Hochdruck-Natriumdampflampe.
-
8A zeigt
eine Draufsicht auf den Glassockel einer üblichen Hochdruck-Natriumdampflampe mit
eingebautem Starter.
-
8B zeigt
eine Frontansicht des Aufbaus des Glassockels.
-
Im
Folgenden seien Ausführungsformen
der Erfindung anhand der 1–6 erläutert.
-
Erste Ausführungsform
-
1–4 zeigen
die Konfiguration einer Hochdruck-Natriumdampflampe 15 mit
eingebautem Starter gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
-
1 zeigt
die Grundschaltung eines in eine Hochdruck-Natriumdampflampe eingebauten
Starters gemäß der Erfindung.
Eine in der Hochdruck-Natriumdampflampe 15 enthaltene
Lichtbogenröhre 1 hat
einen Behälter
aus einer Aluminiumoxydkeramikröhre,
in welche als Starthilfe Natriumamalgam und Xenon von 20 kPa–30 kPa
als Edelgas eingefüllt
ist.
-
Ein
Starter, mit dem die Hochdruck-Natriumdampflampe 15 ausgestattet
ist, enthält
eine Reihenschaltung aus einem thermisch betätigten Startschaltungsöffnungsschalters 7,
einer Leckfadenspule 11, einem thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalter 9,
einem ferroelektrischen Keramikkondensator 2 (nachfolgend
als NCC-Element bezeichnet) und einem Zweirichtungs-Halbleiterschalterelement 3 (nachfolgend
als Halbleiterschalterelement bezeichnet). Die Lichtbogenröhre ist
dieser Reihenschaltung parallel geschaltet. An beide Enden des thermisch
betätigten Impulsunterbrechungsschalters 9 sind
beide Enden eines Überbrückungswiderstandes 10 angeschlossen.
Parallel zu dem Halbleiterschalterelement 3 liegt ein Kontrollwiderstand.
In der Nähe
des thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalters 9 ist ein Heizwiderstand 8 angeordnet,
der parallel zu dem thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalter 9,
dem NCC-Element 2 und dem Halbleiterschalterelement 3 geschaltet
ist. Weiterhin ist eine Wolframelektrode 12 in der Nähe der Leckfadenspule 11 vorgesehen.
Ein Ende der Wolframelektrode 12 ist an die Verbindung
eines Endes der Lichtbogenröhre 1 mit
dem Halbleiterschalterelement 3 angeschlossen.
-
Ein
Startvorgang dieser Startschaltung läuft folgendermaßen ab.
Wenn das NCC-Element 2 einen
Strom einschaltet, wird die Betriebsspannung 13 (200 V/220
V) angelegt, und in jedem Halbzyklus wird eine Startimpulsspannung
von 1500 V–2000
V stabil in einer Ballastreaktanz 14 induziert und der
Betriebsspannung überlagert,
so dass die Lichtbogenröhre 1 gestartet
wird. Als NCC-Element 2 dient ein scheibenförmiges Element
aus einem ferroelektrischen Zirkonat-Titanat-Barium-Keramikmaterial, und zur Durchführung einer
stabilen Kontrolle einer Schwingungsphase der Startimpulsspannung
ist der Kontrollwiderstand 4 parallel zu dem Halbleiterschalterelement 3 geschaltet.
Hierbei dient das Halbleiterschalterelement 3 zur noch
stärkeren
Erhöhung
der Startimpulsspannung als oben beschrieben. Um ein stabiles Starten
der Lichtbogenröhre
mit dem oben genannten Startimpulsspannungswert zu erreichen, ist
weiterhin an die äußere Oberfläche der
Lichtbogenröhre 1 ein
Starthilfsleiter 5 in Form eines Molypdändrahtes angebracht. Ein Ende
des Starthilfsleiters 5 ist über einen Kondensator 6 mit
einem Ende der Lichtbogenröhre 1 verbunden.
Der Kondensator 6 verhindert, dass Natrium aus dem Inneren
der Lichtbogenröhre 1 verschwindet,
indem er den Starthilfsleiter 5 in einem isolierten Zustand
in der Nähe
eines sogenannten schwimmenden Potentials gegenüber der Lichtbogenröhre 1 hält, wenn
die Lampe in einem Dauerzustand leuchtet.
-
Nach
dem Starten der Lichtbogenröhre
liegt an ihr die sogenannte Lampenspannung mit einem niedrigen Wert
von etwa 30 V, so dass die dem NCC-Element 2 zugeführte Spannung
verringert ist und im NCC-Element 2 kein Stromschaltzustand möglich ist
und die Schwingung der Startimpulsspannung unterbrochen wird. Wegen
der Aufheizung der Lichtbogenröhre 1 nach
dem Starten geht der thermisch betätigte Startschaltungsöffnungsschalter 7, der
aus einem Bimetallelement besteht, in den AUS-Zustand über, und
der Dauerleuchtzustand der Lichtbogenröhre 1 wird aufrecht
erhalten, wobei der Startschaltungsteil von dem Leuchtschaltungsteil
der Lichtbogenröhre
abgetrennt ist. Weiterhin ist im stabilen Leuchtzustand die Temperatur
des NCC-Elementes 2 wegen der Aufheizung der Lichtbogenröhre 1 auf
die Curietemperatur oder darüber
angestiegen, und somit hält
das NCC-Element 2 den Paraelektrizitätszustand aufrecht.
-
Die
in 1 gezeigte Schaltung zeichnet sich gegenüber der
konventionellen Technik durch zwei vorteilhafte Merkmale aus. Das
erste Merkmal besteht darin, dass eine genügende Startfunktion selbst
dann erhalten bleibt, wenn die Schaltung die Sicherheitsfunktion
der Unterbrechung der Startimpulsspannungsschwingung entsprechend
dem Nichtleuchtzustand der Lampe hat. Bei der üblichen Schaltung gemäß 7 wird
der Stromschaltzustand durch den Temperaturanstieg des NCC-Elementes 24 infolge
der Aufheizung durch den Heizwiderstand 30 unterbrochen,
wenn die Lampe nicht leuchtet. Wenn in diesem Fall die Entladungsstartverzögerungszeit
wegen der Verringerung der Startimpulsspannung lang wird, ergab
sich im praktischen Betrieb ein neues Problem, indem die Lichtbogenröhre 23 nicht
gestartet werden konnte. Demgegenüber ist bei der in 1 gezeigten
Schaltung der aus einem Bimetallelement bestehende thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter 9 in
Reihe mit dem NCC-Element 2 geschaltet. Der Schalter 9 wird
wegen der Aufheizung durch den Heizwiderstand 7 im Nichtleuchtzustand
der Lampe in den AUS-Zustand gebracht. Dadurch wird die am NCC-Element
liegende Spannung reduziert, und der Stromschaltbetrieb, also die
Schwingung der Startimpulsspannung, wird beendet. Selbst wenn die
Startverzögerungszeit
zum Starten der Lampe bei der praktischen Benutzung lang ist, wird
daher die Startimpulsspannung fast ohne jegliche Reduzierung aufrecht
erhalten, bis der thermisch betätigte
Impulsunterbrechungsschalter 9 in den AUS-Zustand gebracht
wird, so dass die Lichtbogenröhre 1 der
Lampe sicherer gestartet werden kann. Demzufolge war der erfindungsgemäße Starter nicht
nur mit der auf den Nichtleuchtzustand der Lampe reagierenden Sicherheitsfunktion
ausgestattet, sondern konnte im Vergleich zur üblichen Technik im praktischen
Gebrauch eine sichere Startfunktion aufrechterhalten.
-
Bei
der Schaltung gemäß 1 liegt
der Heizwiderstand 8 parallel zum NCC-Element 2 und dem thermisch
betätigten
Impulsunterbrechungsschalter 9, und zusammen mit dem parallel
zum thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalter 9 liegenden Überbrückungswiderstand 10 hat
der Heizwiderstand auch die Funktion, wie sie der Überbrückungswiderstand 10 hat,
nämlich
die im NCC-Element 2 verbleibende Ladung abzuführen, wenn
der thermisch betätigte
Impulsunterbrechungsschalter 9 in den AUS-Zustand gebracht
wird. Wenn die Lampe normal gestartet wird und sich in einem stabilen Leuchtzustand
befindet, wird weiterhin der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter
wegen des Aufheizen der Lichtbogenröhre 1 im AUS-Zustand gehalten.
-
Für den Betrieb
des thermisch betätigten
Impulsunterbrechungsschalters 9 beim Neustart der Lampe
muss eine Bedingung erfüllt
sein. Wenn nämlich
die Lampe neu gestartet wird, muss sich der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter 9 schneller
erholen als der thermisch betätigte
Startschaltungsöffnungsschalter 7 und
den Betrieb EIN-Schalten. Wenn der thermisch betätigte Startschaltungsöffnungsschalter 7 sich
schneller erholt und den Betrieb einschaltet, dann fließt im Heizwiderstand 8 ein
Heizstrom und wegen der dadurch bedingten Aufheizung bleibt der
AUS-Betriebszustand des thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalters 9 erhalten
wie er ist. Damit ist das NCC-Element 2 außer Funktion
und ein Neustart der Lampe wird unnötig.
-
Um
weiterhin im Dauerleuchtzustand der Lampe zu verhindern, dass sich
die Charakteristik des NCC-Elementes 2 wegen der oben erwähnten Pyroelektrizität verschlechtert,
ist es erforderlich, den Überbrückungswiderstand 10 zum
Schutz NCC-Elementes parallel zu dem thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalter 9 zu
legen. Bei der in 1 gezeigten Schaltung haben
außer
dem Überbrückungswiderstand 10 der
Heizwiderstand 8 und der Kontrollwiderstand 4 die
Entladungsfunktion für
die im NCC-Element verbleibende Ladung, so dass die Startschaltung
hierdurch einfacher wird.
-
Das
zweite Merkmal betrifft die Sicherheitsfunktion zur Verhinderung
einer Lichtbogenentladung in der äußeren Röhre bei einem Xenonaustritt
aus dem Inneren der Lichtbogenröhre
am Ende der Lebensdauer der Lampe. Bei der üblichen Technik gemäß 7 wird
die Lichtbogenentladung unterdrückt durch
Schmelzen der Fadenspulensicherung 31 infolge einer Zerstörung/Leiten
des NCC-Elementes 24. Jedoch dauerte es relativ lange,
bis das Schmelzen eintrat, und es war schwierig, das Auftreten der Lichtbogenentladung
genügend
zu unterdrücken.
Im Gegensatz dazu ist bei der Schaltung nach 1 die Leckfadenspule 11 in
Reihe mit dem NCC-Element 2 geschaltet und die Wolframspulenelektrode 12 mit
einem emissionsfähigen
Material liegt der Leckfadenspule 11 gegenüber. Wenn
ein Xenonleck auftritt, entsteht hierbei schnell eine Lichtbogenentladung zwischen
der Leckfadenspule 11 und der Wolframspulenelektrode 12 durch
die Startimpulsspannung, so dass die Leckfadenspule 11 schmilzt.
Die für
das Schmelzen erforderliche Zeit konnte auf nicht mehr als 26 Sekunden
reduziert werden verglichen mit der längsten Zeit von 10 und einigen
Minuten beim Stand der Technik. Weiterhin ist auch der Schwankungsbereich
zwischen den Lampen verringert, so dass die Erzeugung eines Entladungslichtbogens
bei einem Xenonleck etc. noch sicherer verhindert werden konnte.
-
2 zeigt
die Gesamtkonstruktion der Hochdruck-Natriumdampflampe 5 gemäß der Erfindung
als fertiges Produkt. Innerhalb eines evakuierten äußeren Röhrenglaskolbens 10 sind
die Lichtbogenröhre
und alle Teile für
den Starter, mit Ausnahme des Halbleiterschalterelementes 3,
montiert und positioniert. Der äußere Röhrenglaskolben 16 ist
luftdicht mit einem Glassockel 17 abgedichtet. In dem Glassockel 17 sind
drei Leitungsdrähte
luftdicht eingesiegelt, nämlich
die Leitungsdrähte 18, 19,
die mit beiden Elektrodenteilen der Lichtbogenröhre 1 verbunden sind,
und der Leitungsdraht 20, der an einem Ende des Halbleiterschalterelementes 3 liegt.
Das Halbleiterschalterelement 3 ist innerhalb einer Basis 21 angeordnet,
die im Betrieb eine niedrigere Temperatur als die Umgebungstemperatur
hat, um eine Verschlechterung der Charakteristika zu vermeiden.
-
Die 3 und 4 zeigen
die Montagekonfiguration der Starterteile gemäß der Erfindung, wobei 4 eine
Rückansicht
der Anordnung gemäß 3 ist.
-
Ein
Grundmerkmal der die Anordnung nach den 3 und 4 bildenden
Teile ist, dass ein Keramiksubstrat 22 aus Aluminium etc.
in der Mitte der Lichtbogenröhre 1 und
des Glassockels 17 positioniert ist. Außer der Verwendung zur Montage
der Teile für
den Starter ist das Keramiksubstrat 22 im Wesentlichen
rechtwinklig zur Röhrenachse
der Lichtbogenröhre 1 so
angeordnet, dass es die wichtige Funktion der Abschirmung spezieller
Teile gegen Aufheizung durch die Lichtbogenröhre im Dauerleuchtzustand der
Lampe hat. Auf der dem Glasstutzen 17 zugewandten Seite
des Keramiksubstrats 22, wo die Abschirmung gegen die Lichtbogenröhre 1 wirksam
ist, befinden sich neben anderen Teilen des Starters das NCC-Element 2,
der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter 9 mit
seinem Heizwiderstand 8 und das Halbleiterschalterelement 3.
Auf der dem Lichtröhrenbogen 1 zugewandten
Seite des Keramiksubstrats 22 befindet sich der thermisch
betätigte
Starterschaltungsöffnungsschalter 7.
-
Bei
dieser Konfiguration lassen sich, wie unten beschrieben, genügende Wirkungen
erreichen, um als konkrete Maßnahme
zur Lösung
des oben genannten Betriebsproblems des thermisch betätigten Impulsunterbrechungsschalters 9 beim
Neustart der Lampe oder der anderen verschiedenen Probleme im praktischen
Betrieb zu dienen.
-
Zunächst muss
gemäß der Erfindung,
wie oben beschrieben, die Erholungszeit des Impulsunterbrechungsschalters 9 beim
Neustart der Lampe kürzer
eingestellt werden als für
den Startschaltungsunterbrechungsschalter 7, so dass der
Impulsunterbrechungsschalter 9 beim Neustart der Lampe schneller
in den EIN-Zustand
gebracht wird. Dies wird mit der konkreten Maßnahme erreicht, dass der Impulsunterbrechungsschalter 9 auf
der Oberseite des Keramiksubstrats 22 auf der Glasstutzenseite angeordnet
ist, während
sich der Startschaltungsöffnungsschalter 7 neben
dem Endteil der Lichtbogenröhre
auf der Lichtbogenröhrenseite
des Keramiksubstrats 22 befindet. Weiterhin wurde als Voraussetzung
für den
Fall der Anordnung des Impulsunterbrechungsschalters 9 im
Wesentlichen parallel zur Oberfläche
des Keramiksubstrats 22, wie in 2 gezeigt, die
Dicke des Substrats auf nicht mehr als 2,0 mm bemessen, um die Wärmekapazität des Keramiksubstrats 22 herabzusetzen.
Demgemäß wurde
die Temperatur des Impulsunterbrechungsschalters 9 im Dauerleuchtzustand
der Lampe niedriger gehalten als die des Startschaltungsöffnungsschalters 7.
Bei einem Neustart der Lampe wurde daher der Impulsunterbrechungsschalter 9 schneller
und leichter in den EIN-Zustand gebracht als der Startschaltungsöffnungsschalter 7,
so dass man einen sicheren und normalen Neustart der Lampe erhalten
konnte. Wenn bei den Anordnungen nach den 3 und 4 das Keramiksubstrat 22 nicht
dicker als 2,0 mm war, dann wurde die Erholungszeit des Impulsunterbrechungsschalters 9 beim
Neustart der Lampe länger
als für den
Startschaltungsunterbrechungsschalter, und zwar wegen der vergleichsweise
großen
Wärmemenge,
die im Keramiksubstrat 22 im Dauerleuchtzustand der Lampe
gespeichert war, so dass Fälle
auftraten, in denen kein normaler Neustart der Lampe möglich war.
-
Ferner
wurde bei der Entwicklung der Montagekonfigurationen gemäß den 3 und 4 klar, dass
speziell in dem Fall, wo eine Lampe nicht zum Brennen gebracht werden
konnte, wenn sie bei einer niedrigen Umgebungstemperatur gestartet
werden sollte, eine Möglichkeit
besteht, dass der Impulsunterbrechungsschalter 9 sich nicht
in den AUS-Zustand bringen ließ und
sich somit wegen Schwierigkeiten die Temperatur zu erhöhen sich
nicht betätigen.
Als weitere Voraussetzung hinsichtlich der Anordnung des Schalters 9 bei
der Schaltung nach 4 wurden daher Widerstandswert
und Leistung des Heizwiderstandes 8 sowie die Montageabstand zum
Schalter 9 in einem bestimmten Bereich gewählt, um
ein sicheres AUS-Schalten des Schalters 9 auch im Nichtleuchtzustand
der Lampe zu gewährleisten,
wenn diese bei niedriger Temperatur gestartet wird. Mit anderen
Worten, wenn der Widerstandswert des Heizwiderstandes 8 zu
niedrig ist, wird die zu induzierende Startimpulsspannung reduziert,
so dass eine normale Lampe nicht gestartet werden kann. Wenn andererseits
der Widerstandswert zu hoch ist, wird die Heizungsstärke reduziert,
so dass der Schalter 9 bei Nichtleuchtzustand der Röhre nicht AUS
geschaltet werden kann. Daher wird der Widerstandswert des Heizwiderstandes 8 im
Bereich von 20 kΩ–40 kΩ gewählt, und
seine Leistung wird im Bereich von 0,25 W–0,5 W gewählt, und der Abstand g zum
Schalter 9, der parallel zum Heizwiderstand 8 liegt,
wird nicht größer als
2,0 mm gewählt.
Selbst wenn die Lampe sich bei niedriger Temperatur nicht zünden lässt, wird
daher der Schalter 9 sicher in den AUS-Zustand gebracht,
und die Schwingungen der Startimpulsspannung konnten gestoppt werden. Durch
Anordnen des spitzen Teils des Bimetallelementes des Schalters 9 in
direkter Berührung
mit einer Endkappe des Heizwiderstandes 8 konnte in diesem
Fall weiterhin, wie in 4 gezeigt, der Schalter 9 sogar
noch sicherer in den AUS-Zustand
gebracht werden.
-
Bei
der Montagekonfiguration der Teile für den Starter in der Lampe
nach der konventionellen Technik gab es weiterhin Fälle, wo
die Temperatur des NCC-Elementes 24 im
Dauerleuchtzustand der Lampe anstieg, so dass die Neustartzeit beispielsweise
einer Hochwattlampe über
die normale Obergrenze von 15 Minuten gesetzt werden musste. Bei der
Erfindung ist dagegen das NCC-Element 2 auf der Oberfläche des
Keramiksubstrats 22 auf der Glassockelseite positioniert,
und damit wird der Temperaturanstieg des NCC-Elementes 2 im
Dauerleuchtzustand der Lampe verringert, und wenn die Lampe neu
gestartet werden soll, fällt
die Temperatur des NCC-Elementes 2 relativ schnell auf
65°C oder weniger
ab, wo eine genügende
Startimpulsspannung induziert werden kann. Also selbst im Falle
einer Hochwattlampe von 360 W konnte die Neustartzeit leicht auf
nicht mehr als die normale Obergrenze von 15 Minuten gesetzt werden.
-
Als
nächstes
ist bei der in 4 gezeigten Konfiguration, bei
welcher das NCC-Element 2 im Wesentlichen
parallel zur Oberfläche
des Keramiksubstrats 22 angeordnet ist, sichergestellt,
dass dann, wenn die Montagedistanz zwischen dem NCC-Element 2 und
dem Keramiksubstrat 24 zu gering wird, das NCC-Element 2 bei
Anlegen der Startimpulsspannung von etwa 2000 V zerbrach. Der Grund
liegt darin, dass eine interne Feldstärkenverteilung des NCC-Elementes 2 inhomogen
wird und örtlich
ein intensives elektrisches Feld erzeugt wird. Um einen solchen
Ausfall des NCC-Elementes zu verhindern, wurde die Montagedistanz
nicht kleiner als 0,5 mm gewählt,
und so lässt
sich ein Ausfall des NCC-Elementes 2 sicher verhindern.
-
Bei
der Montagekonfiguration der Teile für den Starter in einer Lampe üblicher
Technik übersteigt
weiterhin, selbst dann, wenn das Schalterelement 25 innerhalb
der Lampenbasis mit ihrer niedrigeren Temperatur angeordnet ist,
die Expositionstemperatur im Dauerleuchtzustand einer Hochwattlampe
wesentlich die garantierte Wärmefestigkeitstemperatur
von 130°C.
Bei der Erfindung ist dagegen das Halbleiterschalterelement 3 auf
der Glassockelseite bezüglich
des Keramiksubstrats 22 und auch innerhalb der Basis 21 angeordnet,
so dass der Teil dieser Basis 21 selbst effektiv durch
das Keramiksubstrat 22 gegen die Wärme von der Lichtbogenröhre 1 abgeschirmt
ist. Selbst im Falle einer Hochwattlampe wird daher die Temperatur,
welcher das Halbleiterschalterelement 3 ausgesetzt ist,
auf nicht mehr als 130°C
gedrückt,
und die Verschlechterung der Charakteristika während der Lebenszeit der Lampe
konnte verhindert werden.
-
Die 5A und 5B zeigen
den Aufbau des Glasstutzens 7, in welchem die drei Leiter 18, 19 und 20 luftdicht
in der Hochdruck-Natriumdampflampe 15 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung eingesiegelt sind.
-
Bei
der in 8 gezeigten Struktur des Glasstutzens
nach üblicher
Technik war der Abstand zwischen dem mit dem Halbleiterschalterelement 25 verbundenen
Leitungsdraht 19 und dem anderen Leitungsdraht 20 zu
kurz, so dass Fälle
auftraten, wo sich beide Drähte
berührten
oder eine Entladung zwischen beiden Drähten stattfand. Um dies zu
verhindern, sind üblicherweise
die Leitungsdrähte
mit einem Isolierrohr bedeckt. Andererseits unterscheidet sich bei
der Erfindung die Querschnittsform des Abdichtteils der drei Leitungsteile 18, 19 und 20 von
der üblichen
langen und schmalen Rechteckform, wie sie 5 zeigt.
Der Abdichtteil ist zur Bildung einer Dreiecksform gegossen und
verarbeitet. Demgemäß sind der
mit dem Halbleiterschalterelement 3 verbundene Leitungsdraht 20 und
die mit der Stromquelle verbundenen Leitungsdrähte 18, 19 in
den Ecken der Dreiecksform mit relativ großem gegenseitigen Abstand eingesiegelt.
Damit lässt
sich ohne Verwendung eines Isolierrohres eine Berührung oder
Entladung zwischen dem Leitungsdraht 20 und den Leitungsdrähten 18, 19 sicher
verhindern.
-
Ein
typisches Beispiel der Konfiguration der Hochdruck-Natriumdampflampe
gemäß der ersten Ausführungsform
ist einer Niedrigwattlampe von 110 W bis zu einer Hochwattlampe
von 360 W gemeinsam. Zunächst
wird wie bei den Schaltungsteilen gemäß 1 der Heizwiderstand 8 mit
30 kΩ gewählt, der
Kontrollwiderstand 4 mit 47 kΩ und der Überbrückungswiderstand 10 mit
47 kΩ.
Weiterhin wurde als Leckfadenspule 11 dieselbe Spule wie
für eine übliche Leuchtstofflampe
von 100 V, 80 W verwendet, und als die Wolframspulenelektrode 12 wurde
dieselbe wie für
eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe von
200 W verwendet. Ferner wurde für
die Montagekonfiguration der Teile nach 2 das Keramiksubstrat 22 aus
Aluminiumoxyd mit Abmessungen von 30 mm × 30 mm und einer Dicke von
1,0 mm benutzt. Der Abstand g zwischen dem Heizwiderstand 8 und dem
Impulsunterbrechungsschalter 9 wurde mit 1,0 mm gewählt, und
der Spitzenteil des Bimetallschalters 9 kontaktierte die
Endkappe des Heizwiderstandes 8. Der Konstruktionsabstand
d zwischen dem NCC-Element 2 und dem Keramiksubstrat 22 wurde mit
3,0 mm gewählt.
Weiterhin wurde bei der Struktur des Glasstutzens 17 nach 5 eine Versiegelungsdistanz s zwischen
dem Leitungsdraht 20 und den Leitungsdrähten 18, 19 mit
etwa 5 mm gewählt.
Keiner der Leiterdrähte 18, 19, 20 wurde
innerhalb der Basis 21 mit einem Isolierrohr bedeckt.
-
Die
Startspannung in der Startcharakteristik der Hochdruck-Natriumdampflampe
betrug bei der Konfiguration des oben beschriebenen Beispiels 1500V–2000 V.
Dieser Wert wurde selbst dann nicht reduziert, wenn die Entladungsspannungsverzögerungszeit
länger
als etwa 10 Sekunden dauerte, und damit war sichergestellt, dass
die Lampe sich sicher starten ließ. Weiterhin lag die Schmelzzeit
der Leckfadenspule 11 bei einem Hineinlecken von Xenon
in den äußeren Röhrenglaskolben 6 im
Bereich von 7,0 Sek.–15,7
Sek., wobei ein Mittelwert von 10,6 Sek. erreicht wurde.
-
Bei
einem Neustart der Lampe wurde der Impulsunterbrechungsschalter 9 schneller
in den EIN-Zustand gebracht als der Startschaltungsöffnungsschalter 7,
und die Lampe ließ sich
normal neu starten. Andererseits konnte die Neustartzeit der Lampe
selbst für
eine Hochdrucklampe von 360 W auf etwa 14 Minuten eingestellt werden,
was unter der normalen Obergrenze von 15 Minuten liegt. Auch konnte
diesbezüglich
eine Zerstörung
des NCC-Elementes sicher vermieden werden.
-
Wenn
die Lampe bei einer Umgebungstemperatur von –40°C nicht zum Leuchten gebracht
werden konnte, dann konnte der thermisch betätigte Impulsunterbrechungsschalter 9 sicher
in den AUS-Zustand gebracht werden, und die Schwingung der Startimpulsspannung
konnte unterbrochen werden. Ferner betrug die Temperatur, welcher
das Halbleiterschalterelement innerhalb der Basis ausgesetzt war,
im Dauerleuchtzustand der Lampe etwa 127°C, und dies ist nicht mehr als
die garantierte Wärmefestigkeitstemperatur
von 130°C,
selbst im Fall einer Hochwattlampe von 360 W. In der Basis 21 trat
nicht eine einzige Berührung
oder Entladung zwischen dem Leitungsdraht 20 und den anderen
Leitungsdrähten 18, 19 auf.
-
Zweite Ausführungsform
-
6 zeigt
eine Schaltung eines in einer Aluminiumkeramik-Metallhalogenlampe
eingebauten Starters gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
Der
Hauptunterschied zwischen dieser Metallhalogenlampe 15A und
der Konfiguration der Hochdruck-Natriumdampflampe gemäß der ersten Ausführung liegt
darin, dass bei der erfindungsgemäßen Metallhalogenlampe 15A ein
hauptsächlich
aus Stickstoff bestehendes Gas mit 300 Torr–400 Torr in den äußeren Röhrenglaskolben 16 eingefüllt ist.
Damit lässt
sich bei einer Metallhalogenlampe gemäß der Erfindung selbst dann,
wenn ein Edelgas, wie Neon als Starthilfe am Ende der Lebensdauer
vom Inneren der Lichtbogenröhre 1A in
den äußeren Röhrenglaskolben 16 hineinleckt,
das Entstehen einer Lichtbogenentladung zwischen den Leitungsdrähten verhindern.
-
Anders
als bei der Konfiguration nach 1 ist diejenige
nach 6 daher nicht mit einer Leckfadenspule und einer
Wolframspulenelektrode zur Verhinderung einer Lichtbogenentladung
am Ende der Lebensdauer versehen. Die Schaltung des Starters ist
anders als in 6 dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform
nach 1.
-
Weiterhin
ist die Montageanordnung des Starters bei der Erfindung die gleiche
wie bei der ersten Ausführungsform
nach 3 und 4 mit Ausnahme der oben erwähnten Fadenspule
und des Überbrückungswiderstandes.
Weiterhin wird die gleiche Glassockelstruktur wie bei 5 benutzt.
-
Auf
diese Weise kann die Metallhalogenlampe gemäß der zweiten Ausführungsform
auf die Sicherheitsfunktion am Ende der Lampenlebensdauer verzichten,
so dass sich die verbesserten Starteigenschaften mit einer einfacheren
Konfiguration erreichen lassen.
-
Durch
Ausrüstung
der Lampe mit dem Starter der Schaltungskonfiguration und Anordnung
der Teile, wie sie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen
vorliegen, und mit dem Glassockel verbesserter Struktur lassen sich,
wie oben beschrieben, sowohl die Startfunktion der Lampe als auch ihre
Sicherheitsfunktion auf einen Wert verbessern, der für den praktischen
Gebrauch, verglichen mit der üblichen
Technik, genügt,
und die verschiedenen oben genannten Probleme im praktischen Gebrauch können ebenfalls
gelöst
werden. Im Ergebnis erhält man
eine Hochdruckentladungslampe mit eingebautem Starter mit höherer Qualität und Sicherheit.