DE679111C - Elektrische Leuchte, bestehend aus einer Hochdrucklampe mit in Reihe geschaltetem Metallgluehfaden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Leuchten, bei denen mehr als eine Lichtquelle vorhanden ist. Eine der Lichtquellen ist stets eine elektrische Entladungslampe.
Wie bekannt, haben elektrische Glühkathoden - Hoch (Dampf )druck - Entladungslampen einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als die gasgefüllten Wolframdrahtlampen, vorausgesetzt, daß in beiden Fällen die normale Lebensdauer berücksichtigt ist. Wie andere Entladungslampen erfordert auch die Glühkathodenlampe zur Aufrechterhaltung stabiler Arbeitsbedingungen mit ihr in Reihe geschaltete Strombegrenzungswiderstände, z. B. bei Wechselstromanschluß eine Drosselspule oder einen Ohinschen Widerstand bei Gleichstromspeisung. Bekanntlich wird durch Verwendung einer Drosselspule der Leitungsfaktor verschlechtert, daher werden im allgemeinen Kondensatoren der Drossel zwecks Verbesserung des Leistungsfaktors zugeordnet.

Es ist bekannt, einen Metallglühfaden in Reihe mit einer Hochdruckquecksilberdampflampe in einem äußeren Glaskolben der Lampe anzuordnen, so daß der Glühfaden auch als Heizelement und als Vorschaltwiderstand dient. Außerdem ist es bekannt, eine Glühlampe in Reihe mit einer Neon-, Ouecksilber-, Kadmiumentladungslampe mit Glühkathoden zu schalten zwecks Farbenverbesserung des von der Lampeneinheit ausgehenden Lichtes, wobei die Glühlampe ebenfalls als Vorschaltwiderstand dienen kann. Ferner ist vorgeschlagen worden, in Hochdruckquecksilberdampflampen einen Zusatz eines schwer verdampfenden Metalls zu verwenden, um eine Farbänderung zu erzielen.

Offensichtlich erhält bei Verwendung einer Hochdruckmetalldampflampe, bei welcher die Spannung an der Lampe unmittelbar nach der Zündung ungefähr 20 Volt beträgt und später während des Dauerbetriebes auf wenigstens 90 Volt ansteigt, infolge des sich daraus ergebenden großen Spannungsabfalls die in Reihe geschaltete Glühfadenlampe zu wenig Spannung, so daß bei voller Helligkeit der Metalldampflampe der Glühfaden praktisch überhaupt kein brauchbares Licht aussendet, falls er so bemessen ist, daß er während der Zündperiode hell leuchtet. Um diesen Nachteil zu beheben, hat man schon vorgeschlagen, bei Verwendung von Entladungslampen mit flüssiger Elektrode zunächst einen besonderen Widerstand der Lampe vorzuschalten und SS diesen Widerstand, nachdem der hohe Einschaltstrom auf den geringen Betriebsstrom abgefallen ist, durch Glühlampen zu ersetzen. Die Erfindung behandelt das Problem, eine Leuchte zu schaffen, bei der sämtliche Lichtquellen, also auch ein Glühfaden, einen günstigen Wirkungsgrad vor allem während

des Arbeitszustandes (also nach Ablauf des Einschaltvorgangs) haben und sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnen.

In bekannten Glühkathoden-Hochdruck Quecksilberdampflampen ist die Quecksilbermenge in der Lampe so bemessen, daß das Quecksilber dann, wenn die Lampe normal arbeitet und den vorgesehenen Wattverbrauch hat, vollständig verdampft ist, da die Steilheit der Strom/Spannungskurve beim Vorhandensein eines Überschusses an Quecksilber ein unstabiles Arbeiten veranlaßt. Bei vollständiger Verdampfung kann der Strom zunehmen, ohne daß damit eine Zunahme des Spannungsabfalls in der Lampe verbunden ist. Bei einem Widerstand, der in Reihe mit der Lampe geschaltet ist, erscheint jede Zunahme der der Lampe zugeführten Netzspannung als eine Zunahme der Spannung am Widerstand, und zwar so, daß bei einer gegebenen prozentualen Zunahme der Netzspannung die prozentuale Zunahme des Spannungsabfalls am Widerstand wesentlich größer ist. Ist dieser Widerstand ein metalls lischer Glühfaden, dessen Ausgangsleistung für die normal der Lampe zugeführte Netzspannung bemessen ist, so ergibt sich ausjeder Zunahme dieser Spannung eine Überlastung des Glühfadens und infolgedessen eine Verringerung seiner Lebensdauer. Die Strom/ Spannungskurve einer ähnlichen Entladungslampe, welche zusätzliche Metalle mit höherem Siedepunkt als Quecksilber, z. B. Cadmium und/oder "Zink, in der Lampenfüllung aufweist, verläuft wesentlich weniger steil bis zu dem Punkt, an dem eine vollständige Verdampfung der Füllung stattfindet.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Leuchte, bestehend aus einer mit Edelgas gefüllten Hochdruckmetalldampfentladungslampe mit Glühelektroden und einem mit ihr in Reihe geschalteten Metallglühfaden, von dem ein Teil bei Beendigung des Einschaltvorgangs thermisch abgeschaltet wird. Gleichzeitig enthält die Entladungslampe außer Quecksilber auch noch andere Metalle mit höherem Siedepunkt als Quecksilber, insbesondere Gadmium und Zink, und zwar in solcher Menge, daß sämtliche Metalle unter den Betriebsbedingungen nicht vollständig verdampfen. Damit der Glühfaden auch nach Beendigung des Einschaltvorgangs hell leuchtet, wird also ein Teil des Fadens abgeschaltet, und zwar soweit sie der Spannungszunahme an der Lampe entspricht und zu einem Zeitpunkt, wenn die Abschaltung ohne Gefahr durchgeführt werden kann. Zu diesem Zweck wird ein thermischer Schalter mit einem Bimetallstreifen verwendet. Die Menge des zusätzlichen Metalls in der Füllung der Entladungslampe ist somit derart, daß bei gewöhnlichen Spannungssteigerungen der der Leuchteinheit zugeführten Netzspannung die Füllung nicht vollständig verdampft ist.

Weiterhin ist das Mengenverhältnis der zusätzlichen Metalle relativ zum Quecksilber so, daß die in Prozenten der Nennspannung ausgedrückte Änderung der zugeführten Spannung eine gleiche prozentuale Änderung am Glühfaden hervorruft.

Dadurch, daß die Entladungslampe nicht nur Quecksilber, sondern auch Gadmium oder Zink enthält, wird nicht nur in bekannter Weise das Spektrum durch rote Strahlen ergänzt, sondern auch die Charakteristik der Entladungslampe in Übereinstimmung mit der Charakteristik des Metallglühfadens gebracht. Da durch den Glühfaden bereits rote Strahlen dem Spektrum zugemischt werden, können die zusätzlichen Metalle in den vorstehend angegebenen geringen Mengen vprgesehen werden.

Die durch das Hinzufügen zusätzlicher Metalle in der Lampenfüllung hervorgerufene Wirkung geht am besten aus den in den Fig. ι und 2 gezeigten Kurven hervor.

Fig. ι zeigt Strom/Spannungskurven für zwei Arten von Hochdruckentladungslampen, und zwar ist Kurvet diejenige für eine bekannte Quecksilberhochdrucklampe ohne zusätzliche Metalle in der Füllung, bei welcher alles Quecksilber beim normalen Betrieb der Lampe verdampft ist. Man erkennt einen stellen Anstieg kurz nach dem Zündpunkt der Lampe. Sobald alles Quecksilber verdampft ist, tritt die Maximalspannung an der Lampe auf, dann verläuft die Kurve im wesentlichen horizontal und deutet damit an, daß keine nennenswerte Spannungsänderung an der Ent- ">o ladungsstrecke in Erscheinung tritt, auch wenn der Strom zunimmt. Nimmt der Strom zu, so muß daher eine Spannungszunahme an dem in Reihe mit der Entladungsstrecke geschalteten Widerstand und damit eine Zu- "05 nähme des Wattverbrauchs eintreten, so daß die prozentuale Zunahme der Spannung am Glühfaden größer ist als die prozentuale Zunahme der zugeführten und den größeren Strom verursachenden Spannung, wobei die no Spannungszunahme fast ausschließlich, am Glühfaden in Erscheinung tritt.

Kurve B ist eine Strom/Spannungskurve für eine Hochdruckquecksilberdampf entladungslampe mit einer zusätzlichen Füllung von Metallen, z. B. Cadmium und Zink, die einen höheren Siedepunkt als Quecksilber haben.

Man erkennt, daß während des Einschaltvorgangs der Lampe die Kurve wesentlich flacher als Kurve A ansteigt, und zwar dauert der Anstieg so lange an, als das Metall in der

" Lampe noch nicht vollständig verdampft ist. Ist die Menge des zusätzlichen Metalls in der Füllung derart, daß es noch nicht vollständig bei einem in der Praxis zu berücksichtigenden Wattverbrauch, der größer als der Normalverbrauch der Lampe ist, verdampft ist, so bewegt sich der Arbeitspunkt der Lampe auf dem ansteigenden Teil der Kurve, so daß jede Stromzunahme eine Spannungszunahme ίο an der Entladungsstrecke zur Folge hat.

Fig. 2 zeigt zwei Gruppen von Kurven, welche angeben, wie sich die Spannungen an der Entladungsstrecke und an einem damit in Reihe geschalteten Wolframglühfaden verändern, wenn die der Einheit zugeführte Netzspannung eine Änderung erfährt, wobei die Spannungen in Prozenten ausgedrückt sind. Kurve C zeigt die Spannungsänderung an der Entladungsstrecke einer bekannten Hochdruckquecksilberdampflampe mit im Betrieb vollständig verdampftem Metallvorrat, und man erkennt, daß sie in Übereinstimmung mit der Kurve A in Fig. 1 innerhalb des Arbeitsbereiches flach verläuft. Jeder Anstieg der zugeführten Spannung ruft eine Änderung des Stroms durch die Lampe hervor, und da keine wesentliche Änderung an der Entladungsstrecke eintritt, erscheint die Spannungszunahme am Glühfaden, wie es durch die steil ansteigende Kurve D gezeigt wird. Diese zeigt bei einer 5°/_oigen Zu- oder Abnahme der zugeführten Spannung ungefähr eine Änderung von 10% der Spannung an den Enden des Glühfadens, wodurch die Lebensdauer des Fadens wesentlich herabgesetzt wird. Sind wie bei der Leuchte gemäß der Erfindung außer Quecksilber noch zusätzliche Metalle, wie Cadmium oder Zink, in der Füllung enthalten und ist die Metallmenge so groß, daß sie nicht vollständig beim Normal-Wattverbrauch oder bei einem größeren Verbrauch, wie er mit einiger Wahrscheinlichkeit in der Praxis auftreten kann, verdampft ist, so ändert sich die Charakteristik in der Weise, daß sie für die Entladungslampe nicht mehr flach verläuft, sondern einen Anstieg zeigt, wie er durch Kurve E wiedergegeben ist. Infolge der Spannungszunahme an der Entladungsstrecke mit zunehmendem Strom tritt daher nicht mehr die große Spannungszunahme am Glühfaden gemäß Kurve D auf; die Charakteristik für den Glühfaden nimmt vielmehr eine Form ähnlich der durch F wiedergegebenen an.

Jede Änderung der zugeführten Spannung tritt dann sowohl an der Entladungsstrecke als auch am Glühfaden auf, und zwar in einem Verhältnis, das durch die Steilheiten der Kurven E und F bestimmt wird. Wird die Kurve E so bemessen, daß sie weitgehend der Kurve F entspricht, so ruft eine bestimmte prozentuale Änderung der zugeführten Spannung eine gleiche Änderung am Glühfaden hervor.

Eine erfindungsgemäße Leuchte soll nun an Hand der Fig. 3, 4 und S beschrieben werden. Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ansichten einer solchen Lampe, wobei Fig. 4 eine Seitenansicht von rechts auf Fig. 3 wiedergibt, während Fig. 5 eine Draufsicht auf den in Fig. 4 gezeigten Glühfaden ist.

Die Leuchtelemente befinden sich in einem äußeren Glaskolben i, der in bekannter Weise mit einem Schraubsockel versehen ist. Innerhalb des Glaskolbens 1 sind eine Entladungsröhre 2, ein Wolframglühfaden 3, ein Bimetallschalter 4 und die Befestigungen für die Entladungslampe und den Wolframglühdraht angeordnet. Die Entladungsröhre 2 besitzt eine Quecksilberfüllung mit einem Zusatz von Cadmium und Zink und einer geringen Menge von Neon oder Argon bei geringem Druck. Sie hat zwei Hauptelektroden, von denen jede aus einem Kern aus emissionsfähigem Material besteht, der dicht von einer Wolfram- oder Tantaldrahtschleife umgeben ist, dessen Achse rechtwinklig zu derjenigen der Entladungslampe verläuft, und aus einer Hilfswolframelektrode, die als koaxial zur Röhre angeordnete Schleife ausgebildet ist und die aktive Elektrode umgibt. Die Elektrodenzuleitungen vereinigen sich zu stangenförmigen Verbindungsdrähten, die an den Enden der Röhre eingeschmolzen sind, wobei die Verbindungen zu den Zuleitungen der oberen Elektroden von der Einschmelzstelle zum äußeren Glaskolben 1 verlaufen, wo sie in den Ouetschfuß 5 am Gewindeende des Glaskolbens 1 eingeschmolzen sind. Gleichfalls sind in den Ouetschfuß 5 die Stangen 6 und 7 eingeschmolzen, von denen 6 mit einem Ring 8 verbunden ist, der sich innen gegen den Glaskolben 1 legt und die Entladungsröhre an ihrem unteren Ende umgibt. Der Ring 8 besitzt einen bügeiförmigen Teil 9, der den unteren Teil der Entladungsröhre 2 umfaßt und an dem die Drähte befestigt sind, die in das untere Ende der Entladungsröhre eingeschmolzen und mit der unteren Elektrode verbunden sind. Die Stange 7 ist in geeigneter Weise gebogen oder besitzt einen Abzweig y_a, der mit ihm im oberen Teil des Glaskolbens 1 in Verbindung steht, wobei Teil 7_a nach unten im Glaskolben zu einem Punkt unterhalb der Entladungsröhre führt, wo er als Halter und Stromführung mit einem Ende des Wolframglühfadens 3 verbunden ist. Das andere Ende des Fadens 3 steht mit einem Draht in Verbindung, der ebenfalls als Stromzuführung und Halter dient und am Bügel 9 befestigt ist. An einem weiteren Punkte des Glühfadens ist

der Draht ίο angeschlossen, welcher im Außenkolben nach oben verläuft und in einer Glasperle ii endigt. Nahe der Glasperle ist er mit einem Kontaktstück 12 versehen, das dem Bimetallstreifen des Schalters 4 zugeordnet ist. Der Wolframfaden wird von radial angeordneten Haltern getragen, die in das Isolierstück 13 eingeschmolzen sind. Dieses wird von den Teilen 14 gehalten, über welche es mit dem Bügel 9 und den Drähten y_a und 10 in Verbindung steht. Die Verbindungen zur oberen Elektrode der Entladungslampe, welche die Röhre selbst halten, werden ihrerseits von einer Spiralfeder 15 gehalten, welche sich durch ihre Spannung dicht gegen die Innenseite des Kolbens 1 legt und eine nachgiebige Befestigung der Entladungsröhre 2 darstellt. Das Stäbchen 7 sowie ein Draht, der mit der Elektrodenzuführung 16 in Vera° bindung steht, sind an die Sockelanschlüsse geführt, d. h. an den Gewindeteil und den Mittelkontakt der Lampe. Die Drähte, die an die Hilfselektrodenzuführung 17 und den Draht 6 angeschlossen sind, stehen mit einem hohen Widerstand im Lampensockel in Verbindung. Die Abschmelzspitze der Entladungsröhre wird möglichst klein gehalten und ist am oberen Ende hinter der Elektrode vorgesehen, wo sie durch Strahlung warm gehalten wird. Die beiden halbkugligen Enden der Entladungsröhre werden zweckmäßig mit einem metallischen. Innenüberzug versehen, wodurch eine bessere Verdampfung der Metallfüllung infolge der Reflexion erzielt wird.

Der Raum zwischen der Entladungsröhre 2 und dem äußeren Glaskolben 1 ist ausgepumpt und mit einem oder mehreren inerten Gasen angefüllt, so daß der Glühfaden! sich in einer Gasatmosphäre befindet und die Eigenschaften der bekannten gasgefüllten Glühfadenlampen aufweist.

Durch den Glühfaden wird eine Rotstrahlung erzielt, die wenigstens zum Teil in bekannter Weise den Mangel an roten Strahlen im Spektrum der Quecksilberstrahlung ausgleicht. Ein weiterer Ausgleich erfolgt, wie auch bekannt ist, durch das Zusetzen von Cadmium und Zink zur Lampenfüllung; doch spielen diese Metalle erfindungsgemäß noch eine wichtigere Rolle, da durch sie die Charakteristik der Entladungslampe derart verändert wird, daß die Strom/Spannungskurve durch geeignete Bemessung der Metallgewichte in Übereinstimmung mit derjenigen einer gasgefüllten Wolframdrahtlampe gebracht wird, wodurch jede Änderung der der Leuchteinheit zugeführten Spannung in gleicher Weise an der Entladungsstrecke und am Glühfaden in Erscheinung tritt.

Damit der Glühfaden nicht während des Einschaltvorgangs der Entladungslampe überlastet wird und sowohl beim Einschalten als auch beim Dauerbetrieb die richtige Leistung aufnimmt, ist die Anordnung so getroffen, daß der ganze Glühfaden nur während des Einschaltvorgangs der Entladungsröhre mit dieser in Reihe geschaltet ist. Nach dem Einschalten wird ein Teil des Fadens abgeschaltet. Die Länge des Fadens entspricht der Differenz zwischen der zugeführten Netzspannung und dem Spannungsabfall an der Entladungsstrecke.

Der einen Teil des Glühfadens abschaltende Bimetallschalter ist in der Nähe des oberen Endes der Entladungsröhre angeordnet, so daß er fast ausschließlich durch die von der Entladungslampe ausgehenden Wärme beeinflußt wird, während die Strahlung des Glühfadens sich nur wenig auswirkt. Die Tragheit des Bimetallstreifens ist so bemessen, daß der Schalter annähernd nach Beendigung der Einschaltperiode in Tätigkeit tritt.

Die wesentlichen Betriebsdaten einer 500-Watt-Lampe gemäß dem Erfindungsgedanken sind folgende: Der Leistungsfaktor einer solchen Lampe ist ungefähr 0,94, so daß bei 534 Volt-Amp. und 230 Volt zugeführter Spannung der Strom 2,32 Amp. beträgt. Der Spannungsabfall an der Entladungsstrecke ist unmittelbar nach dem Einschalten der Lampe ungefähr 20, so daß die Gesamtlänge des Glühfadens 210 Volt entspricht. Die Spannung an der Entladungsröhre nimmt zu bis ungefähr 138, so daß die Fadenlänge, die durch den Wärmeschalter kurzzuschließen ist, diesem Wert entsprechen muß. Der im Stromkreis verbleibende Fadenteil wird dann mit dem vorgesehenen Wirkungsgrad von 14,5 Lumen je Watt betrieben, bei dem die Lebensdauer größer als 150Q Stunden ist. Die Lampe hat einen Energieverbrauch von ungefähr 200 Watt im Glühfaden und 300 Watt in der Entladungsröhre.

Es hat sich herausgestellt, daß zur Er- »05 zielung der erwünschten Kurve eine Mischung (Amalgam) bestehend aus 1 Gewichtsteil Cadmium, ι Teil Zink und 10 Teilen Quecksilber, die insgesamt ein Gewicht von 0,35 g ergeben, zu befriedigenden Ergebnissen führt, no Der Durchmesser der Lampe 2 ist 38 mm, die Länge der Entladungsstrecke 140 mm. Der im Lampensockel untergebrachte Widerstand im Anlaßstromkreis kann 50 000 Ohm betragen. i'5

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Leuchte, bestehend aus einer mit Edelgas gefüllten Hochdruckmetalldampf lampe mit Glühelektroden und einem mit ihr in Reihe geschalteten

   Metallglühfaden, von dem ein Teil bei Beendigung des Einschaltvorganges thermisch abgeschaltet wird. Gleichzeitig enthält die Entladungslampe außer Quecksilber auch noch andere Metalle mit höherem Siedepunkt als Quecksilber, insbesondere Cadmium und Zink, und zwar in solcher Menge, daß sämtliche Metalle unter den Betriebsbedingungen nicht vollständig verdampfen.
2. 2. Elektrische Leuchte nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein solches Mengenverhältnis des zusätzlichen Metalls relativ zum Quecksilber, daß die in Prozenten der Nennspannung ausgedrückte Änderung der zugeführten Spannung eine gleiche prozentuale Änderung am Glühfaden hervorruft.
3. 3. Elektrische Leuchte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein solches Mengenverhältnis des zusätzlichen Metalls relativ zum Quecksilber, daß die Strom/Spannungskurve derjenigen eines in Reihe geschalteten Wolframfadens in einer gasgefüllten Atmosphäre angenähert wird.
4. 4. Elektrische Leuchteinheit nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Entladungslampe ein Amalgam aus Quecksilber, Cadmium und Zink im Verhältnis 10 : 1 : 1 enthält.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen