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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer
Metalldampfentladungslampe, die eine Bogenentladungsröhre und
einen dazu parallel geschalteten Starter umfaßt, die in einem
durchsichtigen äußeren Glühlampenkolben angeordnet sind,
beispielsweise bei einer Hochdruck-Natriumdampflampe mit innen
angeordnetem Starter.
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Fig. 1 zeigt die entsprechende Schaltungskonfiguration einer
herkömmlichen Hochdruck-Natriumdampflampe mit innen
angeordnetem Starter, zusammen mit einem Beispiel des dazugehörigen
Lichtstromkreises. Diese Hochdruck-Natriumdampflampe ist so
ausgelegt, daß ein äußerer durchsichtiger Glühlampenkolben 4
die Bogenentladungsröhre 1 und eine Serienschaltung umfaßt,
die parallel an erstere angeschlossen ist und aus einem
nichtlinearen Kondensator 2 und einem Bimetallschalter 3 besteht.
Diese Lampe ist über ein Vorschaltgerät 5, das aus einem
Induktor besteht, an eine Wechselstromquelle 6 angeschlossen,
wobei die Lampe durch Anlegen der Wechselspannung
eingeschaltet wird. Der nichtlineare Kondensator 2 übernimmt dann die
Funktion eines Schaltelements in Ubereinstimmung mit seiner
hysteresebehafteten Spannungs-/Ladungskennlinie und
unterbricht den durch das Vorschaltgerät 5 fließenden Strom in
rascher Folge. Dadurch wird ein Hochspannungsimpuls an beiden
Enden des Vorschaltgeräts 5 erzeugt. Der Impuls wird zusammen
mit der Stromquellenspannung an die Bogenentladungsröhre 1
angelegt, wodurch die Lampe zum Leuchten gebracht wird.
Nachdem die Lampe eingeschaltet ist, wird der Bimetallschalter 3
durch die von der Bogenentladungsröhre 1 abgegebene Wärme
geöffnet, wodurch der Betrieb des Starters gestoppt wird.
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Der nichtlineare Kondensator für eine Lampe des vorher
beschriebenen Typs ist beispielsweise im einzelnen in der
japanischen
Patentveröffentlichung JP-B-62-60803 beschrieben. Die
Figuren 2A und 2B sind eine schematische Darstellung dieser
Ausführungsform. Der gezeigte Kondensator umfaßt ein
dielektrisches Substrat 7, das hauptsächlich aus Bariumtitanat oder
ähnlichem besteht. Auf beiden Seiten des dielektrischen
Substrats 7 sind Elektrodenfilme 8a und 8b aufgebracht, an die
jeweils die Leitungsdrähte 9a und 9b elektrisch angeschlossen
sind. Das wärmeresistente Material, mit dem die
Elektrodenfilme 8a und 8b überzogen sind, sowie die Einzelheiten
hinsichtlich der Verbindungsstruktur zwischen den Elektrodenfilmen 8a,
8b und den Leitungsdrähten 9a, 9b sind in der Zeichnung nicht
berücksichtigt.
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Wenn der nichtlineare Kondensator 2 der oben beschriebenen
Auslegung in eine Lampe eingebaut wird, werden die
Leitungsdrähte 9a und 9b des nichtlinearen Kondensators 2 häufig
mittels Schweißen oder ähnlichem an die
Unterstützungsleitungen 10a und 10b angeschlossen und an ihnen befestigt, wobei
letztere verschiedene Polaritäten aufweisen und an leitende
Bogenentladungsröhren-Stützen oder ähnliches angeschlossen
sind, wie in Fig. 3 dargestellt.
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Es wurde jedoch festgestellt, daß Lampen mit der oben
beschriebenen Auslegung im Betrieb folgende Probleme
aufwerfen:
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(1) Wenn ein elektrisches Wechselfeld an einen nichtlinearen
Kondensator angelegt wird, erfolgt in dessen spontaner
Polarisierung eine Inversion, so daß die Kristalle, die das
dielektrische Substrat bilden, sich in der Richtung verlängern, in
der das elektrische Feld anlegt wird, und sich in senkrechter
Richtung zum elektrischen Feld zusammenziehen, wobei ein als
Elektrostriktion bezeichnetes Phänomen entsteht. Daraus ergibt
sich die hysteresbelastete Spannungs-/Ladungskennlinie.
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Sind die Leitungsdrähte 9a und 9b des nichtlinearen
Kondensators 2 jedoch fest mit den in Fig. 3 dargestellten leitenden
Stützen 10a und 10b verbunden, wird die durch die
Elektrostriktion hervorgerufene Schwingung des dielektrischen
Substrats 7 des nichtlinearen Kondensators 2 beträchtlich
gedämpft, so daß eine zufriedenstellende hysteresbelastete
Spannungs-/Ladungskennlinie nicht erzielt werden kann. Daraus
ergibt sich, daß der erzeugte Spannungsimpuls unvermeidbar
niedrig ausfällt.
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Außerdem wurde festgestellt, daß die durch die
Elektrostriktion hervorgerufene Schwingung des dielektrischen Substrats 7
mit beträchtlichem Rauschen verknüpft ist, da sie auf andere
Abschnitte als die Schwingung der Leitungsdrähte 9a, 9b und
der leitenden Stützen 10a, 10b übertragen wird.
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(2) Wenn der Betrieb fortgesetzt und die durch die
Elektrostriktion des dielektrischen Substrats 7 hervorgerufene
Schwingung wie vorher beschrieben in einem beträchtlichen
Ausmaß gedämpft wird, werden aufgrund der inneren Spannung im
dielektrischen Substrat 7 Risse entlang der Korngrenzen
erzeugt, wodurch das dielektrische Substrat beschädigt wird. In
einigen Fällen kann eine Entladung zwischen den Elektroden des
nichtlinearen Kondensators erfolgen, wenn das dielektrische
Substrat beschädigt ist, wodurch ein großer elektrischer Strom
durch den Starter fließen und dabei die Wicklung des
Vorschaltgeräts 5 durchbrennen kann.
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(3) Eine Entladung zwischen den Elektroden des nichtlinearen
Kondensators kann erfolgen, wenn gegen Ende der Lebensdauer
der Lampe das Edelgas in der Bogenentladungsröhre in den
äußeren Glühlampenkolben, der den nichtlinearen Kondensator
umgibt, entweicht, wodurch im äußeren Glühlampenkolben eine
Atmosphäre entsteht, die Entladungen begünstigt. In diesem
Fall kann ein großer Strom durch den Starter fließen, der
ebenfalls zum Durchbrennen der Vorschaltgerät-Wicklung führt.
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Des weiteren wird auf JP-A-59-60957 verwiesen (Patent
Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 161 (E-257) [1598]), wo eine
elektrische Entladungslampe und ein parallel an die Lampe
angeschlossener nichtlinearer Kondensator beschrieben werden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Metalldampfentladungslampe, die die vorher erwähnten Probleme
nicht mehr aufweist.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung
einer Metalldampfentladungslampe, die einen
Hochspannungsimpuls erzeugen kann, so daß sie leicht eingeschaltet werden
kann.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung
einer Metalldampfentladungslampe, bei der jegliches
Durchbrennen des Vorschaltgeräts verhindert wird.
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Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, stellt die Erfindung
eine Metalldampfentladungslampe mit einem durchsichtigen
äußeren Glühlampenkolben bereit, der eine Bogenentladungsröhre
und einen Starter enthält, der parallel zur
Bogenentladungsröhre geschaltet ist und der einen nichtlinearen Kondensator
enthält, wobei dieser nichtlineare Kondensator auf beiden
Hauptoberflächen eines scheibenähnlichen dielektrischen
Substrats Elektrodenfilme aufweist, an die jeweils Leitungsdrähte
elektrisch angeschlossen sind, und wobei zumindest einer der
vorgenannten Leitungsdrähte an eine Unterstützungsleitung
angeschlossen ist, deren Dicke so ausgelegt ist, daß sie die
Schwingung aufgrund jeder Elektrostriktion des vorgenannten
dielektrischen Substrats nicht behindert und zudem eine
Abschmelzverbindung bildet.
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Dank dieser Auslegung bleibt jede durch die Elektrostriktion
des dielektrischen Substrats des nichtlinearen Kondensators
hervorgerufene Schwingung unbehindert, so daß eine
zufriedenstellende hysteresbelastete Spannungs-/Ladungskennlinie
erzielt werden kann und somit eine Metalldampfentladungslampe
bereitgestellt wird, die einen Hochspannungsimpuls erzeugt und
in stabiler Weise eingeschaltet werden kann. Des weiteren wird
das Rauschen aufgrund der vorgenannten Schwingung durch die
oben erwähnte Unterstützungsleitung absorbiert und eine
Reduzierung des Rauschpegels ermöglicht.
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Außerdem kann, da die verwendete Unterstützungsleitung die
Schwingung des dielektrischen Substrats nicht behindert, jede
Zerstörung des dielektrischen Substrats aufgrund von Rissen,
die während der Schwingung des dielektrischen Substrats
entlang der Korngrenzen erzeugt werden, verhindert werden. Des
weiteren schmilzt die vorgenannte Unterstützungsleitung, wenn
zwischen den Elektroden des nichtlinearen Kondensators eine
Entladung erfolgt und ein großer Strom durch den Starter
fließen kann, unterbricht somit den elektrischen Stromkreis
und verhindert jedes mögliche Durchbrennen im Vorschaltgerät
usw..
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Als Beispiel wird eine spezifische Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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Fig. 1 ein Schaltplan ist, das die entsprechende
Schaltungskonfiguration einer herkömmlichen Hochdruck-Natriumdampflampe
mit innen angeordnetem Starter zusammen mit dem dazugehörigen
Lichtstromkreis darstellt;
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Fig. 2a und 2B eine Vorder- bzw. eine Seitenansicht eines
nichtlinearen, in vorgenannter Entladungslampe verwendeten
Kondensators darstellen;
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Fig. 3 eine Seitenansicht ist, die in vergrößerter Ausführung
den Unterstützungsabschnitt des vorgenannten nichtlinearen
Kondensators zeigt;
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Fig. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Metalldampfentladungslampe darstellt; und
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Fig. 5 in vergrößerter Ausführung den Unterstützungsabschnitt
des nichtlinearen Kondensators der in Fig. 4 dargestellten
Entladungslampe zeigt.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Hochdruck-Natriumdampflampe
mit einem innen angeordneten Starter, die eine Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt. Fig. 5 zeigt in vergrößerter
Ausführung den Unterstützungsabschnitt des nichtlinearen
Kondensators, der in dieser Hochdruck-Natriumdampflampe verwendet
wird. In Fig. 4 bezieht sich die Bezugszahl 1 auf eine
Bogenentladungsröhre mit einer Keramikröhre, an deren Enden
Elektroden angebracht sind und die mit Natrium, Quecksilber und
einem Edelgas gefüllt ist, die in der Röhre dicht
eingeschlossen sind. Diese Bogenentladungsröhre 1 wird durch leitende
Stützen 11 a und 11b gehalten, die auch als Leiter für die
Einspeisung von Elektrizität zu den Elektroden dienen und
durch andere leitende Stützen 12a und 12b, die daran befestigt
sind, usw..
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Die Bezugszahl 2 bezieht sich auf einen nichtlinearen
Kondensator, der eine ähnliche Auslegung aufweist wie der in den
Fig. 2A und 2B gezeigte Kondensator. Wie in Fig. 5
dargestellt, ist das eine Ende eines Leitungsdrahts 9a dieses
nichtlinearen Kondensators 2 an einer Unterstützungsleitung
10a befestigt, die an der leitenden Stütze 12a befestigt ist.
Ein Ende des anderen Leitungsdrahts 9b des nichtlinearen
Kondensators 2 ist über die Unterstützungsleitung 10b mit
einer leitenden Stütze 3a eines Bimetallschalters 3 verbunden.
Diese leitende Stütze 3a des Bimetallschalters 3 wird in einem
isolierten Zustand von der vorgenannten leitenden Stütze 12b
gehalten. Entsprechend ist der Leitungsdraht 9b des
nichtlinearen Kondensators 2 über den Bimetallschalter 3 elektrisch
an die leitende Stütze 12b angeschlossen.
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Zumindest eine der vorgenannten Unterstützungsleitungen 10a
und 10b (10b in dieser Ausführungsform) ist so dick, daß sie
die aufgrund der Elektrostriktion des dielektrischen Substrats
7 des nichtlinearen Kondensators 2 hervorgerufene Schwingung
nicht behindert und schmilzt, wenn ein großer Strom durch den
nichtlinearen Kondensator 2 fließt. Im spezifischen Fall wird
ein schmelzresistenter Metalldraht mit einem Durchmesser von
0,04 bis 0,4 mm verwendet, beispielsweise ein Draht aus
Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, aus einer Eisen-Nickel-Legierung,
Nickel, Eisen, usw... Eine geeignete Drahtlänge wäre etwa 10
mm. Obwohl ein kompakter Draht ausreichend wäre, ist ein
gewendelter Draht geeigneter.
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Die Dicke und Länge der Unterstützungsleitung 10b muß so
gewählt werden, daß die Größe des Kurzschlußstroms
berücksichtigt wird, der durch das Vorschaltgerät 5 fließt, wenn
zwischen den Elektroden des nichtlinearen Kondensators eine
Entladung erfolgt, sowie unter Berücksichtigung des Materials
der Unterstützungsleitung, dessen mechanischer Belastbarkeit
usw.. Die Ergebnisse von Experimenten, die mit Lampen
verschiedener Leistung durchgeführt wurden, einschließlich einer
Lampe der 100-W-Klasse und einer aus der 1-kW-Klasse, haben
gezeigt, daß ein geeigneter Durchmesser der
Unterstützungsleitung im Bereich von 0,04 bis 0,4 mm liegt, wie vorher
bereits erwähnt, und daß die geeignete Länge bei einem
Durchmesser von 0,4 mm etwa 10 mm beträgt. Ist der Durchmesser der
Unterstützungsleitung kleiner als 0,04 mm, kann die Leitung
leichter brechen, entweder aufgrund des beim Zusammenbau der
Lampe angewandten Punktschweißens oder der nach dem
Zusammenbau im Betrieb entstehenden Schwingungen usw. Ein Durchmesser
der Unterstützungsleitung von mehr als 0,4 mm führt dazu, daß
die Unterstützungsleitung auch bei großem Strom nicht mehr
gebrochen wird, der bei einer Entladung zwischen den
Elektroden des nichtlinearen Kondensators auftritt, so daß das
Vorschaltgerät usw. durchbrennen kann.
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Hinsichtlich des entsprechenden Stromkreises in der Lampe der
in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform und dem dazugehörigen
Lichtstromkreis bestehen Ähnlichkeiten zur Auslegung der in
Fig. 1 dargestellten.
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Während in der vorgenannten Ausführungsform der Starter aus
einer Kombination aus einem nichtlinearen Kondensator und
einem Bimetallschalter besteht, kann diese Erfindung auf jede
Art von Metalldampfentladungslampe angewendet werden, solange
deren Starter einen nichtlinearen Kondensator aufweist.
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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich wird, ist
in Übereinstimmung mit dieser Erfindung zumindest einer der
Leitungsdrähte des nichtlinearen Kondensators, der den Starter
bildet, mit einer Unterstützungsleitung verbunden, die eine
Dicke aufweist, aufgrund derer die durch die Elektrostriktion
des dielektrischen Substrats des vorgenannten nichtlinearen
Kondensators hervorgerufene Schwingung nicht behindert wird.
Demzufolge wird auch die durch die Elektrostriktion des
dielektrischen Substrats verursachte Schwingung nicht gedämpft,
so daß ein Hochspannungsimpuls erzeugt werden kann. Da die
Schwingung des dielektrischen Substrats durch die
Unterstützungsleitung absorbiert wird, entsteht des weiteren kein
Rauschen. Da die Dicke der vorgenannten Unterstützungsleitung
so gewählt wird, dar sie schmilzt, sobald ein großer Strom
durch den nichtlinearen Kondensator fließt, dient die
Unterstützungsleitung außerdem als Sicherung zur Unterbrechung des
elektrischen Schaltkreises, wenn ein großer Strom ungehindert
fließen kann, und verhindert somit effizient jedes
Durchbrennen des Vorschaltgeräts.