DE693998C - chdruckdampfentladungslampe - Google Patents

chdruckdampfentladungslampe

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DE693998C
DE693998C DE1938P0076960 DEP0076960D DE693998C DE 693998 C DE693998 C DE 693998C DE 1938P0076960 DE1938P0076960 DE 1938P0076960 DE P0076960 D DEP0076960 D DE P0076960D DE 693998 C DE693998 C DE 693998C
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DE
Germany
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discharge
main
electrodes
high pressure
lamp
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Expired
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DE1938P0076960
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English (en)
Inventor
Dr Josef Kern
Dr Hermann Krefft
Wolfgang Thouret
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/16Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies
    • H05B41/18Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having a starting switch

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Verfahren zur Erzeugung des Hochdruckzustandes einer elektrischen, mit Glühelektrodenversehenen Hochdruckdampfentladungslampe Ein für viele Verwendungszwecke äußerst störender Nachteil der bisher bekannten Hochdruckmetalldampflampen, insbesondere der luftgekühlten Lampen, liegt bekanntlich darin, daß sie nach dem Einschalten längere Zeit brauchen, bis sie ihren Hochdruckzustand erreichen und daß ferner nach dem Abschalten und kurz daraüffolgenden Wiedereinschalten der Lampe in der Regel mehrere Minuten vergehen, .bis eine genügend starke Abkühlung die Wiederzündung ermöglicht und .:die anschließende Wiederaufheizung durch die Entladung den Hochdruckzustand wiederherstellt.
  • Die Erfindung bezweckt, die Mängel der längeren Einbrennzeit und der längeren Wvederzündzeit der Hochdruckdampflampe weitgehend, vorzugsweise sogar völlig zu unterdrücken, so daß ,die Hochdruckdampflampe in jedem Augenblick hochdruckbetriebsbereit zur Verfügung steht und daher auch für Blinkzwecke geeignet ist.
  • Zu diesem Zweck-wird zur Erzeugung des Hochdruckzustandes einer elektrischen, mit Glühelektroden versehenen Hochdruckdampfentladungslanipe, bei der im Innern des Entladungsgefäßes noch eine Nebenentladung stattfindet, insbesondere einer Quecksilberüberdrucklampe mit mehr als ro Atmosphären Betriebsdruck erfindungsgemäß die Leistungsaufnahme der Nebenentladung so groß eingestellt, daß durch die Wärmeentwicklung der Nebenentladung allein ein zur Herstellung einer Hochdruckentladung ausreichender Druck von vorzugsweise mehr als i Atmo- Sphäre erzeugt wird. Dieser Heizentladungsbogen wird unabhängig von der Hauptentladung für sich unter Verwendung eines seiner Leistungsaufnahme entsprechend bemessenen Vorschaltwiderstandesgespeist. Meist wird mit Vorteil. ferner die Metallmenge so bemessen, .daß der Heizentladungsbogen allein eine Verdampfung der gesamten Metallmenge herbeiführt. Beim Betrieb der Lampe isst der Heizentladungsbogen entweder ständig eingeschaltet oder zum mindestens stets dann, wenn der Hauptlichtbogen ausgeschaltet ist. Man hat zwar bereits bei den verschiedensten Entladungslampen neben der Hauptentladung 'noch besondere Hilfsentladungen vorgesehen. Diese erfüllen aber nur die Aufgabe, durch Ionisierung der Lampenfüllung die Zündung des Lichtbogens zu erleichtern.
  • Die Erstzündung der neuen Hochdrucklampe bereitet keine Schwierigkeiten, da sie ja bei noch kalter Lampe und demgemäß bei geringem Füllungsdruck erfolgt. Enthält das Lampengefäß eine Gas.grundfüllung von verhältnismäßig niedrigem Druck und werden die Nebenelektroden für den Heizentladungsbogen mit schon .bei niedrigen Temperaturen stark elektrenenemittierenden Stoffen versehen, so zündet beim Einschalten der Nebenelektroden der Heizentladungsbogen sofort; und zwar auch bei einem verhältnismäßig großen gegenseitigen Abstand der Nebenelektroden. Wird gleichzeitig mit den Nebenelektroden auch dass Hauptelektrodenpaar an Spannung gelegt, also auch der Hauptlichtbogen kalt gezündet, läßt sich durch die gleichzeitige Heizwirkung, beider Entladungen die Aufheizung des Lampengefäßes wesentlich beschleunigen. Verzichtet man auf die gleichzeitige Miteinschaltung des Hauptlichtbogens, so ergibt sich dafür der Vorteil, daß der Vorschaltwiderständ des Hauptlichtbogens und insbesondere die Hauptelektroden von einem Einbrennüberstrom verschont bleiben, der vor allem bei noch geringem Druck der Lampenfüllung die Elektroden äußerst stark beansprucht, da die bekannte zerstäubungshindernde Wirkung des Hochdruckdampfes fehlt.
  • Bei dem beschriebenen Verfahren muß nattu-gemäß die Wiederzündung des Hauptlichtbogens stets in einer Hochdruckdampffüllung herbeigeführt werden. Dies kann nach Art der bekannten Abreißzündungen erfolgen, indem beispielsweise zwei beweglich angeordnete Hauptelektroden miteinander in Berührung gebracht und unter Stromdurchgang auseinandergezogen werden, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines außerhalb des Lampengefäßes angeordneten Magneten.
  • Als besonders zweckmäßig hat es sich aber erwiesen, zur Hochdruckzündung des Haupt-' lichtb.ogens den Heizentladungsbogen mit zu verwenden und zu diesem Zweck die Nebenelektroden so nahe an -die Hauptentladungsstrecke heranzurücken, &ß der Heizentladungsbogen eine gute Ionisierung der Haupteutladüngsstreäke und gegebenenfalls auch eine Vorheizungg der Hauptelektroden bewirkt. Bei Verwendung hoher Dampfdrücke von etwa zoAtmosphären und mehr hat sich jedoch gezeigt, daß eine kräftige ionisierende Wirkung :des Heizentladungsbogens nur noch in der unmittelbaren Umgebung des Heizentladungsbogens auftritt und daß daher der Heizentladungsbogen sehr nahe, vorzugsweise bis auf einen Abstand. von nur wenigen Millimetern, an die Hauptentladungsstrecke herangeführt werden muß.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, däß bei einer derart ausgebildeten Überdrucklampe mit kräftigem, zur Aufheizung der Lampe ausreichende Heizentladungsbogen die Lampe unmittelbar nach dem Abschalten sofort wieder anspringt, daß also nicht wie bei allen bisher bekanntgewordenen Hochdruckdampflampen erst -einige Zeit gewartet werden muß, bis durch genügende Abkühlung des Lampengefäßes eine starke Verminderung des Füllungsdruckes herbeigeführt ist. Die Zün.dverhältnisee des Hauptlichtbogens werden insbesondere dann günstig, wenn der Heizentladungsbogen unterhalb der Hauptentladungsstrecke angeordnet wird, weil dann der kräftige in diesen überdruckdampflampen auftretende Konvektionsstrom die ionisierten Dämpfe der Heizentladungsstrecke in die Hauptentladungsstrecke treibt und die aufwärts strömenden heißen Dämpfe zusammen mit der Wärmestrahlung der Nebenelektroden die Hauptelektroden auf eine höhere Temperatur :bringen.
  • Die Verwendung eines nahe an die Hauptentladungsstrecke herangeführten Heizentladungsbogens gibt die vorteilhafte Möglichkeit, die Hauptelektroden ohne jede Rücksicht auf eine Zünderleichterung des Hauptlicht-Bogens nur gemäß .den Erfordernissen des Hauptlichtbogenbetriebes bei hohem Dampfdruck auszubilden, also die Hauptelektroden ;aus solchen Stoffen herzustellen, die beim Brennen des Hauptlichtbogens die günstigsten Eigenschaften, insbesondere die geringste Verdampfung und Zerstäubung zeigen. Vorzugsweise werden für die Hauptelektroden blanke Wolframkärper, gegebenenfalls mit einem Zusatz eines schwer verdampfenden Oxydes, z. B. Zirkonoxyd, verwendet.
  • Zur Lichtausstrahlung wird bei der neuen Lampe in .der Regel nur der Hauptlichtbogen benutzt, dessen Stromstärke wesentlich diejenige der Heizentladung übersteigt, beispielsweise das Zehnfache derselben beträgt. An Hand der Zeichnung wird nachstehend das beschriebene Verfahren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Das aus Quarzglas oder einem anderen hochschmelzenden Glas bestehende Entlaclungsgefäß i enthält zwei Hauptelektroden 2, 3, die über strombegrenzende VorschaitwIderständ.e q., 5 und einen 2poligen Schalter 6 mit den Sekundärklemmen des Netzschalters 7 in Verbindung stehen. Die Hauptelektroden 2, 3 bestehen zweckmäßig aus hochgesintertem Wolfram. Die beiden Vorschaltwiderstände q., 5 sind gleich groß und so bemessen, daß bei eingebrannter Lampe die Stromstärke des Hauptlichtbogens etwa io Amp. beträgt. Unmittelbar unterhalb der Hauptelektroden 2, 3 sind die beiden Nebenelektroden 8, 9 angeordnet, ,die ebenfalls aus schwer schmelzbaren Metallen bestehen, jedoch solche aktivierende Stoffe tragen,. die schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen stark Elektronen emittieren, insbesondere Erdalkalimetalloxyde. Die beiden Nebenelektroden 8, 9 sind über die gleich großen Hilfswiderstände io, ii ,an die Sekundärklemmen des Netzschalters 7 angeschlossen. Die Widrrstände io, zi sind wesentlich größer als die Widerstände q., 5, beispielsweise etwa zehnmal so groß, so daß die Stromstärke der Heizentladung nur etwa i Amp. erreicht, aber zur Hochdruckerzeugung ausreicht. Das Lampengefäß z enthält ferner eine Gasfüllung von niedrigem Druck, z. B. Argon von -2 Torr, sowie einen Quecksilberbodenkörper 12.
  • Bei der Inbetriebnahme der Lampe wird zuerst der Netzschalter 7 geschlossen, worauf sich so,oforteine Niederdruckentladung zwischen den stark aktivierten Nebenelektroden 8, 9 ausbildet, deren Wärmeentwicklung das Lampengefäß unter Verdampfung des Quecksilberbodenkörpers 12 aufheizt. Die Quecksilbermenge und die Leistungsaufnahme des Hei.zentladungsbogens können unter Berücksichtigung der Wärmeableitungsverhältnisse des Lampengefäßes so gewählt sein, daß der-Heizentladungsbogen allein unter völliger Verdampfung des gesamten Quecksilbers 12 den gewünschten Mindestbetriebsdampfdruck herbeiführt. Dies wird in etwa einigen Minuten erreicht, worauf die Lampe betriebsbereit ist. Wird jetzt der Blinkschalter 6 geschlossen, so setzt infolge der ionisierenden Wirkung der dicht unterhalb der Hauptentladungsstrecake verlaufenden Heizentladung sofort die Hauptentladung zwischen den Elektroden 2, 3 ein, und zwar gleich als Hochdruckentladung. Auch beim Wiedereinschalten nach etwaigem Ausschalten des Schalters 6 tritt die Hochdruckentladung zwischen den Elektroden 2, 3 ohne jede Verzögerung auf. Die bisher beim Ausschalten und Wiedereinschalten von Hochdruckdampfentladungslampen erforderliche Zeit zum Wiederzünden der Lampe und Herstellen des. Hochdruckstadiums kommt also in Fortfall.
  • Zweckmäßig wird der Schalter 6 unsyminetrisch, und zwar so ausgebildet, daß beim Schließen des Schalters die beiden Elektroden 2, 3 kurz nacheinander unter Spannung kommen. Erhält beispielsweise die Elektrode 2 zuerst Spannung, so entsteht sofort eine Querentladung--zwischen der Hauptelektrode 2 und der Nebenelektrode 9, .die eine Aufheizung der Hauptelektrode 2 bewirkt und beim darauffoIgenldenUntersp,annungsetzen derElektrode 3 in den Lichtbogen zwischen den Elektroden 2, 3 überspmingt.
  • Bei längerem unterbrechungslosem Betrieb der Hauptentladung empfiehlt es sich, die Heizentladung inzwischen auszuschalten. Mit Vorteil wird dazu einmehrpoliger, an die Hauptelektroden und die Nebenelektroden. angeschlossener Schalter benutzt, der so ausgebildet ist, daß er .beim Einschalten nach dem Schließen des Hauptkreises den Heizkreis öffnet und beim Ausschalten zuerst den Heizkreis, wieder schließt und dann erst den Hauptkreis unterbricht.
  • Unter Umständen ist es zweckmäßig, die beiden Elektrodenpaare .diagonal anzuordnen, so daß .der Heizentladungsbogen die Hauptentladungsstrecke kreuzt. Bei gleichzeitigem Einschalten beider Entladungen verläuft in diesem Falle aber nur die stromstärkere Entladung; also die Hauptentladung, diagonal, während die Heizentladung sich zwischen zwei benachbarten Elektroden ausbildet, da sich kreuzende Entladungen nicht ohne weiteres bestehen können. Bei Verwendung von zwei elektrisch getrennten Stromquellen bilden sich dabei immer zwei Heizentladungsbögen aus, z. B. zwischen den Elektroden 2 und 8 sowie 3 und 9, wobei die beiden Stromquellen teilweise in Reihe geschaltet werden.
  • Die beiden Entladungen können mit Gleichstrom oder beide mit Wechselstrom oder die eine mit Gleich- und die andere mit Wechselstrom betrieben werden. Es können auch mehrere Hauptentladungsstrecken und meh-' rere Heizentladungsstrecken Verwendung finden und zu diesem Zweck mehr als vier Elektroden in das Entladungsgefäß eingebaut sein. Die Hochdruckdampflampe kann aber auch nur drei Elektroden aufweisen, wobei dann die eine Elektrode gleichzeitig als Haupt-und Nebenelektrode dient. Die zur Aufrechterhaltung des Hochdruckzustandes erforderliche Heizleistung der Heizentladung ist selbstverständlich dann besonders klein, wenn das Lampengefäß gut wärmeisoliert, z. B. mit einem Hüllgefäß versehen ist. Die günstigsten Abstände der Elektroden hängen von den in Frage kommenden Betriebsdampfdrücken und Stromquellenspannungen ab und lassen sich leicht durch Versuche ermitteln,

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung des Hochdruckzustandes einer elektrischen,: mit Glühelektroden versehenen Hochdruckdampfentladungslampe; bei der im Innern des Entladungsgefäßes außer der Hauptentladung noch eine Nebenentladung stattfindet, insbesondere Quecksilberüberdrucklampe mit mehr als io Atmosphären Betriebsdruck für Blinkbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahme der Nebenentladung so groß eingestellt wird; daß durch die Wärmeentwicklung -der Nebenentladung allein ein zur Herstellung einer Hochdruckentladung ausreichender Druck von vorzugsweise mehr als i Atmosphäre erzeugt wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmenge so bemessen wird, daß der Heizentladungsbogen allein eine Verdampfung der gesamten Metallmenge herbeiführt. 3. Hochdrucklampe zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet; daß die Heieentladungsstrecke, insbesondere bei Betriebsdrücken von mehr als io Atmosphären, nahe unterhalb der Hauptentladungsstrecke angeordnet ist. q.. Hochdrucklampe nach Anspruch 3 mit mehr als i o Atmosphären Betriebsdruck, gekennzeichnet durch ein kleines, kugelförmiges Quarzentladungsgefäß (i), das vier im Rechteck angeordnete, nur wenige Millimeter 'voneinander entfernte Glühelektroden (a, 3, 8, 9) enthält, von denen die beiden mit schon bei niedrigen Temperaturen stark elektronenemittierenden Stoffen, insbesondere mit Erdalkalioxyden versehenen Nebenelektroden (8, 9) über je einen verhältnismäßig großen Widerstand (q., 5) und die beiden, nur aus hochschmelzenden Stoffen, wie Wolfram, bestehenden, gegebenenfalls einen Zusatz von besonders hitzebeständigen Oxyden, wie Zirkonoxyd, aufweisenden Hauptelektroden (a, 3) über je einen wesentlich kleineren Widerstand (iö, ii) und einen Hilfsschalter (6) an eine gemeinsame Stromquelle (7) angeschlossen sind. 5. Verfahren zum-Betrieb einer Dampfentladungslampe nach Anspruch 3 und q., dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptentladung und der Heizentladungsbogen wechselseitig ein- und ausgeschaltet wer-. den, und zwar@derart, daß kurz nach dem Einschalten der Hauptentladung die Ausschaltung des Heizentladungsbogens und kurz vor dem Wiederausschalten der Hauptentladung die Einschaltung des Heizentladungsbogens erfolgt, zweckmäßig unter Verwendung eines mehrpoligen, im Haupt-und Nebenstromkreis liegenden Schalters.
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