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Elektrische Hochdruckentladungslampe mit Glühelektroden, Umhüllungsgefäß
und vorgeschaltetem Eisenwasserstoffwiderstand Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Hochdruckentladungslampen, insbesondere auf Hochdruckquecksilberdampflampen mit
Edelgasgrundfüllung und im Betrieb völlig verdampfendem Quecksilberbodenkörper.
Bei derartigen Lampen werden als Vorschaltwiderstände Ohmsche Widerstände, Drosselspulen
und auch Kondensatoren benutzt. Die wattlosen Widerstände sind jedoch verhältnismäßig
kostspielig und können wegen ihrer Größe nur getrennt von der Lampe angeordnet werden.
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In dem Bestreben, den Vorschaltwiderstand mit der Entladungslampe
selbst zu vereinigen, um eine für sich betriebsfähige Entladungslampe zu erhalten,
die wie eine Glühlampe ohne weiteres in jeder üblichen Fassung gebrannt werden kann,
wurde auch bereits vorgeschlagen, den Ohmschen Vorschaltwiderstand in Gestalt einer
Glühdrahtwendel im Zwischenraum der doppelwandigen Hochdruckentladungslampe anzuordnen,
so daß die im Vorschaltwiderstand umgesetzte beträchtliche elektrische Leistung
zur zusätzlichen Erzeugung von Licht- und Wärmestrahlung ausgenutzt wird. -Um dabei
eine hohe Gesamtlichtausbeute zu erreichen, war man bestrebt, den Vorschaltleuchtkörper
verhältnismäßig klein zu bemessen, beispielsweise derart, daß er im Betrieb der
Lampe nur etwa 25 bis 30 °/o der Anschlußspannung aufnimmt. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß nur bei im Betrieb völlig unverändert bleibender Anschlußspannung ein
so kleiner Vorschaltleuchtkörper ausreicht, um eine genügend stark steigende Spannungskennlinie
der
Lampe zu erzielen. Schwankt jedoch die Anschlußspannung, was
in gewissem Grade in üblichen. Netzen stets der Fall ist, so ergeben sich bei einer
solchen Lampe beträchtliche Stromstärkenänderungen,weil die Spannungsänderungen
ausschließlich vom Vorschaltwiderstand aufgenommen werden müssen.
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So hat beispielsweise eine Erhöhung der Anschlußspannung um 5 % bei
einem etwa 25 % der Anschlußspannung aufnehmenden Vorschaltleuchtkörper eine Erhöhung
der Spannung am Vorschaltleuchtkörper um mindestens 2o'/, zur Folge, ein Betrag,
der durch die meist vorhandene negative Spannungskennlinie der Entladungsröhre noch
gesteigert wird. Große Stromänderungen erweisen sich aber als äußerst nachteilig,
weil infolge des zwischen Stromstärke, Temperatur und Lichtausstrahlung bei Glühdrähten
bestehenden Zusammenhanges entweder durch Überströme die zur Erzielung einer hohen
Lichtausbeute hoch belastete und daher stromempfindliche Vorschaltglühwendel vorzeitig
durchbrennt oder weil bei zu kleinen Stromstärken die Temperatur der üblichen durch
den Entladungsstrom geheizten Glühelektrode so stark absinkt, daß die Lampe erlischt.
Außerdem schwankt mit der Stromstärke selbstverständlich auch die Lampenlichtleistung.
Die Lampe brennt also abwechselnd heller und dunkler.
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Gemäß der Erfindung wird zur Vermeidung der geschilderten Nachteile
bei elektrischen Hochdruckentladungslampen mit Glühelektroden, Umhüllungsgefäß und
mit vorgeschaltetem Eisenwasserstoffwiderstand, insbesondere bei Hochdruckentladungslampen
mit Edelgasgrundfüllung und im Betrieb völlig verdampfendem Ouecksilberbodenkörper,
der in dem mit Wasserstoff oder Helium ausgefüllten Außenraum der doppelwandigen
Lampen ausgespannte, nicht zur Lichtausstrahlung dienende Eisenwasserstoffvorschaltwiderstand
so bemessen, daß er beim Betrieb der Lampe höchstens 2o % der Netzspannung aufnimmt.
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Während bei den bekannten Lampen der im entlüfteten oder mit einem
Stickstoff-Argon-Gemisch gefüllten Zwischenraum untergebrachte, als Leuchtkörper
ausgebildete Vorschaltwiderstand zur Erzielung eines zufriedenstellenden Betriebes
für mindestens 3o bis 5o % der Anschlußspannung berechnet sein muß, genügt bei der
neuen Lampe eine Bemessung des Vorschaltwiderstandes für höchstens 2o o/o der Anschlußspannung.
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Man hat zwar schon verschiedentlich bei Niederdruckentladungslampen
vorgeschlagen, einen getrennt von der Lampe angeordneten Eisenwasserstoffwiderstand,
der bekanntlich eine stark ansteigende Stromspannungskennlinie aufweist, als Yorschaltwiderstand
zu benutzen oder eine der im Entladungsraum .der Lampe selbst befindlichen Strom7uführungen
zu einer Elektrode aus Eisendraht herzustellen, ohne daß durch die bekannten Anordnungen
die aufgeführten Nachteile beseitigt werden.
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Es hat sich außerdem gezeigt, daß bei einer Hochdruckentladungslampe,
bei der mindestens So oiro der der Lampe zugeführten elektrischen Leistung in der
Entladungssäule in Licht umgesetzt werden, wegen der außerordentlich hohen Lichtausbeute
des Hochdrucklichtbogens der durch den nichtleuchtenden Widerstandsdraht verursachte
Energieverlust ohne Nachteil in Kauf genommen «-erden kann, und daß der erzielte
Lichtgewinn in der Entladungssäule meist sogar größer ist als der Lichtverlust,
der durch Fortfall eines lichtspendenden Vorschaltwiderstandes entsteht, wie folgendes
Rechnungsbeispiel zeigt: Bei einer Ouecksilberhochdrucklampe für 2o Volt Anschlußspannung,
die mit einem i io Volt aufnehmenden Vorschaltleuchtkörper versehen ist, beträgt
die Lichtausbeute des \'orschaltleuchtkörpers je Watt i7 Lumen und die des Lichtbogens
3i Lumen. also die Gesamtlichtausbeute 27 Lumen. Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten
Lampe für 220 Volt, deren Lichtbogenbrennspannung mindestens 8o oio der Anschlußspannung,
also etwa r8o Volt beträgt, ergibt sich dagegen eine Lichtausbeute von
0,8 X 37 Lumen Je Watt, also eine Lampenlichtausbeute von ungefähr 3o Lumen
je Watt, also ein Lichtgewinn von etwa io %.
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Um bei Wechselstroinbetrieb trotz der hohen Bogenbrennspannung, die
durch entsprechende Wahl des Elektrodenabstandes bzw. des Betriebsdampfdruckes erreicht
werden kann, einen einwandfreien Betrieb zu erzielen, muß dafür gesorgt werden,
daß die Wiederzündspannung der Lampe nicht mehr als höchstens 2o % über ihrer Brennspannung
liegt, was bei dem heutigen Stand der Technik ohne Schwierigkeit durch Verwendung
von an sich bekannten, die Zündspannung herabsetzenden Mitteln, wie insbesondere
Hilfselektroden, zu erreichen ist.
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Die Inbetriebsetzung der Lampe kann mittels eines getrennt von der
Lampe angeordneten, den Anlaufstrom begrenzenden Anlaßwiderstandes erfolgen. Mit
Vorteil wird ein solcher Anlaßwiderstand mit der Lampe vereinigt und im Zwischenraum
der Doppelwand oder im Sockel der Lampe untergebracht. Der Anlaßwiderstand kann
aus einem Olimschen Widerstand und einem dazu parallel geschalteten Widerstand mit
negativem Teniperaturkoeffizienten
bestehen, der nach seiner Aufheizung
den Ohmschen Widerstand praktisch kurzschließt.
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Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindung
ausgebildete Quecksilberhochdruckdampflampe veranschaulicht. .
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Im Innern des kugelförmig ausgebildeten Lampenkolbens i ist eine kleine,
röhrenförmige Quecksilberhochdrucklampe 2 untergebracht, deren Gefäß aus einem hochschmelzenden
Glase, vorzugsweise aus Quarzglas, besteht und eine die Zündspannung herabsetzende
Edelgasgrundfüllung von niedrigem Druck sowie einen Quecksilberbodenkörper 3 enthält.
Die Quecksilbermenge ist so bemessen, daß alles Quecksilber bereits während des
Einbrennv organges der Entladungslampe völlig verdampft und dabei ein so hoher Dampfdruck
von beispielsweise 3 Atm. entsteht, daß die Brennspannung der Hochdruckröhre weniger
als 2o °/o unter der Netzspannung liegt.
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In die nach außen vortretenden Nippel q. sind die Stromzuführungsdrähte
5 eingeschmolzen, welche die entladungsgeheizten Glühelektroden 6 von üblicher Bauart
tragen. Vorzugsweise bestehen diese Glühelektroden 6 aus Wolframdrahtwendeln, die
mit stark elektronenemittierenden Stoffen versehen sind. In Nähe jeder Glühelektrode
6 ist in das Entladungsgefäß 2 eine stiftförmige Hilfselektrode 7 eingeschmolzen,
die über einen hochohmigen Widerstand 8 mit dem Stromzuführungsdraht 5 der Gegenelektrode
in Verbindung steht. Durch diese Hilfselektroden wird die Zündung erleichtert und
erreicht, daß die Wiederzündspannung der Hochdrucklampe nur wenig über der Brennspannung
liegt. Die Hochdruckröhre 2 wird von den kräftigen Stromzuführungsdrähten 9, io
getragen, die in dem Quetschfuß 13 des Außenkolbens i eingeschmolzen sind und zu
den Anschlußkontakten des nicht dargestellten Sockels führen, in dem gegebenenfalls
auch ein selbsttätig arbeitender Anlaßwiderstand untergebracht ist.
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In dem Raum zwischen der Außenglocke i und der Hochdruckröhre 2 ist
ein aus Eisen bestehender Widerstandsdraht i i zwischen Haltedrähtchen 12 ausgespannt,
der die Hochdruckröhre konzentrisch umgibt und ihr vorgeschaltet ist. Ferner enthält
die Außenglocke i eine Füllung aus Helium oder Wasserstoff, die dem Widerstandsdraht
ii eine sehr steile, positive Stromspannungskennlinie verleiht.
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In einzelnen Fällen wird es zweckmäßig sein, den Raum zwischen der
Hochdruckröhre 2 und der Außenglocke i in zwei Räume aufzuteilen, von denen der
eine die Hochdruckröhre und der andere die Wasserstoff- oder Heliumfüllung sowie
den Vorschaltwiderstand enthält, beispielsweise die im Innern der Hüllglocke untergebrachte
Hochdruckröhre mit einem gegebenenfalls mit Sauerstoff gefüllten kleinen Zwischenmantel
zu umschließen, der die äußere Helium- oder Wasserstoffüllung von der Hochdruckröhre
trennt.
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Ist das Entladungsgefäß der Hochdruckröhre :2 für ultraviolette Strahlen
durchlässig, so ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für Beleuchtungszwecke,
wenn die Innenwandung der Außenglocke i mit einem Überzug 14 aus Leuchtstoffen versehen
ist, die den ultravioletten Strahlenanteil der Überdruckdampflampe in sichtbares
Licht umwandeln und dadurch die Lichtausbeute erhöhen bzw. das Spektrum der Lichtstrahlung
ergänzen.
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Bei Verwendung der Lampe für Bestrahlungszwecke wird in bekannter
Weise auch die Außenglocke i ultraviolett durchlässig ausgebildet.