DE918585C

DE918585C - Electric high-pressure discharge lamp for mains voltage operation and power consumption of less than 200 watts

Info

Publication number: DE918585C
Application number: DEP9745D
Authority: DE
Inventors: Dr Josef Kern; Dr Hermann Krefft
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1939-06-18
Filing date: 1939-06-18
Publication date: 1954-09-30

Description

Elektrische Hochdruckentladungslampe für Netzspannungsbetrieb und Leistungsaufnahme von weniger als 200 Watt Zusatz zum Patent 730 454 Die Erfindung bezieht sich auf wechselstrombetriebene Hochdruckentladungslampen, bei denen ein gesockeltes Hüllgefäß einen Hochdruckbrenner und einen diesem vorgeschalteten Glühdraht enthält. Bei allen in die Praxis eingeführten Hochdruckentladungslampen dieser Art, die in übliche Glühlampenfassungen eingesetzt werden können und unmittelbar an Netzspannungen brennen, werden Quecksilberhochdruckbrenner mit Dampfdrücken von i bis etwa 8 Atm. verwendet und so große Vorschaltglühdrähte vorgesehen, daß diese im Betrieb den Hauptteil der Netzspannung aufnehmen. Zu dieser Bemessung zwingt die immer wieder beobachtete Erscheinung, daß bei Wechselstrombetrieb und rein ohmschem Vorschaltwiderstand der Hochdruckbrenner wegen der bei jedem Nulldurchgang des Wechselstromes auftretenden hohen Wiederzündspitze und der unvermeidlichen Netzspannungsschwankungen etwa eine Verdoppelung der an den Elektroden auftretenden Spannung zur Herbeiführung der Wiederzündung braucht. Wegen des verhältnismäßig hohen Spannungsverbrauches am Vorschaltglühdraht kommt man bei den bekannten Hochdruckentladungslampen über eine Lichtausbeute von etwa 2o Lumen je Watt nicht hinaus.Electric high-pressure discharge lamp for mains voltage operation and power consumption of less than 200 watts Addendum to patent 730 454 The invention relates to AC-operated high-pressure discharge lamps in which a socketed envelope contains a high-pressure burner and a filament upstream of this. All high-pressure discharge lamps of this type that have been introduced into practice, which can be used in conventional incandescent lamp sockets and burn directly on mains voltages, are high-pressure mercury burners with vapor pressures from 1 to about 8 atm. used and so large ballast filaments provided that they take up the main part of the mains voltage during operation. This dimensioning is compelled by the repeatedly observed phenomenon that with alternating current operation and a purely ohmic series resistance the high pressure burner needs about doubling of the voltage occurring at the electrodes to bring about the reignition because of the high reignition peak occurring at every zero crossing of the alternating current and the inevitable mains voltage fluctuations. Because of the relatively high voltage consumption on the ballast filament, the known high-pressure discharge lamps do not achieve a luminous efficiency of around 20 lumens per watt.

Nähere Untersuchungen haben nun gezeigt, daß die Ursache der hohen Wiederzündspannung ein bei diesen Hochdruckbrennern bisher nicht beachteter Dunkelraum ist, der beim Nulldurchgang des Stromes, währenddessen die heißen Dämpfe der Entladungsstrecke noch ionisiert bleiben und nachleuchten, in Nähe der Elektrode auftritt und bei der Wiederzündung durchschlagen werden muß. Ferner wurde gefunden, daß die Breite dieses Dunkelraumes mit wachsendem Strom und Gradienten, also mit wachsender Lichtbogenleistungsaüfnahme, je Zentimeter Bogenlänge abnimmt und damit auch die W iederzündspannung sinkt.Closer investigations have now shown that the cause of the high Restart voltage is a dark room that has not been taken into account with these high-pressure burners is that at the zero crossing of the current, during which the hot vapors of the discharge path still remain ionized and afterglow, occurs near the electrode and at the re-ignition must be broken through. It was also found that the width this dark room with increasing current and gradient, i.e. with increasing arc power consumption, decreases with every centimeter of arc length and thus the re-ignition voltage also decreases.

Diese Erkenntnisse haben gezeigt, daß sich zur Kombination mit einem Vorschaltglühdraht eine Hochdruckentladungslampe nach Patent 730 454 vorzüglich eignet und daß diese Kombination die Möglichkeit bietet, bei Lampen kleiner Leistungsaufnahme den Vorschaltglühdraht ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit kleiner als bisher erforderlich auszubilden. Es wird demgemäß bei einer Hochdruckentladungslampe für Netzspannungsbetrieb und einer Leistungsaufnahme von weniger als Zoo Watt ein kugelförmiges oder annähernd kugelförmiges Quarzentladungsgefäß von höchstens 15 mm Innendurchmesser und einem Elektrodenabstand von weniger als 5 mm verwendet, das einen Betriebsdruck von etwa 5o Atm. und darüber, eine spezifische Lichtbogenleistungsaufnahme von mehr als 300 Watt je Zentimeter Bogenlänge und eine spezifische Wandbelastung von mehr als 2o Watt je Quadratzentimeter Innenoberfläche aufweist, und nach der Erfindung im gesockelten Hüllgefäß der Lampe ein höchstens 40% der Netzspannung aufnehmender Vorschaltglühdraht untergebracht. Mit einer derart ausgebildeten Hochdruckentladungslampe läßt sich ohne Schwierigkeit eine Lichtausbeute von etwa 4o Lumen je Watt bei guter Lichtfarbe erzielen, und zwar bei einer verhältnismäßig geringen Lampenleistungsaufnahme.These findings have shown that a high-pressure discharge lamp according to patent 730 454 is ideally suited for combination with a ballast glow wire and that this combination offers the possibility of making the ballast glow wire smaller than previously required for lamps with low power consumption without impairing operational reliability. Accordingly, for a high-pressure discharge lamp for mains voltage operation and a power consumption of less than zoo watts, a spherical or approximately spherical quartz discharge vessel with an internal diameter of at most 15 mm and an electrode spacing of less than 5 mm is used, which has an operating pressure of around 50 atm. and above, has a specific arc power consumption of more than 300 watts per centimeter of arc length and a specific wall load of more than 20 watts per square centimeter of inner surface, and according to the invention, a ballast filament that absorbs at most 40% of the mains voltage is accommodated in the socketed envelope of the lamp. With a high-pressure discharge lamp designed in this way, a light output of about 40 lumens per watt with good light color can be achieved without difficulty, namely with a relatively low lamp power consumption.

Es wurde zwar bereits eine Hochdruckentladüngslampe vorgeschlagen; bei der der Vorschaltglühdraht weniger Spannung als der Hochdruckbrenner 'I aufnimmt. Dabei wurde jedoch ein Hochdruckbrenner vorgesehen, dessen spezifische Wandbelastung j e Quadratzentimeter und eine spezifische Leistungsaufnahme je Zentimeter Lichtbogenlänge um ein Vielfaches geringer ist als bei dem Hochdruckbrenner, der bei der Lampe nach der Erfindung Verwendung findet. Infolgedessen rnuß bei der bekannten Lampe der Glühdraht immer noch 45 bis 48% der Netzspannung aufnehmen. Aus diesem Grunde und wegen der anderen Ausbildung des Hochdruckbrenners ist die Lichtausbeute der bekannten Lampe wesentlich geringer als bei der Lampe nach der Erfindung.A high-pressure discharge lamp has already been proposed; in which the ballast filament draws less voltage than the high-pressure burner 'I. However, a high-pressure burner was provided with its specific wall load each square centimeter and a specific power consumption per centimeter of arc length is many times less than with the high-pressure burner, which is after the lamp the invention finds use. As a result, in the case of the known lamp, the Glow wire still draws 45 to 48% of the mains voltage. For this reason and Because of the different design of the high-pressure burner, the light output is the same as known Lamp much less than the lamp according to the invention.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindung ausgebildete Hochdruckentladungslampe für eine Anschlußspannung von 22o Volt und eine Leistungsaufnahme von etwa ` i io Watt bei einer Stromstärke von etwa 1/z Ampere schematisch dargestellt. Die Leistungen und Spannungen sind zur Erleichterung der Übersicht ohne Berücksichtigung der Kurvenverzerrungen angegeben.In the drawing, an exemplary embodiment according to the invention is shown trained high-pressure discharge lamp for a connection voltage of 22o volts and a power consumption of about `` io watts at a current strength of about 1 / z ampere shown schematically. The performances and tensions are for the relief of the Overview given without taking the curve distortions into account.

Das mit einem Schraubsockel i versehene Hüllgefäß 2 enthält einen kleinen Hochdruckbrenner 3 und einen diesem vorgeschalteten Glühdraht 4, der in üblicher Weise als Wendel ausgebildet sein kann: Der kugelförmige, aus einem hochschmelzenden Glas, insbesondere Quarzglas, bestehende Hochdruckbrenner 3 weist einen Innendurchmesser von etwa 8 mm auf und enthält zwei Glühelektroden 5, deren Abstand etwa 2,4 mm beträgt. Die Glühelektroden 5 bestehen aus kleinen, mit Öffnungen versehenen Wolframhöhlkörpern, die etwas Thoriumaxyd oder Zirkonoxyd enthalten. Statt dieser massiven Wolframhohlkörper können auch aus Drahtwendeln gewickelte Elektroden benutzt werden.The envelope vessel 2, which is provided with a screw base i, contains a small high-pressure burner 3 and a glow wire 4 connected upstream of this, which is shown in Can usually be designed as a helix: The spherical, from a high-melting point Glass, in particular quartz glass, existing high-pressure burner 3 has an inner diameter of about 8 mm and contains two glow electrodes 5, the distance between which is about 2.4 mm. The glow electrodes 5 consist of small, apertured tungsten hollow bodies, which contain some thorium oxide or zirconium oxide. Instead of this massive hollow tungsten body Electrodes wound from wire coils can also be used.

Der Hochdruckbrenner 3 enthält ferner eine Edelgasgrundfüllung zur Erleichterung der Zündung, etwa Argon von 2o mm Druck. Um auch eine rasche Aufheizung des Hochdruckbrenners herbeizuführen, kann eine Edelgasgrundfüllung von erheblich höherem Druck, etwa einem Druck von 4oo mm, Verwendung finden. Außerdem befindet sich im Hochdruckbrenner noch etwas Quecksilber 6, dessen Menge so bemessen ist, daß bei der Inbetriebnahme der Lampe eine untersättigte Dampfatmosphäre von etwa i5o Atm. entsteht und die Brennspannung des Lichtbogens auf etwa 145 Volt ansteigt, während der zuerst hohe Spannungsabfall am Vorschaltglühdraht 4 auf etwa 75 Volt zurückgeht. Da die Betriebsspannung des Hochdruckbrenners demgemäß etwa 66% der Anschlußspannung erreicht und der Wirkungsgrad des Brenners den des Glühdrahtes um ein Vielfaches übertrifft, ergibt sich bei der neuen Lampe trotz des ohmschen Vorschaltwiderstandes eine sehr hohe Strahlungsausbeute. Bei der Entladungsstromstärke von 1/z Ampere nimmt der Hochdruckbrenner etwa 72,5 Watt auf, woraus sich eine spezifische Wandbelastung seiner Innenoberfläche von etwa 36 Watt je Quadratzentimeter errechnet. Die auf den Zentimeter Bogenlänge bezogene spezifische Lichtbogenleistungsaufnahme ergibt sich zu etwa 3o2 Watt.The high pressure burner 3 also contains a noble gas basic filling for Easier ignition, say argon at 20 mm pressure. A quick heating up too To bring about the high pressure burner, a noble gas basic filling of considerably higher pressure, for example a pressure of 400 mm, can be used. Also located there is still some mercury 6 in the high-pressure burner, the amount of which is measured in such a way that that when the lamp is put into operation, an undersaturated vapor atmosphere of about i5o atm. arises and the voltage of the arc rises to around 145 volts, during the first high voltage drop on the ballast filament 4 to about 75 volts going back. Since the operating voltage of the high pressure burner is accordingly about 66% of the Connection voltage reached and the efficiency of the burner that of the filament is exceeded many times over, results in the new lamp despite the ohmic Ballast resistor has a very high radiation yield. At the discharge current The high-pressure burner consumes about 72.5 watts from 1 / z ampere, which results in a specific Wall load on its inner surface of about 36 watts per square centimeter calculated. The specific arc power consumption based on the centimeter of arc length results in about 3o2 watts.

Das Hüllgefäß 2 enthält eine bei Glühlampen übliche Gasfüllung, z. B. ein Stickstoff-Argon-Gemisch. Es wird zweckmäßig zur Vermeidung einer Blendung lichtstreuend ausgebildet. Zur Ausnutzung der beträchtlichen Ultraviolettstrahlung wird für Bestrahlungszwecke ein Hüllgefäß 2 von geeigneter UV-Durchlässigkeit benutzt. Für Beleuchtungszwecke empfiehlt es sich, das Hüllgefäß 2 mit Leuchtstoffen 7 zu versehen oder aus einem Leuchtglas herzustellen. Im Hüllgefäß 2 oder im Sockel i kann gegebenenfalls ein Anlaßwiderstand untergebracht sein, der den Einbrennüberstrom weitgehend unterdrückt und dessen Widerstandswert beim Einbrennen der Lampe selbsttätig absinkt. Sofern besondere, an sich bekannte Hilfsmittel zur Herabsetzung der Wiederzündspannung auch bei der neuen Lampe zusätzlich verwendet werden, kann naturgemäß die Betriebsspannung des Hochdruckbrenners in entsprechendem Maße noch weiter erhöht werden.The envelope vessel 2 contains a gas filling that is usual in incandescent lamps, e.g. B. a nitrogen-argon mixture. It is useful to avoid glare formed light-diffusing. To take advantage of the considerable ultraviolet radiation a cladding vessel 2 of suitable UV permeability is used for irradiation purposes. For lighting purposes it is advisable to cover the enveloping vessel 2 with phosphors 7 provided or made from a luminous glass. In the envelope vessel 2 or in the base i If necessary, a starting resistor can be accommodated to reduce the burn-in overcurrent largely suppressed and its resistance value automatically when the lamp burns in sinks. If special, per se known aids for reducing the re-ignition voltage can also be used with the new lamp of course, the operating voltage of the high-pressure burner to a corresponding extent can be further increased.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Electric high-pressure discharge lamp for mains voltage operation and power consumption of less than 200 watts with a spherical or approximately spherical quartz discharge vessel with an inner diameter of no more than 15 mm, which contains glow electrodes less than 5 mm apart, a basic gas filling and some mercury and at an operating vapor pressure of around 50 atm. and above that has a specific arc power consumption of more than 300 watts per centimeter of arc length and a specific wall load of more than 20 watts per square centimeter of inner surface, according to patent 730454, characterized in that the lamp is housed in a socketed envelope vessel, at most 401/9 Mains voltage receiving glow wire is connected upstream.

2. Electric High-pressure discharge lamp according to Claim r, characterized in that the envelope vessel consists of ultraviolet-permeable glass or luminous glass or with phosphors is provided.