DE974049C - Elektrische Metalldampf-Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Metalldampf-Hochdruckentladungslampen mit einem Betriebsdruck von mehr als io Atmosphären, die bei einer spezifischen Wandbelastung von mehr als 20 W/cm² und einer spezifischen Lichtbogenleistungsaufnahme von mehr als 200 W/cm Bogenlänge mit festen Glühelektroden versehen sind, deren Abstand weniger als 5 mm beträgt.

Diese Hochdruckentladungslampen besitzen kugelförmige, oft mit den bekannten Zwergglühlampen vergleichbare kleine Entladungsgefäße und zeichnen sich durch eine sehr hohe Lichtausbeute sowie durch eine ansteigende Stromspannungskennlinie aus. Eine derart ausgebildete Lampe zeigt jedoch noch verschiedene Nachteile. Sie ist wegen der kleinen Innenoberfiäche des Entladungsgefäßes sehr empfindlich gegen eine Zerstäubung bzw. Verdampfung von Elektrodenteilclien. Elektroden, die bei langgestreckten Entladungsgefäßen noch vollauf befriedigen, können bei diesen kleinen Entladungsgefäßen schon frühzeitig eine starke Wandschwärzung und damit einen unerträglichen Lichtverlust verursachen. Da sich die Wandschwärzungen vornehmlich in der Nachbarschaft der Elek-

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trode ablagern, bedeuten sie bei langgestreckten Entladungsgefäßen kaum einen Lichtverlust, während dagegen bei kurzen Entladungslampen die Schwärzung unmittelbar die Gesamtlichtausstrahlung herabsetzt. Besonders schädlich ist in dieser Hinsicht die Beanspruchung der Elektroden beim Zünd- und Einbrennvorgang. Die Elektroden sind dabei noch kalt bzw. noch nicht heiß genug. Es treten daher in ihrer Nähe erhebliche Spannungsabfalle auf, die zu einem starken Ionenbombardement auf die Oberfläche der Elektroden führen. Außerdem ist bei den üblichen Dampflampen, die eine Edelgasgrundfüllung von geringem Druck enthalten, gerade beim Zünd- und Einbrennvorgang der Druck der Lampenfüllung noch sehr klein. Die Zurückdrängung der Elektrodenzerstäubung durch die Gasatmosphäre ist daher noch gering.

Nachteilig ist bei diesen bisher nur mit entladungsgeheizten Glühelektroden ausgestatteten Metalldampf-Hochdruckdampflampen des weiteren, daß sie längere Zeit zum Einbrennen brauchen und daß sie insbesondere beim Aus- und Wiedereinschalten der heißen Lampe erst dann wieder zünden, wenn sich das Lampengefäß nach einiger Zeit genügend abgekühlt hat. Eine rasche Wiederbetriebsbereitschaft ist aber für die meisten Verwendungszwecke von außerordentlicher Bedeutung. Diese Nachteile sind bei der neuen Metalldampf-Hochdruckentladungslampe weitgehend beseitigt; sie zeichnet sich durch hohe Lichtausbeute, geringe Wandschwärzung und rasche Betriebsbereitschaft aus. Dabei wird von dem an sich bekannten Vorschlag ausgegangen, Metalldampf-Hochdruckentladungslampen mit vorheizbaren Glühelektroden auszurüsten, die also infolge der Vorheizung erleichterte Zündbedingungen aufweisen, während die Zusatzheizung nach der Zündung wieder abgeschaltet wird. Eine mit vorheizbaren Glühelektroden ausgestattete, für den Betrieb an 220 Volt bestimmte Metalldampfhochdrucklampe, die einen Betriebsdruck von mehr als 10 Atmosphären und zwei in einem Abstand von weniger als 5 mm angeordnete Elektroden aufweist und bei der zur Zündung ein die Heizfäden der Glühelektroden in Reihe an die Netzspannung schaltender selbsttätiger Schalter dient, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Ausgangsstellung offener Schalter, insbesondere ein an sich bekannter Gasentladungsschalter, verwendet ist und daß die Grundgasfüllung der Entladungslampe auf einem solchen Druck gehalten ist, daß eine Zündung der Entladungslampe bei kalten Elektroden an der üblichen Netzspannung von 220 V nicht eintritt.

Bei Niederdruckentladungslampen hat man zwar schon häufig vorgeschlagen, vorheizbare Glühelektroden mittels eines selbsttätigen, die Entladungsstrecke kurzschließenden Schalters in Reihe zu schalten, so daß die Vorheizung mit der Zündung der Lampe wieder abgeschaltet wird. Während bei langgestreckten Entladungsröhren ein Zünden der Lampe auch unter günstigen Bedingungen hinsichtlich Grundgasdruck, solange noch die Elektroden kalt sind, wenig zu erwarten ist, zünden die üblichen Hochdrucklampen mit Grundgasfüllung mit einem Druck'von etwa 10 Torr bei einem Elektrodenabstand von nur 5 mm an sich von selbst, sobald eine Netzspannung von beispielsweise 220 V angelegt wird. Da in diesem Augenblick der hohe Ouecksilberdampf druck des Betriebszustandes noch nicht vorhanden ist, wird aber gerade hierdurch eine erhebliche Zerstäubung der noch kalten Elektroden hervorgerufen. Mit vorliegender Erfindung wird dieser Übelstand dadurch vermieden, daß bewußt eine Grundgasfüllung von solchem Druck gewählt wird, bei der die Lampe bei kalten Elektroden nicht zünden kann. Darüber hinaus wird durch Verwendung eines die Entladungsstrecke kurzschließenden Zündschalters sichergestellt, daß die Zündung auch noch nicht bei beginnender, aber noch immer unzulänglicher Heizung der Elektroden einsetzt.

Es ist eine auf den ersten Blick befremdliche Maßnahme, bei den erwähnten Metalldampf-Hochdruckentladungslampen zwei vorheizbare Glühelektroden vorzusehen. Tatsächlich bedeutet dies auch eine gewisse Erschwerung der Lampenherstellung, weil in das kleine kugelförmige Hochdruckquarzgefäß nunmehr vier Stromleiter vakuumdicht eingeschmolzen werden müssen. Dieser Nachteil wird jedoch durch die erzielten Vorteile bei weitem aufgewogen, die an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Lampe geschildert werden. Diese ist im Beispiel als Mischlichtlampe für allgemeine Beleuchtungszwecke ausgebildet.

Im gesockelten Hüllgefäß 1 der Hochdruckentladungslampe 2 sind der Vorschaltglühdraht 3 und ein Bimetallschalter 4 eingebaut, der die mit zwei Stromzuführungen versehenen Glühelektroden 5 der Hochdruckentladungsröhre 2 über den Hilfswiderstand 6 in Reihe schaltet.

Das kugelförmige Hochdrucklampengefäß besteht aus Quarzglas und weist einen Innendurchmesser von etwa 8,5 mm auf. Es enthält eine Edelgasgrundfüllung und so viel Quecksilber, daß beim Einbrennen der Lampe das ganze Quecksilber unter Bildung eines Dampfdruckes von etwa 50 Atmosphären verdampft. Der Elektrodenabstand ist auf etwa 4 mm eingestellt, wobei sich eine Lichtbogenbrennspannung von etwa 100 V ergibt. Der Vorschaltglühdraht 3 ist so bemessen, daß die Hochdruckentladungslampe etwa 75 Watt aufnimmt.

Der Bimetallschalter 4 ist nach Art eines sogenannten Glimmschalters ausgebildet. Das kleine Schaltergefäß enthält eine Edelgasfüllung von etwa Torr und zwei auf Bimetallstreifen befestigte Kontakte 7, die sich in der Ausgangsstellung nicht berühren und die Elektroden der Glimmentladungsstrecke bilden.

Infolge der nach einem Teilmerkmal der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahme, die Grundgasfüllung entweder gänzlich fortzulassen oder aber ihr einen so hohen Druck zu geben, daß die Lampe bei der üblichen Netzspannung nicht zünden kann, kann beim Anlegen einer Spannung zunächst nur der Glimmschalter 4 ansprechen. Nachdem dieser

infolge der durch die Glimmentladung aufgeheizten Bimetallstreifen seine Kontakte geschlossen hat, werden die Elektroden 5 des Hochdrucklampengefäßes vorgeheizt, bis nach Ablauf einer gewissen Zeit die Bimetalle im Glimmschalter genügend abgekühlt sind, um den Kontakt wieder zu öffnen. Die nunmehr ausreichend vorgeheizten Elektroden 5 ermöglichen dann, daß die Hochdruckentladungslampe unter Wirkung der Netzspannung zündet. Der Glimmschalter tritt auch immer dann in Wirkung, wenn die Hochdrucklampe nach einiger Betriebszeit abgeschaltet wird und kurz darauf wieder eingeschaltet werden soll. Es herrscht alsdann im Entladungsgefäß der hohe Quecksilberdampfdruck, und die Zündspannung liegt so hoch, daß sie diejenige des Glimmschalters bei weitem übersteigt. Die Emissionsfähigkeit der Elektroden ist ferner wegen der raschen Abkühlung der Elektroden schon erheblich gesunken. Das Wiedereinao schalten der noch heißen Lampe führt daher nunmehr zu einer Entladung in dem mit den Glühelektroden in Reihe liegenden Glimmschalter, deren Heizwirkung die Schalterkontakte und damit den Heizkreis der Glühelektroden 5 schließt. Die Glühelektroden werden darauf durch Stromdurchnuß schnell auf Emissionstemperatur geheizt, bis zufolge Abkühlung des Schalters sich die Schalterkontakte öffnen, was innerhalb weniger Sekunden stattfindet. Die beim Wiederöffnen der Kontakte 7 zwischen den jetzt heißen Glühelektroden 5 auftretende volle Netzspannung führt dann zur Zündung der Hochdrucklampe, obgleich ihr Dampfdruck noch Atmosphärendruck übersteigt. Sofern der Quecksilberdampfdruck noch zu groß sein sollte, wiederholt sich die Glimmentladung im Schalter 4 und das Schließen und Wiederöffnen der Kontakte 7, bis die Hochdrucklampe zur Zündung kommt. Die Zündspannung des Glimmschalters 4 muß natürlich erheblich über der Lichtbogenbrennspannung der Hochdruckentladungslampe liegen, also beispielsweise auf 150 bis 180 Volt eingestellt sein, damit nach erfolgter Zündung der Hochdrucklampe der Glimmschalter 4 nicht wieder zum Ansprechen kommt. Bei dem in der Praxis häufig vorkommenden Wiedereinschalten der noch heißen Lampe findet also ihre Zündung stets frühzeitig bei glühenden Elektroden 5 und bei noch hohem Quecksilberdampfdruck statt, so daß aus diesen zwei Gründen eine beträchtliche Elektrodenzerstäubung nicht zu befürchten ist.

Die Edelgasgrundfüllung, deren Druck ein Zünden der Lampe bei kalten Elektroden an üblichen Netzspannungen verhindern soll, kann gegebenenfalls einen 1 Atmosphäre übersteigenden Druck besitzen. Der Glimmschalter 4 kann so eingestellt werden, daß seine Kontakte 7 sich erst dann öffnen, wenn durch die Heizwirkung der Glühelektroden 5 in der Hochdruckentladungslampe ein hoher Dampfdruck von z. B. mehr als 3 Atmosphären erzeugt worden ist.

Die neue Lampe läßt sich bei dieser Betriebsweise auch ohne oder mit verschwindend kleiner Edelgasgrundfüllung herstellen. Da auch in diesem Falle die Zündspannung der Lampe die Netzspannung übersteigt, wird der Glimmschalter 4 zuerst ansprechen. Die Heizwirkung der Glühelektroden 5 erzeugt den beim Wiederöffnen der Schalterkontakte 7 in der Hochdrucklampe zur Zündung erforderlichen Quecksilberdampfdruck.

Die günstigste Heizstromstärke für die Glühelektroden 5 und gleichzeitig eine ausreichende Schonung des Vorschaltglühdrahtes 3 beim Zündvorgang wird durch entsprechende Bemessung des ausgleichenden Hilfswiderstandes 6 eingestellt, der als Glühdraht ausgebildet sein kann, so daß die Lampe, auch wenn sie nicht als Mischlichtlampe ausgebildet ist, bei ihrem Einschalten sofort eine Lichtstrahlung liefert.

Das kleine Gefäß des Glimmschalters 4 kann wegfallen, wenn im Hüllgefäß eine für die Ausbildung der Glimmentladung geeignete Gasfüllung vorgesehen wird.

Die neueLampe eignet sich selbstverständlich nicht nur für Beleuchtungs-, sondern auch für Bestrahlungszwecke. Da die kleine Hochdruckentladungslampe 2 eine sehr hohe spezifische Lichtbogenleistungsaufnahme aufweist und demgemäß eine ansteigende Stromspannungskennlinie zeigt, zeichnet sich die Lampe durch gute Strahlungskonstanz aus. Außerdem besitzt sie eine lange Lebensdauer, weil die Zündung und die Wiederzündung der heißen Lampe bei erheblichem Dampfdruck und damit erheblicher Spannungsaufnahme des Lichtbogens stattfinden, so daß der Vorschaltglühdraht nicht mehr durch sehr hohe Einbrennüberströme überlastet wird. Außerdem sind die erheblich verkleinerten Überströme auch von wesentlich kürzerer Dauer.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Metalldampf - Hochdruckentladungslampe zum Betrieb an 220 Volt mit einem Betriebsdampfdruck von mehr als 10 Atm und mit zwei im Abstand von weniger als 5 mm angeordneten vorheizbaren Glühelektroden, bei der zur *°5 Zündung ein die Heizfäden der Glühelektroden in Reihe an die Netzspannung schaltender selbsttätiger Schalter dient, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Ausgangsstellung offener Schalter, insbesondere ein an sich bekannter ¹¹Q Gasentladungsschalter, verwendet ist und daß die Grundgasfüllung der Entladungslampe auf einem solchen Druck gehalten ist, daß eine Zündung der Entladungslampe bei kalten Elektroden an der üblichen Netzspannung von 220 Volt ¹¹S nicht eintritt.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Grundgasfüllung gegenüber den hierfür üblichen Drücken verschwindend klein ist. ¹²Q

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Grundgasfüllung gegenüber den hierfür üblichen Drücken sehr hoch ist.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in

der Leitung, mit welcher die Glühelektroden (5) über den selbsttätigen Schalter (4) in Reihe geschaltet werden, noch ein Glühdraht (6) enthalten ist, welcher beim Einschalten der Lampe sofort eine Lichtstrahlung liefert, durch das Öffnen des Schalters aber selbsttätig mit abgeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 696 506, 656921,

676726; britische Patentschriften Nr. 402 747, 430 975, 321;

USA.-Patentschriften Nr. 1 032 914, 2 200 443, 034 998, 2 195 115, 2 181 294, 2 222 485.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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