HU204625B - High-pressure discharge lamp with semiconductor switching element controlled discharge current - Google Patents

Description

A találmány tárgya nagynyomású kisülőlámpa, amelynek kisülőcsöve és ebben elrendezett két elektródája van, amelyek között a lámpa működése közben áram folyik, a kisülőcsövet egy nyakkal rendelkező külső bura veszi körül, amely nyak a lámpa fejének hüvelyével kapcsolódik, a lámpa el van látva egy fejében elhelyezett áramkörrel, amely legalább egy, a kisülő áramot szabályozó félvezető kapcsolóelemet tartalmaz.

A bevezetőben említett típusú lámpákat manapság gyakran használják mind közvilágítási célra, mind lakóhelyiségek megvilágítására. Ezeknek a lámpáknak az az előnyük, hogy az izzólámpákhoz és akisnyomású kisülőlámpákhoz képest kis méreteik mellett nagy a fényfluxusuk. Töltésük egy vagy több fémgőz és egy vagy több nemesgáz, vagy egy vagy több fémhalogén, valamint higany és nemesgáz kombinációjából áll.

A 181 323 lajstromszámú HU szabadalom olyan nagyfrekvenciás előtétet ismertet kisülőlámpákhoz, amellyel izzólámpát helyettesítő, az izzólámpák foglalatába minden átalakítás nélkül becsavarható kisülőlámpa nyerhető. Ezen megoldás előnye az energiatakarékos helyettesítő fényforrás univerzális felhasználhatósága azokon az alkalmazási helyeken, ahol eddig rossz hatásfokú izzólámpákat üzemeltettek. A műszaki megoldás szükségessé teszi pótlólagos áramköri elemek beépítését magába a lámpába, és ezen elemek, amelyek a kisülő áramot szabályozó áramkört alkotják, a lámpa hagyományos csavarmenetes fejrésze és a külső bura közötti meghosszabbított nyakrészben vannak elhelyezve. A megoldás hátránya az előnytelen hűtés, ami a csekély disszipáciős képességet, azaz a kis teljesítményű lámpák alkalmazhatóságát vonja maga után. További hátrányt jelent, hogy a járulékos elemekeihelyezése a lámpa fején túl, a lámpa hosszanti méretét növelő módon van megvalósítva.

Az előbbieken túl, azokon az alkalmazási helyeken ahol már eredendőén kisülőlámpákat terveztek a kívánt világítási hatás elérésére, a külön elhelyezett járulékos elemek — a ballaszt - egy adott Iámpatípushoz, illetőleg teljesítményhez van méretezve, ami a lámpa másik fajtával történő cseréjét az adott helyen nem teszi lehetővé.

Ez vezetett ahhoz a felismeréshez, hogy magában a lámpában kell az áramkorlátozást megvalósító áramkört elhelyezni, mégpedig hűtési és a meglévő optikai környezethez való illesztési szempontból egyaránt a lámpa fejrészében való elhelyezés az előnyös. Meglepő módon a lámpa fejének vezetési és sugárzási hűlése megfelelő mértékűnek bizonyult kísérleteink során.

A nagynyomású kisülőlámpákat általában stabilizáló ballaszttal együtt üzemeltetik. A ballaszt impedanciáját úgy kell megválasztani, hogy az megfeleljen a lámpán működés közben átfolyó kisülő áramnak, ezért nem lehet egy adott nagynyomású kisülőlámpának a működtetésére alkalmas készülékben egy másik típusú lámpát üzemeltetni anélkül, hogy a készülékben ne hajtanánk végre változtatásokat. Ez meglehetősen hátrányos, mivel a nagynyomású kisülőlámpák fényhasznosítása rohamosan növekvő tendenciájú, így további energiamegtakarítást szeretnénk jelen találmányunkkal elérni.

Olyan lámpák, amelyeknek a fejében villamos áramkör van elrendezve, amelyek egy vagy több félvezető elemet tartalmaznak, önmagukban ismertek. Ezek az elemek azonban nem kapcsolóelemek, vagy nem olyan 5 kapcsolóelemek, amelyek a lámpa működése közben működnek. Ilyen például a 80 06002 sz. NL szabadalmi bejelentés leírása.

Olyan áramköri elrendezés, amely a kisülőlámpa működése közben a kisülő áram szabályozására szol10 gáló kapcsolóelemet tartalmaz, kiöntött áramkör formájában önmagában ismert Egy ilyen áramkör, amelyben a kapcsolóelem félvezető kapcsolóelemként van kialakítva, ismert a 3 925 705 számú US szabadalmi leírásból. Ennek az ismert áramkörnek a hátránya, 15 hogy külön eszköz van a készülékhez történő külön csatlakoztatáshoz, amelyben a lámpát működtetni kívánjuk.

Ismeretes, hogy a félvezető kapcsolóelem hozzávetőlegesen 1W/A teljesítményt disszipál.

A kísérletek azt mutatták, hogy az ilyen teljesítmény-disszipáció a nagynyomású kisülőlámpa fejét a lámpa működése közben olyan magas hőmérsékletre hevítheti, amely hőmérséklet meghaladja a félvezető elem számára engedélyezett hőmérsékletet 25 A találmány elé célul tűztük ki egy olyan világítási célokra szolgáló eszköz kidolgozását, amelynél egy meglevő készülékben áramköri módosítást nem kell végrehajtani.

A kitűzött célt a bevezetőben körülírt lámpával a 30 találmány szerint úgy értük el, hogy a lámpa fejében levő áramkör félvezető kapcsolóeleme a lámpa fejében elhelyezett hűtőszervvel van ellátva.

Akisülő áramot szabályozó kapcsolóelemnek az alkalmazásával lehetővé válik a lámpának egy olyan 35 berendezésben történő üzemeltetése, amelynek a stabilizáló ballasztja nem az illető lámpához van méretezve. Ha a kapcsolóelemet egy félvezető kapcsolóelem alkotja, akkor annak az az előnye, hogy méretei kicsik, és ily módon lehetővé válik a kapcsolóelemnek a be40 építése a lámpa fejébe. Meglepő módon a gyakorlatban azt találtuk, hogy ez megvalósítható, ha a félvezető kapcsolóelem egy hűtőszervvel van ellátva.

A találmány szerinti lámpa egy előnyös kiviteli alakjánál a hűtőszerv egy fémtest, amely közvetlenül csat45 lakozik a fej hüvelyéhez.

Azt találtuk, hogy a félvezető áramköri elem elegendő hődisszipációját érhetjük el egész egyszerű módon, egy ilyen hűtőszerv-kialakítással, annak ellenére, hogy működés közben a lámpa fejének hüvelye általában 50 teljesen körül van véve a lámpa foglalatával, aminek következtében a hüvely hősugárzása korlátozott.

A találmány szerinti lámpa egy további előnyös kiviteli alakja szerint a fémtestnek egy lap alakú része van, amely a külső bura nyakának a közelében helyez55 kedik el, és a lap alakú rész nagyobb felületei lényegében merőlegesek a lámpa fejének hossztengelyére. Ebben az esetben a fémtestnek a lap alakú része nem csupán hővezetőhűtőszervként hat a félvezető áramköri elemre, hanem hőreflektáló elemként is, azzal a hő60 sugárzással szemben, amely a kisülőcsőtől származik.

HU 204 625 B

A fémtestnek a fej hüvelyéhez történő rögzítésére sokféle megoldás elképzelhető. Például a test közvetlenül hozzáhegeszthető vagy hozzáforrasztható a hüvelyhez. Egy előnyös kiviteli alak szerint a fémtestnek egy körbefutó pereme van, amely a külső bura nyakával kapcsolódó részen, a nyak és a hüvely között, a lámpa fejének a hüvelyéhez van rögzítve. Ennek a megoldásnak az az előnye, hogy a hűtőszerv a külső bura nyakához rögzíthető, mielőtt a lámpa fejét felszerelnénk. Ily módon a hűtőszerv pontosan meghelyezhető. A villamos áramköri elemeknek a szerelése is viszonylag egyszerűbbé válik. Jóllehet, a hővezetés szempontjából előnyös, ha a perem teljes kerülete mentén a hüvely fölé nyúlik, de ha ez a perem a kerületnek csak egy részén nyúlik a hüvely fölé, akkor is jól használható szerkezeti kialakítást kapunk.

A találmány szerinti lámpa egy további előnyös kiviteli alakjánál, amelynél a fej hüvelyének szigetelőgyöngye van, a fémtest a peremrészénél fogva a hüvely és a szigetelőgyöngy között van rögzítve. Ennél a kiviteli alaknál is a perem a teljes kerület mentén, vagy a kerületnek csak egy része mentén nyúlik a lámpa fejének hüvelye fölé. Ennek a kiviteli alaknak az az előnye, hogy a villamos áramkör a külső burától függetlenül is legyártható, aminek eredményeképpen jelentősen lecsökkenthető a külső bura törési veszélye.

Egy másik kiviteli alak szerint a hűtőszerv nagyobb része lap alakú, kerülete rugalmasan összenyomható, és a hüvelyhez, annak belsejében önzáróan rögzítve van, továbbá a hűtőszerv felületeinek nagyobb része lényegében merőleges a fej hüvelyének hossztengelyére. Ennek a kiviteli alaknak az az előnye, hogy a gyártás a villamos áramkörnek a hűtőszervvel együtt, a lámpa külső burájától független szerelésével kezdhető; másrészről viszont a lámpafej szerelése végezhető. Annak köszönhetően, hogy a hűtőszerv önzáróan van elrendezve, miután ezt a szervet elhelyeztük a lámpa fejének hüvelyébe, jó, közvetlen érintkezés biztosítható, amely a mechanikai szilárdságot biztosítja.

A találmány szerinti lámpa egy kiviteli alakját az alábbiakban a mellékelt rajzok alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra egy lámpa oldalnézetét mutatja vázlatosan, ahol a külső bura nagyobb része ki van törve, a

2. ábra az I. ábrán bemutatott lámpa fejrészének részletes metszete, a

3. ábra az 1. és 2. ábrákon bemutatott lámpákban használt, fémből levő hűtőszerv felülnézete, a

4. ábra egy másik hűtőszerv felülnézeti képe, és az

5. ábra a találmány szerinti lámpa fejében elrendezett villamos áramkör kapcsolási rajzát mutatja.

Az 1. ábrán látható lámpának külső 1 burája van, amelynek a lámpa 2 fejéhez egy 20 hüvelyen keresztül csatlakozó 10 nyaka van. A külső 1 bura magában foglal egy 3 kisülőcsövet. A 3 kisülőcsőben két 4 és 5 elektróda van, amelyek között a lámpa működése közben kisülési áram folyik. A 4 elektróda egy fémből levő 6 szalagon keresztül csatlakozik egy merev 7 vezetékhez. Az 5 elektróda villamosán egy fémből levő 8 szalagon keresztül csatlakozik egy merev 9 vezetékhez.

A 2. ábrán az 1. ábrának megfelelő részek ugyanazzal a hivatkozási számmal vannak ellátva. A lámpa 2 feje 20 hüvelyének egyik vége a külső 1 bura 10 nyakára körben felfekszik. A 20 hüvely másik végén egy 21 szigetelőgyöngy van elrendezve, amelyen 22 érintkezők vannak kialakítva. A 21 szigetelőgyöngyön keresztül egy nyílás van, amelyben a 90 vezeték nyúlik keresztül. Ez a 90 vezeték hozza létre a villamos összeköttetést az árambevezető 9 vezeték és a 22 érintkező között. A lámpa 2 fejében, a 10 nyakhoz közel és lényegében a lámpa 2 fejének hossztengelyére merőlegesen egy fémből levő 12 hűtőszerv 24 lapos része helyezkedik el, amely 12 hűtőszervnek a külső 1 bura 10 nyakát körülvevő 25 peremmel rendelkezik, amely közvetlenül kapcsolódik a 20 hüvelyhez, ily módon a külső 1 bura nyaka és a lámpa 2 fejének 20 hüvelye közötti csatlakozás a 10 nyak és a 20 hüvely között van biztosítva. A 25 perem a 20 hüvellyel előnyösen annak teljes kerülete mentén érintkezik. Ez biztosítja a jó hővezetést. A 31 rögzítőelem segítségével egy félvezető 26 kapcsolóelem van felszerelve a 24 lapos résznek a 10 nyaktól távolabbi oldalára. Ezen túlmenően a 24 lapos résznek a 10 nyaktól távolabbi oldalára egy 28 szerelőlap is fel van szerelve, amely az áramköri elrendezés 27 alkatrészeit hordozza. Az ábrán részletesebben fel nem tüntetett módon az áramköri elrendezés villamosán csatlakozik a 20 hüvelyhez. Egy 70 vezeték biztosítja a villamos kapcsolatot az említett áramköri elrendezés és az árambevezető 7 vezeték között.

A 12 hűtőszerv 24 lapos része, amelynek felülnézete a 3. ábrán látható (nem mérethelyes), egy 30 nyílással rendelkezik, amelyen keresztül a szerelt állapotban a lámpa 11 leszívócsöve nyúlik keresztül (2. ábra), és ezen a 30 nyíláson nyúlik keresztül a 90 és a 70 vezeték is. Ezen túlmenően, a 24 lapos rész 32 nyílással is rendelkezik, amelybe a 31 rögzítőelem benyúlva a félvezető 26 kapcsolóelemet elmozdulás ellen biztosítja (2. ábra).

A 4. ábra egy másik 12 hűtőszervet mutat, szintén nem mérethelyesen, amelynek a nagyobb része lapos, és kerülete rugalmasan összenyomható. E célból a 24 lapos rész 33 szalag alakú résszel rendelkezik, amely a 24 lapos részhez képest kismértékben rugalmasan elmozdítható. Amikor a 12 hűtőszervet a lámpa 2 fejének 20 hüvelyében elrendezzük oly módon, hogy az lényegében merőleges a lámpa 2 fejének hossztengelyére, és amelynek a 20 hüvelye kismértékben kisebb belső átmérővel rendelkezik, mint a 12 hűtőszerv külső átmérője, akkor ez azt eredményezi, hogy a 12 hűtőszerv a 20 hüvelyben őnzáró módon van rögzítve. A 24 lapos rész és a 33 szalag alakú rész közötti 30 nyílás ama a célra szolgál, hogy a lámpa szerelésekor befogadja all leszívócsövet és a villamos vezetékeket. Ennél a kiviteli alaknál a 32 nyílásnak ugyanaz a szerepe, mint a 3. ábra szerinti kivitelnél a 30 nyílásnak volt.

Az 5. ábra egy kapcsolási elrendezést mutat vázlatosan, amelyben a 700 csatlakozás van a 70 vezetékhez kötve, és a 200 csatlakozás a 20 hüvelyhez van kötve. A 700 és 200 csatlakozás között a félvezető 26 kapcsolóelemnek és egy 47 hőfokfüggő ellenállásnak a párhuzamos kapcsolása található. A félvezető 26 kapcsolóelemnek a 26a vezérlóelektródája egy 45 ellenállásnak és két, egymással ellensoros kapcsolásban levő 46 Zener-dióda csatlakozási pontjára van kötve. Ez a soros áramkör közvetlenül a 200 és 700 csatlakozások közé van kapcsolva.

Ezen túlmenőén, a 26a vezárlóélekttóda 44 ellenálláson és egy 43 diacon keresztül egy, a 700 és 200 csatlakozások között levő, 40 és 41 ellenállásokból álló feszültségosztő osztáspontjára csatlakozik. A 40 ellenállással 42 kondenzátor van párhuzamosan kapcsolva.

Az ismertetett áramköri elrendezés egy fixen beállított, a lámpa átlagos áramát korlátozó áramköri elrendezés, amelynek működése a következő. A lámpa begyújtásakor az áramköri elrendezés rövidre zárja a 200 és 700 csatlakozásokat a 47 hőfokfuggő ellenálláson keresztül. Működés közben a 47 hőfokfuggő ellenállás értéke növekszik, aminek eredményeképpen a lámpán keresztül egy fenntartó áramot tart fenn a 26 kapcsolóelem nem vezető állapotában. Ez a fenntartó áram a 3 kisülő- 20 cső töltésében ionizációt hoz létre, aminek következtében a lámpa kielégítőén újragyújt, amint a 26 kapcsolóelem vezetővé válik.

Működés közben a 200 és 700 csatlakozásokra változó feszültség jut. Abban az esetben, ha ez a feszültség növekszik, akkor a 42 kondenzátoron levő feszültség is növekszik. Amint a feszültség eléri a 43 diac letőrési feszültséget, akkor a 43 diac vezetővé válik, és a 42 kondenzátor a 43 diacon, valamint a 44 és 46 Zener-diődákon keresztül kisül. A 45 ellenálláson egy feszültségimpulzus jelenik meg, amely biztosítja azt, hogy a 26 kapcsolóelem vezető állapotba kerüljön. A 26 kapcsolóelem vezető állapotában a 200 és 700 csatlakozások között gyakorlatilag impedanciamentes összeköttetés jön létre, és a lámpán átfolyó áramot a 35 lámpát működtető készülékben levő stabilizáló ballaszt korlátozza. A 26 kapcsolóelem vezető állapotban marad mindaddig, amíg az áram hozzávetőlegesen 0 A-re csökken, amiután ez a jelenség a periódus ellenkező fázisában megismétlődik.

A begyújtás pillanatát a 40 és 41 ellenállásoknak, valamint a 42 kondenzátornak az aránya határozza meg. Egy gyakorlati kiviteli alaknál az áramköri elrendezés az alábbi alkatrészeket tartalmazta:

40 ellenállás	82kfí
41 ellenállás	82 kD
44 ellenállás	22kfí
45 ellenállás	100 Ω
47 hőfokfüggő	12 Ω 300 K hőmérsékleten
ellenállás	12 kG 450 K hőmérsékleten
42 kondenzátor	47 nF
43 diac	letőrési feszültsége 32 V
46 Zener-diódák	letőrési feszültsége 430 V
félvezető26	Triac BT 137
kapcsolóelem

A gyakorlatban is megvalósított, és a fentiekben ismertetett áramköri elrendezéssel ellátott lámpánál a BT 137 triacot a vörösrézből levő 12 hűtőszerv 24 lapos részére szereltük, amely 12 hűtőszervnek acélból volt a 25 pereme, amelyet a külső 1 bura 10 nyakához cementtel rögzítettünk. A 12 hűtőszerv 25 peremén menet volt kialakítva, amelyen a lámpa 20 5 hüvelye volt rögzítve. A lámpa 220 V-os, 50 Hz-es hálózati feszültségről történő működtetésre alkalmas, és amely működés közben 200 W teljesítményt diszszlpál. A lámpa egy olyan stabilizáló ballaszttal volt sorba kapcsolva, amely egy ismert 250 W-os, nagytó nyomású kisülőlámpa működtetésére alkalmas. A 3 kisülőcső töltése fölös mennyiségű amalgámot tartalmaz, amelynek összetétele: 80 súly% higany és 20 sűly% nátrium, valamint xenont tartalmaz, amelynek 300 K hőmérsékleten a nyomása 33,3 kPa. A 15 lámpa működése közben a triac hőmérséklete 110 ’C abban az esetben, ha a környezeti hőmérséklet hozzávetőlegesen 25 ’C. A triac megengedett maximális hőmérséklete 125 ’C. A lámpa fényfluxusa 25 000 lumen, amely megfelel egy hagyományos, 250 W-os, gytíjtőgázként xenont tartalmazó nagynyomású nátrium kisülőlámpa fényfluxusának.

Más lámpa esetén a lámpa működés közben 320 W teljesítményt disszipál egy olyan stabilizáló ballaszttal, amely egy ismert 400 W-os nagynyomású kisülőlámpa 25 működtetésére alkalmas. A kisülőcső töltése fölös mennyiségű amalgámon túlmenőén, amely 80 súly% higanyból és 20 súly% nátriumból áll, xenont is tartalmaz, amelynek 300 K hőmérsékleten a nyomása 27 kPa,

A triac hőmérséklete 118 ’C, hozzávetőlegesen 23 ’C 30 kömyezetihőmérsékletesetén. Alámpafényhasznossága 135 lumen/W.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Nagynyomású kisülőlámpa, amelynek kisülőcsöve és ebben elrendezett két elektródája van, amelyek között a lámpa működése közben áram folyik, a kisülőcsövet egy nyakkal rendelkező külső bura veszi körül, amely nyak a lámpa fejének hüvelyével kapcsolódik, a 40 lámpa el van látva egy fejében elhelyezett áramkörrel, amely legalább egy, a kisülő áramot szabályozó félvezető kapcsolóelemet tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a félvezető kapcsolóelem (26) a lámpa fejében (
2. 2) elhelyezett hűtőszervvel (12) van ellátva.

   45 2. Az 1. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a hűtőszerv (12) egy fémtest, amely közvetlenül csatlakozik a fej (2) hüvelyéhez (20).
3. 3. A 2. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a fémtestnek egy lapos része (24)

   50 van, amely a külső bura (1) nyakának (10) közelében helyezkedik el, és a lapos nász (24) nagyobb felületei merőlegesek a lámpa fejének (2) hossztengelyére.
4. 4. A 3. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a hűtőszervnek (12) körbefutó

   55 pereme (25) van, amely a külső bura (1) nyakával (10) kapcsolódó részen, a nyak (10) és a hüvely (20) között, a lámpa fejének (2) a hüvelyéhez (20) van rögzítve.
5. 5. A 2. vagy 3. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a fej (2) hüvelyének

   60 (20) egy szigetelőgyöngye (21) van, és a fémtest a

   HU 204 625 B perem (25) részénél fogva a hüvely (20) és a szigetelőgyöngy (21) között van rögzítve.
6. 6. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a htftőszerv (12) nagyobb része lapos, kerülete rugalmasan összenyom- 5 ható, és a hüvelyhez (20), annak belsejében van önzáró an rögzítve, továbbá a hutőszerv (12) felületeinek na gyobb része merőleges a fej (2) hüvelyének (20) hossz tengelyére.