DE2654715C2

DE2654715C2 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE2654715C2
Application number: DE2654715A
Authority: DE
Inventors: Ijuo Ohmiya Saitama Iwai; Motonobu Kumagaya Saitama Masui; Masafumi Kitamoto Saitama Ochi
Original assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Current assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-02
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DE2654715A1; JPS5267174A; FR2334263B1; FR2334263A1; NL7613441A; GB1569305A; US4137483A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslanrpe, die über einen induktiven Widerstand mit einer Spannungsquelle verbunden ist, mit einem hermetisch abgedichteten Entladungsgefäß, das zwei einander gegenüberliegende Elektroden sowie Füllung aus wenigstens einem lichtemittierenden Metall und einem Gas enthält, mit einer Zündschaltung, die einen normalerweise geschlossenen wärmeempfindlichen Schalter und einen Widerstand umfaßt, die in Reihe miteinander und parallel zu den Elektroden des Entladungsgefäßes geschaltet sind und mit einem Außenkolben, in dem das Entladungsgefäß und die Zündschaltung angeordnet sind.

Eine Hochdruckentladungslampe hat eine relativ hohe Zündspannung, die im allgemeinen im Bereich von bis 3 kV liegt; dies gilt insbesondere für Natrium-Hochdruckdampflampen mit einer Füllung aus metallischem Natrium, die in einem Entladungsgefäß einge- ^S5 schlossen ist. Eine Entladungslampe, die eine so hohe Zündspannung erfordert, kann sogar dann nicht eingeschaltet werden, wenn sie direkt an eine im Handel erhältliche Energiequelle angeschlossen wird. Deshalb ist zu einer Entladungslampe eine Zündeinrichtung oder ein Impulsgeber als zusätzliche Zündeinriqhtung notwendig, um einen Impuls mit höherer Spannung als die Zündspannung der Entladungslampe zu erzeugen.

Aus der DE-OS 2332274 ist eine Hochdruckentladungslampe der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, bei der versucht wird, die notwendige Zündspannung durch vorherige Erwärmung des Entladungsgefäßes herabzusetzen, und dadurch die Hochspannungserfordernisse des Zündvörschaltgerätes zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist um das Entladungsgefäß ein Heizelement in Form eines Heizdrahtes gewickelt, das so bemessen ist, daß das Entladungsgefäß in weniger als 3 oder 4 Minuten soweit aufgeheizt wird, daß das Zünden des Entladungsrohres mit Hilfe einer verhältnismäßig niedrigen Spannung von etwa 180 Volt gegenüber einer sonst üblichen Zündspannung von 2 kV gezündet werden kann. In Reihe mit dem Heizelement ist ein wärmeempfindlicher Schalter geschaltet, der bei normaler Umgebungstemperatur geschlossen ist und automatisch nach dem Zünden des EntiadungsgefäBes dann öffnet, wenn dieser wärmeempfindliche Schalter durch die Wärmestrahlung des Entladungsgefäßes über eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird. Ähnliche Anordnungen die mit einer Herabsetzung der notwendigen Zündspannung durch vorherige Erwärmung arbeiten, sind auch bereits aus der DE-OS 22 61 233 und 23 31 905 bekanntgeworden.

Es ist auch bereits eine Hochdruckentladungslampe vorgeschlagen Worden, die durch induzierte Spannungsimpulse gezündet werden soll. Hierbei umfaßt die Zündschaltung eine Kombination aus einem Ni-Chrom · Draht und einen Bimetallschalter. Die Funktionsweise des Bi-Metallschalters wird durch die Erwärmung des Ni-Chrom-Drahtes gesteuert, so daß ein Hochspannungsimpuls durch Selbstinduktion eines Stroms in einem induktiven Widerstand erzeugt werden kann. Dieser Impuls wird als Triggerimpuls für die Hochdruckentladungslampe verwendet Bei der Zündung ist jedoch der durch den Ni-Chrom-Draht fließende Strom so groß, daß der beim öffnen des Bi-Metallschalters zwischen den Kontakten erzeugte Lichtbogen in der Hochdruckentladungslampe so stark wird, daß die Kontakte in einigen Fällen miteinander verschmolzen. Dadurch fließt wiederum ein zu hoher Strom durch den induktiven Widerstand, so daß dieser oder die Verbindungsdrähle erwärmt werden und sogar verbrennen können» Ein weiteres wesentliches Problem ist auf die folgende Schwierigkeit zurückzuführen: Da der durch den Ni-Chrom-Draht fließende Strom sehr hoch ist, ist die in dem induktiven Widerstand induzierte impulsförmige Spannung extrem hoch und übersteigt im allgemeinen 10 kV. Durch diese hohe Spannung besteht die Gefahr, daß der induktive Widerstand oder die Verbindungsdrähte beschädigt werden. Es ist deshalb notwendig, sowohl den Zündstrom, der beim Zünden der Hochdruckentladungslampe fließt, sowie die durch den Zündstrom erzeugte impulsförmige Spannung zu steuern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hochdruckentladungslampe der eingangs erwähnten Art zu verhindern, daß die Last und die Kontakte des wärmeempfindlichen Schalters der Zündschaltung beschädigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Innere des Außenkolbens im wesentlichen evakuiert ist, und daß der Widerstandswert des

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Widerstarides derart gewählt ist, daß vor der Zündung einer Entladung zwischen dfen Elektroden durch die Reihenschaltung aus dem wärmeempfindlicheh Schalter und dein Widerstand ein Strom fließt, der ausreicht, um den wärmeempfindlichen Schalter in Abhängigkeit von einer Erwärmung des Widerstandes zu öffnen und der ausreicht um an dem induktiven Widerstand einen Spannungsimpuls zu erzeugen, dessen Spannung höher als die Zündspannung der Lampe ist, wenn der wärmeempfindliche Schalter geöffnet wird, um dadurch eine Entladung zv/ischen den Elektroden zu zünden, und daß der durch die Reihenschaltung aus dem wärmeempfindlichen Schalter und dem Widerstand fließende Strom 'im wesentlichen gleich oder geringer als der Lampenstrom während des stabilen Betriebszustandes der Lampe ist

Durch eine solche Anordnung wird eine Beschädigung des Widerstandes und der Schaltkontakte des wärmeempfindlichen Schalters im Außenkolben verhindert Die Zuverlässigkeit des Betriebes der Lampe wird verbessert, da die Zündungen während kurzer Zeit aufeinanderfolgend dauernd wiederholt werden können bis die Lampe geeignet arbeitet, ohne daß die Lampenzündspannung an den einander gegenüberliegenden Elektroden des Entladungsgefäßes beeinträchtigt wird. Dies trifft selbst dann zu, wenn die einmal gezündete Lampe gelöscht wird. Insbesondere wird erreicht, daß die auftretende Spannungsimpulsenergie zu niedrig ist, um das induktive Widerstandselement zu beschädigen, und daß der durch den wärmeempfindlichen Schalter fließende Strom unzureichend ist, um den wärmeempfindlichen Schalter zu zerstören, wenn dieser öffnet

Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Grundschaltbild zur Erläuterung des Prinzips der Zündung einer Hochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung;

F i g. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Spannungs- und Impulsenergie des Hochspannungsimpulses, der durch den durch den induktiven Widerstand fließenden Strom induziert wird;

Fig.3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Widerstandswert des induktiven Widerstandes und dem durch den induktiven Widerstand fließenden Strom;

Fig.4, 5, 6, 7 und 8 teilweise weggeschnittene perspektivische Ansichten der Hochdruckentladungslampe nach einer ersten, zweiten, dritten, vierten bzw. fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Außenkolben weggelassen ist.

In Fig. 1 ist schematisch eine Grundschaltung der Hochdruckentladungslampe dargestellt; ein Entladungsgefäß 12 ist durch einen induktiven Widerstand 11 in Reihe mit einer Wechselstromquelle 10 geschaltet, wodurch die Hauptschaltung für die Hochdruckentladungslampe gebildet wird. Obwohl dies nicht im einzelnen dargestellt ist, weist das Entladungsgefäß 12 ein Paar ,Entladungselektroden auf, die an ihren hermetischf.a'bgedichteten, gegenüberliegenden Enden vorgesehen sind. Das Entladungsgefäß ist mit Quecksilber und einem Inertgas, wie beispielsweise Argon oder Xenon, gefüllt, dem bei Bedarf ein erforderliches Element zugesetzt werden kann. Bei einer Natrium-

Hochdruckdämpfiampe kann als notwendiges Element beispielsweise eine geeignete Natriümmenge zugesetzt werden.

Parallel zu dem Entladungsgefäß 12, das an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Elektroden versehen ist, ist eine Schaltungsanordnung, die eine Reihenschaltung aus einem Widerstand, wie beispielsweise einem Wolframdraht, und einem wärmeempfindiichen Schalter 14, wie beispielsweise einem Bimetallschalter, geschaltet Die Reihenschaltung, die den Widerstand 13 und den wärmeempfindlichen Schalter 14 enthält, ist mit dem Entladungsgefäß 12 in einem Außenkolben 15 untergebracht, wodurch eine Entladungslampe L entsteht. Wie dargestellt ist, bleibt der in dem Außenkolben vorgesehene wärmeempfindliche Schalter 14 geschlossen, bevor die Lampe gezündet wird.

Wenn in diesem Zustand die Wechselstromquelle 10 eingeschaltet wird, um die Entladungslampe zu zünden, fließt ein Strom durch den geschlossenen wärmeempfindlichen Schalter 14 und den Widerstand 13. In diesem Fall ist die Zündspannung der Err.-adungsiampe L relativ hoch, beispielsweise für eine Natriumdampflampe 2 bis 3 kV; wenn also eine im Handel erhältliche Wechselstromquelle mit der Lampe verbunden wird, ergibt sich keine Entladung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden des Entladungsgefäßes 12, so daß die Entladungslampe L nicht eingeschaltet wird.

Nachdem die Wechselstromquelle 10 eingeschaltet worden ist, wird der wärmeempfindliche Schalter 14 durch die von dem Widerstand 13 abgegebene Wärmeenergie aufgewärmt und erreicht schließlich eine vorher bestimmte Temperatur; darauf hin öffnet der wärmeempfindliche Schalter 14 seine Kontakte, um den Strom abzusperren. Als Ergebnis hiervon wird ein Hochspannungsimpuls in dem induktiven Widerstand 11 induziert. Da der wärmeempfindliche Schalter offen ist, wird die in dem induktiven Widerstand 11 erzeugte impulsförmige Hochspannung an die gegenüberliegenden Elektroden des Entladungsgefäßes 12 angelegt so daß in dem Entladungsgefäß ein elektrischer Durchschlag auftritt. Dadurch wird die Entladung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden des Entladungsgefäßes 12 gezündet und die Lampe Leingeschaltet

Da die Zündspannung einer Entladungslampe, wie beispielsweise einer Hochdruck-Natriumdampflampe, relativ hoch ist, und üblicherweise in der Größenordnung von 2 bis 3 kV liegt, muß der in dem induktiven Widerstand zum Zündzeitpunkt induzierte Hochspannungsimpuls wenigstens höher als die Zündspannung sein. Damit eine Entladungslampe zuverlässig gezündet werden kann, sollte in dem induktiven Widerstand zweckmäßigerweise ein Impuls induziert werden, der eine wesentlich höhere Spannung als die Zündspannung der Entladungslampe hat; andererseits würde jedoch die Induktion eines Impulses mit einer Spannung, die höher als die notwendige Spannung ist, einen Durchschlag des induktiven Widerstands oder ein Durchbrennen der Drähte verursachen, was wiederum zur Gefahr einer Beschädigung dieser Bauelemente oder des Auftretens von Feuer führen kön.ite. Aus diesem Grunde sollte die Größe des in dem induktiven Widerstand induzierten Impulses, nämlich die Amplitude und die Impulsenergie dieses Impulses, so ausgewählt werden, daß sich geeignete Werte ergeben. Da die Induktivität des induktiven Widerstands in Abhängigkeit davon bestimmt wird, daß die entladungslampe eingeschaltet wird, wird die Größe der in dem induktiven Widerstand

beim Zünden induzierten Spannung als Funktion des durch den Widerstand 13 fließenden Stromes bestimmt. Deshalb muß der durch den Widerstand 13 fließende Strom gesteuert werden, damit sich ein induzierter Impuls mit der gewünschten Spannung ergibt. ϊ

Fließt andererseits ein zu großer Strom durch den Widerstand 13, so würden sich die Kontakte des Bimetallschalters 14 mit einem so großen Zwischenkontaktbogen öffnen, daß die Kontakte verbrennen und miteinander verschmelzen würden und auch der i" induktive Widerstand beschädigt werden könnte. Deshalb muß auch unter diesem Gesichtspunkt der durch die Reihenschaltung aus dem Widerstand 13 und dem wärmeempfindlichen Schalter 14 fließende Strom gesteuert werden. ι s

F i g. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem durch den wärmeempfindlichen Schalter 14 fließenden Strom und dem in dem induktiven Widerstand U induzierten Impuls, wenn als induktiver Widerstand eine DfOsseispuie von 400 V/ mit einer Induktivität von ungefähr 0,1 H verwendet wird. In F i g. 2 ist auf der Ordinate die Impulsspannung aufgetragen. Weiterhin ist in Fig.2 die Beziehung zwischen der Energiequelle und der impulsenergie aufgetragen. Aus Fig.2 läßt sich folgendes erkennen; wenn ein Strom von 1 A durch den Widerstand 13 fließt, wird ein Hochspannungsimpuls von 5 kV in dem induktiven Widerstand 11 induziert. Benötigt die Entladungslampe, wie es bei einer Hochdrucknatriumdampflampe der Fall ist, eine Zündspannung, die im ^M Bereich von 2 bis 3 kV liegt, so reicht ein durch den Widerstand fließender Strom in der Größenordnung von 1 A aus, um die Entladungslampe L zuverlässig zu zünden. In diesem Fall ist die Impulsenergie so klein, daß sie nur einen Bruchteil von 1 Joul« beträgt; es kann also gesagt werden, daß keine Gefahr einer Beschädigung des induktiven Widerstandes 11 durch den induzierten Hochspannungsimnuls besteht

In ähnlicher Weise induziert ein durch den Widerstand 13 fließender Strom von 1,2 A einen Hochspan- «o nungsimpuls von ungefähr 6 kV in dem induktiven Widerstand 11, so daß die Entladungslampe, wie beispielsweise eine Hochdruck-Natriumdampflampe, zuverlässig gezündet werden kann. Auch in diesem Fall ist die Impulsenergie des in dem induktiven Widerstand *5 11 induzierten Hochspannungsimpulses so klein, daß keine Schäden an diesem auftreten können.

F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Widerstandswert des Widerstandes und dem durch den Widerstand fließenden Strom, wenn ein induktiver Widerstand von 400 W mit einer Induktivität von ungefähr 0,1 H verwendet wird. Auf der Abszisse ist der Widerstandswert des Widerstandes und auf der Koordinate der durch den Widerstand fließende Strom aufgetragen. Wie sich aus Fig.3 ergibt, sollte der Widerstandswert des Widerstandes in der Größenordnung von 170 Ohm sein, damit ein Strom von 1 A durch den Widerstand fließen kann. Wenn mit anderen Worten der Widerstandswert des Widerstandes so ausgewählt wird, daß er in der «> Größenordnung von 170 Ohm liegt, so ergibt sich ein Impuls mit einer Zündspannung in der Größenordnung von 5 kV. Wenn andererseits ein Strom von 1,2 A durch den Widerstand geschickt wird, um eine Impulsspannung von 6 kV in dem obigen Beispiel zu erzeugen, so ·>' sollte der Widerstandswert des Widerstandes auf 165 Ohm eingestellt werden; dieser Widerstandswert stellt die zuverlässige Zündung der Entladungslampe sicher.

Die Stromkapazität des induktiven Widerstandes wird üblicherweise ausgelegt, indem als Bezugsgröße der Lampenstrom der Entladungslampe verwendet wird, der sich dann ergibt, wenn die Entladungslampe im eingeschalteten und stabilen Betriebszustand ist. Um also Störungen und Unfälle, wie beispielsweise Verbrennen oder ähnliche Einflüsse, des induktiven Widerstandes zu verhindern, sollte der durch den induktiven Widerstand fließende Strom höchstens in der Größenordnung des Lampenstroms in der Lampe liegen, wie er sich dann ergibt, wenn die Lampe ihren stabilen Betriebszustand erreicht hat. Nimmt man als Beispiel eine Hochdrucknatriumdampflampe von 400 W, so liegt der Lampenstrom im stabilen Betriebszustand der Lampe in der Größenordnung von 4,7 A; es wäre also zweckmäßig, wenn der beim Zünden durch den Widerstand fließende Strom höchstens in der Größenordnung von 5 A liegen würde. Sollte ein Strom durch den Widerstand 13 fließen, der größer als der Lampenstrom im stabilen Betriebszustand der Entladungslampe ist, so fließt auch ein relativ hoher Strom zu dem wärmeempfindlichen Schalter 14, so daß seine Kontakte durch den zwischen den Kontakten entstehenden Lichtbogen miteinander verschmolzen werden können, wenn aufgrund der Alterung oder ähnlicher Effekte die Entladungslampe selbst nicht eingeschaltet wird, obwohl die Energiequelle eingeschaltet wird; dies kann λΝι Extremfall zum Verbrennen des induktiven Widerstandes führen.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß der Widerstandswert des Widerstandes 13, der für einen Stromdurchfluß von 1,2 A erforderlich ist, ungefähr 165 0hm betragen muß; wenn also der Widerstandswert des Widerstandes so ausgewählt wird, daß er diesen Wert hat, fließt ein Strom durch die Reihenschaltung aus dem Widerstand und dem wärmeempfindlichen Schalter, der kleiner als der Lampenstrom im stabilen Zustand der Entladungslampe ist. Um also die Entladungslampe L zuverlässig zünden zu können, muß die untere Grenze des Widerstandswertes des Widerstandes 10 so eingestellt werden, daß ein Strom durch den Widerstand 13 fließen kann, der ausreicht, um einen induzierten Impuls mit einer ausreichend höheren Spannung als die Zündspannung der Entladungslampe zu erzeugen; andererseits sollte die obere Grenze für den Widerstandswert des Widerstandes so eingestellt werden, daß ein Strom durch den Widerstand fließen kann, der in der gleichen Größenordnung wie der Lampenstrom im stabilen Zustand der Entladungslampe liegt oder kleiner ist

Werden im Handel erhältliche Wolframdr?hte als Widerstand 13 eingesetzt, so müssen diese Drähte eine relativ große Länge haben, damit sich der notwendige Widerstandswert ergibt; dies muß bei der Anordnung des Widerstandes 13 berücksichtigt werden, wenn er in dem Außenkolben untergebracht werden soll.

Wenn ein Leiter in der Nähe des Entladungsgefäßes der Entladungslampe vorgesehen und ein Potential an den Leiter angelegt wird, so wird ein Potentialgradient zwischen dem Leiter und den Elektroden des Entladungsgefäßes erzeugt; handelt es sich um einen größeren Potentialgradienten, so liegen die beiden Elektroden des Entladungsgefäßes scheinbar näher beieinander, wodurch die Ionisation der in dem Entladungsgefäß eingeschlossenen Substanzen beschleunigt wird; dadurch nimmt wiederum die Einschaitbereitschaft der Entladungslampe zu. Ein absichtlich in

der Nähe des Entladiingsgefäßes angeordneter und zu dem obigen Zweck mit einem Potential beaufschlagter Leiter wird im allgemeinen als »Nahleiter« bezeichnet; bei der vorliegenden Anordnung wird diese Möglichkeit ausgenutzt, wobei der in der Zündschaltung verwendete Widerstand gleichzeitig die Funktion des Nahleiters erfüllt.

Im folgenden sollen einige Ausführungsformen einer Hochdruckentladungslampe mit darin enthaltener Zündschaltung beschrieben werden; dabei dient der Widerstand der Zündschaltung auch als Nahleiter.

In F i g. 4 sind wesentliche Teile der Entladungslampe nach einer ersten Ausführungsform gezeigt, wobei der Außenkolben fortgelassen wurde. Bei dieser Ausführungsform wird der Widerstandswert des Widerstandes so ausgelegt, daß er zwischen den oben erläuterten oberen und unteren Grenzen liegt; der Widerstand ist parallel zu dem Entladungsweg des Entladungsgefäßes geschaltet. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist eine rahmenförmige metallische Befestigungsstrebe 42 an einer Stange 41 angebracht, die sich von dem Basisbereich des Außenkolbens (nicht dargestellt) aus erstreckt und durch die ein Zuführdraht verläuft. Der obere Bereich eines Entladungsgefäßes 43 ist durch geeignete Mittel an der Befestigungsstrebe 42 angebracht, während ihr unterer Bereich an einem Träger 44 befestigt ist. Die elektrische Verbindung mit der oberen Elektrode (nicht dargestellt) des Entladungsgefäßes 43 erfolgt durch die Befestigungsstrebe, während die elektrische Verbindung mit der unteren Elektrode des Entladungsgefäßes 43 durch den Träger 44 erfolgt.

Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich ein Wideband 45, wie beispielsweise ein Wolframdraht entlang seiner Achse um den Umfang des Entladungsgefäßes 43; ein Armbereich des Widerstandes 45 ist an der Befestigungsstrebe 42 mittels mehrerer isolierender, drahtförmiger Halterungen 46 angebracht, während der andere Armbereich des Widerstandes 45 mittels mehrerer drahtförniäger Halterungen 47 an dem Entladungsgefäß 43 angebracht ist. Ein Bimetallschalter 48 ist mit einem Ende des Widerstandes 45 verbunden und an der Befestigungsstrebe 42 auf geeignete Weise angebracht; die elektrische Zuleitung zu dem Bimetallschalter 48 erfolgt durch die Befestigungsstrebe. Das andere Ende des Widerstandes 45 ist mechanisch und elektrisch mit dem Träger 44 verbunden. Auf diese Weise wird die Reihenschaltung aus dem Widerstand 45 und dem Bimetallschalter 48 im Nebenschluß zu dem Entladungsweg des Entladungsgefäßes gelegt

Eine zweite Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt, weiche nur die wesentlichen Teile der Entladungslampe zeigt, wobei der Außenkolben fortgelassen isL Eine rahmenförmige, metallische Befestigungsstrebe 52 ist an einer Stange 51 befestigt; die von dem Basisbereich des Außenkolbens (nicht dargestellt) nach oben ragt und durch die sich ein Zuführungsdraht erstreckt Der obere Bereich eines Entladungsgefäßes 53 ist durch geeignete Mittel an der Befestigungsstrebe 52 angebracht, während ihr unterer Bereich an einem Träger 54 befestigt ist Die elektrische Verbindung zu der oberen Elektrode (nicht dargestellt) des Entladungsgefäßes 53 erfolgt durch die Befestigungsstrebe von dem Zuführungsdraht, während die elektrische Verbindung zu der unteren Elektrode (nicht dargestellt) des Entladungsgefäßes 53 durch den Träger 54 erfolgt

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform verläuft der Widerstand 55 rund um die Befestigungsstrebe 52 wobei isolierende Unterlagen zwischen diesen Teilen angebracht sind; ein Ende des Widerstandes 55 ist mit einem Punkt an der Befestigungsstrebe 52 verschweißt, der sich in der Nähe der oberen Elektrode des Entladungsgefäßes 53 befindet und so angeordnet ist, daß ein Teil des Widerstandes mit der oberen Elektrode verbunden ist. Das andere Ende des Widerstandes 55 ist mit einem Anschluß eines Bimetallschalters 58 verbunden, der in der Nähe der unteren Elektrode an der Befestigungsstrebe 52 angebracht ist; der Bimetallschal ter 58 ist so angeordnet, daß ein Teil des Widerstandes 55 mit der unteren Elektrode verbunden ist. Der Zwischenbereich des Widerstandes 55 verläuft in einer geeigneten Neigung in bezug auf das Entladungsgefäß in Abhängigkeit von der Länge des Zwischenbereichs, um einen zu großen Spielraum zu verhindern. Der andere Anschluß des Bimetallschalters 8 ist elektrisch und mechanisch an den metallischen Träger 54 angeschlossen. Auf diese Weise ist also die Zündschaltung, die den Widerstand 55 und den Bimetallschalter 58

aufweist, elektrisch parallel zu dem Entladungsgefäß 53 geschaltet, während der Widerstand der Zündschaltung

so angeordnet ist, daß er auch die Funktion des

Nahleiters erfüllt. Eine dritte Ausführungsform ist in F i g. 6 dargestellt,

die nur die wesentlichen Teile der Entladungslampe zeigt, wobei wie in F i g. 5 der Außenkolben fortgelassen wurde. Wie bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist eine metallische Befestigungsstrebe 62 in geeigneter Weise an einer Halterung 61 angebracht, durch die sich ein Zuführungsdraht erstreckt. Das obere Ende eines Entladungsgefäßes 63 ist mechanisch an der Befestigungsstrebe 62 mittels einer Wolframleitung 69 befestigt, während die obere Elektrode des Entladungsgefäßes 63 elektrisch mit der Befestigungsstrebe verbunden ist Das untere Ende des Entladungsgefäßes 63 ist an einem metallischen Träger 64 angebracht, mit dem die untere Elektrode des Entladungsgefäßes elektrisch verbunden ist

Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform ist ein

isolierendes Keramikrohr 66 in der Nähe des Entladungsgefäßes 63 und im wesentlichen längs dessen gesamter Länge angeordnet; dieses isolierende Keramikrohr 66 ist an der Befestigungsstrebe 62 mit Hilfe von Halterungen 67 angebracht Ein Widerstand 65 ist längs seiner gesamten Länge auf das Keramikrohr 66 gewickelt, wobei das obere Ende des Widerstandes mit der Befestigungsstrebe 62 in der Nähe der oberen Elektrode des Entladungsgefäßes punktverschweißt ist Das untere Ende des Widerstandes 65 erstreckt sich bis in die Nähe der unteren Elektrode des Entladungsgefäßes 65 und ist mit einem Anschluß eines Bimetallschalters 68 verbunden, der an der Halterung 67 angebracht ist Der andere Anschluß des Bimetallschalters 68 ist elektrisch mit der Halterung 64 verbunden. Die Reihenschaltung weist also den Widerstand 65, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Entladungsgefäßes 63 in ihrer Nähe erstreckt, und den Bimetallschalter 68 auf; auf die oben erläuterte Weise ist diese Serienzündschaltung parallel zu dem Entladungs gefäß geschaltet

In den F i g. 7 und 8 sind jeweils eine vierte bzw. eine fünfte Ausführungsform dargestellt; die wesentlichen Teile der Entladungslampe sind fragmentarisch gezeigt, wobei der Außenkolben fortgelassen wurde. Bei der Ausführungsform nach Fig.7 ist eine metallische Strebe 71 an einer Stange (nicht dargestellt) angebracht, während das obere Ende eines Entladungsgefäßes 73 an der Strebe mit Hilfe eines Tantatführunestefls Ti

gehaltert wird; darüber hinaus ist die obere Elektrode (nicht dargestellt) des Entladungsgefäßes elektrisch mit der Strebe verbunden. Das untere Ende des Entladungsgefäßes 73 ist mittels eines Tantalführungsteils 74 an einer metallischen Hilfsstrebe 75 angebracht und dadurch mechanisch gehaltert, während die untere Elektrode des Entladungsgefäßes elektrisch mit der Hilfsstrebe verbunden ist. Ein Bimetallschalter 78 ist an einer Halterung 77 angebracht, die wiederum mittels eines leitenden Teils 76 an der Hilfsstrebe befestigt ist; ein Kontakt des Bimetallschalters 78 ist durch das leitende Teil 76 mit der Hilfsslrebe verbunden. Aus dieser Erläuterung ergibt sich, daß die Strebe 71 einen Leiter und die Hilfsstrebe 75 den anderen Leiter bilden; diese Streben sind gegeneinander isoliert und mit Zuführdrähten verbunden, die von dem Basisbereich des Außenkolbens der Entladungslampe nach innen führen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 ist ein Widerstand 70 längs einer gesamten Länge und mit gleichmäßiger Steigung auf den äußeren Umfang des Entladungsgefäßes 73 gewickelt. Ein Ende des Widerstandes 70 ist mit der Strebe 71 in der Nähe der oberen Elektrode des Entladungsgefäßes 72 verschweißt. Das andere Ende des Widerstandes 70 ist mit dem Anschluß des Bimetallschalters 78 in der Nähe der unteren Elektrode verbunden. Wie in F i g. 7 dargestellt ist, wird der Widerstand 70 im wesentlichen längs seiner gesamten Länge und mit gleichförmiger Steigung auf das Entladungsgefäß 73 gewickelt; die Steigung kann in Abhängigkeit von der Länge des Widerstandes 70 in der gewünschten Weise ausgelegt werden. Ein großer Vorteil dieser Ausführungsform Hegt darin, daß wegen des sehr geringen Abstandes zwischen dem Widerstand 70 und den Elektroden der Widerstand die Funktion des Nahleiters optimal erfüllen kann.

Der in Fig.7 dargestellte, wendeiförmige Widerstand kann nach einer bevorzugten Ausführungsform auf die im folgenden zu beschreibende Weise geformt werden. Zunächst wird ein drahtförmiger Widerstand mit gleichförmiger Steigung auf ein zylindrisches Teil (nicht dargestellt) gewickelt, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser des Entladungsgefäßes ist, auf welcher der Widerstand angebracht werden soll. Anschließend wird der gewickelte Widerstand von dem zylindrischen Teil abgenommen und bei hoher Temperatur behandelt Wenn der Widerstand aus Wolfram besteht, wird er einer Rekristallisationsbehandlung unterworfen; besteht der Widerstand aus Tantalnitrid, wird er einer Nitrierung unterworfen. Der so hergestellte wendeiförmige Widerstand kann auf die in F i g. 7 gezeigte Weise an dem Entladungsgefäß 73 angebracht werden. Da der innere Durchmesser des Widerstandes kleiner als der äußere Durchmesser des Entladungsgefäßes ist, steht der Widerstand bei der Montage auf dem äußeren Umfang des Entladungsgefäßes unter einer gewissen Spannung, so daß sich bei einer Temperaturerhöhung keine Verschiebung oder Ablösung des Widerstandes ergibt

Bei der in F i g. 8 gezeigten Ausführungsform wird ein Widerstand 80 in den Bereichen in der Nähe der einander gegenüberliegenden Elektroden dicht, also mit geringen Abständen zwischen den einzelnen Drähten, und in den Zwischenbereichen des Entladungsgefäßes, spärlich, also mit großen Abständen zwischen den einzelnen Drähten, auf ein Entladungsgefäß 83 gewikkelt Durch diese unterschiedliche Steigung der Widerstandswicklungen 80 kann das Abfangen des von dem Entladungsgefäß abgestrahlten lichtes verringert werden, wodurch also die Lichtabgabe verbessert wird. Weiterhin hat ein dicht gewickelter Widerstand einen hohen Wirkungsgrad als Heizquelle; wird also ein Bimetallschalter 88 in seiner Nähe angeordnet, so ergibt sich der Vorteil, daß der Bimetallschalter eine vorher bestimmte Temperatur rascher, also früher, erreichen kann. Bei der Ausführungsform nach F i g. 8 ist wie bei der Ausführungsform nach F i g, 7 ein Ende des Widerstandes 80 mit einer Strebe 81 in der Nähe der

ίο unteren Elektrode verschweißt, während das andere Ende des Widerstandes mit einem Anschluß des Bimetallschalters 88 in der Nähe der unteren Elektrode verbunden ist.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 8, bei welcher der Widerstand wie bei der Ausführungsform nach F i g. 7 auf das Entladungsgefäß gewickelt ist, kann ein durch den Widerstand fließender Strom aufgrund des Einflusses der Schwerkraft oder von Schwingungen, die bei einer Temperaturerhöhung auftreten können, eine Abweichung bzw. Verschiebung oder eine Ablösung des Widerstandes verursachen. Dies ist nicht nur unter dem Gesichtspunkt unzweckmäßig, daß der angestrebte Effekt nicht erreicht werden kann, sondern es wird auch die Beleuchtungsverteilung auf der bestrahlten Oberfläehe beeinflußt. Um dies zu vermeiden, wird der bei der Ausführungsform nach F i g. 8 verwendete Widerstand auf die folgende Weise vorgeformt. Zur Formung des bei der Ausführungsform nach Fig.8 eingesetzten wendeiförmigen Widerstandes wird zunächst ein zylindrisches Teil (nicht dargestellt) mit einem Durchmesser hergestellt, der kleiner als der Durchmesser des Entladungsgefäßes ist; dann wird der Zwischenbereich eines Widerstandes mit vorher bestimmter Länge spärlich, also mit großen Abständen zwischen den einzelnen Drähten, auf das zylindrische Teil gewickelt, während die Bereiche des Widerstandes, die den gegenüberliegenden Elektroden des Entladungsgefäßes entsprechen, dicht, also mit geringen Abständen, auf die Röhre gewickelt werden. Der aufgewickelte Widerstand wird von dem zylindrischen Teil abgenommen und einer Wärmebehandlung unterworfen. Wenn der Widerstand aus Wolfram besteht, wird er einer Rekristallisationsbehandlung unterworfen; wenn der Widerstand aus Tantalnitrid besteht, kann er einer Nitrierbehandlung unterworfen werden. Der so behandelte Widerstand wird auf dem äußeren Umfang des Entladungsgefäßes 83 auf die in F i g. 8 gezeigte Weise angebracht wodurch ein Widerstand für eine Zündschaltung entsteht, der keine Abweichungs-Deformation erleiden wird.

Auch der auf die oben beschriebene Weise geformte Widerstand kann jedoch in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren extreme Verformungen erleiden; zu diesen Faktoren gehört beispielsweise die Art in der die Entladungslampe eingeschaltet wird, oder der Schwingungszustand der Entladungslampe; durch diese Verformung kann wiederum die Zündzeit verlängert oder aufgrund des Kontaktes zwischen den Heizdrähten ein ungewöhnlicher Temperaturanstieg verursacht werden; diese Einflüsse können wiederam zu Schwärzungen des äußeren Umfangs oder Rissen in dem Entladungsgefäß führen.

Um dies zu vermeiden, sollte ein Heizdraht in vielen Windungen auf das Entladungsgefäß gewickelt und an der äußeren Oberfläche der Röhre mittels eines hitzebeständigen Klebstoffes angebracht werden. Dann muß keine Konkav-Konvexität in der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes ausgebildet werden, damit

Il

ό°.τ Heizdriiöt an dem Entladungsgefäß befestigt weiden kann, wie es bei den herkömmlichen Entladungsgefäßen der Fall war; dadurch läßt sich wiederum die Herstellung sehr vereinfachen und eine gleichmäßige Dicke des Entladungsgefäßes erreichen, wodurch die mechanische Festigkeit des Entladungsgefäßes wesentlich verbessert wird.

Als Alternative hierzu können viele Vorsprünge (nicht dargestellt) durch einen hitzebeständigen Klebstoff in geeigneten Abständen auf der äußeren ι ο Oberfläche des Entladungsgefäßes ausgebildet werden, wodurch sich die gleiche Wirkung ergibt. Wenn der hitzebeständige Klebstoff den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Entladungsgefäß hat, so ergeben sich optimale Ergebnisse.

Die Zünde.'genschaften lassen sich weiter verbessern, indem der in der Zündschaltung verwendete wärmeempfindliche Schalter eine Schnappfunktion hat, also schlagartig anspricht. Im folgenden soll ein Fall beschrieben werden, bei dem ein Bimetallschalter als wärmeempfinjlicher Schalter verwendet wird. Um einen solchen Bimetallschalter eine Schnappwirkung zu geben, kann der Bimetallschalter in entsprechender Weise ausgelegt werden, indem in einfacher Weise die gebogene Form des Bimetalls verändert oder der Streck- bzw. Ziehgrad reguliert wird; gleichzeitig kann dem Bimetallschalter eine Hysterese-Kennlinie gegeben werden. Hat ein solcher Bimetallschalter mit Schnappwirkung noch eine Hysterese-Kennlinie, so kann der Bimetallschalter bei einer ersten Temperatur 71 geöffnet und bei Temperaturen über Ti in der offenen Stellung gehalten werden. Wenn die Temperatur zu fallen beginnt, wird der Bimetallschalter nicht bei der ersten Temperatur 71 geschlossen, sondern wird nur bei einer Temperatur unter der ersten Temperatur T₁ geschlossen.

Wie jedoch oben erläutert wurde, ist der durch den Widerstand der Zündschaltung beim Zünden fließende Strom begrenzt, so daß der Heizwert des Widerstandes in entsprechender Weise beschränkt wird. Andererseits wird der wärmeempfindliche Schalter in der Zündschaltung in den Außenkolben der Entladungslampe aufgenommen, deren innerer Raum unter Hochvakuum steht; in dem Außenkolben gibt es praktisch keine Konvektion, so daß der wärmeempfindliche Schalter nur auf die Wärmestrahlung anspricht.

Deshalb sollte wenigstens eine Oberfläche oder nach einer bevorzugten Ausführungsform beide Oberflächen des Bimetallschalters mit einem schwarzen Material mit hohem Wärmeabsorptionsfaktor versehen werden. Zu diesem Zweck stehen zwar mehrere schwarze Materialien zur Verfugung; um jedoch ein hohes Vakuum in dem Außenkolben aufrechterhalten zu können, solltet'. Materialien wie Zirkonium, Titan, Niob oder Tantal verwendet werden, die gleichzeitig eine Getterwirkung haben. Eine oder mehrere Substanzen, die aus den obigen Beispielen ausgewählt worden sind, wurden mit einem Klebrigmacher gemischt; dieses Gemisch wurde auf die Oberflächen des Bimetalls aufgebracht, und dann wurde das Bimetall erwärmt bzw. gebrannt. Die Ansprechempfindlichkeit eines Bimetallschalters, dessen Oberfläche mit der schwarzen Substanz beschichtet worden sind und der in dem Außenkolben untergebracht wurde, sowie eines herkömmlichen Bimetallschalters ohne Beschichtung mit einer schwarzen Substanz sind in Vergleichsversuchen ermittelt worden; dabei stellte sich heraus, daß der zuerst genannte Bimetallschalter in 18 Sekunden zündet, während der zulet?.t genannte Schalter eine Zündzeit von 30 Sekunden benötigt.

Die Verwendung eines Bimetallschalters mit einer solchen Schnappfunktion vermeidet ein Prellen der Schalterkontakte während ihres öffnens und ermöglicht die zuverlässige und stabile Durchführung der Zündung; weiterhin kann der Bimetallschalter aufgrund seiner Hysterese-Kennlinie seinen normalen Zustand nicht wieder herstellen, wenn seine Kontakte sich geöffnet haben, so daß die Zündkennlinie der Entladungslampe wesentlich verbessert wird.

Weiterhin wird der durch den Wolframfaden fließende Strom begrenzt; da die Bimetalloberflächen des Bimetaiischaiters mit einer schwarzen Substanz mit hohem Wärmeabsorptionsfaktor beschichtet sind, läßt sich die Zündzeit verkürzen und der gesamte Zündvorgang leichter durchführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruckentladungslampe, die Ober einen induktiven Widerstand mit einer Spannungsquelle verblinden ist, nut einem hermetisch abgedichteten Entladungsgefäß, das zwei einander gegenüberliegende Elektroden sowie eine Füllung aus wenigstens einem lichtemittierenden Metall und einem Gas enthält, mit einer Zündschaltung, die einen normalerweise geschlossenen wärmeempfindlichen Schalter und einen Widerstand unifaßt, die in Reihe ' miteinander und parallel zu den Elektroden des Entladungsgefäßes geschaltet sind und mit einem Außenkolben, in dem das Entladungsgefäß und die Zündschaltung angeordnet sind, dadurch ge- '^ kennzeichnet, daß das Innere des Außenkolbens im wesentlichen evakuiert ist, und daß der Widerständswert des Widerstandes (13; 45; 55; 65; 70; 80) derart gewählt ist, daß vor der Zündung einer Entladung zwischen den Elektroden durch die Reihenschaltung aus dem wärmeempfindlichen Schalter (40; 48; 58; 68; 78; 88) und dem Widerstand ein Strom fließt, der ausreicht, um den wärmeempfindlichen Schalter in Abhängigkeit von einer Erwärmung des Widerstandes zu öffnen und der ausreicht, um an dem induktiven Widerstand (11) einen Spannungsimpuls zu erzeugen, dessen Spannung höher als die Zündspannung der Lampe (2) ist, wenn der wärmeempfinciliche Schalter geöffnet wird, um dadurch eine Entladung zwischen den Elektroden zu zünden, und daß der durch die Reihenschaltung aus dem wärmeempfindlichen Schalter und dem Widerstand fließende Strom im wesentlichen gleich oder geringer als der Lampenstrom während des stabilen Jetriebszustandes der Lampe ist

Z Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (13; 45; 55; 65; 70; 80) im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Entladungsgefäßes (53) an- ίο geordnet ist und die entgegengesetzten Enden des Widerstandes jeweils in der Nähe einer Elektrode angeordnet sind.