DE3536385A1 - Hochdruck-metalldampfentladungslampe mit starterelement - Google Patents

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner 3536385 '-■'·-■' Patentanwälte

Dr. phil G Henkel Dr. rer nat. L Feiler Dipl.-Ing W. Hänzel Dipl.-Ing. D. Kottmann

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tel/ 089/982085-87 Telex: 529802 hnkld Telefax (Gr. 2+3): 089/981426 Telegramm: ellipsoid

EAK-6OP514-2

KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA,
Kawasaki, Japan

Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit Starterelement

Hochdruck-Metal!dampfentladungslampe mit Starterelement

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metal!dampfentladungslampe mit einem Thermoschalter-Starterelement.

Eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, wie eine Hochdruck-Natriumlampe, weist ein Entladungsgefäß (Lichtemissionsröhre) aus einem monokristallinen Metalloxid, wie Rubin oder Saphir, oder einem poly-

2Q kristallinen Aluminiumoxid-Keramikmaterial auf. Das Entladungsgefäß ist mit Quecksilber, Natrium und einem Starter-Edelgas, wie Xenon, gefüllt und in einen Kolben eingesetzt, an dessen einem Ende ein Sockel angebracht ist. Die Hochdruck-Natrium(dampf)-lampe besitzt im Vergleich zu einer Hochdruck-Quecksilberlampe ein erheblich höheres Leistungsvermögen (efficacy), weshalb sie derzeit große Aufmerksamkeit als Schwachstrom-Lichtquelle auf sich gezogen hat.

_a0 Da eine Hochdruck-Natriumlampe eine hohe Zündspannung besitzt, kann sie tatsächlich nicht mittels einer üblichen Netzwechselspannung gestartet (gezündet) werden. Aus diesem Grund ist für ihr Zünden ein aufwendiges spezielles Vorschaltgerät mit einem Starterelement er-

g₅ forderlich. Neuerdings ist eine Hochderuck-Natriumlampe

mit einem Starterelement aus einem Widerstandsheizelement und einem in ihrem Kolben angeordneten, normalerweise geschlossenen Thermoschalter zur Erleichterung des Startens (Zündens) entwickelt worden. Der Thermoschalter wird durch das Widerstandsheizelement erwärmt und (damit) betätigt. Das Innere des Röhren-Kolbens ist evakuiert. An der Außenfläche des Entladungsgefäßes einer solchen Hochdruck-Natriumlampe ist zur weiteren Erleichterung des Startens ein Näherungsleiter (proximity conductor) angeordnet. Ein vom Starterelement erzeugter Hochspannungsimpuls wird über den Näherungsleiter und eine der Elektroden angelegt. Da solche Hochdruck-Natriumlampen mittels eines wesentlichen weniger aufwendigen Vorschaltgeräts als bei Hochdruck-Quecksilberlampen gestartet werden können, haben sie verbreitete Anwendung gefunden.

Wenn das Widerstandsheizelement des in den Kolben eingebauten Starterelements von einem Strom durchflossen wird, wird das Bimetallglied des Thermoschalters durch die vom Widerstandsheizelement erzeugte Wärme erwärmt, um dann zu öffnen. Ein durch dieses öffnen erzeugter Hochspannungsimpuls wird der Sekundärspannung des Vorschaltgeräts überlagert und über zwei Elektroden des Entladungsgefäßes angelegt. Gleichzeitig wird der Impuls über den Näherungsleiter und eine der Elektroden angelegt, um die Entladung im Entladungsgefäß in Gang zu setzen. Sobald der Thermoschalter geöffnet hat, wird die Stromzufuhr zu dem mit ihm in Reihe geschalteten

QQ Widerstandsheizelement beendet. Infolgedessen kühlt der Schalter ab, um dann in seinen ursprünglichen Schließzustand zurückzukehren. Hierdurch wird der dem Entladungsgefäß, das zum Starterelement parallelgeschaltet ist, zugeführte Strom verringert und damit das Entla-

gg dungsgefäß gelöscht oder eine instabile Entladung her-

-y- ζ

beigeführt. Zur Verhinderung dieses Zustands darf der Thermoschalter nach dem Einschalten der Lampe nicht mehr in den Schließzustand zurückkehren. Aus diesem Grund wird dieser Schalter in der Nähe des Entladungsgefäßes angeordnet, so daß er von diesem Strahlungswärme empfängt und daher in seinem Offenzustand bleibt.

Wenn jedoch das auf die Elektroden aufgetragene. Elektronen emittierende Material verbraucht ist und die Entladungs-Startspannung zum Ende der Betriebslebensdauer der Lampe stark ansteigt, kann die Lampe auch bei geöffnetem Thermoschalter nicht mehr eingeschaltet werden. Demzufolge kann der Thermoschalter keine Strahlungswärme vom Entladungsgefäß empfangen, so daß er abkühlt und in seinen ursprünglichen Schließzustand zurückkehrt. Daraufhin fließt erneut Strom durch das Widerstandsheizelement zum öffnen des Schalters. Dieses Ein- und Ausschalten des Thermoschalters wiederholt sich, bis die Lampe zündet. Hierbei wird mithin wiederholt ein Hochspannungsimpuls an das Vorschaltgerät und die Verdrahtung angelegt, so daß in manchen Fällen ein dielektrischer Durchbruch auftritt.

Da eine solche Lampe häufig an einer hochgelegenen Stelle installiert ist, kann sie nicht einfach ausgewechselt

werden, wenn ihre Zündspannung ansteigt. Bei einer solchen Lampe kann daher das Starterelement (über längere Zeit) mit Strom beschickt werden, bis ein dielektrischer Durchbruch von Vorschaltgerät oder Verdrahtung 3Q auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Hoch dr uck-Metalldampfentladungslampe mit einem Starterelement, wobei ein dielektrischer Durchbruch oder Durchschlag in einem Betriebsstromkreis, wie einem Vor-

schaltgerät oder der Verdrehung, auch dann verhindert

werden kann, wenn sich die Startspannung des Entladungsgefäßes erhöht und die Lampe nicht eingeschaltet (gezündet) werden kann.
5

Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruck-Metalldampfentladung slampe, umfassend ein Entladungsgefäß (Lichtemissionsröhre/, in welches zwei Elektroden eingeschlossen sind, ein einen normalerweise geschlossenen Thermoschalter und ein Widerstands(heiz)element aufweisendes Starterelement, das bei öffnungs- und Schließbetätigung des Thermoschalters (je) einen Impuls erzeugt, und ein Verbindungselement zum elektrischen Verbinden des Starterelements mit den Elektroden, wobei der Impuls über das Verbindungselement an die Elektroden anlegbar ist, erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung mit einem in der Nähe des Thermoschalters angeordneten isolierenden Körper zum Erzeugen (causing) eines leitfähigen Abschnitts am Körper, wobei der leitfähige Abschnitt in ausreichendem Maß vorliegt, um einen durch Wiederholung der (Thermo-)Schalterbetätigung(en) zum Starterelement gelieferten Strom abzuleiten, so daß der Impuls verkleinert wird.

Bei der vorstehend umrissenen Anordnung wird das Metall des Kontaktglieds in Abhängigkeit von der Ein/Aus-Betätigung des Thermoschalters auf der Oberfläche eines festen bzw. massiven Isolators abgelagert, so daß eine durch dieses Schließen und öffnen des Thermoschalters erzeugte Impulsspannung entsprechend der Zahl dieser Schalterbetätigungen verringert werden kann. Auch wenn die Zünd- oder Startspannung des Entladungsgefäßes ansteigt und die Lampe zum Ende ihrer Lebensdauer hin nicht mehr gezündet werden kann, kann somit ein dielektrischer Durchbruch im Vorschaltgerät oder in der

Verdrahtung des Betriebsstromkreises der Lampe verhindert werden. Als Ergebnis wird eine sichere Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem Zünd- oder Starterelement geschaffen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

IQ Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Widerstandswert eines parallel zum
Starterelement geschalteten Widerstands und
der durch das Starterelement erzeugten Impulsspannung ,

Fig. 2 ein Schaltbild einer ein Starterelement aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

2Q Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen der Zahl der Kontakt-Schließ/Öffnungsvorgänge des Starterelements und der Impulsspannung,

Fig. 4 und 5 Schaltbilder jeweils einer ein Starterelement aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungslampe gemäß einer zweiten bzw. dritten
Ausführungsform der Erfindung,

QQ Fig. 6 eine Seitenansicht einer ein Starterelement aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungslampe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilsei-

tenansicht des Starterelements bei der Aus

führungsform nach Fig. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht einer ein Starterelement aufweisenden Hochdruck-Metalldampfentladungs

lampe gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teil-Seitenansicht des Starterelements bei der

Ausführungsform nach Fig. 8 und

Fig. 10 eine perspektivische Teildarstellung des Starterelements bei einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe gemäß einer sechsten

Ausführungsform der Erfindung.

Wenn ein Widerstand zu einem Zünd- oder Starterelement (starting element) in Reihe geschaltet ist, variiert die Größe der bei der Betätigung des Starterelements erzeugten Impulsspannung. Je kleiner der Widerstand ist, um so niedriger ist nämlich die Impulsspannung. Wenn kein Widerstand angeschlossen ist, wird gemäß Fig. 1 eine Impulsspannung einer Größe von 4-6 kV erzeugt. Wenn in diesem Fall ein Widerstand von 10 kX2 zum Starterelement parallelgeschaltet ist, verringert sich die Impulsspannung auf 3,5 - 5,5 kV. Im Falle eines angeschlossenen Widerstands von 1 kilverringert sich die Impulsspannung auf 2 - 4 kV.

Wenn ein Kontaktpaar eines das Starterelement bildenden Thermoschalters wiederholt schließt und öffnet, wird das die Kontakte oder Kontaktteile bildende Metall in Form feiner Teilchen versprüht, die sich auf einem Isolierelement in Form eines Films bzw. einer (dünnen) Schicht ablagern, dessen bzw. deren Dicke allmählich

- 40

zunimmt. Die Kontaktteile bestehen normalerweise aus
einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram. Eine sehr
dünne Metallschicht eines hochschmelzenden Metalls besitzt keine Leitfähigkeit. Wenn jedoch die Schichtdicke eine Größenordnung von einigen 10 nm übersteigt, nimmt die Leitfähigkeit entsprechend zu. Wenn dann die Dicke der Schicht eine Größe von 100 nm (1000 K) übersteigt, wirkt die Schicht als guter Leiter.

Die Erfindung wurde nun auf der Grundlage dieser Feststellung entwickelt. Im folgenden ist eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 2 beschrieben.

Gemäß Fig. 2 umfaßt eine Hochdruck-Natrium(dampf)lampe 10 eine mit Natrium als Lichtemissions- oder Entladungsmaterial gefüllte lichtemittierende Röhre bzw. ein Entladungsgefäß 16 mit zwei Elektroden 12 und 14, die
jeweils am einen Ende des Entladungsgefäßes 16 ange-

ordnet sind, ein elektrisch zu den Elektroden 12 und parallelgeschaltetes Starterelement 18 und einen in der Nähe der Außenwand des Gefäßes 16 angeordneten Näherungsleiter (proximity conductor) 20. Das Starterelement 18 besteht aus einem Widerstands-Heizelement von

20 Λ bei Normaltemperatur und einem damit in Reihe geschalteten Thermoschalter 24. Letzterer besteht aus
einem feststehenden Wolfram-KontaktJfceil)26 und einem
Bimetallstück 30, an dem ein bewegbarer Wolfram-Kontaktteil/ 28 angebracht ist. Das Heizelement 22 ist so in

Gegenüberstellung zum Bimetallstück 30 angeordnet, daß dessen Strahlungswärme zum Bimetallstück 30 übertragen wird, um damit den Thermoschalter 24 zu betätigen. Ein Isoliermittel 32 mit einem Widerstand entsprechend einem Mehrfachen von 10 kO ist parallel zum Thermoschalter in der Nähe des letzteren angeordnet und an seinem einen

Abschnitt mit einem massiven Isolator 34 versehen. Der Isolator 34 ist von einer Kontaktstelle 36 der Kontakte 26 und 28 in einem maximalen Abstand L von 12 mm angeordnet .

Die Lampe 10 mit dem beschriebenen Aufbau ist über ein Vorschaltgerät (ballast) 38 an eine Stromquelle 40 angeschlossen und über ersteres einschaltbar.

Wenn ein auf die Elektroden 12 und 14 der Lampe 10 aufgebrachtes, Elektronen emittierendes Material verbraucht ist und das Entladungsgefäß 16 zum Ende der Betriebslebensdauer der Lampe 10 hin nicht mehr gezündet werden kann, schließt und öffnet der Thermoschalter 24 wiederholt. Da jedoch der maximale Abstand L zwischen der Kontaktstelle 36 der Kontakte 26, 28 und dem massiven Isolator 34 mit 12 mm vorgegeben ist, wird als Ergebnis des wiederholten Schließens und öffnens des Thermoschalters 24 Wolfram, als Werkstoff der Kontakte 12 und 14, versprüht und effektiv auf der Oberfläche des Isolators 3 4 abgelagert. Dabei nimmt das Isoliervermögen des Isolators 34 ab, so daß ein ÄquivalentStromkreis entsteht, in welchem ein Widerstand von etwa 1 k£2 zum Starterelement 18 parallelgeschaltet ist. Aus diesem Grund verringert sich die durch die Betätigung des Starterelements 18 erzeugte Impulsspannung. Auch wenn ein Impuls wiederholt dem Betriebsstromkreis der Lampe aufgeprägt wird, tritt in diesem Stromkreis kein dielektrischer Durchbruch oder Durchschlag auf.

Der Mechanismus der Verhinderung eines dielektrischen Durchbruchs läßt sich wie folgt erklären:

Die Betriebslebensdauer einer Lampe dieser Art beträgt normalerweise 12 000 Stunden. Unter der Voraussetzung,

daß die Lampe 10 pro Zünd- oder Startvorgang jeweils etwa 5,5 h eingeschaltet bleibt, muß das Starterelement 18 die Lampe 10 während deren Lebensdauer etwa 24OOmal starten können. Je nach dem Zustand der Stromquelle und des Stromkreises können für einen Startvorgang ungefähr 10 Ein/Aus-Betätigungen erforderlich sein. Das Starterelement 18 muß daher 10 χ 2400 = 24 000, d.h. etwa 30 000 Ein/Aus-Betätigungen (Schließ/Öffnungsvorgänge) aushalten können.

Wenn das Entladungsgefäß 16 gegen das Ende seiner Lebensdauer nicht mehr gezündet werden kann, beginnt das Starterelement 18 die Kontakte in Intervallen von etwa 15 s zu schalten. Wenn die Lampe etwa maximal vier Wochen unbeachtet gelassen wird und die Stromzufuhr pro Tag für jeweils etwa 8 h erfolgt, arbeiten die Kontakte des Starterelements 18 {3600 s (1 h) χ 8 h χ 28 d (4 Wochen)} /15 s = 54 000 Mal.

Wenn die Lampe 10 zum Ende ihrer Lebensdauer hin nicht mehr eingeschaltet oder gezündet werden kann und das Starterelement 18 betätigt wird, entspricht die Betätigunqshäufiqkeit der Kontakte des Starterelements der Summe aus 30 000 Betätiqunqen (während der Betriebslebensdauer) und 54 000 Betätiqunqen (bei unbeachtet qelassener Lampe): 84 000 Betätiqunqen oder maximal etwa 100 000 Betätiqunqen.

Im Hinblick auf obige Ausführungen muß ein dielektrischer Durchbruch des Vorschaltgeräts und der Verdrahtung bei den Ein/Aus-Betätigungen des Starterelements bis zu einer Höchstzahl von 100 000 verhindert werden.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung 3g zwischen der Zahl der Kontakt-Schließ/Öffnungsvorgänge

-W- Λ 3

(Kontakte Ein/Aus) der Kontakte 26 und 28 des Thermoschalters 24 bei der Lampe 10 und der bei jeder Ein/-Aus-Betätigung erzeugten Impulsspannung. Die Kurve wurde durch Auswertung der Durchschnittsgrößen der Impulsspannungen zu den jeweiligen Ein/Aus- oder Schließ/Öffnungszeiten ermittelt. Gemäß Fig. 3 beginnt die Impulsspannung nach mehr als 30 000 Ein/Aus-Betätigungen abzufallen. Nach einer Betätigungszahl von etwa 100 000 ist die Impulsspannung auf etwa 60% der Anfangsspannung abgefallen. Kurz gesagt, ein für das Einschalten der Lampe 10 ausreichender Impuls wird vom Starterelement 18 so lange erzeugt, bis sich die Lampe dem Ende ihrer Lebensdauer nähert. Wenn die Lampe 10 zum Ende ihrer Lebensdauer hin nicht mehr eingeschaltet werden kann, ist die vom Starterelement 18 erzeugte Impulsspannung abgefallen, und ein dielektrischer Durchbruch im Betriebsstromkreis der Lampe wird verhindert.

Bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform ist der maximale Abstand L zwischen der Kontaktstelle 36 der Kontakte 26 und 2 8 und dem massiven Isolator 34 mit 12 mm gewählt. Dieser Abstand L kann allerdings in Abhängigkeit von den Charakteristika eines Betätigungssystems gewählt werden; bevorzugt liegt der Abstand L jedoch unter 15 mm. Wenn der größte Abstand L mehr als 15 mm beträgt, erfolgt die Film- oder Schichtbildung auf dem Isolator 3 4 langsam. Da sich dabei der Widerstand des Isolators 34 nicht schnell verringert, fällt auch die vom Starterelement 18 erzeugte Impulsspannung nicht ab. Demzufolge ist es (in einem solchen Fall) schwierig, einen dielektrischen Durchbruch in einem Stromkreis, z.B. aus Vorschaltgerät und Verdrahtung, vollständig zu verhindern.

Zur Bestätigung der oben geschilderten Wirkungen wurden 5 Gruppen zu je 40 Starterelementen (insgesamt 200 Starterelemente) hergestellt, die jeweils maximale Abstände L von 4, 7, 10, 15 bzw. 18 mm besaßen. Von diesen Starterelementen wurden 20 Prüflinge aus jeder Gruppe des maximalen Abstands in Hochdruck-Natriumlampen eingebaut, die mittels eines Einzeldrosselspulen-Vorschaltgeräts eines Nennstromverbrauchs von 360 W gezündet oder eingeschaltet werden konnten. Diese Lampen wurden dann einem Langzeit-Lebensdauertest mit einer Einschaltzeit von je 5,5 h und einer Ausschaltzeit von je 0,5 h unterworfen. Die restlichen 20 Prüflinge jeder Gruppe der (verschiedenen) maximalen Abstände wurden in Kolben ohne Entladungsgefäß eingebaut, an 400 W-Quecksilberlampen-Vorschaltgeräte angeschlossen und einem Dauer-Ein/Ausschaltversuch mit 100 000 Betätigungen unterworfen.

Die Ergebnisse der beiden Versuche sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Gemäß der Tabelle traten am Ende eines Lebensdauertests von über 12 000 h Isolationsfehler (-durchbrüche) bei den massiven Isolatoren von acht Prüflingen des Typs NH36O.L (mit Niederspannung startbare Lampe) auf, die ein Starterelement mit einem maximalen Abstand L von 4 mm enthielten; die Impulsspannung verringerte sich dementsprechend ebenfalls übermäßig stark. Die Zündausfallrate (starting failure rate) nach der Nenn-Betriebslebensdauer der Lampe sollte im wesentlichen (im allgemeinen) nicht höher sein als 50%. Die Lampe NH36O.L mit einem Starterelement eines maximalen Abstands L von 4 mm zeigte somit eine zu hohe Zündausfallrate, so daß sie sich als nicht zufriedenstellend erweist. Dagegen trat bei einer entsprechenden Lampe mit einem Starterelement eines maximalen Abstands L von mehr als 7 mm kein Zündversagen

-yr-

aufgrund eines Abfalls der Impulsspannung nach Ablauf von 12 OOO h auf.

TABELLE

L (mm) Zündausfallrate aufgrund von ImpulsSpannungsabfall nach Betrieb von 12 000 h

Isolat ionsdurchbruchrate der Vorschaltgerät-Wicklung nach 100 OOOmaligem Ein/Ausschaltversuch

4	8/20	0/20
7	0/20	0/20
10	0/20	0/20
15	0/20	0/20
18	0/20	3/20

Wenn ein Zündausfall oder Startversagen bei einem Entladungsgefäß auftritt, kann normalerweise angenommen werden, daß sein Starterelement 100 000 Ein/Aus- oder Schließ/Öffnungsvorgänge ausgeführt hat, bevor die Lampe ausgewechselt werden muß. Wenn gemäß der Tabelle das Starterelement mit einem maximalen Abstand L von 18 mm 100 OOOmal betätigt wird, tritt ein Isolationsdurchbruch (insulation failure) mit einer Häufigkeit von 3/20 über die Vorschaltgerät-Wicklung auf. Bei einer Lampe mit einem Starterelement eines maximalen Abstands L von unter 15 mm tritt dagegen kein Isolationsdurchbruch auf.

Wenn mithin bei einer Hochdruck-Natriumlampe einer Betriebslebensdauer von 12 000 h der maximale Abstand L auf 7mm<L<15mm eingestellt ist, tritt vor Ablauf von 12 000 h kein Startversagen oder Zündausfall in der

Lampe auf. Selbst wenn ein Startversagen im Entladungsgefäß auftritt, unterliegt das Vorschaltgerät keinem Isolationsdurchbruch.

Eine Lampe einer Lebensdauer von 12 000 h muß (mithin) einen maximalen Abstand L von 7 mm aufweisen. Beispiels weise können bei Lampen einer Lebensdauer von 9 000 h und 24 000 h die maximalen Abstände L mit mehr als 6 mm bzw. 10 mm gewählt werden. Wenn somit die Hochdruck-Natriumlampe während ihrer Nenn-Lebensdauer eingeschaltet wird, ist sie vor Startversagen oder Zündausfall aufgrund einer übermäßigen Verringerung der Impulsspannung geschützt.

Wenn der maximale Abstand L auf unter 15 mm eingestellt ist, tritt im Vorschaltgerät kein Isolationsdurchbruch bis zu 100 000 Ein/Aus-Betätigungen des Starterelements auf. Wenn das Vorschaltgerät vor einem Isolationsdurchbruch vor Ablauf von 100 000 Ein/Aus-Betätigungen geschützt werden kann, läßt sich die erfindungsgemäße Wirkung auch bei einer Lampe einer Lebensdauer von 9 000 oder 24 000 h erzielen.

Da jedoch die Isoliercharakteristik oder -fähigkeit des Vorschaltgeräts verbessert werden kann, kann der maximale Abstand L entsprechend der verbesserten Isolierfähigkeit des Vorschaltgeräts auf mehr als 15 mm eingestellt werden.

Im folgenden ist anhand von Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer ein Startelement aufweisenden Hochdruck Metalldampfentladungslampe gemäß der Erfindung beschrie ben. Dabei ist ein Isoliermittel 32 parallel zu einem Thermoschalter 24 angeordnet. Insbesondere ist dabei die eine Seite eines massiven (solid) Isolators 34 an

einen Knotenpunkt zwischen einem Bimetallstück 30 und einer Elektrode 14 angeschlossen. Die andere Seite des Isolators 34 liegt an einem Knotenpunkt zwischen einem Widerstands-Heizelement 22 und einer Elektrode 12. Hier bei ist zu beachten, daß der Isolator 34 in einem maximalen Abstand L von weniger als 15 mm von einer Kontaktstelle 36 von Kontakten (Kontaktteilen) 26 und 28 angeordnet ist. Bis auf diesen Unterschied weist die zweite Ausführungsform denselben Aufbau auf wie die zuerst beschriebene Ausführungsform. Daher sind in Fig.4 die den Teilen von Fig. 2 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen erläutert. Bei dieser Anordnung wird während der (gesamten) Betriebslebensdauer oder Standzeit der Lampe 10 ein für das Einschalten derselben aus reichender Impuls durch ein Starterelement 18 erzeugt. Wenn die Lampe 10 am Ende ihrer Lebensdauer nicht mehr eingeschaltet werden kann, ist die vom Starterelement 18 erzeugte Impulsspannung verringert, um einen dielektrischen Durchbruch im Betriebsstromkreis der Lampe zu verhindern.

In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist die eine Seite eines Isoliermittels 32 an einen Knotenpunkt zwischen einem Bimetall stück 30 und einer Elektrode 14 angeschlossen, während seine andere Seite mit einem vorgegebenen Abschnitt eines Widerstands-Heizelements 22 verbunden ist. Bei dieser Ausfuhrungsform ist ein massiver Isolator 34 in einem maximalen Abstand L von weniger als 15 mm von einer Kontaktstelle 36 der Kontakte 26 und 28 angeordnet. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform wiederum derjenigen nach Fig. 2, und sie bietet dieselbe Wirkung wie bei erster und zweiter Ausführungsform.

Eine praktische Ausgestaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand von Fig. 6 und 7 beschrieben. Fig. 6 veranschaulicht eine mit einem Starterelement versehene Hochdruck-Natriumlampe eines Nenn-Stromverbrauchs von 360 W. Dabei ist ein Sockel 152 am einen Ende eines Kolbens 150 montiert, der unter einem hohen Unterdruck steht und in den ein Entladungsgefäß 116 eingedichtet ist. Letzteres besteht z.B. aus einem durchscheinenden Aluminiumoxid-Keramikmaterial. Die beiden Enden des Entladungsgefäßes 116 sind durch Verschlußelemente 154 und 156, die Elektroden 112 bzw. 114 tragen, luftdicht verschlossen. Das Entladungsgefäß 116 ist mit Natrium als Licht emittierender Stoff, gasförmigem Xenon als Zünd- oder Start-Edelgas und Quecksilber als Puffermaterial gefüllt. Ein Starterelement 118 ist elektrisch zum Entladungsgefäß 116 parallelgeschaltet. Das Starterelement 118 besteht aus einem auf einem isolierenden Substrat 158 montierten Thermoschalter 124 und einem mit diesem in Reihe geschalteten Wendelfaden-Widerstandsheizelement 122.

Der Thermoschalter 124 weist zwei Wolfram-Kontakte (-Kontaktteile) 126 und 128 auf. Der feststehende Kontakt 126 ist am isolierenden Substrat 158 mittels einer Schraube 164 über ein Tragelement 160 befestigt. Der bewegbare Kontakt 128 ist am isolierenden Substrat 158 mittels einer Schraube 166 über ein Bimetallstück 130 und ein zugeordnetes Tragelement 162 befestigt. Die Schraube 164 ist mit einem noch zu beschreibenden Entladungsgefäß-Tragelement 168, die Schraube 166 mit dem einen Ende des Heizelements 122 verbunden.

Weiterhin ist zwischen den Tragelementen 160, 162 ein Isoliermittel 132 angeordnet, das somit elektrisch zum Thermoschalter 124 parallelgeschaltet ist. Ein das Iso-

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liermittel 132 bildender massiver Isolator 134 ist in einem Abstand L = 10 mm von einer Kontaktstelle 136 der Kontakte 126 und 12 8 angeordnet. Das Isoliermittel 132 umfaßt den massiven Isolator 134, z.B. in Form eines Mullit-Rundstabs, zwei Leiter 170 und 172 aus z.B.

leitfähigen Kohlenstoffschichten, die auf den beiden Enden des massiven Isolators 134 in einem gegenseitigen Abstand von 1 mm ausgebildet sind, sowie zwei Zuleitungen 178 und 180, die an Metallkappen 174 bzw. 176 angeschlossen und mit den Tragelementen 160 bzw. 162 verbunden sind.

Innere Leitungen 184 und 186 sind in einen am einen Ende des Kolbens 150 angeschweißten (sealed) Röhren-Fuß 182 eingedichtet. Das eine Ende der Leitung 184 ist mit einem Gewindeteil 188 des Sockels 152 verbunden, während ihr anderes Ende mit dem Tragelement 168 des Entladungsgefäßes 116 verbunden ist. Das Tragelement 168 dient auch als Stromzufuhrelement für die Elektrode 112.

Das eine Ende der Leitung 186 ist mit einer Spitze oder Kappe (top) 190 des Sockels 152 verbunden, ihr anderes Ende ist an die Elektrode 114 angeschlossen.

Ein Näherungsielter 120 ist längs der Außenfläche des Entladungsgefäßes 116 verlaufend angeordnet, wobei sein eines Ende über ein auf Wärme ansprechendes oder wärmeempfindliches Metallelement 192 mit dem Tragelement 168 ve rbunde η ist.

Die Lampe 110 mit dem beschriebenen Aufbau ist mit einer nicht dargestellten Wechselspannungsquelle über ein Einzeldrosselspulen-Quecksüberlampen-Vorschaltgerät für eine Wechselstromquelle von 200 V verbunden und durch letzteres einschaltbar. Vor dem Starten oder Zünden der Lampe werden die Kontakte 126, 128 des Thermo-

schalters 124 geschlossen, so daß ein Strom von etwa 0,77 A zum Heizelement 122 fließt und (darin) Wärme erzeugt. Das Bimetallstück 130 biegt sich unter der Wärme des Heizelements 122 durch, so daß die Kontakte 126, 128 (zum öffnen) getrennt werden. Beim öffnen der Kontakte wird ein hoher Stoßspannungsimpuls von 4 - 6 kV erzeugt, der eine Lichtbogenentladung im Entladungsgefäß 116 hervorruft, wodurch die Lampe 110 eingeschaltet oder gezündet wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß der Thermoschalter 124 durch die Strahlungswärme vom Entladungsgefäß 116 bei eingeschalteter Lampe im Offenzustand gehalten wird und daraufhin nicht mehr schließt.

Mit der beschriebenen Anordnung kann die Erfindungsaufgäbe voll und ganz gelöst werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Abstand L zwischen der Kontaktstelle 136 der Kontakte 126, 128 und dem massiven Isolator 134 entsprechend der Nenn-Lebensdauer der Lampe und den Isolationseigenschaften des Betriebsstromkreises auf eine vorbestimmte, von 10 mm verschiedene Größe eingestellt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 ist der Spalt oder Abstand zwischen den Leitern 170 und 172 auf 1 mm eingestellt; dieser Abstand liegt bevorzugt im Bereich von 0,5-5 mm. Wenn der Abstand kleiner ist als 0,5 mm, fällt die vom Starterelement 118 erzeugte Impulsspannung zu schnell ab; ist er größer als 5 mm, so variiert der Abstand zwischen der Kontaktstelle 136 und einem vorgegebenen Punkt auf dem Isolator 134. In diesem Fall wird die Film- oder Schichtdicke des auf dem Isolator gebildeten bzw. abgelagerten Kontaktmaterials ungleichmäßig. Auch wenn beim Entladungsgefäß 116 ein Zündver-

sagen oder Startausfall auftritt und der Thermoschalter 124 wiederholt schließt und öffnet, kann deshalb in einem solchen Fall in nachteiliger Weise weder die Isolierfähigkeit des massiven Isolators 134 schnell abnehmen noch die Impulsspannung schnell abfallen.

Eine praktisch noch günstigere fünfte Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand der Fig. 8 und 9 beschrieben. Fig. 8 veranschaulicht eine mit Starterelement versehene Hochdruck-Natriumlampe eines Nenn-Stromverbrauchs von 360 W. Dabei ist ein Sockel 152 am einen Ende eines unter einem hohen Unterdruck gehaltenen Kolbens 150 angebracht. Im Inneren des Kolbens 150 ist ein Entladungsgefäß 116 aus z.B. einem durchscheinenden Aluminiumoxid-Keramikmaterial angeordnet. Die beiden Enden des Entladungsgefäßes 116 sind durch Verschlußelemente 154 und 156, die Elektroden 112 bzw. 114 tragen, luftdicht abgedichtet. Das Entladungsgefäß 116 ist mit Natrium als Licht emittierendes Material, gasförmigem Xenon als Zünd- oder Start-Edelgas und Quecksilber als Puffermaterial gefüllt. Elektrisch parallel zu den Elektroden 112 und 114 ist ein Starterelement 118 geschaltet, das einen auf einem isolierenden Substrat 158 montierten Thermoschalter 124 und ein mit diesem in Reihe geschaltetes Wendelfaden-Widerstandsheizelement 122 umfaßt.

Der Thermoschalter 124 weist zwei Wolfram-Kontakte 126 und 128 auf. Der feststehende Kontaktteil) 126 ist am isolierenden Substrat 158 mittels einer Schraube 164 über ein Tragelement 160 befestigt. Der bewegbare Kontaktteil 128 ist am isolierenden Substrat 158 mittels einer Schraube 166 über ein Bimetallstück 130 und dessen zugeordnetes Tragelement 162 angebracht. Die Schraube 164 ist mit einem Entladungsgefäß-Tragelement 168 (noch

zu beschreiben), die Schraube 166 mit dem einen Ende des Heizelements 122 verbunden.

Bei dieser fünften Ausführungsform ist der maximale Abstand L zwischen einer den kleinsten Abstand zwischen den Tragelementen 160 und 162 längs der Oberfläche des isolierenden Substrats 158 definierenden Geraden 11 und einer Kontaktstelle 136 der Kontakte 126, 128 auf 12 mm eingestellt. Die Höhe 12 der Kontaktstelle 136 über dem Substrat 158 beträgt 5 mm.

Innere Leitungen 184 und 186 sind in einen am einen Ende des Kolbens 150 angeschweißten (sealed) Fuß 182 eingedichtet. Das eine Ende der Leitung 184 ist mit einem Gewindeteil 188 des Sockels 152, ihr anderes Ende mit dem Tragelement 168 für das Entladungsgefäß 116 verbunden. Das Tragelement 168 dient auch als Stromzufuhrelement für die Elektrode 112. Das eine Ende der Leitung 186 ist mit der Spitze oder Kappe (top) des Sockels 152, ihr anderes Ende mit der Elektrode verbunden.

Längs der Außenfläche des Entladungsgefäßes 116 verläuft ein Näherungsleiter 120, dessen eines Ende über ein wärmeempfindliches Metallelement 192 mit dem Tragelement 168 verbunden ist.

Die Lampe 110 mit dem beschriebenen Aufbau ist an eine nicht dargestellte Stromquelle über ein Einzeldrosselspulen-Quecksilberlampen-Vorschaltgerät für eine Wechselstromquelle von 200 V angeschlossen und durch dieses einschaltbar. Vor dem Zünden oder Starten der Lampe werden die Kontakte 126 und 128 des Thermoschalter 124 (gegeneinander) geschlossen, so daß ein Strom von etwa 0,77 A zum Heizelement 122 fließt und (in diesem) Wärme erzeugt. Das Bimetallstück 130 biegt sich unter der vom Heizelement 130 gelieferten Wärme durch, wo-

durch die Kontakte 126, 128 getrennt (geöffnet) werden. Beim öffnen der Kontakte wird ein hoher Stoßspannungsimpuls von 4 - 6 kV erzeugt, der eine Lichtbogenentladung im Entladungsgefäß 116 hervorruft, wodurch die Lampe 110 eingeschaltet wird.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Thermoschalter 124 durch die Strahlungswärme vom Entladungsgefäß 116 bei eingeschalteter Lampe im Offenzustand gehalten wird XO und daraufhin nicht mehr schließt.

Mit der beschriebenen fünften Ausführungsform kann die Erfindungsaufgabe ebenfalls gelöst werden. Hierbei ist die Höhe 12 der Kontaktstelle 136 des Thermoschalters 124 über dem Substrat 158 auf 5 mm eingestellt. Die Höhe 12 ist jedoch nicht auf diese Größe beschränkt, sondern kann eine beliebige andere, zweckmäßige Größe besitzen. Falls jedoch die Höhe 1 2 zu klein ist, setzt sich von der Kontaktstelle versprühtes Wolfram im wesentlichen parallel zum Substrat 158 ab und bleibt an diesem haften. In diesem Fall kann die Widerstandsänderung im Leitzustand zu groß sein. Zur Vermeidung einer solchen Widerstandsänderung beträgt daher die Höhe 12 bevorzugt mehr als 3 mm.

Eine praktisch zweckmäßige sechste Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand von Fig. 10 erläutert. Dabei ist nur der Hauptteil gemäß der Erfindung, nämlich ein Abschnitt eines Starterelements 118 dargestellt.

In einem isolierenden Substrat 158 ist zwischen einem Tragelement 160 für einen feststehenden Kontaktteil) und einem Tragelement 162 für einen bewegbaren Kontakt^- tell) 128 eine Aussparung 194 ausgebildet. In diesem Fall bestimmt sich ein Mindestabstand 11 zwischen den Tragelementen 160 und 162 gemäß Fig. 10 durch eine längs

der Aussparung 194 im Substrat 158 verlaufende Kurve. Die Strecke L entspricht dem maximalen Abstand zwischen der Kontaktstelle 136 der Kontakte 126, 128 und der Kurve 11.

Mit dieser Ausführungsform wird eine ähnliche Wirkung, wie vorher beschrieben, erzielt.

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen bezüglich Anordnung und Form des Thermoschalters zugänglich. Ebenso ist auch die Lampe nicht auf eine Hochdruck-Natriumlampe beschränkt, vielmehr kann es sich dabei um eine mit einem Starterelement versehene andere Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, z.B. eine mit einem Alkalimetall einer anderen Art oder eine mit einem Metallhalogenid gefüllte Lampe handeln.

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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE

1. Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, umfassend ein Entladungsgefäß (Lichtemissionsröhre) (16, 116), in welches zwei Elektroden (12, 14, 112, 114) eingeschlossen sind,

ein einen normalerweise geschlossenen Thermoschalter (24, 124) und ein Widerstands(heiz)element (22, 122) aufweisendes Starterelement (18, 118), das bei Öffnungs- und Schließbetätigung des Thermoschalters (je) einen Impuls erzeugt, und ein Verbindungselement zum elektrischen Verbinden des Starterelements (18, 118) mit den Elektroden (12, 14, 112, 114), wobei der Impuls über das Verbindungselement an die Elektroden anlegbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (32, 132, 158) mit einem in der Nähe des Thermoschalter angeordneten isolierenden Körper (34, 134, 158) zum Erzeugen (causing) eines leitfähigen Abschnitts am Körper, wobei der leitfähige Abschnitt in ausreichendem Maß vorliegt, um einen durch Wiederholung der (Thermo-)Schalterbetätigung (en) zum Starterelement gelieferten Strom abzuleiten, so daß der Impuls verkleinert wird.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Körper (34, 134, 158) im wesentlichen parallel zum Thermoschalter angeordnet ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Abschnitt durch versprühtes Material vom (Thermo-)Schalter gebildet ist.

4. Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem isolierenden Körper (34, 134, 158) und einer Kontaktstelle (36, 136) des Schalters innerhalb von etwa 15 mm liegend gewählt ist.

5. Entladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter weiterhin einen feststehenden Kontaktteil (26, 126) und einen bewegbaren Kontaktteil (28, 128) aufweist.

6. Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Körper (34, 134, 158) ein Substrat (158) zur Halterung des Schalters aufweist.

7. Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Tragelement (160) zur Halterung des feststehenden Kontaktteils und ein zweites Tragelement (162) zur Halterung des bewegbaren Kontaktteils vorgesehen sind und daß die beiden Tragelemente am Substrat (158) angebracht sind.

8. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von einer Kontaktstelle

QQ (136) von feststehendem und bewegbarem Kontaktteil zu einer kürzesten, die beiden Tragelemente (160, 162) längs einer Oberfläche des Substrats (158) verbindenden Linie mit weniger als etwa 15 mm gewählt ist.