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DE3787910T2 - Hochintensive Entladungslampe mit mehrfachen Entladungsgeräten und mit Vorzugsentzündung. - Google Patents

Hochintensive Entladungslampe mit mehrfachen Entladungsgeräten und mit Vorzugsentzündung.

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DE3787910T2
DE3787910T2 DE87200520T DE3787910T DE3787910T2 DE 3787910 T2 DE3787910 T2 DE 3787910T2 DE 87200520 T DE87200520 T DE 87200520T DE 3787910 T DE3787910 T DE 3787910T DE 3787910 T2 DE3787910 T2 DE 3787910T2
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DE
Germany
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discharge
discharge vessel
lamp
vessel
starting
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DE87200520T
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Cornelis Adrianus Joann Jacobs
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Philips North America LLC
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US Philips Corp
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  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochintensitätsentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Lampe der im Oberbegriff beschriebenen Art ist aus US-A-4 287 454 = EP-A-0 30 730 bekannt.
  • Hochintensitätsentladungslampen (HID) enthalten allgemein ein Entladungsrohr oder Entladungsgefäß mit einer durchscheinenden oder transparenten Wand und sind mit ionisierbarem Material gefüllt. Zusätzlich kann das Entladungsgefäß ein Entladungselektrodenpaar enthalten. Im Betrieb entsteht eine elektrische Entladung im ionisierbaren Material und emittiert Licht. Beispielsweise haben Hochdrucknatriumdampfentladungslampen ein Quecksilbernatriumamalgam sowie ein inertes Startgas im Entladungsgefäß. Das Startgas wird zum Verdampfen einer Menge des Amalgams ionisiert, das verdampfte Quecksilber und Natrium werden ionisiert und es bildet sich eine kräftige lichtemittierende elektrische Entladung.
  • Die Schwierigkeit eines Neustarts einer HID-Lampe nach einer Unterbrechung der Entladung ist bekannt. Im Betrieb einer typischen HID-Lampe erreicht der Gasdruck im Entladungsgefäß mehrere Atmosphären. Nach einer Unterbrechung der Entladung erschwert der hohe Innendruck den Neustart der Entladung, d. h. den Neustart der Lampe. Daher muß das Entladungsgefäß gekühlt werden, bis sein Innendruck weit genug abgefallen ist, um die Entladung neu zu erzeugen. Die erforderliche Zeit zum genügenden Kühlen des Entladungsgefäßes für die Wiederherstellung der Entladung wird mit heißer Neustartverzögerung bezeichnet.
  • Da die erforderliche Zeit zum ausreichenden Abkühlen eines heißen Entladungsgefäßes und zum genügenden Senken des Innendrucks zum Starten der Lampe mehrere Minuten nehmen kann oder sogar länger andauert, liegt ein Element der Unzuverlässigkeit in Beleuchtungssystemen vor, die völlig auf HID-Lampen beruhen.
  • Eine Leistungsunterbrechung kurzer Dauer kann eine Unterbrechung in der Beleuchtungsservice ergeben, die viel länger dauert als die Leistungsunterbrechung. In Anwendungen, in denen eine Unterbrechung in der Beleuchtungsservice unzulässig ist, ist es notwendig, Hilfsbeleuchtung für Lichterzeugung anzuordnen, bis die HID-Lampen sich zum Neustarten genügend abgekühlt haben.
  • Das Problem der Versorgung mit Licht während der heißen Neustartverzögerung wurde auf verschiedene Weisen angegangen. Eine Möglichkeit dazu ist das Anbringen von Hilfsglühlampen. Jedoch erfordern derartige Hilfslampen ebenfalls Steuerschaltungen zum Betrieb in Perioden der heißen Neustartverzögerung. Diese zusätzliche Ausrüstung gibt zusätzliche Kosten und erfordert ein aufwendigeres System als das gerade zum Betreiben der HID-Lampe erforderliche System.
  • Eine andere Möglichkeit zum Lösen des heißen Neustartproblems ist die Verwendung von mehr als einer Entladungsröhre in derselben Lampe. In der US- Patentschrift Nr. 4 287 454 von Feuersager et al. ist eine Beschreibung einer Hochdruckentladungslampe gegeben, in der ein Paar von Lampenentladungsgefäßen in derselben Lampe und in Parallelschaltung enthalten sind. Wenn eine Startspannung an die Lampe gelegt wird, arbeitet eines der Entladungsgefäße als erstes und sorgt für einen wirksamen Nebenschluß des zweiten Entladungsgefäßes mit einer niedrigen Impedanz, wodurch letztgenanntes Entladungsgefäß nicht in Betrieb kommt. Nur das wirksame Entladungsgefäß erwärmt sich ausreichend zum Erhöhen seines Innendrucks und zum Vergrößern seiner Startspannung. Wenn die Betriebsspannung an die Lampe unterbrochen wird, startet daher eine neuangelegte Spannung das zuvor außer Betrieb bleibende Entladungsgefäß, das ohne heiße Neustartverzögerung in Betrieb kommt.
  • Das heiße Neustartproblem wurde auch durch die Verwendung eines Hilfs-Entladungsschlitzes außerhalb eines HID-Lampenentladungsgefäßes angegangen, jedoch innerhalb des Lampenaußenkolbens. Eine Lampe mit dieser Struktur wird in der US-Patentschrift Nr. 4 377 772 von Tsuchihshi et al. beschrieben. Diese Lampe startet auf die übliche Weise, wenn eine Betriebsspannung angelegt wird. Nach dem üblichen Temperaturanstieg im Entladungsgefäß weist das Entladungsgefäß die normale heiße Neustartverzögerung auf, wenn die Lampenspannung unterbrochen wird. In diesem Fall verursacht das Neuanlegen der Lampenspannung in der Zeit der heißen Neustartverzögerung eine Entladung über den Hilfs-Entladungsschlitz im Lampenkolben. Die Entladung über den Hilfsschlitz wird aufrechterhalten, bis das Entladungsgefäß sich zum Neustarten genügend abgekühlt hat, zu welcher Zeit der Spannungsabfall über das Entladungsgefäß sich verringert und die Spannung über den Hilfs-Entladungsschlitz zum Fortsetzen der Hilfsentladung nicht mehr ausreicht.
  • Optische Schattierung durch ein Entladungsgefäß, das das Licht eines anderen abblockt, tritt in der Lampe nach dem Stand der Technik mit einem einzigen Entladungsgefäß und mit einem Hilfs-Entladungsschlitz im Lampenkolben nicht auf. Für Lampen mit mehr als einem Entladungsgefäß wird optische Schattierung durch axial fluchtende Positionierung der Entladungsgefäße vermieden. Diese Anordnung von Entladungsgefäße ist für Hochleistungslampen unpraktisch. Beispielsweise hat eine 400 Watt Hochdrucknatriumdampf-HID-Lampe typisch ein Entladungsgefäß mit einer Länge von etwa 11,25 cm (4,5 Inch) und einen Außenkolben von ungefähr 20 cm (8 Inch). In einer derartigen Lampe mit mehrfachen Entladungsgefäßen wäre es unpraktisch, die Entladungsgefäße in axialer Richtung fluchten zu lassen. Optische Schattierung eines Entladungsgefäßes durch ein anderes ist unvermeidbar, wenn mehrfache Entladungsgefäße nebeneinander angeordnet werden.
  • Erfindungsgemäß ist eine Hochintensitätsentladungslampe der eingangs erwähnten Art mit Mitteln ausgerüstet, durch die das eine Entladungsgefäß immer als erstes gestartet wird, wenn die Lampe aus einem kalten Zustand gestartet wird, in dem die Entladungsgefäße unerwärmt sind und ihre übliche Startspannung haben, und das andere Gefäß bleibt außer Betrieb, nachdem das erste gestartet ist.
  • Ein Vorteil für den Leuchtenentwurf von HID-Lampen nach der Erfindung mit einem Paar von Entladungsgefäßen besteht darin, daß dasselbe Entladungsgefäß immer als erstes startet, wenn die Lampe aus einem kalten Zustand startet. In diesem Fall kann die Leuchte zum Minimieren des Effekts optischer Schattierung durch das außer Betrieb befindliche Entladungsgefäß und zum maximalen Ausnutzen des vom ersten Gefäß emittierten Lichts entwickelt werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten die Entladungsgefäße einen Entladungskolben, ein Paar von Entladungselektroden im Entladungskolben und eine Entladungskolbenfüllung aus einem inerten Startgas mit ionisierbarem Material. Die Mittel zum bevorzugten Starten wird durch das inerte Startgas im einen Entladungsgefäß mit einem Druck kleiner als der inerte Startgasdruck des anderen Entladungsgefäßes definiert.
  • In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die Mittel
  • zum bevorzugten Starten eine metallische Starthilfe nahe bei einem der Entladungsgefäße zum Beliefern des einen Entladungsgefäßes mit einer niedrigeren Startspannung als der des anderen Entladungsgefäßes. Die Starthilfe kann vorteilhaft ein um das Entladungsgefäß gewickelter Metalldraht sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 einen Aufriß der erfindungsgemäßen Hochintensitätsentladungslampe mit zwei Entladungseinrichtungen,
  • Fig. 2 einen Seitenaufriß der Lampe nach Fig. 1,
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf die Lampe nach Fig. 1,
  • Fig. 4 einen vertikalen Teilquerschnitt durch die Lampe nach Fig. 1,
  • Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Hochintensitätsentladungslampe, und
  • Fig. 6 einen Vorderaufriß eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hochintensitätsentladungslampe.
  • Die erfindungsgemäße Lampe nach Fig. 1 bis 4 enthält einen Glas- Außenkolben 1 mit einem Schraubsockel 2 an einem Ende. Ein Paar von Entladungseinrichtungen 3 und 4 befindet sich im transparenten Kolben 1 und ist zum Emittieren von Licht anregbar.
  • Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Entladungseinrichtungen 3 und 4 Entladungsgefäßeinheiten für Hochdruckentladungslampen. Jede der Entladungsgefäßeinheiten enthält ein Entladungsgefäß, ein Paar innerer Entladungselektroden im Entladungsgefäß und eine Füllung aus einem inerten Startgas und einem ionisierbaren Material. Die Verbindung der inneren Entladungselektroden der Entladungseinrichtung 3 erfolgt durch leitende Stromdurchführungen 5 und 6 und mit den inneren Entladungselektroden der Entladungseinrichtung 4 über leitende Stromdurchführungen 7 und 8. Wenn an ein Paar der leitenden Stromdurchführungen eine genügend hohe Spannung angelegt wird, entsteht eine elektrische Entladung in der Entladungseinrichtung und es wird sichtbares Licht mit hohen Intensität emittiert.
  • Die Entladungseinrichtungen 3 und 4 sind von der Metallträgerstruktur elektrisch parallelgeschaltet, die die Entladungseinrichtungen im Lampenkolben 1 trägt. Der hochstehende Trägerstab 9 erstreckt sich nach oben hin, trägt das horizontale Element 11 und ist an seinem oberen Ende 11 verankert. Das horizontale Element 10 hat nach unten sich erstreckende Endteile, die sich nach jeweiligen rohrförmigen Stromdurchführungen 5 und 7 zum Tragen der oberen Enden der Entladungseinrichtungen 3 und 4 erstrecken. Die elektrische Verbindung zwischen den Stromdurchführungen 5 und 7 und dem horizontalen Element 10 erfolgt durch Metallrippen 12 und 13, die zwischen je einer betreffenden Elektrode der Stromdurchführungen 5 und 7 und dem horizontalen Element 10 verbunden sind.
  • Der Trägerstab 9 erstreckt sich abwärts nach der Quetschung 14 und stellt eine Verbindung mit einer Drahtstromdurchführung 15 her. Die Stromdurchführung 15 erstreckt sich wieder durch die Quetschung 14 und verbindet sich mit dem Sockel 2 zur Vervollständigung der elektrischen Schaltung vom Schraubsockel 2 nach den oberen Elektroden der Entladungseinrichtungen 3 und 4.
  • Die unteren Elektroden-Stromdurchführungen 6 und 8 sind miteinander mechanisch und elektrisch über den Metallstreifen 16 verbunden. Dieser Streifen ist am vertikalen Draht 17 gut befestigt, dem sich durch die Quetschung 14 erstreckt und sich mit dem Schraubsockel 2 verbindet.
  • Die Entladungseinrichtungen 3 und 4 liegen weit genug auseinander, so daß der Betrieb der Entladungseinrichtung 3 die Entladungseinrichtung 4 nicht zu stark erwärmt und ihre Startspannung nicht über die von der Lampenstarterschaltung gelieferte Spannung erhöht. Also ist es möglich, die Entladungseinrichtung 4 zu starten, sogar wenn die Entladungseinrichtung 3 auf den Punkt erwärmt ist, bei dem die heiße Neustartverzögerung auftritt.
  • Die von der Metallträgerstruktur definierte elektrische Schaltung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt, in der die Leitwege mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind, wie die in Fig. 1 bis 4 zum Identifizieren der mechanischen Bauteile zur Definition dieser Leitwege.
  • Die Entladungseinrichtungen 3 und 4 sind parallel mit dem Element 10 und den Streifen 12 und 13 und mit dem Streifen 16 elektrisch verbunden. Wenn also ein Potentialunterschied über den Schraubsockel 2 angelegt wird, wird derselbe Potentialunterschied über die Entladungseinrichtung 3 und die Entladungseinrichtung 4 angelegt. Wenn die beiden Entladungseinrichtungen im wesentlichen dieselbe Startspannung führen, so ist unvoraussagbar, welche Entladungseinrichtung zunächst startet.
  • Zum bevorzugten Starten einer der Entladungseinrichtungen, beispielsweise der Entladungseinrichtung 3, arbeitet eine Starthilfe, die in Fig. 5 schematisch dargestellt ist, mit der Entladungseinrichtung 3 zum ersten Starten zusammen, sogar wenn dieselben Potentialunterschiede über beide Entladungseinrichtungen angelegt werden.
  • Die schematisch in Fig. 5 dargestellte Starthilfe kann durch Herstellung der Entladungseinrichtung 3 mit einem niedrigeren inerten Füllgasdruck als der der Entladungseinrichtung 4 verwirklicht werden, um eine niedrigere Startspannung an ihn anzulegen. Die jeweiligen Startspannungen müssen ausreichend verschieden sein, so daß vorzugsweise die Entladungseinrichtung 3 startet, sogar nachdem die jeweiligen Startspannungen den unvermeidbaren Spannungsanstieg erfahren, der während der Lebensdauer einiger HID-Lampen auftritt. Gleichzeitig muß die Startspannung beider Entladungseinrichtungen 3 und 4 innerhalb des Bereichs herkömmlicher Startspannungen liegen. Auch die wirkliche Startspannung muß nahe genug bei ihrer Entwurfspannung liegen, so daß für große Anzahlen von Entladungseinrichtungen solche zum Führen der niedrigeren Startspannung immer eine Startspannung haben, die um einen bestimmten Wert niedriger ist als die zum Führen der höheren Startspannung.
  • Zum Prüfen der Definition von Vorzugsstartmitteln in der Praxis durch die Wahl eines inerten Füllgasdrucks wurden 400 Watt-Hochdrucknatriumdampf-HID- Lampen mit Entladungseinrichtungen mit verschiedenen Füllgasdrücken hergestellt. Diese Lampen enthielten Entladungseinrichtungen mit einer typischen Natrium-Quecksilber-Amalgamfüllung mit 18,4 Gew. % an Natrium und 81,6 Gew. % Quecksilber. Das inerte Füllgas war reines Xenon. Die Entladungseinrichtungen waren einander gleich mit der Ausnahme, daß neunzehn davon einen Xenonfülldruck von 2128 Pa (16 Torr) für eine Startnennspannung von 2100 Volt und fünfundvierzig davon eine Xenonfülldruck von 2660 Pa (20 Torr) für eine Startnennspannung von 2600 Volt hatten.
  • Zwei Entladungseinrichtungen mit höherer Startspannung, die mit 2660 Pa (20 Torr) gefüllt waren, führten außergewöhnlich hohe Spannungen und sind aus den nachstehenden Daten ausgelassen. Kurzgefaßt in der nachstehenden Tabelle sind die Anzahl der Entladungseinrichtungen in jeder Gruppe, die mittlere Startspannung und der Bereich, in dem die Startspannung sich innerhalb jeder Gruppe änderte. Anzahl der Bogengefäße Nennspannung Mittelspannung Spannungsbereich
  • Die Daten zeigen, daß die Startspannungen der einzelnen Entladungseinrichtungen in jeder Gruppe innerhalb eines Bereichs von 350 Volt lagen, und das der Unterschied zwischen der maximalen Startspannung unter den Entladungseinrichtungen mit der niedrigeren Startnennspannung und der Mindeststartspannung zwischen den Entladungseinrichtungen mit der höheren Startnennspannung 200 Volt betrug.
  • Die Daten zeigen, daß bei stichprobenartiger Wahl der Entladungseinrichtungen aus den zwei Gruppen und in dieselbe Lampe aufgenommen, im schlimmsten Fall die Startspannung der einen Entladungseinrichtung um 200 Volt niedriger als die höhere Startspannung wäre. Die Startspannung einer Hochdrucknatriumdampfentladungseinrichtung kann erwartungsgemäß während ihrer Lebensdauer um etwa 100 Volt ansteigen, was gerade eine Hälfte des schlimmsten Falls bei einem Startspannungsunterschied zwischen den beiden Entladungseinrichtungen ist. Also startet die Entladungseinrichtung mit der niedrigeren Startspannung vorzugsweise über die ganze Lebensdauer der Lampe, und die Verwendung verschiedener inerter Gasfülldrücke zum Erhalten einer Vorzugszündung ist für handelsübliche Lampen praktisch.
  • Angefertigt wurden Lampen mit zwei Entladungseinrichtungen, mit verschiedenen Startspannungen, aus den eben beschriebenen Entladungseinrichtungen. Jedenfalls startete die Entladungseinrichtung mit der niedrigeren Startspannung zunächst. Im Lampenbetrieb bei einer Stromunterbrechung und dadurch eine Unterbrechung in der betriebenen und erwärmten Entladungseinrichtung würde die zweite Entladungseinrichtung mit der höheren Startspannung bei Neuzufuhr des Lampenstroms ohne heiße Neustartverzögerung starten.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 6 wird die Struktur zum Definieren der Vorzugsstarthilfe durch eine spiralige Metallspule 18 um eine der Entladungseinrichtungen definiert. Der Betrieb dieser Art von Starthilfe wird mit weiteren Einzelheiten in der US-Patentschrift 4 491 766 beschrieben, dessen Inhalt als Bestandteil dieser Beschreibung anzusehen ist. Die Metallspirale 18 ist mit dem Trägerstab 9 über die Diode 19 elektrisch verbunden.
  • Die Diode hat eine wirksame Polarität zum Anlegen eines positiven Potentials an die Metallspirale 18 für die Dauer jedes abwechselnden Halbzyklus der angelegten Spannung. Für wenigstens eine Hälfte jedes Wechselstromzyklus ist das Potential an die Metallspirale 18 positiv und dem der Entladungselektroden entgegengesetzt. Diese positive Spannung bewirkt örtliche Ionisation innerhalb der Entladungseinrichtung und eine Kippentladung. Elektronen aus der Entladung werden durch das Feld zwischen den Entladungselektroden beschleunigt und fördern die Bildung der Hauptentladung. Die Hauptentladung entsteht bei einer niedrigeren Spannung als wenn die Metallspirale 18 nicht vorhanden und vorgespannt wäre.
  • Die hier beschriebene Erfindung beschränkt sich nicht auf die speziellen dargestellten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise lassen sich Entladungseinrichtungen vom elektrodenlosen Typ verwenden.

Claims (5)

1. Hochintensitätsentladungslampe mit einem Paar Hochdruckentladungsgefäßen (3, 4), die je auf eine angelegte Spannung zum Aufbauen einer elektrischen Entladung zum Emittieren von hochintensivem Licht ansprechen, wobei die Entladungsgefäße sich im Betrieb erwärmen und im heißen Zustand eine wesentlich höhere Startspannung als im kalten Zustand aufweisen, mit Montagemitteln zum derartigen Montieren der Entladungsgefäße in der Lampe in bezug aufeinander, daß im Betrieb Erwärmung des einen Entladungsgefäßes das andere Entladungsgefäß nicht soweit erwärmt, daß dadurch die Startspannung des anderen Entladungsgefäßes erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe mit Mitteln versehen ist, mit denen das eine Entladungsgefäß immer zunächst gestartet wird, wenn die Lampe in einem kalten Zustand gestartet wird, in dem die Entladungsgefäße unerwärmt sind und ihre normale Startspannung aufweisen, und das andere Entladungsgefäß außer Betrieb bleibt, nachdem das erste Entladungsgefäß gestartet hat.
2. Hochintensitätsentladungslampe nach Anspruch 1, worin die Entladungsgefäße ein Paar von Entladungselektroden im Entladungsgefäß, ein inertes Startgas und ein ionisierbares Material enthalten, und die Mittel, mit denen das eine Entladungsgefäß immer zunächst startet, durch das inerte Startgas in dem einen Entladungsgefäß mit einem Druck definiert wird, der niedriger ist als der inerte Startgasdruck des anderen Entladungsgefäßes.
3. Hochintensitätsentladungslampe nach Anspruch 2, worin das inerte Startgas im einen Entladungsgefäß einen Druck von etwa 665 Pa (5 Torr) hat und niedriger ist als der Druck des inerten Startgases im anderen Entladungsgefäß.
4. Hochintensitätsentladungslampe nach Anspruch 1, worin die Mittel, mit denen das eine Entladungsgefäß (3) immer zunächst startet, eine Metallstarthilfe (18, 19) enthält, die in der Nähe des einen Entladungsgefäßes angeordnet ist, um dem einen Entladungsgefäß eine niedrigere Startspannung zu verleihen, als die des anderen Entladungsgefäßes (4).
5. Hochintensitätsentladungslampe nach Anspruch 4, worin die Metallstarthilfe ein Metalldraht (18) ist, der um das eine Entladungsgefäß (3) gewickelt ist.
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Date Code Title Description
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