DE3543986C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Entladungslampen dieser Art, die mit einem frequenzmodulierten Hochfrequenzsignal gespeist werden, besitzen eine hohe Licht­ ausbeute und können als Dauer-Lichtquelle wie eine Metallhalo­ genlampe benützt werden. Sie umfassen im allgemeinen eine Lichtbogenröhre, beispielsweise aus Quarzglas, die in einem gasgefüllten Außenmantel steckt, mit einem Elektrodenpaar ver­ sehen ist und in die ein Edelgas und Leuchtstoffe luftdicht eingeschlossen sind. Zusätzlich zu der besseren Lichtausbeute, die beim Betrieb solcher Lampen mit Hochfrequenz erreicht wird, kann bekanntlich die Versorgungsschaltung aus elektroni­ schen Bauteilen aufgebaut sein, so daß die erforderliche Dros­ sel in Größe und Gewicht stark verkleinert werden kann und auch mit geringeren Verlusten behaftet ist.

Bei diesen Hochdruck-Entladungslampen hat sich andererseits eine gefährliche Kehrseite gezeigt. Bei einem Übereinstimmen der natürlichen Frequenz der Lichtbogenröhre mit einer Druck­ änderung in der Röhre infolge des Betriebs entsteht eine ste­ hende Welle, die zu einer akustischen Resonanzerscheinung führt. Dabei verzieht sich oder flackert die in der Röhre er­ zeugte Entladungsbogensäule oder verlöscht schließlich. Auch eine Zerstörung der Röhre kommt vor. Es erhob sich daher eine allgemeine Forderung, die Lampen in dieser Hinsicht zu verbes­ sern.

Als Versuche, der obengenannten Schwierigkeiten Herr zu werden, wurden zahlreiche Maßnahmen vorgeschlagen, beispielsweise in der US-PS 43 73 146 und der JP-OS 48 095/1981. Diese US-PS offenbart eine Entladungslampe hoher Intensität, die mit einem Wechselstrom aus einem Wandler betrieben wird. Dem Wandler wird zur Frequenzmodulation eine Rechteckwelle von 20 bis 30 kHz oder 20 bis 50 kHz aus einem Rechteckgenerator zugeführt. Die JP-OS 48 095/1981 schildert eine ähnliche Hochdruck-Entla­ dungslampe, bie der aber die Ausgangsfrequenz einer Hochfre­ quenzquelle mit Hilfe eines Modulators in einer Zone moduliert wird, die eine stabile Betriebszone der Entladungslampe umfaßt. Diese Vorschläge helfen bis zu einem gewissen Grad bei der Be­ seitigung der akustischen Resonanzerscheinung, sie bringen aber immer noch eine Schwierigkeit mit sich. Man nimmt an, daß Zonen, in denen die akustische Resonanzerscheinung auftritt (diese Zonen werden im folgenden einfach "instabile Zonen" ge­ nannt), beispielsweise auf zwei Funktionen einer Mittelfre­ quenz von 30 bis 60 kHz und einem Modulationsfrequenzbereich von 0 bis 10 kHz beruhen, wenn die Lampe mit Hilfe einer Hoch­ frequenz-Leistungsquelle betrieben wird. Die Verwirklichung einer ausreichend breiten Zone, in der die akustische Reso­ nanzerscheinung vermeidbar ist (diese Zone wird im folgenden einfach "vermeidbare Zone" genannt) erfordert einen ziemlich komplizierten elektronischen Schaltkreis, so daß die erforder­ lichen Kosten zum Vermeiden der akustischen Resonanzerschei­ nung außerordentlich in die Höhe steigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Ent­ ladungslampe anzugeben, bei der instabile Zonen weitgehend un­ terdrückt sind und eine ausreichend ausgedehnte stabile Be­ triebszone verfügbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine gattungsge­ mäße Hochdruck-Entladungslampe gelöst, welche die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es folgt zunächst eine kurze Übersicht der verschiedenen Figuren.

Fig. 1 ist ein Schaubild zur Erläuterung der akustischen Reso­ nanzerscheinung bei einer bekannten Bogenröhre für eine Hoch­ druck-Entladungslampe.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines frequenzmodulierten Hochfrequenz- Versorgungskreises für die Lampe, benützt zum Beobachten der akustischen Resonanzerscheinung.

Die Fig. 3a bis 3f zeigen schematisch verschiedene Lichtbogen­ röhren für die Hochdruck-Entladungslampe gemäß der Erfindung, mit denen die akustische Resonanzerscheinung vermeidbar ist.

Die Fig. 4a bis 4c zeigen schematisch Beispiele von Lichtbo­ genröhren, mit denen die akustische Resonanzerscheinung nicht vermeidbar ist.

Die Fig. 5 ist ein Schaubild, das das Vorhandensein und Fehlen der akustischen Resonanzerscheinung in einer Koordinatenebene zeigt, bei dem auf der Abszisse die Mittelfrequenz (CF) und auf der Ordinate der Frequenzmodulationsbereich (FM) aufgetra­ gen ist. Die Erscheinung wurde bei der Lichtbogenröhre nach Fig. 1 beobachtet.

Die Fig. 6a und 6b zeigen schematisch die Bogen­ röhre bei einem anderen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung und ein Schaubild ähnlich der Fig. 5. Es wird akustische Resonanzerscheinung gezeigt, die bei einer Bogenröhre nach Fig. 6a beobachtet wurde.

Fig. 7 zeigt schematisch noch ein Ausführungs­ beispiel der Lichtbogenröhre für die Lampe nach der Erfindung.

Die Fig. 8a, 9a, 10a und 11a zeigen schematisch weitere Ausführungsbeispiele der Bogenröhre nach der Erfindung.

Die Fig. 8b, 9b, 10b und 11b sind Schaubilder ähnlich der Fig. 5 und zeigen die akustische Resonanzerscheinung für die Bogenröhren der Fig. 8a, 9a, 10a und 11a.

Fig. 12 zeigt schematisch ein anderes Ausführungs­ beispiel der Bogenröhre nach der Erfindung.

Die Schaubilder der Fig. 13 bis 15 erläutern Funktionsmerkmale anderer Ausführungsbeispiele der Hochdruck-Entladungslampe nach der Erfindung.

Die Fig. 16a ist eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Bogenröhre für die Lampe nach der Erfindung, die Fig. 16b ist ein Schaubild ähnlich der Fig. 5 zum Erläutern der akustischen Resonanzerscheinung, beobachtet an einer Röhre nach Fig. 16a.

Die Graphik von Fig. 17 zeigt den prozentualen Anteil der instabilen Zone unter Berücksichtigung der Gestalt und der Abmessung eines Endes der Bogenröhre der Hochdruck-Entladungslampe.

Die Fig. 18a, 19a, 20a und 21a zeigen schematisch weitere Ausführungsbeispiele der Bogenröhre für die Lampe nach der Erfindung.

Die Fig. 18b, 19b, 20b und 21b sind Schaubilder ähnlich der Fig. 5 und zeigen die akustische Resonanzerscheinung, beobachtet an den verschiedenen Bogenröhren der Fig. 18a, 19a, 20a und 21a.

Fig. 22 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Bogenröhre einer der Fig. 19 bis 21 zum Erklären ihrer Abmessungen.

Fig. 23 ist Schaubild ähnlich Fig. 17 und zeigt den Anteil der instabilen Zone unter Berücksichtigung des Endes der Röhre von Fig. 22.

Die Fig. 24 bis 32 sind Teilansichten eines Endes bei anderen Ausführungsbeispielen der Bogenröhre für die Hochdruck-Entladungslampe entsprechend der Erfindung, wobei (a) die Seitenansicht und (b) die Draufsicht ist.

Fig. 33 ist ein schematischer Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Bogenröhre für eine kleine Hochdruck-Entladungslampe nach der Erfindung.

Fig. 34 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Bogenröhre nach der Erfindung.

Fig. 35 ist ein Schaubild ähnlich Fig. 5 und zeigt die akustische Resonanzerscheinung bei einer Röhre nach Fig. 34.

Fig. 36 ist ein Schaubild ähnlich Fig. 17 und zeigt den Anteil der instabilen Zone unter Berücksichtigung der Abmessungen und der Gestalt eines Röhrenendes der Röhre von Fig. 34.

Die Fig. 37a und 37b sind eine schematische Seiten­ ansicht und eine Draufsicht bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Bogenröhre für eine Lampe nach der Erfindung.

Fig. 38a ist eine schematische Seitenansicht bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Bogenröhre für die Lampe nach der Erfindung, Fig. 38b ist ein Schaubild ähnlich Fig. 5 und zeigt die akustische Resonanzerscheinung bei einer Bogenröhre nach Fig. 38a.

Die Fig. 39 und 40 sind schematische Darstellungen von weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen der Bogenröhre für die Lampe nach der Erfindung.

Die Fig. 41 bis 43 sind schematische Schnitte bei weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen der Bogenröhre für die kleine Hochdruck-Entladungslampe nach der Erfindung.

Die Fig. 44a, 45a und 46a zeigen schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele der Bogenröhre nach der Erfindung.

Die Fig. 44b, 45b und 46b sind Schaubilder ähnlich Fig. 5 und zeigen die akustische Resonanz­ erscheinung bei den verschiedenen Bogenröhren der Fig. 44a, 45a und 46a.

Die Fig. 47a bis 47d sind Schaubilder ähnlich Fig. 5 und zeigen die akustische Resonanzerscheinung bei vier verschiedenen Quecksilberdampfdichten in einer Bogenröhre nach Fig. 49 entsprechend der Erfindung.

Fig. 48 ist ein Schaubild, das den prozentualen Anteil der instabilen Zone unter Berücksichtigung der verschiedenen beim Schaubild der Fig. 47 verwendeten Quecksilberdampfdichten zeigt.

Fig. 49 zeigt schematisch die für die Beobachtungen nach Fig. 47 verwendete Bogenröhre.

Das Schaubild der Fig. 50 zeigt den prozentualen Anteil der instabilen Zone unter Berücksichtigung der Feldstärke der Entladungsbogensäule bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Bogenröhre für die Lampe nach der Erfindung.

Die Fig. 51a bis 51d sind Schaubilder ähnlich der Fig. 5. Dabei zeigen die Fig. 51a bis 51c die akustische Resonanzerscheinung für die Röhre nach Fig. 49 mit einer Ausgangsleistung von 400 Watt.

Die Fig. 51d zeigt die gleiche Erscheinung für eine Röhre nach Fig. 42, ebenso mit einer Leistung von 400 Watt.

Fig. 52 schließlich ist eine schematische Seiten­ ansicht der Bogenröhre bei einem weiteren Ausführungs­ beispiel nach der Erfindung, benützt für die Beobachtung nach Fig. 51d.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf die in der beigefügten Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiele erläutert.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird in einer Hochdruck-Entladungslampe, die mit Hilfe einer frequenzmodulierten (FM) Hochfrequenz-Leistungsquelle betrieben wird, die dabei im allgemeinen auftretende akustische Resonanzerscheinung vermeidbar gemacht. Ein Ende der Bogenröhre, die in einer gasgefüllten Umhüllung angeordnet ist, wird so ausgebildet, daß es der oben angegebenen Gleichung genügt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst die akustische Resonanzerscheinung (die im folgenden einfach "AR-Erscheinung" genannt wird), die die Erfindung betrifft, erläutert werden. Die AR- Erscheinung wird durch eine stehende Welle induziert, die beim Zusammentreffen der natürlichen Frequenz, die durch die Konfiguration und die geladenen Teilchen der Bogenröhre festgelegt ist, mit der Druckänderung in der Bogenröhre abhängig von der Zeit bei der Zufuhr von Leistung in die Röhre aus einer Hochfrequenzquelle. Hier wird angenommen, daß die Bogenröhre LT, gezeigt in Fig. 1, eine zylindrische Gestalt hat. Ein System von zylindrischen Koordinaten soll eine radiale Richtung r, eine Umfangsrichtung R und eine axiale Richtung z habe. Die Grundfrequenzen F _r, F _R und F _z der AR-Erscheinung in den jeweiligen Richtungen r, R und z haben die folgenden Werte:

Resonanz in der r-Richtung: F _r = 3,83C/2π R.
Resonanz in R-Richtung: F _R = 1,84C/2f R.
Resonanz in z-Richtung: F _z = C/2L.

Hierbei ist L die gesamte Länge der Bogenröhre LT, der Radius der Röhre ist mit R bezeichnet, und C ist die Schallgeschwindigkeit in der Röhre, die durch die Temperatur in der Röhre festgelegt ist. Es ist C=√, wobei γ das Verhältnis von spezifischer Wärme bei einem konstanten Druck zu spezifischer Wärme bei einem konstanten Volumen ist, P ist eine Gaskonstante, T ist die Temperatur in der Bogenröhre, M schließlich ist das Durchschnitts-Atomgewicht der geladenen Teilchen.

Die AR-Erscheinung tritt in der Bogenröhre bei Frequenzen auf, die einem ganzzahligen Vielfachen der oben angegebenen Grundfrequenzen entsprechen. Die Energie der AR-Erscheinung hat einen nachteiligen Einfluß auf eine eigene stabile entladungserhaltende Kraft einer Bogensäule, wobei diese Kraft zwischen den Elektroden f und f′ in der Bogenröhre LT während des Betriebs aufgebracht wird.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird die AR-Erschei­ nung vermieden durch ein weitgehendes Abflachen oder Stauchen wenigstens eines Endes der Bogenröhre der Hochdruck-Entladungslampe. Es wurde herausgefunden, daß die Gestalt der Bogenröhre zum Vorkommen der AR-Erscheinung beiträgt. Weiter wurde durch umfang­ reiche Messungen zur AR-Erscheinung bei zahlreichen Abwandlungen der Bogenröhre gefunden, daß die AR-Erscheinung durch ein weitgehendes Abflachen wenigstens eines Endes der Röhre vermieden werden kann.

Zum Messen der AR-Erscheinung wurde beispielsweise eine Versorgungsschaltung nach Fig. 2 für die Hochdruck-Entladungslampe benützt. Ein Paar von Schalterelementen 11 und 11 a sind in Reihe mit einer Gleichstromquelle 10 und parallel zu Kondensatoren 12 und 12 a geschaltet. Eine Reihenschaltung eines strombegrenzenden Elements 13 und einer Hochdruck- Entladungslampe 14 liegt zwischen einem Verbindungs­ punkt des Schalterpaars 11 und 11 a und einem Verbindungspunkt des Kondensatorpaars 12 und 12 a. Ausgangsklemmen eines Frequenzmodulatores 15 sind mit der zugehörigen Basis der Schalterelemente 11 und 11 a verbunden, sie speisen eine frequenzmodulierte Hochfrequenzleistung in die Hochdruck-Entladungslampe 14.

Weiter weist die zugeführte Leistung eine Mitten­ frequenz von 20 bis 100 kHz auf, um Hörfrequenz­ zonen und eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen zu vermeiden.

In den Fig. 3 und 4 sind Bogenröhren zahlreicher Konfigurationen gezeigt, die zum Messen des Vorhandenseins oder des Fehlens der AR-Erscheinung verwendet wurden. Die Bogenröhre LT der Fig. 3a bis 3f, weitgehend abgeflacht an wenigstens einem Ende, haben bestätigt, daß die AR-Erscheinung in einer beträchtlichen Anzahl von Zonen vermeidbar ist. Mit den in den Fig. 4a bis 4c gezeigten Röhren, die nur bis zu einem gewissen Grad in ihrer Gestalt abgewandelt sind, konnte dagegen das Vorkommen der Erscheinung nicht vermieden werden, so lange ihre Enden nur gekrümmt blieben. Hier bezieht sich der Ausdruck "Ende" auf ein Teilstück der Bogenröhre mit den Konfigurationen und Dimensionen entsprechend den Merkmalen der Erfindung, und zwar ohne die zugehörigen kleinen Ausstülpungen SP, die als gasdichte Halterungen für die Anschlußfüße der Drahtelektroden f und f′ dienen. Es handelt sich um den Teil der Länge L _r in Fig. 1, festgelegt zu (3±2) mm oder (6±5) mm, der später unter Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wird. Weiter bezieht sich der Ausdruck "im wesentlichen zylindrischer Teil" auf den Bogen­ röhren-Hauptkörper, der sich zwischen den beiden "Enden" erstreckt, so daß das "Ende" des "im wesentlichen zylindrischen Teils" die Grenze zwischen dem im wesentlichen zylindrischen Teil und den jeweiligen Enden darstellt. Insbesondere bei der Röhre nach Fig. 3b ist zusätzlich zu den weit­ gehend abgeflachten Enden längs der Innenfläche des im wesentlichen zylindrischen Teils eine sich radial nach innen erstreckende Platte PP vorgesehen.

Die Messung der AR-Erscheinung wurde vorgenommen an einer Röhre nach Fig. 1, die an beiden Enden gekrümmt oder kugelig ist, und an einer Röhre nach Fig. 6a (im wesentlichen die gleiche wie die in Fig. 3a), die an beiden Enden weitgehend abgeflacht ist. Das Meßergebnis ist in den Schaubildern der Fig. 5 und 6b gezeigt, in denen auf der Abszisse die Mittenfrequenz (CF) und auf der Ordinate der Frequenzmodulationsbereich (FM) während des Betriebs der Röhre aufgetragen ist. Kreise "o" und Kreuze "x" stellen die Zonen dar, in denen jeweils die AR- Erscheinung vermieden (vermeidbare Zone) oder nicht vermieden (instabile Zone) werden kann. Aus dem Vergleichen der beiden Schaubilder sieht man, daß bei der an beiden Enden weitgehend abgeflachten Bogen­ röhre die AR-Erscheinung in vielen Zonen einer Mittenfrequenz über 30 kHz und eines Modulations­ frequenzbereichs von 0 bis 10 kHz signifikant vermieden werden kann. Bei der Bogenröhre nach Fig. 3b mit der Platte PP sind die vermeidbaren Zonen noch größer. Wenn eine flache Platte FT in der Nachbarschaft der einen Elektrode f′ senkrecht zur Achse der Röhre mit Hilfe von geeigneten Befestigungsmitteln in der Röhre, wie in Fig. 7 gezeigt, angeordnet ist, kann im wesentlichen das gleiche Ergebnis wie bei der Röhre mit den weit­ gehend abgeflachten Enden erzielt werden.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung werden zahlreiche Abwandlungen der Konfiguration des Endes der Bogenröhre vorgeschlagen. In Fig. 8a sind beispielsweise beide Enden einer Bogenröhre axial nach innen gekrümmt. Dadurch werden, wie in Fig. 8b gezeigt, vermeidbare Zonen erhalten ähnlich wie bei Fig. 6b.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird, eben­ falls zum Vermeiden der AR-Erscheinung, eine Abwandlung der Konfiguration der Bogenröhre vor­ geschlagen in der Weise, daß ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Enden des im wesentlichen zylindrischen Teils erreicht wird. in einer solchen in Fig. 9a gezeigten Bogenröhre ist die axiale Länge größer als bei üblichen Röhren. Eine der Elektroden ist an ihrem Anschlußfuß länger als die andere, wobei der Abstand zwischen den beiden Elektroden gleich ist wie bei üblichen Röhren. Dadurch ist ein Ende hinter der zugehörigen Elektrode länger als das ander. Diese Anordnung liefert einen Temperatur­ unterschied zwischen den Elektroden. Viele vermeidbare Zonen in einem breiteren Bereich können damit, wie in Fig. 9b gezeigt, erreicht werden.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Bogen­ röhre an beiden Enden weitgehend abgeflacht, also gestaucht, und mit der abgeänderten Form zum Erreichen des Temperaturunterschieds zwischen den beiden Elektroden versehen. In Fig. 10a umfaßt der im wesentichen zylindrische Teil der Bogenröhre einen Abschnitt mit einem größeren Druchmesser D₁ und daran anschließend einen kleineren Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser D₂. Das Verhältnis von D₁ zu D₂ beträgt 1 : 0,6. Der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser hat eine Länge L _S und ist kürzer als der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser mit der Länge L _L. Die Längen L _S und L _L stehen zueinander im Verhältnis 1 : 2. Bei dieser Anordnung mit den beiden weitgehend abgeflachten Röhrenenden ist die Temperatur im Abschnitt mit dem größeren Durchmesser auf der Seite der Elektrode f′ niedriger als die Temperatur im Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser auf der Seite der anderen Elektrode f. Dadurch erreicht man vermeidbare Zonen in einem erweiterten Bereich, siehe Fig. 10b. Die Fig. 11a zeigt eine andere Bogenröhre, die ähnliche Bereiche unterschied­ lichen Durchmessers wie in Fig. 10a umfaßt, die aber in ihrer Lage vertauscht sind, so daß sich die niedrigere Temperatur auf der Seite der oben angeordneten Elektrode f einstellt. Die Vermessung der vermeidbaren Zonen dieser Röhre ist in Fig. 11b gezeigt. Beim Vergleich der Fig. 10b und 11b sieht man jedoch, daß mit der Röhre nach Fig. 10a viel bessere Ergebnisse erzielt werden als mit der "umgekehrten" Röhre von Fig. 11a.

In einem anderen Ausführungsbeispiel, Fig. 12, ist ein Ende der Lichtbogenröhre auf der Seite der oberen Elektrode f auf der Außenseite mit einem hitzeisolierenden Film AI beispielsweise aus Zirkonoxyd beschichtet. Dadurch entsteht in der Röhre, wenn sie mit der frequenzmodulierten Hoch­ frequenzleistung betrieben wird, ein Temperaturunter­ schied zwischen den Elektroden f und f′. Man erreicht dadurch vermeidbare Zonen in einem weiten Bereich.

Wird die Lichtbogenröhre der Hochdruck-Entladungs­ lampe mit einer frequenzmodulierten Hochfrequenz betrieben, kann die Hochfrequenz weiter moduliert werden, um die Möglichkeit des Vorkommens der AR- Erscheinung zu vermeiden, vor allem, um die vermeidbaren Zonen zu erhalten. Während des Hoch­ frequenzbetriebs der Röhre mit einer Eingangsleistung IP einer konstanten Hochfrequenz, wie sie in Fig. 13a gezeigt ist, entsteht im allgemeinen eine stehende Welle beim Zusammentreffen der inneren Druck­ änderung auf Grund der zeitlichen Änderung beim Zuführen der Eingangsleistung IP mit der natürlichen Frequenz der Röhre, die aus ihrer Konfiguration und den geladenen Teilchen bestimmt ist. Wenn die stehende Welle SP wie in Fig. 13b mit der Zeit ansteigt und einen kritischen Schalldruck, in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie dargestellt, überschreitet, wird die Lichtbogensäule, die zwischen den Elektroden der Röhre erzeugt wird, nachteilig beeinflußt. Als eine Gegenmaßnahme wird daher die Eingangsleistung IP mit einer konstanten Modulationsfrequenz MF, Fig. 14b, moduliert und ergibt so eine Kurve nach Fig. 14a. Dadurch wird es weniger wahrscheinlich, daß die stehende Welle SP den kritischen Wert erreicht, Fig. 14c. Ein Ansteigen der stehenden Welle kann weiter vermindert werden durch ein zusätzliches Modulieren der frequenzmodulierten Eingangsleistung IP mit einer sogenannten Doppelmodulationsfrequenz DMF nach Fig. 15b. Man erhält sie durch ein Modulieren der Modulationsfrequenz MF mit einer anderen konstanten Modulationsfrequenz. Danach sieht die Eingangsleistung IP aus wie in Fig. 15a gezeigt.

Die stehende Welle SP, die zum Ansteigen neigt, wird, wie in Fig. 15c gezeigt, merklich gedämpft. Die AR-Erscheinung kann so vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird ein weiterer Vorschlag für die Abänderung der Enden des im wesentlichen zylindrischen Teils der Lichtbogenröhre gemacht. In Fig. 16a ist der im wesentlichen zylindrische Teil leicht kugelig, aber mit einer Krümmung, die erheblich geringer als bei der Röhre beispielsweise nach Fig. 1 ist. Die Enden sind also mehr oder weniger flach. Fig. 16b zeigt die Meßergebnisse, die beweisen, daß mit dieser Bogenröhre vermeidbare Zonen in einem ausreichend breiten Bereich erzielt werden. In Verbindung damit wurde, wie im Schaubild Fig. 17 gezeigt, der prozentuale Anteil der instabilen Zonen in der Röhre der Fig. 16a auf­ gezeichnet. Es wurde ein Quotient aus der Länge L _r am leicht kugeligen Ende der Bogenröhre und dem inneren Durchmesser 2 R der Röhre gebildet und daraus eine Kurve FMR gewonnen. In der Zeichnung repräsen­ tieren die Markierungen "x" ein Meßergebnis, das für die bekannte Röhre nach Fig. 1 erhalten wurde. Es wurde bei der Röhre nach Fig. 16a gefunden, daß das Verhältnis DTE/ID der Abmessungen des Röhrenendes zum inneren Durchmesser am im wesentlichen zylindrischen Teil etwa (3±3)/15 oder noch besser (3±2)/15 sein sollte. Andererseits kann die Bogenröhre an einem Ende des im wesentlichen zylindrischen Teils wie bei Fig. 16a, am anderen Ende dagegen wie in Fig. 18a flach ausgebildet sein. Die AR-Erscheinung kann dann in einem weiten Bereich, wei es in Fig. 18b ähnlich wie in Fig. 16b gezeigt ist, vermieden werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bauchen sich die Enden der Bogenröhre linear seitlich nach außen, nämlich - wie es in Fig. 22 gezeigt ist - konisch. In den Fig. 19a bis 21a sind konische Enden so abgewandelt, daß sie drei unterschiedliche Höhen haben. Die Ausmessung der vermeidbaren Zonen bei diesen Röhren ist in den Fig. 19b bis 21b gezeigt. Man sieht, daß die AR-Erscheinung mit diesen Röhren vorzüglich in einem weiten Bereich vermieden werden kann. Der prozentuale Anteil der instabilen Zonen bei diesen Röhren in der Form eines Quotienten aus der axialen Länge L _r2 der konischen Röhrenenden (Fig. 22), dividiert durch den inneren Durchmesser 2 R des im wesentlichen zylindrischen Teils dieser Röhre, ist in der Kurve SLF in Fig. 23 gezeigt. In dieser Figur repräsentiert die Markierung "x" ein Meßergebnis, das bei der bekannten Röhre nach Fig. 1 erhalten wurde. Bei der Bogenröhre mit den linearen konischen Enden wurde gefunden, daß das Verhältnis DTE/ID der Abmessungen des Endes zum inneren Durchmesser des im wesentlichen zylindrischen Teils (6±6)/15 oder noch besser (6±5)/15 betragen sollte.

Bei den vorhergehenden Messungen der Fig. 17 und der Fig. 23 wurde als Hochdruck-Entladungslampe eine Bogenröhre mit einem Innendurchmesser 2 R von 15 mm, einem Abstand L _p zwischen den Elektroden von 55 mm und einer Leistung von 250 Watt verwendet.

Gemäß der Erfindung können zahlreiche Abänderungen der konischen Enden der Röhre, wie in den Fig. 24 bis 32 gezeigt, vorgenommen werden. Die Außenwand des Endes in ihrer Seitenansicht ist nach wie vor gerade. Im einzelnen weist die Röhre nach den Fig. 24a und 24b ein konisches Ende auf, dessen Scheitel exzentrisch zur Achse des im wesentlichen zylindrischen Teils liegt. Der Hauptkörper der Röhre der Fig. 25a und 25b ist viereckig-prismatisch, das Ende viereckig-pyramidisch. Der Hauptkörper der Röhre nach Fig. 26a und 26b ist zylindrisch, das Ende viereckig-pyramidisch. Die Röhre der Fig. 27a und 27b hat ein kreiskegeliges Ende und einen sechseckig-prismatischen Hauptkörper. Die Röhre der Fig. 28a und 28b hat ein stumpfkegeliges Ende und einen zylindrischen Körper. Bei den Fig. 29a und 29b ist ein stumpfkegeliges Ende mit einer exzentrischen oberen Fläche und ein zylindrischer Körperbereich vorgesehen. Die Fig. 30a und 30b zeigen ein stumpfkegleliges Ende mit einer bezüglich des zylindrischen Körperbereichs geneigten und exzentrischen oberen Fläche. Bei den Fig. 31a und 31b ist ein im großen ganzen stumpfkegeliges Ende vorgesehen, die obere Fläche ist dabei axial nach außen gezogen. Die Fig. 32a und 32b schließlich zeigen ein im großen ganzen stumpfkegeliges Ende, dessen obere Fläche axial nach innen vertieft ist. Mit derart gestalteten Röhren kann die AR-Erscheinung in einem weiten Bereich vermieden werden. In den Fig. 24 bis 32 wurden die axialen Ansätze für den gasdichten Elektrodenhalter weggelassen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das oben geschilderte linear ausgebuchtete Ende bei einer Bogenröhre für eine kleine Hochdruck- Entladungslampe mit einer Leistung von unter 250 W verwendet und dabei die AR-Erscheinung vermieden. Bei einer solchen kleinen Hochdruck- Entladungslampe wird eine Röhre verwendet, die an beiden Enden mit einem verhältnismäßig kurzen zylindrischen Teil versehen ist, das beispielsweise, wie in Fig. 33 gezeigt, konisch ausge­ bildet ist. Das Verhältnis DTE/ID ist hier zu vorzugsweise (6±5)/15 gewählt. Diese Lichtbogen­ röhre vermeidet die AR-Erscheinung im wesentlichen im selben Maß wie die oben geschilderte Hochdruck- Entladungslampe von 250 W. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Lichtbogenröhre mit im wesentlichen konischen Enden versehen, deren Außenfläche nach innen gekrümmt ist, um so die vermeidbaren Zonen zu vergrößern. In Fig. 34 sind beide Enden der Röhre dieser Art in der Seitenansicht hornförmig ausgebildet und am sich nach außen erstreckenden mittleren Teil plötzlich eingeschnürt. Damit können die vermeidbaren Zonen im wesentlichen über den gesamten Betriebsbereich erhalten werden, wei es in dem Schaubild Fig. 35 gezeigt ist. Beim unterschiedlichen Verändern der Längen L _r2 der Enden dieser Bogenröhren, also bei einer Vielzahl von Bogenröhren mit hornförmigen Enden unterschiedlicher Krümmungen, wurden die dabei erhaltenen vermeidbaren Zonen beobachtet. Dann wurde der prozentuale Anteil der instabilen Zonen, nämlich der Quotient DTE/ID aus der Länge L _r2, dividiert durch den inneren Durchmesser 2 R der Röhre, aufgezeichnet. Das Ergebnis ist in der Kurve FMR von Fig. 36 gezeigt. Bei der Röhre mit den horn­ förmigen Enden sollte das Verhältnis DTE/ID vorzugs­ weise über 0,07 liegen. Bei den Messungen von Fig. 36 wurden Lichtbogenröhren mit einem inneren Durchmesser 2 R von 15 mm, einem Abstand L _p zwischen den Elektroden von 55 mm und einer Leistung von 250 W für die Hoch­ druck-Entladungslampe verwendet.

Bei den Fig. 17, 23 und 36 ist die Länge L _r an den Enden der Röhren so eingestellt, daß die instabile Zone möglichst kleiner als 50 Prozent ist, besten­ falls kleiner als 40 Prozent. Im letzteren Fall können die instabilen Zonen praktisch unter 50 Prozent gehalten werden, tortz der vorhandenen Fertigungs­ toleranzen, wie zum Beispiel Abweichungen in den Abmessungen der Bogenröhre oder der Kennwerte der Versorgungsschaltung.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die AR-Erscheinung außerdem sogar dann vermieden werden, wenn die Enden oder Teile der Bogenröhre so ausgebildet sind, daß sie die obengenannte Gleichung nur in einem begrenzten Bereich oder nur auf einer Seite der Röhren­ achse in einer Ebene am Ende des im wesentlichen zylindrischen Teils genügen. Die andere Seite des Endes kann in bekannter Weise, beispielsweise nach außen gekrümmt, ausgebildet sein.

In den Fig. 37a und 37b sind die Enden nur auf einer Seite der Elektrode weitgehend abgeflacht oder gestaucht dadurch, daß ein Teil des Endes nach innen gekrümmt ist, Fig. 37a. Weiter können solche in einem begrenzten Bereich gestauchten Teile an beiden Enden vorgesehen werden, und zwar entweder punkt­ symmetrisch wie in Fig. 37a oder achsensymmetrisch wie in Fig. 38a. Im letzteren Fall können die instabilen Zonen auch unter 50 Prozent gehalten werden; Fig. 38b. Bei den hornförmigen Enden wie in Fig. 34, bei denen das Ende teilweise am Umfang weitgehend abgeflacht ist, kann außerdem der Mittel­ teil oder die Umgangskante des Endes - wie in den Fig. 39 und 40 gezeigt - abgerundet sein.

Wenn die Lichtbogenröhre speziell für die kleine Hochdruck-Entladungslampe mit den hornförmigen Enden versehen ist, können beide Elektroden, wie in Fig. 41 gezeigt, im mittleren Teil der Röhre angeordnet und dabei gasdicht am gleichen Ende befestigt sein. Wenn die Elektroden in bezug auf die Röhrenachse oder punktsymmetrisch wie in den Fig. 42 und 43 gezeigt exzentrisch angeordnet sind, kann die Länge der gekrümmten oder konischen Enden der Röhre für eine kleine Hochdruck-Entladungslampe genügend lang sein. Dementsprechend ist es möglich, die Temperatur an den Enden auf einem hohen Wert zu halten und die AR-Erscheinung ohne eine Störung der Leuchtdichte oder der Lichtfarbe zu vermeiden.

Wie es in Verbindung mit den Fig. 24 bis 32 teil­ weise schon geschildert wurde, ist es außerdem zweckmäßig, zusätzlich den Scheitel der beiden gekrümmten Enden exzentrisch anzuordnen. Wenn die Scheitel auf eine Seite der Röhrenachse wie in Fig. 44a gezeigt verlegt werden, können auf sehr vorteilhafte Weise die in Fig. 44b gezeigten vermeidbaren Zonen erhalten werden. In diesem Zusammenhang braucht nur ein Ende so gekrümmt sein, daß sein Scheitel verschoben ist. Wenn ein Ende mit verlegtem Scheitel am unteren Ende wie in Fig. 45a vorgesehen ist, kann die vermeidbare Zone in einem weiteren Bereich - Fig. 45b - erreicht werden als dann, wenn das Ende mit verlegtem Scheitel am oberen Ende - Fig. 46a - vorgesehen ist. Die Messung dafür zeigt Fig. 46b.

Die oben in den Fig. 1 bis 46 beschriebenen Licht­ bogenröhren werden in senkrechter Stellung betrieben, wobei die erzeugte Lichtbogensäule also senkrecht steht. Wenn sie horizontal angeordnet und betrieben werden, wirkt eine Pufferspannung auf die horizontal erzeugte Bogensäule und stabilisiert sie. Ein Einfluß der AR-Erscheinung auf die Bogensäule wird vermindert. Dementsprechend ist bei einer Anwendung der oben geschilderten Anordnungen gemäß der Erfindung auf horizontalbetriebene Lichtbogenröhren die instabile Zone weitgehend zu vernachlässigen. In der Praxis kann die Erfindung auf alle Bogenröhren unabhängig von ihrer Betriebslage angewendet werden, einschließlich eines vertikalen, horizontalen und sogar geneigten Betriebs.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung können die vermeidbaren Zonen bei einer Beschränkung der Quecksilberdampfdichte unter einen vorbestimmten Wert erreicht werden. Die Fig. 47a bis 47d zeigen die vermeidbaren und instabilen Zonen in einer Bogen­ röhre, in der die Quecksilberdampfdichte bei konstant gehaltener Eingangsleistung vergrößert wird. Die Ausmessung des prozentualen Anteils der instabilen Zone abhängig von der Quecksilberdampfdichte in der Röhre ergab die Kurve DM in Fig. 48. Wenn die Queck­ silberdampfdichte unter 7,5 mg/cm³ liegt, können die instabilen Zonen kleiner als 50 Prozent gemacht werden. Für diese Messung wurden Bogenröhren von der in Fig. 49 gezeigten Form verwendet. Sie sind denen der Fig. 21a oder 22 ähnlich. Sie haben mit ihnen einen Innendurchmesser von 15 mm und eine Länge an den Enden von 6 mm gemeinsam. Sie weisen aber einen anderen Abstand zwischen den Elektroden auf, nämlich 80 mm bei Fig. 47a, 60 mm bei Fig. 47b, 40 mm bei Fig. 47c und 20 mm bei Fig. 47d.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erhält man die vermeidbaren Zonen bei einer Begrenzung der elektrischen Feldstärke in der Lichtbogensäule unter einen vorbestimmten Wert. Mit der Röhre von Fig. 49 wurde der Abstand zwischen den Elektroden verändert. Der prozentuale Anteil der instabilen Zonen wurde gemessen und die Meßergebnisse in der Kurve EF in Fig. 50 aufgezeichnet. Wenn die elektrische Feld­ stärke in der Lichtbogensäule unter 40 V/cm liegt, können die stabilen Zonen unter 50 Prozent gedrückt werden.

Selbst wenn die Erfindung bei einer Hochdruck- Entladungslampe von 400 W angewendet wird, kann im wesentlichen das gleiche Ausmaß an vermeidbaren Zonen erreicht werden. Die Fig. 51a bis 51c zeigen Meßergebnisse von vermeidbaren und instabilen Zonen bei den gleichen Bogenröhren wie in Fig. 49. Sie haben den gleichen inneren Durchmesser von 18 mm und den gleichen Abstand von 75 mm zwischen den Elektroden. Sie weisen aber eine andere Länge an den Enden auf, nämlich 3 mm, 6 mm und 9 mm. In jedem Fall liegt der Anteil der instabilen Zonen unter 12%. Fig. 51d zeigt die Messung bei der Röhre von Fig. 52, die ähnlich der von Fig. 34 ist. Sie hat einen Innendurchmesser von 18 mm, einen Abstand von 75 mm zwischen den Elektroden und eine Länge von 6 mm an den Enden. Die instabilen Zonen sind im wesentlichen vernachlässigbar. Bei allen Messungen der Fig. 51a bis 51d wurden Licht­ bogenröhren mit einer Quecksilberdampfdichte von 2,3 mg/cm³ in der Röhre und einer elektrischen Feld­ stärke von 14,9 V/cm in der Lichtbogensäule verwendet.

Claims (7)

1. Hochdruck-Entladungslampe mit einer in einem Außenkolben untergebrachten Entladungsröhre, dei einen im wesentlichen zylindrischen Teil und zwei die axialen Enden der Entladungs­ röhre hermetisch abschließende Endstücke aufweist, in denen je eine Elektrode gehalten ist, für den Betreib mit frequenzmodu­ lierter Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil eines Endstückes der Entladungsröhre der Gleichung genügt, worin:
D (mm) der Innendurchmesser der Entladungsröhre ist,
X ein Quotient x/D ist, worin x (mm) der auf der Achse der Entladungsröhre gemessene Abstand von einem Ende des zylindri­ schen Teils zu einem Punkt des daran anschließenden Endstücks definiert ist, und
S (mm²) die Querschnittsfläche der Entladungsröhre im Abstand x ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eines der Endstücke flach ausgebildet ist.

3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Quo­ tient aus der axialen Länge des Endstücks und dem Innendurch­ messer der Entladungsröhre gleich (2±2)/15 ist.

4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eines der Endstücke der Röhre eine Umfangswand aufweist, die in Seitenansicht gerade ist.

5. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eines der Endstücke einen einwärts in den zylindrischen Teil der Entladungsröhre gekrümmten Bereich aufweist.

6. Lampe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus der Länge der Endstücke und dem Innendurch­ messer der Entladungsröhre gleich (6±5)/15 ist.

7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel der Endstücke exzentrisch zu der Röhrenachse liegt.