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Anordnung zum Wechselstrombetrieb einer elektrischen Mischlichtlampe,
die aus einer Quecksilberüberdruckentladungsröhre und einem der Entladungsröhre
vorgeschalteten Glühkörper besteht, der in ein Leuchtstoffe enthaltendes Hüllgefäß
eingeschlossen ist Die Einführung der bekanntlich überaus wirtschaftlich brennenden
Quecksilberüberdruckentladungslampen für allgemeine Beleuchtung und insbesondere
für Innenbeleuchtung wird bisher vornehmlich durch die schlechte Farbwiedergabe
der Quecksilberdampfstrahlung erschwert. Infolgedessen ist die neuere Entwicklung
dieser Lampen in erster Linie auf die Erzielung eines besseren Farbspektrums, insbesondere
auf die Erzielung eines ausreichenden Rotgehaltes der Strahlung, gerichtet. Zu diesem
Zweck hat man versucht, der Quecksilberdämpffüllung solche Zusatzstoffe, vornehmlich
Cadmium und Zink, beizumischen, die durch die Entladung -mit angeregt werden und
die fehlenden Farbstrahlen liefern. Man hat jedoch feststellen müssen, daß diese
Zusatzstoffe, sofern sie einigermaßen zur Farbverbesserung ausreichen, die Lichtausbeute
der Entladung wesentlich herabsetzen und bei Verwendung hoher Dampfdrücke von beispielsweise
zo Atm. und darüber meist auch das Quarzentladungsgefäß stark angreifen.
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Auch die zahlreichen Versuche, die Strahlung einer Quecksilberüberdrucklampe
durch Zuhilfenahme von Leuchtstoffen zu verbessern, haben bisher nicht die erhofften
Erfolge gebracht. Obwohl schon alle möglichen, heute zur Verfügung stehenden Leuchtstoffe
und Leuchtstoffgemische mit einer Hochdrucklampe kombiniert wurden, ist man bisher
nicht wesentlich über einen Rotgehalt hinausgekommen, der
etwa nur
dem dritten Teil des Rotgehaltes vom Tageslicht entspricht.
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Es hat sich gezeigt, daß bei dem heutigen Stand der Entladungslampentechnik
ein allen Ansprüchen genügender Rotgehalt nur dadurch erzielt werden kann, daß der
Hochdrucklichtbogenstrahlung die Lichtausstrahlung einer Glühwendel zugemischt wird.
In besonders zweckmäßiger Weise geschieht dies bei den bekannten Quecksilberüberdrucklampen,
bei denen in dem Hüllgefäß der Entladungslampe eine Glühdrahtwendel untergebracht
ist, die als Vorschaltwiderstand für den Lichtbogen dient. Diese bekannten Mischlichtlampen
weisen zwar einen genügenden Rotgehalt auf, zeigen aber den Nachteil, daß ihre Lichtausbeute
wesentlich geringer ist als diejenige von Überdruckentladungslampen ohne Vorschaltglühkörper,
und zwar deswegen, weil die Verwendung eines strombegrenzenden Ohmschen -Widerstandes,
z. B. einer Glühwendel, dazu zwingt, die Brennspannung der Entladungslampe im Vergleich
zur Netzspannung verhältnismäßig niedrig festzusetzen. Anderenfalls tritt die Gefahr
auf, daß die Entladungslampe unruhig brennt und bei Netzspannungsschwankungen leicht
erlischt bzw. nach dem Nulldurchgang des -Wechselstroms nicht wieder zündet.
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Die Erfindung bezweckt, eine Quecksilberüberdruckentladungslampe mit
hohem Rotgehalt und auch hoher Lichtausbeute zu erzielen und dazu die Lichtausbeute
einer Ouecksilberüberdrucklampe mit im Hüllgefäß eingebautem Glühvorwiderstand zu
steigern.
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Es ist nämlich bekannt, daß eine Entladungslampe, der eine Drosselspule
oder ein Kondensator oder eine Kombination von beiden zur Strombegrenzung vorgeschaltet
ist, auch mit einer verhältnismäßig hohen Brennspannung betriebssicher brennt. Der
Grund dafür ist darin zu suchen, daß bei Verwendung phasenverschiebender Vorschaltwiderstände
beim Nulldurchgang des Entladungsstromes bereits ein erheblicher Spannungswert an
der Entladungsröhre auftritt, der sofort ihre Wiederzündung herbeiführt und das
rasche Anwachsen des Stromes in der entgegengesetzten Richtung begünstigt. Die Oszillogramme
wechselstrombetriebener Überdruckentladungslampen lassen deutlich erkennen, daß
bei Verwendung einer Vorschaltimpedanz die Stromkurve praktisch unterbrechungslos
durch die Nullinie hindurchgeht, während bei Verwendung eines Ohmschen Vorschaltwiderstandes
beimWechseln der Stromrichtung die Lampe über einen erheblichen Teil der Halbperiode
des Wechselstromes stromlos bleibt. Aus diesem Grund zeigen sich bei Verwendung
Ohmscher Vorschaltwiderstände auch stark ausgeprägte Flackererscheinungen.
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In Ausnutzung dieser eine Erhöhung der Brennspannung der Entladungslampe
ermöglichenden Wirkung einer phasenverschiebenden Vorschaltimpedanz wird bei einer
elektrischen Mischlichtlampe für Wechselstrombetrieb, bestehend aus einer Quecksilberüberdruckentladungslampe,
deren mit Leuchtstoffen versehenes Hüllgefäß einen der Entladungsröhre vorgeschalteten
Glühkörper enthält, erfindungsgemäß vor die Quecksilberüberdruckentladungsröhre
und den Vorschaltglühkörper noch eine phasenverschiebende Impedanz, also eine Drosselspule
oder ein Kondensator oder eine Kombination von beiden geschaltet und hierbei der
elektrische Widerstand der Impedanz größer als der des Vorschaltglühkörpers bemessen.
Bisher wurden Vorschaltglühkörper und strombegrenzende Impedanz nur getrennt voneinander
benutzt. Bei einer Mischlichtlampe nach der Erfindung hat der Vorschaltglühdraht
und der verwendete Leuchtstoff den Zweck, die Lichtbogenstrahlung durch Hinzufügen
der fehlenden Strahlen, insbesondere der roten Strahlung, zu einem günstigen Mischlicht
zu ergänzen, während der phasenverschiebenden Impedanz die Aufgabe zufällt, eine
hohe, in manchen Fällen nur wenig unter der Setzspannung liegende Brennspannung
der Entladungsröhre möglich zu machen.
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Versuche haben gezeigt, daß im Vergleich zu einer Entladungsröhre,
die nur einen Vorschaltglühkörper allein besitzt, die zusätzliche Vorschaltung einer
phasenverschiebenden Impedanz zwar nur eine kleine Verkürzung des Leuchtkörpers
und damit eine kleine Verringerung seiner Lichtleistung zur Folge hat, daß aber
die infolge des phasenverschobenen Verlaufes der Strom- und Spannungskurve ermöglichte
Erhöhung der Brennspannung der Entladungsröhre eine ganz wesentliche Erhöhung der
Lichtleistung der Entladungsröhre mit sich bringt und daß der Lichtgewinn an der
Entladungsröhre wesentlich größer ist als der Lichtverlust am Glühkörper, also der
Gesamtlichtstrom der Lampe und damit ihre Lichtausbeute wächst. Die gegenüber dem
Widerstand des Vorschaltglühkörpers größere Bemessung des elektrischen Widerstandes
der phasenverschiebenden Impedanz sichert hierbei eine beträchtliche Erhöhung der
Brennspannung und damit der Lichtausbeute. Ferner hat sich ergeben, daß auch der
verkürzte Glühkörper noch zufolge des gleichzeitig verwendeten, eine Rotstrahlung
liefernden Leuchtstoffes genug Ergänzungsstrahlung liefern kann, um einen Rotgehalt
zu erzielen, der etwa dem des Tageslichtes entspricht.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Drosselspule
in Verbindung mit einem kleinen Kondensator erwiesen, dessen Widerstandswert ein
Vielfaches des Widerstandswertes der Drosselspule beträgt und der die Entladungsröhre
und noch besser auch noch
den Vorschaltglühkörper überbrückt. Die
günstige Wirkung eines parallel zu einer Entladungsröhre mit Vorschaltdrossel liegenden
Kondensators ist bekannt. An sich neuartig ist aber das Miteinschließen eines Vorschaltglühkörpers
in die Überbrückungsleitung. Diese Maßnahme bringt den großen Vorteil mit sich,
daß der Vorschaltglühkörper die Kondensatorentladungen dämpft.
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Wird als phasenverschiebende Impedanz eine Drosselspule und auch noch
ein Kondensator der Entladungsröhre und dem Glühdraht vorgeschaltet, so läßt sich
bei geeigneter, durch Versuche leicht zu ermittelnder Abstimmung der drei Vorschaltwiderstände
überraschenderweise erreichen, daß der Lampenstrom weitgehend von Schwankungen der
Netzspannung und der Brennspannung der Entladungsröhre unabhängig bleibt. Man kann
die Widerstandswerte sogar ohne Schwierigkeit so einstellen, daß der nach dem Einschalten
der Quecksilberüberdruckentladungsröhre auftretende Anfangsstrom trotz, des Ansteigens
der Brennspannung der Hochdruckröhre beim Einbrennvorgang nicht wie bei den bisher
bekannten Lampen stark abfällt, sondern weitgehend unverändert bleibt oder sogar
ansteigt. Das Nichtabsinken des Lampenstromes ist im Hinblick auf den Vorschaltglühkörper
von großem Vorteil, da dieser jetzt im Betriebszustand nicht mehr unterlastet 'ist,
also die günstigste Betriebsbrenntemperatur aufweist.
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Für den Fall, daß als Vorschaltimpedanz beispielsweise nur eine Drosselspule
oder nur ein Kondensator benutzt werden, kann der Lampenstrom selbstverständlich
auch durch eine Anlaßvorrichtung weitgehend konstant gehalten werden, z. B. durch
einen mit der Lampe vereinigten Widerstand mit stark negativem Temperaturkoeffizienten,
der entweder selbst im Lampenstromkreis liegt und sich durch die Stromwärme aufheizt
oder der parallel zu einem Anlaßhilfswiderstand liegt und diesen während des Einbrennvorganges
mehr und mehr kurzschließt.
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In einzelnen Fällen wird es zweckmäßig sein, im Innern des auch die
Entladungsröhre einschließenden Hüllgefäßes noch einen oder mehrere Ersatzvorschaltglühkörper
anzuordnen, die beim Durchbrennen des einen Glühkörpers eingeschaltet werden, z.
B. von Hand, wenn die Stromzuführungen zu den - Ersatzglühdrähten an besondere Sockelkontakte
geführt sind, oder selbsttätig unter Verwendung von bei Mehrfadenglühlampen an sich
bekannten Umschaltvorrichtungen. Da bei einer in der gekennzeichneten Art ausgebildeten
Mischlichtlampe der Vorschaltglühdraht verhältnismäßig kurz ist, können ein oder
mehrere als Ersatz dienende Glühdrähte ohne Schwierigkeit im Hüllgefäß mit eingebaut
werden. Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Mischlichtlampe für Wechselstrombetrieb
schematisch dargestellt.
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Das Hüllgefäß i umschließt die mit Glühelektroden 2 versehene Quecksilberüberdruckröhre
3, deren Entladungsgefäß aus einem für ultraviolette Strahlen durchlässigen Glase,
insbesondere aus Quarzglas besteht und eine Gasgrundfüllung sowie eine dosierte
Quecksilbermenge enthält. Ferner ist in dem Hüllgefäß i, das auf der Innenseite
eine Leuchtstoffschicht trägt, die verhältnismäßig kurze Leuchtdrahtwendel q. untergebracht,
die als strombegrenzender Vorschaltwiderstand für die Überdruckröhre 3 dient und
in Gemeinschaft mit der Leuchtstoffschicht der Strahlung des Quecksilberhochdrucklichtbogens
vor allem Rotstrahlung beimischt. Im Stromkreis der Entladungsröhre liegen- außer
der Leuchtdrahtwendel q. noch eine Drosselspule 5 und ein Kondensator 6, die getrennt
von der Lampe angeordnet und deren Widerstände so bemessen sind, daß der Lampenstrom
weitgehend von Spannungsschwankungen des Netzes und Änderungen der Brennspannung
der Entladungsröhre 3 unabhängig ist. Mit 7 ist die übliche Zündhilfselektrode und
mit 8 ihr hochohmiger Vorschaltwiderstand bezeichnet.
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Die Lampe ist zumAnschluß an ein22o-Volt-Wechselstromnetz bestimmt.
Ihre Leistungsaufnahme soll beispielsweise i2o Watt betragen. In Ausnutzung der
günstigen Wirkungen der Vorschaltimpedanz ist die Lampe so bemessen, daß im Betrieb
die etwa einen Dampfdruck von ioAtm. erreichende Hochdruckröhre i2o Volt und 73
Watt, der Leuchtkörper 55 Volt und 37 Watt aufnehmen, während der Verbrauch der
aus der Drosselspule 5 und dem Kondensator 6 bestehenden Vorschaltimpedanz--nur
io Watt beträgt.
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Bei einer solchen gemäß den praktischen Verhältnissen durchgebildeten
Mischlichtlampe beträgt die Lichtausbeute der Entladungsröhre etwa 44 Hlm je Watt
und die des Vorschaltglühkörpers etwa 15 Hlm je Watt. Demgemäß ist die Lichtleistung
der Lampe 44 . 73 -I- 15 - 37, also 3220 + 550 = 377o Hlm. Die Lichtausbeute
der Mischlichtlampe beträgt also 3770: 120 = 314 Hlm je Watt. .
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Mit einer solchen Mischlichtlampe soll nunmehr die bisher bekannte
Lampe verglichen werden, bei der der Hochdruckröhre nur eine Glühdrahtwendel allein
vorgeschaltet ist. Stellt man an beide Lampen in Bezug auf das Betriebs- i sichere
Brennen des Glühdrahtes und insbesondere das zufriedenstellende Arbeiten der Hochdruckröhre
die gleichen Anforderungen, so dürfte bei der bekannten Lampe, bei der nur ein Vorschaltglühdraht
verwendet ist, die Brenn- i spannung der Überdruckröhre nicht höher als auf etwa
73 Volt ansteigen. Bei einer solchen
Lampe beträgt die Lichtausbeute
der Hochdruckröhre nur etwa 3o Hlm je Watt, insbesondere deswegen, weil sich die
als Verluste zu wertenden Elektrodenfälle anteilmäßig stärker auswirken. Für die
Lichtausbeute der Vorschaltglühwendel sind etwa io Alm je Watt einzusetzen, weil
sie wegen des Anlaufüberstromes etwas stärker bemessen sein muß. Infolgedessen ist
die Lichtleistung dieser Vergleichslampe 30 # 40 -3- io .8o = i2oo -i- 8oo, also
2ooo Hlm. Ihre Lichtausbeute ist nur 2000 : 120 = 16,7 Hlm je Watt.
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Während also die Lichtausbeute der bekannten Lampe nur etwa 16,7 Hlm
je Watt beträgt, ist diejenige der Lampe nach der Erfindung etwa 31,4 Hlm je Watt,
also beinahe doppelt so groß.
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Dabei ist noch unberücksichtigt geblieben, daß durch die Verwendung
eines an der Außenhülle aufgebrachten Leuchtstoffes oder bei Verwendung einer aus
lumineszierendem Glas bestehenden Außenhülle diese bei der Mischlichtlampe mit der
höheren Brennspannung an der HgH-Entladung weit mehr zusätzliches Licht durch Strahlenumwandlung
erzeugt als an primärem Licht absorbiert wird. Dieser Gewinn ist bei der bekannten
Mischlichtlampe nicht vorhanden, da die Strahlungsausbeute an Ultraviolett beim
HgH-Brenner geringer Spannung wesentlich geringer ist. Wesentlich ist nun, daß bei
Verwendung eines rote Strahlung liefernden Leuchtstoffes die oben errechnete Erhöhung
der Lichtausbcute bei der beschriebenen Lampe erzielt wird, ohne daß sich ein wesentlich
geringerer Rotgehalt gegenüber der bekannten Lampe mit geringer Lichtausbeute ergibt,
wie aus folgender Rotgehaltsberechnung hervorgeht.
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Gemäß den praktischen Verhältnissen ist der Rotgehalt der Überdruckröhre
mit 1,304,
der der Glühdrahtwendel mit 25 °/o und die Verbesserung des Rotgehalts
durch den Leuchtstoff mit etwa 5°/o einzusetzen. Demgemäß beträgt bei der nur mit
einer Vorschaltglühwendel betriebenen Mischlichtlampe die Rotstrahlung 0,013 -1200
-1-- 0,05 -1200 -i- 0,25 - 8oo, also 15,5 -t- 6o + 200 = 275 Hlm und damit
der Rotgehalt 275: 2000 = 13,7°/0; während bei der Mischlichtlampe mit Vorschaltglühwendel
und Vorschaltimpedanz die Rotstrahlung 0,o13-3220 @- 0,05 - 3220 + 0,25 . 55o, also
42 -f- if -f- 137 = 34o Hlm und damit der Rotgehalt 340: 3770
=
9,05 °/o beträgt. Trotz der Steigerung der Lichtausbeute auf mehr als das
Doppelte ist also der Rotgehalt noch mehr als 90/" liegt also nur wenig unter dem
Rotgehalt des Tageslichtes, der etwa 120/, beträgt.
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Je höher bei der gekennzeichneten Überdrucklampe der Betriebsdampfdruck
gewählt wird, um so günstiger gestalten sich Farbe und Lichtausbeute, da sich bekanntlich
mit der Drucksteigerung eine zunehmende Auffüllung des Spektrums und `eine Annäherung
an das Spektrum des Tageslichtes einstellt. Aus diesen Gründen sind Dampfdrücke
von mehr als 25 Atrn. zu bevorzugen.
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Es ist zwar bereits eine Beleuchtungseinrichtung vorgeschlagen worden,
bei der einer Entladungsröhre eine besondere Glühlampe und eine Drosselspule vorgeschaltet
sind. Dort handelt es sich aber nur um eine Einrichtung für Gleichstrombetrieb,
wobei die Induktionsdrosselspule lediglich zur Erzeugung eines einmaligen Zündspannungsstoßes
dient, nach erfolgter Zündung aber wirkungslos ist. Außerdem werden dort getrennte
Lampengefäße benutzt; auch handelt es sich nur um eine Niederdruckentladungsröhre.
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Man hat allerdings auch schon zwei in Reihe geschaltete, im Betriebe
strombegrenzende V orschaltwiderstände bei jenen Leuchtröhrenanlagen benutzt, bei
denen mehrere verschieden lange Niederdruckröhren hinter einem gemeinsamen "'orschaltwiderstand
parallel geschaltet sind. Es wurde dann zum Ausgleich der verschiedenen Rohrlängen
jeder einzelnen Leuchtröhre noch ein besonderer Widerstand vorgeschaltet. Im Gegensatz
dazu sind bei der beschriebenen Anordnung zwei Widerstände, und zwar verschiedenartige
Widerstände im Stromkreis eines einzigen Entladungsgefäßes eingebaut, um eine weitgehende
Flimmerfreiheit bei hoher Lichtausbeute und guter Farbwiedergabe mit einer einzigen
Mischlichtlampe zu erzielen.