DE961123C - Elektrische Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4. APRIL 1957

K 17277VIIIc 1 21 f

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Metalldampf- und Edelgas-Hochdruckentladungslampen, die mit Betriebsdrücken von mehr als 5 Atm., vorzugsweise im Druckbereich von 5 bis 50 Atm., mit hoher spezifischer Belastung arbeiten. Diese Lampen sind bekanntlich durch einen verhältnismäßig kurzen Lichtbogen gekennzeichnet, der bei den Typen hoher Leuchtdichte eine Länge von nur einigen Millimetern aufweist, während er bei den Ausführungsformen hoher Lichtausbeute je nach der Leistungsaufnahme und dem gewählten Betriebsdruck mehrere Zentimeter lang sein kann. Alle Lampen dieser Art haben einen verhältnismäßig kleinen Kolben aus Quarzglas, da dieses das einzige Material ist, das den erforderlichen hohen Betriebstetmperaturen standhält.

Diese Hochdrucklampen sind üblicherweise mit einem Paar fester Glühelektroden ausgerüstet, jedoch sind auch Hochdrucklampen bekanntgeworden, die eine oder zwei Hilfselektroden ähnlicher Bauart zusätzlich für Zündung, Anlauf und zum Warmhalten der Lampe aufweisen. Ihr Entladungsgefäß ist gewöhnlich mit einer begrenzten, im Betriebszustand der Lampe völlig verdampften Quecksilbermenge und einem Edelgas gefüllt, das zum Zünden der Entladung dient. Zwecks Verbesserung der

Farbe werden dem Quecksilber häufig geringe Mengen von Kadmium und Zink beigefügt. Die Erfindung bezieht sich auch auf Lampen ähnlicher Bauart, die mit den Edelgasen Krypton und Xenon unter einem Druck von etwa 20 Atm. gefüllt sind und ebenfalls Lichtquellen hoher Leuchtdichte sind. Bekanntlich sind weder Lebensdauer noch Betriebseigenschaften dieser Lampen befriedigend. Die Lebensdauer ist weitgehend durch Schwärzung der Kolbenwand begrenzt, die hohen Lichtverlust sowie Überhitzung und Qualitätsminderung des Quarzglases zur Folge hat. Die Anlaufzeit schwankt zwischien 5 und 15 Minuten, und die Wiederzündung bei normaler Netzspannung dauert meistens ebenso lange Zeit oder noch langer. Zur Wiederzündung der heißen Lampe wird ein hochfrequenter Spannungsstoß mit einer Spitze von mehreren tausend Volt benötigt, dessen Erzeugung an verwickelte Zusatzgeräte gebunden und häufig unerwünscht ist. Die Schwärzung der Kolbenwand ist natürlich von der Güte der Elektroden abhängig. Aus diesem Grunde werden bei vielen Ausführungsformen von Hochdrucklampen die Elektroden durch elektronenemittierende Stoffe, wie Barium, Strontium, Calcium, Thorium, Zirkonium, Hafnium oder ihre chemischen Verbindungen, aktiviert, durch die die Wirkungsweise der Elektroden verbessert wird. Diese aktivdierenden Stoffe sind sogar unerläßlich für eine sichere Zündung bei normaler Netzspannung. Bei hochbelasteten Lampen, auf die sich die Erfindung bezieht, können diese aktivierenden Stoffe jedoch Schwärzungen hervorrufen, wenn sie nicht in geeigneter Weise verwandt werden, da die Elektroden bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden, die rasche Verdampfung dieser Stoffe und schwärzende Niederschläge auf der Wand des verhältnismäßig kleinen Entladungsgefäßes zur Folge haben.

Die erwähnte beträchtliche Anlaufzeit ist hauptsächlich durch den sehr niedrigen Spannungsabfall der anfänglichen Quecksilberniederdruckentladung bedingt, mit der alle Quecksilberhochdrucklampen in Betrieb gesetzt werden. Das Entladungsgefäß wird daher nur langsam aufgeheizt, und ein mehrere Minuten andauernder Betrieb ist erforderlich, bevor sich ein genügender Dampfdruck und ein höherer Spannungsabfall ausbildet. Um die Aufheizung zu beschleunigen, wird das Entladungsgefäß häufig ziemlich klein gewählt, wodurch jedoch seine Schwärzung erhöht und es im vollen Betriebszustand der Lampe unnötig überhitzt wird. Beim Zünden einer kalten Lampe und während ihres Anlaufens sind die Elektroden sehr ungünstigen Bedingungen ausgesetzt, da ihr Aufbau an den Hochdruckzustand und nicht an Kaltzündung und den Betrieb einer Niederdruckentladung angepaßt ist. Diese Bedingungen sind äußerst nachteilig sowohl für die Elektroden als auch für das Entladungsgefäß, das bei jeder Zündung der Lampe durch zerstäubtes Material geschwärzt wird. Infolgedessen hängt ihre an und für sich geringe Lebensdauer auch von der Anzahl der Zündungen ab. Die durch einen Hochspannungsstoß herbeigeführte Zündung unter hohem Druck erfolgt zwar unter anderen Bedingungen, da aber der Lichtbogen zwischen kalten Elektroden ausgebildet werden muß, hat diese Zündart eine schädliche Zerstäubung der Elektroden sowohl bei ( Quecksilberdampflampen als auch bei Krypton- oder t Xenon-Hochdrucklampen und bei Quecksilberlampen mit einer zusätzlichen Edelgasfüllung hohen Druckes zur Folge. Um wenigstens einige dieser Schwierigkeiten 70 ! zu umgehen, werden Hochdrucklampen manchmal > mit zusammengesetzten Elektroden ausgerüstet, die die aus einem nicht aktivierten, zum Betrieb des ' Lichtbogens dienenden Teil und einem aktivierten J Teil bestehen, der für Zündung und Anlauf benutzt 75 { wird, oder sie besitzen besondere aktivierte Hilfselektroden, die zur Zündung, zum Anlauf und zur Erzeugung eines Hilfsentladungsbogens dienen. j Durch diese Mittel werden jedoch die Betriebseigenschaften und die Lebensdauer der Lampen nicht merklich verbessert.

Da die erwähnten Mangel der bekannten Hochdrucklampen ein ernsthaftes Hindernis für ihre Verwendung in Scheinwerfern, in der Allgemembeleuchtung und auf anderen Gebieten darstellen, /85 besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Schwär- j zung der Kolbemvand zu verringern und dadurch die Lebensdauer zu erhöhen, ferner wird angestrebt, die Betriebseigenschaften zu verbessern und die ) Anlaufzeit herabzusetzen; die Erfindung zielt ferner a'uf eine Lampe ab, die mit normaler Netzspannung¹ / unter hohem Druck in Betrieb gesetzt werden kann. , Gemäß der Erfindung ist eine elektrische Hoch- '■, drucklampe mit Betriebsdrücken von mehr als ,' S Atm., deren Entladungsgefäß aus Quarzglas eine ^5 Mehrzahl fester-entladungsbeheizter Hauptelektroden } und mindestens eine von 'diesen -unabhängige Hilfs- / elektrode enthält, die zur Eraeugung eines Hilfs- ^r entladüngsbogens dient und in der Nähe einer > Hauptelektrode angeordnet ist, dadurch gekenn- 4.00 zeichnet, daß sie mit einem oder mehreren hoch- ! erhitzbaren, metallischen Leitern ausgerüstet ist, die ; an je eine Hauptelektrode und die ihr benachbarte '· Hilfselektrode oder an je zwei Hilfselektroden elektrisch angeschlossen sind, und die derart bemessen sind, daß: sie durch einen mit dem· Betriebsstrom der Lampe vergleichbaren Heizstrom auf Glühtemperatur erhitzt werden und dabei einzeln oder gemeinsam eine Spannung von der gleichen Größenordnung wie die Brennspannung 'der Lampe aufnehmen, wodurch sie das Entladungsgefäß vorheizen und durch anschließende kurzzeitige, durch Schaltmittel des Vorschaltgeräts hervorgerufene Überhitzung durch einen Überstrom Hilf sentladungsbögen zwischen benachbarten Haupt- und Hilfselektroden oder zwischen Paaren von Hilfselektroden, einleiten, durch welche die Zündung der Lampe unter hohem Druck herbeigeführt wird.

Es sind zwar bereits zum Einbau in MiscMichtlampen vorgesehene Quecksilberdampf-Hochdruckentladungsröhren mit Betriebsdrücken von 1 bis 1I/2 Atm. bekannt, deren aus Quarzglas bestehendes Entladungsgefäß zwei feste, entladungsbeheizte Hauptelektroden und eine Hilfselektrode in Form einer vorheizbaren Wolframdraht wendel enthält, die in der Nähe der einen Hauptelektrode ange-

ordnet und mit dieser und einer dritten Stromdurchführung· verbunden ist. Diese Wolframdrahtwendel ■wird zur Zündung und kurzzeitigen Betätigung einer Niederdruckentladung zwischen ihr und der am anderen Ende des Gefäßes befindlichen Hauptelektrode durch Stromdurchgaaiig auf Elektronenemissionstemperatur erhitzt. Diese Niederdruckentladung tritt anschließend von der Wolframdrahtwendel auf die benachbarte Hauptelektrode ίο über, und erst danach bildet sich eine Hochdruckentladung in der bei Quecksilberdampf-Hochdrucklampen üblichen Weise durch allmähliche Erwärmung des Gefäßes aus. Im Unterschied hierzu wird das Gefäß der Hochdruckiampe gemäß der Erfindung durch die metallischen Leiter erwärmt, die für eine hohe Leistungsaufnahme bemessen sind und eine Metalldampfatmosphäre hoben Druckes erzeugen, bevor eine Entladung gezündet wird. Es ist auch bereits bekannt, bei Quecksilberdampf-Hochdrucklampen besondere Hilfselektroden zur Verbesserung der Betriebseigenschaften zu verwenden. Sie dienen zur Zündung und Betätigung einer Entladung, durch die das Gefäß erwärmt und eine Metalldampfatmosphäre hohen Druckes erzeugt wird. Bei der Hochdrucklampe nach der Erfindung sind im Unterschied hierzu die Hilfselektroden an hocherhitzbare metallische Ledtsr angeschlossen, und sie dienen lediglich dazu, den Ansatz von Hilfsentladungsbögen zu begünstigen und diese an die T3auptelektroden weiterzuleken. Die Ausbildung solcher Hilfsentladunigsbögen an den als Zündwendeln ausgebildeten Leitern wird bei der Hochdruckiampe nach der Erfindung unter hohem Dampfdruck durch einen vom Vorschaltgerät kurzzeitig gelieferten Überstrom durch die Zündwendeln erreicht, nachdem vorangehend mit geringerem Zündwendelstrom das Entladungsgefäß vorgeheizt worden ist.

Bei gasgefüllten Glühlampen ist bekanntlich die Ausbildung eines Kurzschlußbojgens an der Glühwendel eine unerwünschte Erscheinung, 'die durch eine reine Edelgasfüllung, die Anwesenheit von Quecksilberdampf und elektronenemittierende Verunreinigungen der Wendel sehr begünstigt wird.

Bei den Hochdrucklampen nach der Erfindung wird diese Erscheinung dazu ausgenutzt, um einen anfänglichen Entladungsbogen einzuleiten, 'der sich augenblicklich unter hohem Metalldampf- oder Edelgasdruck an einem hitzebeständigen metallischen Leiter ausbildet, wenn dieser durch einen vom Vorschaltgerät kurzzeitig eingespeisten Überstrom auf sehr hohe Temperaturen erhitzt wird. Da die Enden dieses Leiters erfindungsgemäß, an zwei Elektroden angeschlossen sind, geht dieser Entladungsbogen sofort auf diese über, die eine Haupt- und eine Hilfselektrode oder auch zwei Hilfselektroden sind, zwischen denen jeweils die größte Spannungsdifferenz besteht. Anschließend wird dieser Hilfsbogen von den Hilfselektroden auf die Hauptelektroden verlagert und bildet den Hauptentladungsbogen. Diese Verlagerung eines Hochdruckbogens ist eine bekannte Erscheinung bei Quecksilberlampen hoher Leuchtdichte, die mit mehr als zwei Betriebselektroden ausgerüstet sind und mit einer Mehrzahl von Lichtbögen betrieben werden. Wie bereits erläutert, wird 'diese Erscheinung erfindungsgemäß in Verbindung mit der Erzeugung von Kurzschlußbögen an Glühwendeln dazu ausgenutzt, um eine Lampe unter hohem Druck zu zünden, während eine Zündung unter geringem Druck vollkommen vermieden werden kann, da der als Zündwendel dienende metallische Leiter erfindungsigemäß derart bemessen ist, daß er eine beträchtliche elektrische Leistung aufnimmt, durch welche die Lampe rasch aufgeheizt und eiine Quecksilberdampfatmosphäre hohen Druckes vor der Zündung der Entladung erzeugt wird.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Hochdruckiampe mach der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Abbildungen zu entnehmen. In diesen zeigt

Abb. ι ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs.-gemäßen Hochdruckiampe mit ihrem Stromkreis, Abb. 2 ein weiteres Ausführungsbeispäel der vorliegenden Erfindung mit einem anderen Elektrodenaufbau,

Abb. 3 und 4 Beispiele 'eines Gefäßverschlusses und Elektrodenaufbaues für eine Lampe gemäß Abb. 2.

Bei den im folgenden an Hand der Zeichnungen 'erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um Lampen, die mit je einem Paar Haupt- und Hilfselektroden ausgerüstet sind und zwei verschiedene Arten der Anordnung von einem bzw. zwei metallischen Leitern aufweisen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Lampen mit dieser Anzahl von Elektroden und metallischen Leitern beschränkt, da sie mit den gleichen Wirkungen und Vorteilen auf andere Hochdrucklampen übertragen werden kann, die mit einer abweichenden Anzahl von Elektroden ausgerüstet sind.

Wie in Abb. 1 gezeugt wird, die eine Ausfühirungsform der Hochdruckiampe nach der Erfindung veranschaulicht, besteht eine solche Hochdrucklampe aus einem annähernd kugelförmigen Entladungsgefäß i, das aus Quarzglas hergestellt und mit kurzen Hälsen 2 und 3 sowie Gefäßverschlüssen 4 und 5 aus Quarzglas ausgerüstet ist, die die voneinander unabhängigen Stromdurchführungen 6 und 7 sowie 8 und 9 tragen. Jede Stromdurchführung 'enthält einen Stromleiter, der aus einer Molybdänfolie 10 und einem Elektrodenihalterungsdraht 11 zusammengesetzt ist, wobei dieser teilweise in das Quarzglas der Stromdurchführung eingebettet ist und die Hauptelektroden 12 und 13 bzw. die Hilfselektroden 14 und 15 trägt. Die Hauptelektroden 12 und 13, zwischen denen im normalen Betriebszustand der Lampe ein Lichtbogen hoher Leuchtdichte von einigen Millimetern Länge ■unterhalten wird, bestehen aus Sinterkörpern oder eng gewickelten Drähtwendeln aus reinem Wolfram, wie sie üblicherweise bei Lampen dieser Art Verwendung finden, die mit Drücken oberhalb 20 Atm. betrieben werden. Die Hilfselektroden 14 und 15 sind vorzugsweise im gleichen gegenseitigen Abstand wie die Hauptelektroden angeordnet, und

■jtde von ihnen befindet sich mit wesentlich geringerem Abstand neben einer der Hauptelektroden, wift durch Abb. ι veranschaulicht wird. Die Hilfselektroden sind vorzugsweise als vorhieizbare Elektrod&n ausgebildet und bestehen aus Wolframdrahtdoppelwendeln. Es sind aber auch' aus steiguMgslos gewickelten Doppelwendeln gebildete Hilfselektroden denkbar, die auf den Elektrodenhalt er umgs draht 11 aufgesteckt sind. Erfindungsgemäß ist zwischen den Hilfselektroden ein metallischer Leiter angeordnet, der aus einer Wolframdrahtwendel 16 besteht, deren Enden an die Hilfselektrodenwendeln oder an die Halterungsdrä'hte angeschlossen sind. Diese Heiz- und Zündwiendel i6 ist aus einem Wolframdraht solchen Durchmessers und solcher Länge hergestellt, daß sie durch einen elektrischen Strom, der dem normalen Betriebsstrom des Hauptlichtbogens gleichkommt, auf Glühtemperaturen erhitzt wird und daß sie dabei eine Spannung von der gleichen Größenordnung wie die Brennspannung des Hauptlichtbogens aufnimmt. Infolgedessen ist die von der Wendel 16 aufgenommene elektrische Leistung von derselben Größenordnung wie die vom Hauptlichtbogen im vollen Betriebszustand aufgenommene, sie ist daher ein wirksamer Heizkörper, durch den das Entladungsgefäß aufgeheizt werden kann, bevor eine Entladung eingeleitet wird. Das Entladungsgefäß ist sorgfältig entlüftet und in der üblichen Weise mit einem Edelgas und einer begrenzten Quecksilbermenge gefüllt, die im Betriebszustand der Lampe völlig verdampft. Hochdrucklampen dieser Art besitzen häufig ein äußeres Hüllgefäß, jedoch werden dieses sowie die Sockelung betreffende Einzelheiten in den Abbildungen nicht gezeigt) da sie für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich sind.

Die Lampe wird mit dem in Abb. 1 veranschaulichten Stromkreis betrieben, der die Drosseln 17 und 18 sowie einen Schalter 19 enthält, über die die Hauptelektroden 12 und 13 an eine Wechselstromqu&lle 20 angeschlossen werden, die eine Spannung· von 225 Volt liefert. In ähnlicher Weise sind die Hilfselektroden 14 und 15 über Schalter 21 und 22 sowie Widerstände 23 und 24 an das Netz angeschlossen, wobei der hierdurch gebildete Hilfsstromkreis zweckmäßig nur Teile der Drosseln 17 und 18 enthält, wie durch Abb. 1 veranschaulicht wird.

Durch Schließen des Schalters 19 werden die So Hauptelektroden 12 und 13 an das Netz gelegt, jedoch entsteht dabei keine Entladung, da hierzu eine viel höhere Spanning nötig wäre. Durch Schließen der Schalter 21 und 22 wird durch die Wendel 16 ein elektrischer Strom geschickt, dessen Stärke durch ihren Widerstand und die im Hilfsstromkreis enthaltenen Teildrosseln und Widerstände bestimmt ist. Erfindungsgemäß sind die elektrischen Daten, dieser strombegrenzten Elemente und der Wendel 16 derart abgestimmt, daß die sich einstellende Stromstärke dieses Heizstromes ungefähr gleich ist dem Betriebsstrom des Lichtbogens, der später zwischen den Hauptelektroden erzeugt wird, außerdem sind Durchmesser und Länge des die Wendel 16 bildenden Wolframdrahtes und ihre Wickeldaten derart bemessen, daß der Spannungsabfall der Wendel von derselben Größenordnung ist wie die Brenn spannung des Lichtbogens und daß die Wendel auf Glühtemperaturen aufgeheizt wird. Infolgedessen wird das Entladungsgefäß rasch aufgeheizt und innerhalb kurzer Zeit eine Quecksilberdampfatmosphäre gebildet, die einen hohen, dem Betriebsdampfdruck der Lampe sogar vergleichbaren Druck annimmt.

Während dieses Aufheizstadiums der Lampe sind Bogenentladunigen zwischen den Hilfselektroden 14 und 15 oder an der heißen Glühwendel 16 nicht erwünscht, da solche Entladungen unter verhältnismäßig geringem Dampfdruck eine Schwärzung des Entladungsgefäßes hervorrufen und die Leistungsaufnahme der zum Vorheizen der Lampe benötigten Glühwendel herabsetzen würde. Tatsächlich ist es sehr wesentlich, daß solche Entladungen oder irgendwelche andere Hilfsentladungsbögen nur während sehr kurzer Zeiträume von der Größenordnung einer Sekunde oder sogar weniger erzeugt werden. Aus diesem Grunde ist der Hilfsstromkreis mit Hilfs- oder Zündwiderständen 23 und 24 versehen, durch die der Heizstrom der Wendel 16 in einem solchen Masse begrenzt wird, daß sie auf verhältnismäßig· niedrigere Glüht emp era tuiren von weniger als 2000⁰K während des Aufheizstadiuims der Lampe erhitzt wird, so daß die Gefahr einer vorzeitigen Bogenbildung unter geringem Dampfdruck beseitigt wird. Erst wenn ein genügend hoher Dampfdruck von beispielsweise 1 Atm. gebildet worden ist, was weniger als 1 Minute dauert, werden diese Zündwiderstände durch Schließen der Überbrückungsschalter 25 und 26 kurzgeschlossen, was zur Folge hat, daß der durch die Wendel fließende Strom beträchtlich erhöht wird und daß diese durch einen solchen hohen Zündstrom fast augenblicklich auf eine sehr hohe Temperatur von 3000⁰ K oder sogar mehr erhitzt wird. Hierdurch wird an der Glühwendel ein Lichtbogen gebildet, der sich auf die Hilfselektroden verlagert und eine hohe, lediglich durch die verhältnismäßig kleinen Teildrosseln des Hilfsstromkreises begrenzte Stromstänke hat. Dieser Hilfs entladungiS-bagen wird nur während einer äußerst kurzen Zeitspanne aufrechterhalten, da in unmittelbarem An-Schluß an seine Ausbildung die Schalter 21 und 22 geöffnet werden, wodurch neue Bögen zwischen den Hauptelektroden und den benachbarten Hilfselektroden und schließlich zwischen den Hauptelektroden selbst gebildet werden. Auf diese Weise wird der Hauptlichtbogen augenblicklich und unter h'ohem Dampfdruck erzeugt, und die Lampe erreicht ihre endgültige Betriebsdaten innerhalb einer weiteren, sehr kurzen Zeitspanne.

Die Wiederzündung einer noch betriebswarmen 120· Quecksilberlampe wird in gleicher Weise durch vorübergehendes Schließen des Hilfsstromkreises und Betätigung der Schalter 21, 22 itnd 25, 26 •herbeigeführt, jedoch kann in diesem Falle die Aufheizzeit sehr abgekürzt und die Heiz- und Zündwendel 16 sogar umgehend mit dem hohen Zünd-

strom betrieben werden, wodurch der Hauptlichtbogen fast augenblicklich wiedergezündet wird. Es ist auch in einfacher Weise möglich, eine Quecksilber'hochdrucklainpe über längere Zeit vorgewärmt und betriebsbereit für sofortige Zündung des Hauptlichitbogens zu halten, da es nur nötig ist, die Glühwendel 16 mit dem Heizstrom oder einem verringerten Heizstrom zu betreiben, durch den ein genügend hoher Dampfdruck; aufrechterhalten wird, ίο oihne daß die Gefahr einer Schwärzung des Entladungsigefäßes besteht, da 'die Glühwendel in diesem Stadium nur verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist. Zweckmäßig wird daher im Hilfsstromkreis ein zusätzlicher Widerstand vorgesehen, durch den in solchen Fällen der Heizstrom auf das gewünschte Maß herabgesetzt wird.

Eine Heiz- und Zündwendei ähnlicher Beschaffenheit, die die gleichen soeben beschriebenen Wirkungen hervorruft, kann auch zwischen einer Hauptelektrode und einer Hilfselektrode angeordnet sein, wie durch Abb. 2 veranschauilicht wird, die sich auf die gleiche, bereits beschriebene Lampenart bezieht, jedoch ist in diesem Falle 'eine Glühwendel 27 zwischen Hauptelektrode 12 und dar benachbarten Hilfselektrode 14 und eine zweite Glühwendel 28 zwischen Hauptelektrode 13 und der benachbarten Hilfselelctrode 15 angeordnet. Beide Wendeln haben vorzugsweise gleiche Wickeldaten und sind nach denselben Gesichtspunkten bemessen, die bereits im Zusammenhang mit dem Beispiel nach Abb. 1 erläutert wurden. In Abb. 2 ist ferner eine für diese Elektrodenanordnung geeignete Schaltung des Vorschaltgeräts angegeben. Gemäß diesem Schaltungsschema ist die Hilfselektrode 14 über einen Widerstand 29 und einen Schalter 30 mit der Hauptelektrode 13 und die Hilfselektrode 15 über einen Widerstand 31 und einen Schalter 32 mit der Hauptelektrode 12 verbunden. Um die Lampe in Betrieb zu setzen, werden die Schalter 30 und 32 geschlossen, und infolgedessen fließen Heizströme durch die Wendeln, die. auf Glühtemperaturen erhitzt werden, welche nicht über ungefähr 2000⁰ K hinausgehen. Während dieses Aufheizstadiums sind die Heizströme der Wendeln durch die Widerstände 29 und 31 begrenzt, jedoch ist die von jeder Wendel aufgenommene elektrische Leistung ausreieheijfk um die Lampe aufzuheizen und innerhalb kurzer Zeit einen hohen Dampfdruck zu bilden. Sobald dieses geschehen ist, werden die Widerstände 29 und 31 durch die Schalter 33 und 34 kurzgeschlossen, wodurch die Heizströme erhöht und die Wendeln kurzzeitig auf Temperaturen oberhalb 3000⁰K erhitzt werden. Hierdurch entstehen Kurzschlußbögen an den Wendeln, aus denen Hilfsentladungsbögen zwischen den Elektroden 12, 14 und 13, 15 hervorgehen, und aus diesen Entladungen wird der Hauptlichtbogen zwischen den Hauptelektroiden 12 und 13 sofort "gebildet, sobald die Schalter 30 und 32 geöffnet werden. Im vorfio liegenden Falle nimmt jede Glühwendel während des kurzen Zündstadiums, ■ wenn also die Widerstände 29 und 31 kurzgeschlossen sind, ungefähr die gleiche elektrische Leistung auf ■ wie der Hauptlichtbogen, während im Aufheizstadium beide Wendeln zusammen eine elektrische Leistung von dieser Größenordnung verbrauchen.

Eine besonders geeignete Ausführungsform und Anordnung der Heiz- und Zündwendel und der Hilfselektrode für eine gemäß Abb. 2 ausgestattete Lampe ist in den Abb. 3 und 4 'dargestellt, die zwei verschiedene Seitenansichten eines der Gefäßverschlüsse mit seinem Elektrodenaufbau veranschaulichen. Der Gefäßverschluß besteht aus einer Quarzglasscheibe 3 S, die mit den Stromdurchführungen 36 und 27 ausgerüstet ist. Von diesen besitzt jede einen Stromleiter, der aus einer äußeren Stromzuführung 38, einem vakuumdicht eingeschmolzenen Di'chtungsleiter 39 und einer inneren Stromzuführung 40 bzw. 41 zusammengesetzt ist. Die innere Stromzuführung 40 besteht aus einem dicken Wolfraandraht oder Stab, der teilweise in das Quarzglas der Stromdurchführung 36 eingebettet und dadurch fest mit dem Gefäßverschluß verbunden ist und die Hauptelektrode· 42 trägt. Auf ähnliche Weise ist die innere Stromzuführung 41 mit der Stromdurchführung 37 verbunden, sie besteht aber aus einem Molybdändraht geringeren Durchmessers, der die verhältnismäßig leichte Hilfselektrode 43 stützt. Diese ist als vorheizbare Glühelektrode ausgebildet und besteht aus einer selbsttragenden Doppelwendel, die von drei sekundären Windungen, wie durch Abb. 3 veranschaulicht, gebildet wird. Ein Ende 44 dieser Doppelwendel ist auf das freie Ende der Stromzuführung 41 aufgesteckt und mit dieser verschweißt. Als Heiz- und Zündwendel 45 wird der Leuchtkörper einer Projektionsglühlampe verwendet, der aus vier parallelen, in einer Ebene angeordneten Wendelteilen, wie durch Abb. 4 veranschaulicht, besteht und im Raum zwischen den inneren Stromzuführungen 40 und 41 senkrecht zu der von diesen gebildeten Ebene untergebracht ist. Ein Ende 46 der Leuchtkörperwendel 45 ist durch den Stützdraht 47 an die Stromzuführung 40 angeschlossen, während das andere Ende 48 mit dem freien Ende der Hilfselektrode 43 direkt verbunden ist. Vorzugsweise wird die Doppelwendel dieser Elektrode aus derselben Primärwendel gewickelt, aus der 'die Leuchtkörperwendel 45 besteht, so daß beide aus einem Stück Wolframdraht hergestellt sind. Auf diese Weise werden die beiden Wendeln während des Aufheizstadiums der Lampe auf ungefähr die gleiche, verhältnismäßig niedrige Temperatur erwärmt, und wenn der erhöhte Zündstrom durch die Wendel 45 hindurchgeschickt wird, nimmt die Hilfselektrode gleichzeitig dieselbe hohe Temperatur an, die für die Bildung eines Hilfsentladungsbogens mit der Hauptelektrode erforderlich ist.

Da erfindungsgemäß eine Hilfselektrode stets •mit einem Ende einer Heiz- und Zündwendel verbunden ist, die der Hilfselektrode durch Wärmeleitung eine gewisse Menge Wärmeenergie mitteilt, kann diese Elektrode auch als mittelbar vorgeheizte Glühielektro'de ausgebildet sein und aus einer dicht gewickelten Wendel oder Doppelwendel bestehen, die mit einem Ende der Heiz- und Zündwendel

verbunden oder über dieses geschoben ist. In diesem Falle werden die Hilf selektroden vorteilhaft mit einer geringen Menge aktivierender Stoffe, wie Barium, Strontium, Calcium, Thorium, Zirkonium, Hafnium 5 O'der ihrer chemischen Verbindungen versehen, durch welche die Ausbildung der Hilfsentladungsbögen während des kurzen Zündstadiums der Lampe wesentlich gefördert wird, während die Gefahr einer schädlichen Verdampfung dieser Stoffe nicht besteht, da die Temperatur, welche die Hilfselektroden im Aufheizstadium annehmen, verhältnismäßig niedrig ist. Da ferner die Zeitspanne der Zündung nur von der Größenordnung einer Sekunde ist, kann keine merkliche Verdampfung oder Zeirstäubung eintreten, die zu einer Schwärzung der Entladungsgefäßwand führen würde, und überdies werden nur sehr geringe Mengen aktivierender Stoffe benötigt, da die Hilfselektroden im Verlaufe der gesamten Lebensdauer der Lampe nur .20 während einer unerheblichen Zeitdauer in Bietrieb gesetzt werden. Um das Verhalten der Hauptelektroden beim Betrieb des Hauptlichtbogens zu verbessern, können diese Elektroden mit Thorium oder Tihoriumoxyd aktiviert sein, die mitunter in hoch-■25 belasteten Lampen Verwendung finden.

Die Verwendung besonderer Hilfselektroden, die durch einen besonderen konstruktiven Aufbau, geeignete Anordnung und Stellung gegenüber den Hauptelektroden und durch einen bestimmten Akti- :3ο vierungsgrad gekennzeichnet sind, ist für einen sicheren Betrieb der Lampe sehr wesentlich¹. Andernfalls würden sich die von den Heiz- und Zündwendeln ausgelösten Entladungsbögen auf unkontrollierte Weise ausbilden können und anstatt Hilfsentladungsbögen zwischen dazu vorbestimmten Stellen zu erzeugen, das Entladungsgefäß schwärzen und die Wendeln zerstören.

Im Vergleich mit den üblichen Hochdrucklampen hat eine Lampe, die die oben beschriebene Elektrodenanovdnung nach der Erfindung aufweist., wesentlich verbesserte Betriebseigenschaften, die sich die Erfindung zum Ziel gesetzt hat. Infolge der vom den Heiz- und Zündwendeln hiervorgerufenen Wirkungen wird eine selbsttätige Vorwärmung und kurzzeitige Betriebsbereitschaft der Lampe auf einfache Weise !ermöglicht und die Anlaufzeit weitgehend herabgesetzt; überdies, da der Entladungsbögen mit normaler Netzspannung unter hohem Druck gezündet wird, ist auch eine sofortige Wiederzündung ohne den Gebrauch hoher Spannungen möglich. Beim Zünden sonst häufig auftretende Stromstöße und erhöhte Anlaufströme werden völlig beseitigt, was für die Elektroden und die Stromdurchführungen der Lampe außerordentlieh vorteilhaft ist. Durch die gleichen Mittel wird die Lebensdauer erhöht, worauf die Erfindung ebenfalls abzielt, da keine Entladung bei Niederdruck oder zwischen kalten Elektroden gezündet oder betrieben wird, während andererseits Entladungsbögen nur unter hohem Druck und zwischen auf Glühtemperatur befindlichen Teilen des Elektrodensystems gebildet werden; die Schwärzung der Entladungsgefäßwand ist daher mindestens stark herabgesetzt. Eine Lampe nach der Erfindung kann daher während ihrer Lebenszeit häufiger gezündet werden, ohne daß übermäßige Schwärzung eintritt. In dieser Beziehung ist es auch von großer Bedeutung, daß das Entladungsgefäß verhältnismäßig groß gewählt werden kann, was günstig für die Lebensdauer ist und durch den Gebrauch der Heizwendeln möglich wird, die erfindungsgemäß eine ausreichende Wärmemenge 'erzeugen, um die Lampe aufzuheizen und eine Atmosphäre hohen Druckes zu bilden. Die Oberflächenbelastung des Entladungsigefäßes, d. h. das Verhältnis zwischen der Lampenleistung und der Oberfläche des. Entladungsgefäßes, kann daher kleiner als 15 Watt/cm² gewählt werden, während die Oberflächenbelastung der gebräuchlichen Lampen meistens auf über 2 S Watt/cm² eingestellt wird, um erträgliche Anlaufzeiten zu erzielen. Auf diese Weise wird bei den erfindungsgemäßen Lampen eine Überhitzung des Entladungsigefäßes vermieden.

Bei Edelgashochdrucldampen ist ein Aufheizstadium natürlich nicht nötig, auch besteht kein eigentliches Anlaufzeitproblem. Der Elektrodenau'fbau nach der Erfindung bietet aber dien Vorteil, daß die Zündung des Lichtbogens weitgehend erleichtert wird und daß dank dem besonderen, mit dem Gebrauch einer hocherhitzten Zündwendel und einer Hilfselektrode verbundenen Zündmechanismus die Zerstätibung der Hauptelektroden verringert und die Lebensdauer der Lampe verbessert wird. Bei Quecksilberlampen, die mit einem Edelgas hohen Druckes gefüllt sind, wirkt sich die Erzeugung einer Quecksilberatmosphäre hohen Druckes, die vor der Zündung des Lichtbogens gebildet wird, sehr günstig aus.

Hinsichtlich der in den Abbildungen angegebenen Schaltungsschemen sei darauf hingewiesen, daß die Schalter 21 und 22 in Abb. 1 und 30 und 32 in Abb. 2 vorzugsweise als magnetische Überstromschalter ausgebildet sind, die unterbrochen werden, wenn die Widerstände 23, 24 bzw. 29, 31 kurzgeschlossen und die in den Hilfsstromkreisen flie- ßenden Ströme kurzzeitig auf hohe Werte gebracht werden, während das erneute Schließen dieser Schalter entweder von Hand gemeinsam mit der Betätigung des Hauptschalters '19 vorgenommen wird oder auch selbsttätig erfolgt und durch ein geeignetes spannungsempfindliches Schaltelement besorgt wird, das durch die an der Lampe liegende Spannung gesteuert wird. Die Widerstände 23 und 24 sowie 29 und 31 bestehen vorzugsweise aus Heißleitern, deren Kaltwiderstand dem Widerstandswert der im Hilfsstromkreis benötigten Hilfswiderstände entspricht und deren Anlaufcharakteristik in ihrem zeitlichen Verlauf auf die von der Lampe benötigte Aufheizzeit abgestimmt ist.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Hochdruckentladungslampe mit Betriebsdrücken von mehr als 5 Atm., deren aus Quarzglas bestehendes Entladungsgefäß eine

   Mehrzahl fester, entladungsbeheizter Hauptelektroden und mindestens eine von diesen unabhängige Hilfselektrode enthält, die zur Erzeugung eines Hilfsentladungsbogens dient und in der Nähe einer Hauptelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem oder mehreren hocherhitzbaren, als Zürtdwendeln dienenden metallischen Leitern versehen ist, die an je eine Hauptelektrode und die ihr

   ίο benachbarte Hilfselektrode oder an je zwei Hilfselektroden angeschlossen und derart bemessen sind, daß sie durch einen mit dem Betriebsstrom der Lampe vergleichbaren Vorheizstrom auf Glühtemperaturen erhitzt werden und dabei einzeln oder gemeinsam eine Spannung von der gleichen Größenordnung wie die Brennspannung der Lampe aufnehmen, wodurch sie das Entladungsgefäß vorheizen und durch anschließende kurzzeitige, durch Schaltmittel des Vorschaltgeräts hervorgerufene Überhitzung durch einen Überstrom Hilfsentladungsbögen zwischen benachbarten Haupt- und Hilfselektroden oder zwischen Paaren von Hilfselektroden einleiten, durch welche die Zündung der Lampe unter hohem Druck herbeigeführt wird.

   2. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch ■gekennzeichnet, daß die als Zündwendeln dienenden metallischen Leiter aus Wolframdrahtwendeln bestehen, deren Drahtstärke und Drahtlänge derart bemessen sind, daß sie durch den Vorheizstrom der Lampe auf eine Glühtemperatur unterhalb 2000⁰ K erhitzt werden, wobei diese Heizwendeln einzeln oder gemeinsam eine Spannung von der gleichen Größenordnung wie die Brennspannung der Lampe aufnehmen und das Entladungsgefäß vorheizen und eine Quecksilberdampf atmosphäre hohen Druckes erzeugen, bevor eine Entladung gezündet wird.

   3. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zündwendeln dienenden metallischen Leiter aus derart bemessenen Wolframwendeln bestehen, daß sie durch einen kurzzeitigen, vom Vorschaltgerät verursachten Überstrom· auf eine hohe Temperatur oberhalb 3000⁰ K erhitzbar sind, wodurch an den Wendeln Kurzschlußbögen und zwischen benachbarten Haupt- und Hilfselektroden oder zwischen Paaren von Hilfselektroden Hilfsentladungsbögen erzeugt werden, durch die die Lampe unter hohem Druck gezündet wird.

   4. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden aus Sinterkörpern oder eng gewickelten Drahtwendeln aus reinem Wolfram· bestehen und daß die Hilfselektroden als durch Stromdurchgang vorheizbare Elektroden ausgebildet sind und aus Doppelwendeln aus reinem Wolframdraht bestehen.

   5. Hochdrucklampe nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelwendeln der Hilfselektroden aus den gleichen Primärwendeln gewickelt sind, aus denen die an sie angeschlossenen Zündwendeln beistehen.

   6. Hochdrucklampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden als mittelbar geheizte Elektroden ausgebildet sind, die aus eng gewickelten, über die Zündwendel geschobenen Wendeln oder Doppelwendeln bestehen, die mit einer geringen Menge aktivierender Stoffe, wie Barium, Strontium, Calcium, Thorium, Zirkonium, Hafnium oder ihre chemimischen Verbindungen versehen sind und die Vorheizung dieser Hilfselektroden durch die an sie angeschlossenen Zündwendeln erfolgt.

   7. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, 2 und 3, • dadurch gekennzeichnet, daß ihr Elektrodensystem aus zwei Hauptelektroden, zwei neben diesen in geringem Abstand angeordneten Hilfselektroden und einer Wolframdrahtwendel als Zündwendel besteht, die an die Hilfselektroden angeschlossen ist und dabei die Wolframdrahtwendel derart bemessen ist, daß sie durch einen dem Betriebsstrom der Lampe annähernd gleichen Heizstrom auf eine Glühtemperatur unterhalb 2000⁰ K erhitzt wird und dabei eine der Brennspannung der Lampe annähernd gleiche Spannung aufnimmt und das Entladungsgefäß ■aufheizt und daß sie durch einen kurzzeitigen, vom Vorschaltgerät gelieferten Überstrom auf eine hohe Temperatur oberhalb 3000⁰ K erhitzbar ist, wodurch an der Wendel ein Kurzschlußbogen und zwischen den Hilfselektroden oder zwischen diesen und den Hauptelektroden-Hilfsentladungsbögen erzeugt werden, durch die der Hauptlichtbogen unter hohem Druck zwischen den Hauptelektroden gezündet wird.

   8. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Elektrodensystem aus zwei Hauptelektroden, zwei neben diesen in geringem Abstand angeordneten Hilfselektroden und zwei Wolframdrahtwendeln als Zündwendeln besteht, von denen jede mit einer der Hauptelektroden und der benachbarten Hilfselektrode verbunden ist, und die Wolframdrahtwendeln derart bemessen sind, daß sie durch den vom Vorschaltgerät zunächst gelieferten Strom die Lampe aufheizen und anschließend durch einen mit Hilfe des Vorschaltgeräts gesteigerten, dem Betriebsstrom der Lampe annähernd gleichen kurzzeitigen Zündwendelstrom auf eine Glühtemperatur oberhalb 3000⁰ K erhitzt werden und bei diesem er^L höhten Zündwendelstrom jede der beiden Zündwendeln eine der Brennspannung der Lampe annähernd gleiche Spannung aufnimmt, wodurch an den Wendeln Kurzschlußbögen und zwischen benachbarten Haupt- und Hilfselektroden Hilfsentladungsbögen erzeugt werden, durch die der Hauptlichtbogen zwischen den Hauptelektroden unter hohem Druck gezündet wird.

   9.' Hochdrucklampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zündwien del aus vier parallelen, in einer Ebene angeordneten, zusammenhängenden Wendelteilen besteht, die im Raum zwischen den Halterungsdrähten der Haupt- und Hilfselektroden senkrecht zu der

   von den Halterungsdrähten gebildeten Ebene untergebracht sind.

   io. Schaltungsanordnung zum Vorwärmen und Zünden einer Hochdrucklampe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet;, daß jede Zündwendel an einen den Hauptentladungsboren überbrückenden Hilfsstromkreis angeschlossen ist, der einen Hilfs- oder Zündwiderstand and einen Schalter enthält, durch den der Hilfsstromkreis während des Aufheiz- und Zündstadiums der Lampe geschlossen wird.

   ri. Schaltungsanordnung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwiderstand durch einen Schalter überbrückt ist, durch den der Zündwiderstand kurzschließbar ist, und daß letzterer derart bemessen ist, daß die Zündwendel während des Aufheizstadiums der Lampe auf eine Glühtemperatur erhitzt wird, die eine Temperatur von 2ooo° K nicht überschreitet.

   12. Schaltungsanordnung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwiderstand ein Heißleiter ist, dessen Kaltwiderstand derart bemessen ist, daß die Zündwendel während des Aufheizstadiums der Lampe auf eine 2000⁰ K nicht überschreitende Glühtemperatur erhitzt wird und dessen Anlaufzeit auf die von der Lampe benötigte Aufheizzeit abgestimmt ist.

   13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch g>ekennzeichnet, daß der Schalter des Hilfsstromkreises ein magnetischer Überstromschalter ist, der durch den erhöhten, beim Kurzschließen oder Zusammenbrechen des Hilfswiderstandes und bei der Entstehung der Hilfsentladungsbögen im Hilfsstromkreis fließenden Züradstrom unterbrochen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2315286.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 657/361 10.56 (609 853 3.57)