EP1271612A2 - Hochdruckentladungslampe - Google Patents

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EP1271612A2
EP1271612A2 EP02010340A EP02010340A EP1271612A2 EP 1271612 A2 EP1271612 A2 EP 1271612A2 EP 02010340 A EP02010340 A EP 02010340A EP 02010340 A EP02010340 A EP 02010340A EP 1271612 A2 EP1271612 A2 EP 1271612A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lamp
electrodes
alternating current
pressure discharge
discharge lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02010340A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1271612A3 (de
Inventor
Wolfram Dr. Graser
Roland Huettinger
Andreas Dr. Kloss
Klaus Dr. Stockwald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1271612A2 publication Critical patent/EP1271612A2/de
Publication of EP1271612A3 publication Critical patent/EP1271612A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
    • H01J61/827—Metal halide arc lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0732—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the construction of the electrode

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of Claim 1 and an operating method for a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 3.
  • high-pressure discharge lamps which operate on a so-called conventional ballast with an essentially sinusoidal, mains frequency AC voltage were designed, also on a so-called electronic ballast with an essentially rectangular AC voltage a frequency from the range of approx. 100 Hz to 500 Hz can be operated are.
  • Operation of these high-pressure discharge lamps on an electronic ballast has different compared to the operation on a conventional ballast Benefits. For example, better color consistency can be achieved by regulating the lamp power versus changes in lamp lamp voltage or the mains voltage can be guaranteed and a cessation of light flickering is eliminated become.
  • a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1 and a Operating methods according to the preamble of claim 3 are for example in European laid-open publications EP 1 045 622 A2 and EP 0 908 926 A2 disclosed.
  • the first-mentioned publication describes a ballast for Operation of a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp with a rectangular alternating current with a frequency between 50 Hz and 5 kHz.
  • the other laid-open publication discloses a high pressure metal halide discharge lamp with a filling based on sodium and scandium, which with Rectangular pulses of 270 Hz is operated.
  • the high-pressure discharge lamp according to the invention has a discharge vessel with a discharge medium enclosed therein and cylindrical electrodes for generating a gas discharge in the discharge medium.
  • the diameter of the electrodes is such that when the lamp is operated with its specified nominal power and with a substantially rectangular alternating current during the stable operating state of the high-pressure discharge lamp after the ignition phase has ended, the product of the current density in the electrodes and the cube root of the effective value of the AC has a constant value in the range between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A 4/3 mm -2 .
  • the above range specification for the aforementioned product means an instruction for dimensioning the diameter of the cylindrical electrodes of the high-pressure discharge lamp according to the invention , Only when the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current has a constant value in the range between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A 4/3 mm -2 , is the blackening of the lamp vessel during operation the high pressure discharge lamp with a rectangular alternating current minimal.
  • the electrode diameter of the lamp is dimensioned such that the product has a value smaller than 5 A 4/3 mm -2 , then an increased blackening of the lamp vessel occurs due to the increased sputtering of electrode material. If, however, the lamp electrodes are dimensioned such that the aforementioned product assumes a value greater than 10 A 4/3 mm -2 , there is an increased blackening of the lamp vessel due to the increased evaporation of electrode material.
  • the electrodes are those of the invention High-pressure net discharge lamp cylindrical. That means at least the section of the electrodes protruding into the discharge space is uniform Has thickness or a uniform diameter. The discharge end however, the electrodes can be rounded. Such electrodes will be usually referred to as pin electrodes or as stick electrodes. To the thermal Optimizing the properties of these electrodes can be done on the discharge side An electrode coil arranged coaxially to the electrode rod at the end of the electrodes wear.
  • the electrodes of the high-pressure discharge lamp are designed as cylindrical pins which consist of a high-melting metal, for example of tungsten.
  • the thickness or the diameter of the pins is dimensioned such that when the lamp is operated with its nominal power and with a substantially rectangular alternating current during the stable operating state of the high-pressure discharge lamp after the ignition phase has ended, the product of the current density in the electrodes and the cube root of the effective value of the alternating current has a constant value between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A 4/3 mm -2 , in order to ensure as little blackening of the lamp vessel as possible during operation.
  • the electrodes of the high-pressure discharge lamp each consist of a cylindrical electrode pin which carries an electrode coil arranged coaxially to the electrode pin at its discharge end.
  • the diameter of the electrode pin is dimensioned such that when the lamp is operated with an essentially rectangular alternating current during the stable operating state of the high-pressure discharge lamp after the ignition phase has ended, the product of the current density in the electrodes and the cubic root the effective value of the alternating current has a constant value between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A 4/3 mm -2 .
  • the substantially rectangular alternating current through the electrodes be dimensioned such that during the stable operating state of the high-pressure discharge lamp after the ignition phase of the high-pressure discharge lamp has ended, the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current have a constant value between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A 4/3 mm -2 . If a lower rectangular alternating current is applied to the electrodes, so that the above product assumes a smaller value than 5 A 4/3 mm -2 , then increased blackening of the lamp vessel occurs due to sputtering electrode material. On the other hand, if a higher rectangular alternating current is applied to the electrodes so that the above product assumes a value greater than 10 A 4/3 mm -2 , then evaporating electrode material causes an increased blackening of the lamp vessel.
  • the frequency of the rectangular alternating current is advantageously one Value between 50 Hz and 500 Hz. Problems can occur at higher frequencies occur with acoustic resonances in the discharge medium. In addition, at higher Frequencies require complex electronics. At too low frequencies however, a flickering of the discharge arc of the lamp can be seen become.
  • FIG. 2 shows an example of a type of high-pressure discharge lamp Comparison of the blackening of the discharge vessel when operating with an essentially sinusoidal, line-frequency alternating current (curve 1) and during operation with an essentially rectangular alternating current (curve 2) at one frequency of 50 Hz.
  • Curve 1 On the horizontal axis of the diagram of Figure 2 is the effective value of the lamp current and on the vertical axis (in logarithmic Scale) the blackening of the discharge vessel in each case in relative Units applied.
  • the minimum of the blackening of the discharge vessel occurs when operating high-pressure discharge lamps that are empirically optimized for the slightest decrease in luminous flux during their service life on sinusoidal, line-frequency alternating current, especially when these lamps are charged with their nominal current.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current has a constant value greater than 10 A 4/3 mm -2 .
  • the current density in the electrodes is set according to the invention such that the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current has a constant value between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A has 4/3 mm -2 .
  • cylindrical electrodes which are preferably designed as pin electrodes and can additionally carry an electrode coil on their heads, this is achieved by correspondingly adapting their electrode pin diameter.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the structure the high-pressure discharge lamps according to all embodiments.
  • the structure of the Lamp is essentially the same in all embodiments. You differentiate only in their dimensions and in their operating data.
  • the high-pressure discharge lamp shown in FIG. 1 has a double-sided seal Discharge vessel 1 made of a translucent material such as Quartz glass or aluminum oxide ceramic is made.
  • an ionizable discharge medium is enclosed in a gas-tight manner, that as an essential component metal halides and in addition an inert gas or also contains mercury.
  • To generate a gas discharge in the discharge medium serve two electrodes 2 of the same design, which are in the discharge vessel are arranged diametrically.
  • Each of the two electrodes 2 consists of a cylindrical one Electrode pin 2a, which at the discharge end is coaxial with the electrode pin 2a arranged electrode coil 2b carries.
  • the discharge vessel 1 is in turn surrounded by a translucent outer bulb 3.
  • the electrodes 2 are each melted into the discharge vessel ends 1a in a gastight manner Power supply 4 connected to the electrical contacts 5 of the lamp.
  • the first exemplary embodiment of the invention is a metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption, ie with a nominal power, of 70 W.
  • the electrode pins 2a of this lamp have a diameter of 0.41 mm.
  • This lamp is operated with an essentially rectangular alternating current of 120 Hz.
  • the effective value of the alternating current is 1 A and the current density in the electrodes is 7.6 A / mm 2 .
  • the power factor is approximately 1 and the operating voltage is 70 V.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current is therefore calculated to be 7.6 A 4/3 mm -2 .
  • the second exemplary embodiment of the invention is a metal-halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption, ie with a nominal power, of 150 W.
  • the electrode pins 2a of this lamp have a diameter of 0.62 mm.
  • This lamp is operated with an essentially rectangular alternating current of 120 Hz.
  • the effective value of the alternating current is 1.8 A and the current density in the electrodes is 6 A / mm 2 .
  • the power factor is approximately 1 and the operating voltage is 83.3 V.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current is therefore calculated to be 7.3 A 4/3 mm -2 .
  • the third exemplary embodiment of the invention is a metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption, ie with a nominal power, of 150 W.
  • the electrode pins 2a of this lamp have a diameter of 0.33 mm.
  • This lamp is operated with an essentially rectangular alternating current of 120 Hz.
  • the effective value of the alternating current is 0.75 A and the current density in the electrodes is 8.8 A / mm 2
  • the power factor is approximately 1 and the operating voltage is 200 V.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current is therefore calculated to be 8.0 A 4/3 mm -2 .
  • the fourth exemplary embodiment of the invention is a mercury-free metal-halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption, ie with a nominal power, of 150 W.
  • the electrode pins 2a of this lamp have a diameter of 0.72 mm.
  • This lamp is operated with an essentially rectangular alternating current of 120 Hz.
  • the effective value of the alternating current is 2.5 A and the current density in the electrodes is 6.1 A / mm 2
  • the power factor is approximately 1 and the operating voltage is 60 V.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current is therefore calculated to be 8.3 A 4/3 mm -2 .
  • the fifth exemplary embodiment of the invention is a metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption, ie with a nominal power, of 250 W.
  • the electrode pins 2a of this lamp have a diameter of 0.88 mm.
  • This lamp is operated with an essentially rectangular alternating current of 120 Hz.
  • the effective value of the alternating current is 3 A and the current density in the electrodes is 4.9 A / mm 2 .
  • the power factor is 1 and the operating voltage is 83.3 V.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current is therefore calculated to be 7.1 A 4/3 mm -2 .
  • the sixth embodiment of the invention is a metal-halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption, ie with a nominal power, of 400 W.
  • the electrode pins 2a of this lamp have a diameter of 1.1 mm.
  • This lamp is operated with an essentially rectangular alternating current of 120 Hz.
  • the effective value of the alternating current is 4 A and the current density in the electrodes is 4.2 A / mm 2 .
  • the power factor is 1 and the internal voltage is 100 V.
  • the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current is therefore calculated to be 6.7 A 4/3 mm -2 .
  • the electrodes can also be designed as pin electrodes, which consist of a high-melting metal, for example tungsten, and do not have an electrode coil.
  • the thickness or the diameter of the pin must be such that the product of the current density in the electrodes and the cubic root of the effective value of the alternating current has a constant value between 5 A 4/3 mm -2 and 10 A 4/3 mm -2 .
  • the application of the invention is not to a specific frequency of the rectangular alternating current is limited.
  • the invention is not limited to those shown schematically in FIG. 1 double-ended sealed and double-ended high-pressure discharge lamps.
  • the geometry of the discharge vessel and the base of the outer bulb are irrelevant to the invention.
  • the invention is also based on High-pressure discharge lamps with discharge vessel sealed on one side and on single-ended high-pressure discharge lamps applicable.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe, insbesondere eine Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe, und ein Verfahren zum Betrieb dieser Lampe mit einem rechteckförmigen Wechselstrom. Erfindungsgemäß sind die Elektroden (2) dieser Lampe derart bemessen, dass beim Betrieb der Lampe mit ihrer vorgegebenen Nenn-Leistung und mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom während des stabilen Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden (2) und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A<4/3>mm<-2> und 10 A<4/3>mm<-2> besitzt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Betriebsverfahren für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.
I. Stand der Technik
Es ist bekannt, dass Hochdruckentladungslampen, die zum Betrieb an einem sogenannten konventionellen Vorschaltgerät mit einer im wesentlichen sinusförmigen, netzfrequenten Wechselspannung konzipiert wurden, auch an einem sogenannten elektronischen Vorschaltgerät mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Wechselspannung einer Frequenz aus dem Bereich von ca. 100 Hz bis 500 Hz betreibbar sind. Der Betrieb dieser Hochdruckentladungslampen an einem elektronischen Vorschaltgerät hat gegenüber dem Betrieb an einem konventionellen Vorschaltgerät verschiedene Vorteile. Beispielsweise kann eine bessere Farbkonstanz durch Ausregelung der Lampenleistung gegenüber Änderungen der Lampenbrennspannung oder der Netzspannung gewährleistet werden und ein Wegfall des Lichtflimmerns erreicht werden.
Eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Betriebsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 sind beispielsweise in den europäischen Offenlegungsschriften EP 1 045 622 A2 und EP 0 908 926 A2 offenbart. Die erstgenannte Offenlegungsschrift beschreibt ein Vorschaltgerät zum Betrieb einer quecksilberfreien Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe mit einem rechteckförmigen Wechselstrom einer Frequenz zwischen 50 Hz und 5 kHz.
Die andere Offenlegungsschrift offenbart eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer Füllung auf der Basis von Natrium und Scandium, die mit Rechteckimpulsen von 270 Hz betrieben wird.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die beim Betrieb mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom eine möglichst geringe Schwärzung des Lampengefäßes aufweist und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom anzugeben, so dass eine möglichst geringe Schwärzung des Lampengefäßes während des Betriebes auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt ein Entladungsgefäß mit einem darin eingeschlossenen Entladungsmedium und zylindrische Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Entladungsmedium. Der Durchmesser der Elektroden ist derart bemessen, dass beim Betrieb der Lampe mit ihrer vorgegebenen Nenn-Leistung und mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom während des stabilen Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert im Bereich zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt. Da der Effektivwert des Wechselstroms durch die Nenn-Daten der Hochdruckentladungslampe festgelegt ist und die Stromdichte sich als Quotient aus dem Effektivwert des Wechselstroms und dem Elektrodenquerschnitt ergibt, bedeutet die vorstehende Bereichsangabe für das vorgenannte Produkt eine Anweisung zur Dimensionierung des Durchmessers der zylindrischen Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe. Nur wenn das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert im Bereich zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt, ist die Schwärzung des Lampengefäßes bei einem Betrieb der Hochdruckentladungslampe mit einem rechteckförmigen Wechselstrom minimal. Ist der Elektrodendurchmesser der Lampe so bemessen, dass sich für das Produkt ein kleinerer Wert als 5 A4/3mm-2 ergibt, so tritt eine vermehrte Schwärzung des Lampengefäßes aufgrund des erhöhten Sputterns von Elektrodenmaterial auf. Falls aber die Lampenelektroden derart bemessen sind, dass das vorgenannte Produkt einen größeren Wert als 10 A4/3mm-2 annimmt, so tritt eine vermehrte Schwärzung des Lampengefäßes aufgrund des erhöhten Abdampfens von Elektrodenmaterial auf.
Wie bereits oben erwähnt wurde, sind die Elektroden der erfindungsgemäßem Hochdruckenetladungslampe zylindrisch ausgebildet. Das bedeutet, dass zumindest der in den Entladungsraum hineinragende Abschnitt der Elektroden eine gleichmäßige Dicke bzw. einen einheitlichen Durchmesser aufweist. Das entladungsseitige Ende der Elektroden kann aber abgerundet ausgebildet sein. Solche Elektroden werden üblicherweise als Stiftelektroden oder als Stabelektroden bezeichnet. Um die thermischen Eigenschaften dieser Elektroden zu optimieren, kann das entladungsseitige Ende der Elektroden eine koaxial zum Elektrodenstab angeordnete Elektrodenwendel tragen.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Elektroden der Hochdruckentladungslampe als zylindrische Stifte ausgebildet, die aus einem hochschmelzenden Metall, beispielsweise aus Wolfram bestehen. In diesem Fall ist die Dicke bzw. der Durchmesser der Stifte derart bemessen, dass beim Betrieb der Lampe mit ihrer Nenn-Leistung und mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom während des stabilen Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt, um eine möglichst geringe Schwärzung des Lampengefäßes während des Betriebes zu gewährleisten.
Gemäß eines anderen, bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung bestehen die Elektroden der Hochdruckentladungslampe jeweils aus einem zylindrischen Elektrodenstift, der an seinem entladungsseitigen Ende eine koaxial zum Elektrodenstift angeordnete Elektrodenwendel trägt. Um eine möglichst geringe Schwärzung des Lampengefäßes zu gewährleisten, ist der Durchmesser des Elektrodenstiftes derart dimensioniert, dass beim Betrieb der Lampe mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom während des stabilen Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt.
Um eine möglichst geringe Schwärzung des Lampengefäßes zu verursachen, wird bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren der Hochdruckentladungslampe vorgeschlagen, den im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom durch die Elektroden derart zu bemessen, dass während des stabilen Betriebszustandes der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 aufweist. Werden die Elektroden mit einem geringeren rechteckförmigen Wechselstrom beaufschlagt, so dass das vorstehende Produkt einen kleineren Wert als 5 A4/3mm-2 annimmt, dann tritt erhöhte Schwärzung des Lampengefäßes aufgrund von sputterndem Elektrodenmaterial auf. Andererseits, falls die Elektroden mit einem höheren rechteckförmigen Wechselstrom beaufschlagt werden, so dass das vorstehende Produkt einen größeren Wert als 10 A4/3mm-2 annimmt, dann verursacht abdampfendes Elektrodenmaterial eine vermehrte Schwärzung des Lampengefäßes.
Die Frequenz des rechteckförmigen Wechselstroms liegt vorteilhafterweise bei einem Wert zwischen 50 Hz und 500 Hz. Bei höheren Frequenzen können Probleme mit akustischen Resonanzen im Entladungsmedium auftreten. Außerdem ist bei höheren Frequenzen eine aufwändige Elektronik erforderlich. Bei zu niedrigen Frequenzen kann hingegen ein Flimmern des Entladungsbogens der Lampe sichtbar werden.
In der Figur 2 ist beispielhaft für einen Typ einer Hochdruckentladungslampe ein Vergleich der Schwärzung des Entladungsgefäßes beim Betrieb mit einem im wesentlichen sinusförmigen, netzfrequenten Wechselstrom (Kurve 1) und beim Betrieb mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom (Kurve 2) bei einer Frequenz von 50 Hz dargestellt. Auf der horizontalen Achse des Diagramms von Figur 2 ist der Effektivwert des Stroms der Lampe und auf der vertikalen Achse (im logarithmischen Maßstab) die Schwärzung des Entladungsgefäßes jeweils in relativen Einheiten aufgetragen. Als Referenzwerte dienen der Strom und die Schwärzung im Minimum der Kurve 1. Beide Kurven zeigen für einen bestimmten Strom ein minimales Schwärzungsverhalten. Wird die Lampe mit einem zu geringen Strom betrieben, so nimmt die Schwärzung des Entladungsgefäßes aufgrund von Sputtern des Elektrodenmaterials zu. Wird die Lampe aber mit einem zu hohen Strom betrieben, so nimmt die Schwärzung des Entladungsgefäßes aufgrund von abdampfendem Elektrodenmaterial zu. Es ist deutlich zu erkennen, dass beim Betrieb der Hochdruckentladungslampe mit einem rechteckförmigen Wechselstrom ein absolutes Minimum der Schwärzung des Entladungsgefäßes erreicht wird, wenn der Effektivwert des Stroms beim Betrieb mit einem rechteckförmigen Wechselstrom ungefähr 56% des Effektivwertes des Stroms beim Betrieb mit einem sinusförmigen, netzfrequenten Wechselstrom im Minimum von Kurve 1 beträgt.
Es zeigt sich, dass sich das Minimum der Schwärzung des Entladungsgefäßes beim Betrieb von empirisch auf geringsten Lichtstromrückgang während ihrer Lebensdauer optimierten Hochdruckentladungslampen an sinusförmigem, netzfrequentem Wechselstrom gerade beim Beaufschlagen dieser Lampen mit ihrem Nennstrom einstellt. Bei bekannten Hochdruckentladungslampen, die an einem sinusförmigen, netzfrequenten Wechselstrom betrieben werden, besitzt das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert größer als 10 A4/3mm-2.
Um die Schwärzung des Lampengefäßes, d.h. des Entladungsgefäßes zu verringern, wird erfindungsgemäß die Stromdichte in den Elektroden so eingestellt, dass das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 aufweist. Das wird bei den erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen mit zylindrischen Elektroden, die vorzugsweise als Stiftelektroden ausgebildet sind und an ihren Köpfen zusätzlich eine Elektrodenwendel tragen können, durch eine entsprechende Anpassung ihres Elektrodenstiftdurchmessers erreicht.
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand von mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Hochdruckentladungslampen gemäß aller Ausführungsbeispiele. Der Aufbau der Lampe ist bei allen Ausführungsbeispielen im wesentlichen gleich. Sie unterscheiden sich nur in ihren Abmessungen und in ihren Betriebsdaten.
Die in der Figur 1 abgebildete Hochdruckentladungslampe besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 1, das aus einem lichtdurchlässigen Material wie beispielsweise Quarzglas oder Aluminiumoxidkeramik besteht. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 1 ist ein ionisierbares Entladungsmedium gasdicht eingeschlossen, das als wesentliche Komponente Metall-Halogenide und zusätzlich ein Edelgas oder auch Quecksilber enthält. Zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Entladungsmedium dienen zwei gleichartig ausgebildete Elektroden 2, die in dem Entladungsgefäß diametral angeordnet sind. Jede der beiden Elektroden 2 besteht aus einem zylindrischen Elektrodenstift 2a, der an dem entladungsseitigen Ende eine koaxial zum Elektrodenstift 2a angeordnete Elektrodenwendel 2b trägt. Das Entladungsgefäß 1 ist seinerseits von einem lichtdurchlässigen Außenkolben 3 umgeben. Die Elektroden 2 werden jeweils über eine gasdicht in den Entladungsgefäßenden 1a eingeschmolzene Stromzuführung 4 mit den elektrischen Kontakten 5 der Lampe verbunden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme, d.h. mit einer Nenn-Leistung, von 70 W. Die Elektrodenstifte 2a dieser Lampe besitzen einen Durchmesser von 0,41 mm. Diese Lampe wird mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom von 120 Hz betrieben. Nach Beendigung der Zündphase der Lampe, wenn ein quasi-stationärer Gleichgewichtsbetriebszustand erreicht ist, bei dem die Lampe mit ihrer Nenn-Leistung betrieben wird, beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 1 A und die Stromdichte in den Elektroden 7,6 A/mm2. Der Leistungsfaktor beträgt etwa 1 und die Brennspannung 70 V. Das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms berechnet sich daher zu 7,6 A4/3mm-2.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme, d.h. mit einer Nenn-Leistung, von 150 W. Die Elektrodenstifte 2a dieser Lampe besitzen einen Durchmesser von 0,62 mm. Diese Lampe wird mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom von 120 Hz betrieben. Nach Beendigung der Zündphase der Lampe, wenn ein quasi-stationärer Gleichgewichtsbetriebszustand erreicht ist, bei dem die Lampe mit ihrer Nenn-Leistung betrieben wird, beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 1,8 A und die Stromdichte in den Elektroden 6 A/mm2. Der Leistungsfaktor beträgt etwa 1 und die Brennspannung 83,3 V. Das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms berechnet sich daher zu 7,3 A4/3mm-2.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme, d.h. mit einer Nenn-Leistung, von 150 W. Die Elektrodenstifte 2a dieser Lampe besitzen einen Durchmesser von 0,33 mm. Diese Lampe wird mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom von 120 Hz betrieben. Nach Beendigung der Zündphase der Lampe, wenn ein quasi-stationärer Gleichgewichtsbetriebszustand erreicht ist, bei dem die Lampe mit ihrer Nenn-Leistung betrieben wird, beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 0,75 A und die Stromdichte in den Elektroden 8,8 A/mm2. Der Leistungsfaktor beträgt etwa 1 und die Brennspannung 200 V. Das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms berechnet sich daher zu 8,0 A4/3mm-2.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme, d.h. mit einer Nenn-Leistung, von 150 W. Die Elektrodenstifte 2a dieser Lampe besitzen einen Durchmesser von 0,72 mm. Diese Lampe wird mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom von 120 Hz betrieben. Nach Beendigung der Zündphase der Lampe, wenn ein quasi-stationärer Gleichgewichtsbetriebszustand erreicht ist, bei dem die Lampe mit ihrer Nenn-Leistung betrieben wird, beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 2,5 A und die Stromdichte in den Elektroden 6,1 A/mm2. Der Leistungsfaktor beträgt etwa 1 und die Brennspannung 60 V. Das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms berechnet sich daher zu 8,3 A4/3mm-2.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme, d.h. mit einer Nenn-Leistung, von 250 W. Die Elektrodenstifte 2a dieser Lampe besitzen einen Durchmesser von 0,88 mm. Diese Lampe wird mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom von 120 Hz betrieben. Nach Beendigung der Zündphase der Lampe, wenn ein quasi-stationärer Gleichgewichtsbetriebszustand erreicht ist, bei dem die Lampe mit ihrer Nenn-Leistung betrieben wird, beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 3 A und die Stromdichte in den Elektroden 4,9 A/mm2. Der Leistungsfaktor beträgt 1 und die Brennspannung 83,3 V. Das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms berechnet sich daher zu 7,1 A4/3mm-2.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Metall-Halogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme, d.h. mit einer Nenn-Leistung, von 400 W. Die Elektrodenstifte 2a dieser Lampe besitzen einen Durchmesser von 1,1 mm. Diese Lampe wird mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom von 120 Hz betrieben. Nach Beendigung der Zündphase der Lampe, wenn ein quasi-stationärer Gleichgewichtsbetriebszustand erreicht ist, bei dem die Lampe mit ihrer Nenn-Leistung betrieben wird, beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 4 A und die Stromdichte in den Elektroden 4,2 A/mm2. Der Leistungsfaktor beträgt 1 und die Brennspannung 100 V. Das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms berechnet sich daher zu 6,7 A4/3mm-2.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher beschriebenen Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können die Elektroden auch als Stiftelektroden ausgebildet sein, die aus einem hochschmelzenden Metall, beispielsweise aus Wolfram bestehen und keine Elektrodenwendel tragen. In diesem Fall muß die Dicke bzw. der Durchmesser des Stiftes so bemessen sein, dass das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt.
Außerdem ist die Anwendung der Erfindung nicht auf eine spezielle Frequenz des rechteckförmigen Wechselstrom beschränkt. Vorteilhafterweise wird für den im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom eine Frequenz aus dem Bereich von 50 Hz bis 500 Hz gewählt.
Ferner beschränkt sich die Erfindung nicht auf die in der Figur 1 schematisch abgebildeten zweiendig abgedichteten und zweiseitig gesockelten Hochdruckentladungslampen. Die Geometrtie des Entladungsgefäßes und die Sockelung des Außenkolbens sind die für die Erfindung belanglos. Insbesondere ist die Erfindung auch auf Hochdruckentladungslampen mit einseitig abgdichtetem Entladungsgefäß und auf einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampen anwendbar.

Claims (3)

  1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß (1), mit einem darin eingeschlossenen Entladungsmedium und mit zylindrischen Elektroden (2) zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Entladungsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Elektroden (2) derart bemessen ist, dass beim Betrieb der Lampe mit ihrer vorgegebenen Nenn-Leistung und mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom während des stabilen Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden (2) und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt.
  2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) jeweils aus einen stabförmigen Elektrodenstift (2a) bestehen, der an seinem entladungsseitigen Ende eine koaxial zum Elektrodenstift (2a) angeordnete Elektrodenwendel (2b) trägt, wobei der Durchmesser des Elektrodenstiftes (2a) derart bemessen ist, dass beim Betrieb der Lampe mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom während des stabilen Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden (2) und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 besitzt.
  3. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, die ein Entladungsgefäß (1) mit einem darin eingeschlossenen Entladungsmedium und Elektroden (2) zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Entladungsmedium aufweist, mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, dass während des stabilen Betriebszustandes der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe die Hochdruckentladungslampe mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Wechselstrom beaufschlagt wird, so dass das Produkt aus der Stromdichte in den Elektroden (2) und der Kubikwurzel des Effektivwertes des Wechselstroms einen konstanten Wert zwischen 5 A4/3mm-2 und 10 A4/3mm-2 aufweist.
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