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Hochdrucknatriumdampflampe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Starthilfe für den
Betrieb röhrenförmiger Bogenentladungslampen, z.B. von Hochdrucknatriumdampflampen.
Ohne eine Starthilfe werden hohe Spannungen benötigt, um solche Lampen zu zünden,
wenn auch die Lampen selbst bei relativ niedrigen Spannungen arbeiten, wenn sie
einmal gezündet sind. Dieser Umstand erfordert zusätzliche Schaltkreise zur Erzeugung
der notwendigen hohen Spannungen. Zündhilfen wurden deshalb in die Lampen eingebaut,
um den Aufwand für diese hohen Spannungen zu vermeiden, wodurch die Kosten für das
Vorschaltgerät wirtschaftlicher werden, so daß Hochdrucknatriumlampen mit den üblichen
verzögerten Vorschaltgeräten für Quecksilberdampflampen
betrieben
werden können.
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Es ist bekannt, geerdete Flächen als Zündhilfe zu verwenden, welche
die Zündspannung für gewisse elektrische Entladungseinrichtungen vermindern, wie
sie z.B. in dem US-Patent 2,663,823 beschrieben werden. Zündhilfen für Hochdrucknatriumlampen
verwendeten bisher geerdete Flächen, die aus Metalldrähten bestanden, welche schraubenförmig
um die Bogenlampe gewickelt waren. Dies hatte den Nachteil, daß die Zündhilfe in
ihrer räumlichen Ausdehnung entlang der Bogenentladungslampe räumlich begrenzt war,
bzw. daß wegen der mechanischen Festigkeit ein relativ großer Drahtdurchmesser benötigt
wurde beziehungsweise, daß kein enger Kontakt mit der Röhre auf ihrer gesamten Länge
beibehalten wurde. Aufgrund dieser Einschränkungen leiden Lampen, die mit einer
derartigen Starthilfe versehen sind, als Folge der normalen Herstellungstoleranzen
und durch ihre Beanspruchung unter dem Fehler, daß sie unfähig sind, den Entladevorgang
zu zünden. Es ist wünschenswert, eine verbesserte Starthilfe zu erhalten, die mit
einer niedrigeren Zündspannung auskommt, wenn Hochdrucknatriumdampflampen an einem
120 V-Netz betrieben werden sollen.
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Oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorgenannte Nachteile zu
vermeiden. Die Aufgabe wird bei einer Natriumdampflampe dadurch gelöst, daß die
Zündhilfe in Form eines metallenen Maschennetzes, in Form eines Schlauches ausgebildet
ist. Der Maschenschlauch ist über die Röhre gestülpt und dient
als
geerdete Fläche, um die Lampe zu zünden.
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Nachstehend soll mit Hilfe der Zeichnung das wesentliche der Erfindung
erläutert werden. Die dargestellte Figur zeigt eine Seitenansicht, teilweise im
Schnitt, einer Hochdrucknatriumlampe.
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Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Lampe besteht aus einer hermetisch
abgeschlossenen Aluminiumbogenröhre 1, die innerhalb einer Glasumhüllung 2 gelagert
ist, die ihrerseits am Fuß an einer trichterförmigen Erweiterung mit dem gewöhnlichen
Duetschfuß3 verschmolzen ist und mit der gewöhnlichen Metallverschraubung 4 versehen
ist. Zuleitungsdrähte 5 und 6 werden in dem Ouetschfuß 3 zusammengehalten und mit
dem Verschluß 4 auf übliche Weise verbunden.
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Ein Trägerstab 7 ist mit dem Zuführungsdraht 5 verschweißt und erstreckt
sich im wesentlichen vom Boden bis zur Spitze der Lampe. Das obere Ende der Bogenröhre
1 wird durch einen Träger 8 gehalten, der zwischen dem Trägerstab 7 und der Niobröhre
9 verschweißt ist. Die Röhre 9 ist mit dem oberen Ende der Bogenröhre 1 verschweißt
und trägt die Elektrode lo innerhalb der Bogenröhre 1. Die elektrische Verbindung
zur Elektrode 1o wird durch einen Metallstreifen 11 bewirkt, welcher zwischen dem
Halteträger 7 und der Niobröhre 9 verschweißt ist.
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Das untere Ende der Bogenröhre 1 wird durch einen Metallstreifen 12
gehalten, welcher die untere Niobröhre 13 fest umschließt
und mit
dem Zuführungsdraht 6 verschweißt ist.
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Die Röhre 13 ist durch das untere Ende der Bogenröhre 1 verschweißt
und trägt die Elektrode 14 innerhalb der Bogenröhre 1.
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An dem unteren Ende der Lampe, durch den Trägerstab 7 gehalten, sind
zwei Getter 21 angebracht. An beiden Enden der Lampe und an den Trägerteilen 7 sind
Preßfinger 22 befestigt, sie stützen sich auf der inneren Wand der Umhüllung 2 ab
und dienen zur Lagebestimmung der Bogenröhre 1.
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Die gesamte Länge der Bogenröhre 1 umgebend ist um die Bogenröhre
1 im festen Sitz eine Hülse 15 aus einem Metallmaschengitter gestülpt. Die Hülse
15 ist an der Bogenröhre 1 durch Metallbänder 23 und 24 in Nähe der Enden der Bogenröhre
1 befestigt. Oas untere Band 24 ist mit einem Draht 16 verschweißt, der in einem
Ouarzträger 17 eingebettet ist.
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Der Quarzträger 17 wird durch einen weiteren Draht 18 gehalten, der
in diesem eingebettet ist und mit dem Träger 7 verschweißt ist. Ein zusätzlicher
Draht 19 ist im Ouarzträger 17 eingebettet und ebenfalls mit dem Träger 7 verschweißt.
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Ein U-förmiger Bimetallschalter 20 ist mit dem Draht 19 verschweißt
und bildet einen bei Raumtemperatur unter Druck stehenden Kontakt. Auf diese Weise
besitzt die Hülse 15 bei der Inbetriebnahme der Lampe dieselbe Spannung wie die
obere Elektrode la. Die Hülse 15 wird von dem Stromkreis durch Öffnen dieses Schalters
20 elektrisch getrennt, was nach einigen Sekunden oder Minuten geschieht, sobald
der Schalter 20 auf seine Betätigungstemperatur von z.B. 105°C aufgeheizt ist, was
durch die von der Lampe erzeugte Hitze hervorgerufen wird. Die Trennung der Hülse
15 von dem Stromkreis ist
notwendig, um eine Elektrohülse während
des Normalbetriebes zu vermeiden, wodurch Natrium in die Bogenröhre durch die Wände
hindurch diffundieren würde. Bei der in der Zeichnung dargestellten Lampe handelt
es sich um eine 150 W Hochdrucknatriumlampe, die mit einem Vorschaltgerät für eine
175 W Duecksilberlampe zusammen arbeitet. Die Bogenröhre 1 beinhaltet eine Füllung
von 30 mg Natriumquecksilberamalgam und eine Penningmischung von Neon-Argon-Zündgas
(99,7 % Neon und o,3 % Argon) bei 30 Torr. Die Maschenhülse 15 ist aus Wolfram-Draht
mit einem Durchmesser von o,oo2 Zoll hergestellt und besitzt 20 Verknüpfungen pro
Zoll.
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Durch diese Formgebung erzielt man einen Durchschlag der Entladungsstrecke
bereits bei 11o V bei einer Inbetriebnahme der Lampe bei 121 V. Eine derartige Lampe
war bereits 2800 Stunden lang ohne ein Zeichen einer Störung in Betrieb.
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Zum Vergleich wurden zwei identische Lampen getestet, die eine handelsübliche
drahtbewickelte Zündhilfe verwendeten.
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Diese bestand aus einem Molybdändraht mit einem Durchmesser von o,o67
Zoll, der zweimal um die Bogenröhre im Abstand von 1 3/6 Zoll von den Enden gewickelt
ist. Dieser Abstand wurde als optimal angesehen, um diese Lampen nicht individuell
auf den besten Wert bringen zu müssen. Die Betriebsspannungen für die Lampen betrugen
170 und 183 V.
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Im Experiment wurde festgestellt, wie die erniedrigte Zündspannung
durch Verwendung des angemeldeten Maschengitters erreicht wurde im Vergleich zu
derjenigen mit einer schraubenförmigen Drahtbewicklung. Die Bogenröhren und die
zum
Vergleich verwendeten Zündhilfen waren den zuvor beschriebenen
ähnlich. Die Zündhilfe mit Maschengitter war 7 cm lang und auf der Bogenröhre montiert
mit einem Abstand von einem 1 cm von den Enden. Es wurden keine Niobstreifenenden
bei diesen Lampen verwendet. Die Gasdurchbruchspannung, die den ersten Schritt zum
Zünden dieser Lampen darstellt, ist für die drei getesteten Bogenröhren in Tabelle
I zusammengefaßt. Im Durchschnitt wurde eine um 68 V niedrigere Zündspannung mit
dem Maschengitter als Zündhilfe benötigt.
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TABELLE I Röhre Maschen-Zündhilfe Draht-Zündhilfe A 125 Volt 178
Volt B 11o Volt 200 Volt C 135 Volt 195 Volt Durchschnitt 123 Volt 191 Volt Die
Erfindung besitzt gegenüber den bisher bekannten Zündhilfen den Vorteil, daß eine
geerdete Ebene über die gesamte Länge der Bogenröhre verwendet wird, wobei die kapazitive
Kopplung zwischen der Zündhilfe und den Elektroden bis aufs äußerste gesteigert
ist. Ein Zwischenraum der Zündhilfe ist nicht zu beachten, da die gesamte Röhre
bedeckt wird.
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Mit dem Maschengitter wurden keine Unregelmäßigkeiten beobachtet,
die mit den vergleichsweisen Zündhilfen festgestellt wurden, bei denen eine Elektrode
der anderen beim Zündvorgang vorgezogen wurde. Das Maschengitter besitzt trotz ihrer
mechanischen
Stärke keine Temperaturverluste in Folge von Wärmeleitung. Beispielsweise beträgt
die Wärmeleitung durch das Maschengitter etwa nur 1/9 im Vergleich zu einem Draht
mit einem Durchmesser von o,o3 Zoll, wenn ein Maschengitter mit 20 länglichen Fäden
mit einem Durchmesser von o,oo2 Zoll verwendet wird und in beiden Fällen dasselbe
Material verwendet wird. Vorzugsweise ist die Hülle 15 aus glänzendem Metall hergestellt,
um die Absorption der Strahlung des Lichtbogens möglichst klein zu halten. Wenn
das glänzende Maschengitter 9o % des einfallenden Lichtes reflektiert und das Maschengitter
1o % der Strahlung des Lichtbogens aufnimmt, wird nur ein Prozent des Lichtbogens
durch das Maschengitter absorbiert. Die Verwendung eines glänzenden Maschengitters
besitzt außerdem den Vorteil, die thermischen Strahlungsverluste von der Zündhilfe
möglichst klein zu halten. Diese Strahlungsverluste sind proportional zum gesamten
Emissionsgrad, der geringer bei einem hellen Metall ist als bei einem dunklen oxydierten
Metall.
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Während des Betriebs kann die Bogenröhre 1 eine Wandtemperatur von
ungefähr 13oo0C erreichen, so daß die Hülle 15 aus ei nem Metall gefertigt sein
muß, welches bei jener Temperatur stabil ist. Die Umhüllung 2 enthält ein Vakuum
oder ein träges Gas, so daß eine Cxydation der Hülle 15 nicht auftritt.
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Obwohl die Erfindung insbesondere in der Anwendung auf Hochdruck-Natriumlampen
beschrieben wurde, kann die soeben beschriebene Metallgitterhülle ebenso gut auf
andere Typen von
Bogenentladungslampen mit niedrigem oder hohem
Druck und einer röhrenförmigen Bogenlampe mit an den Enden befindlichen Elektroden
angewendet werden. Bei derartigen Lampen kann die Maschenhülse entweder die zur
Zündung der Lampe notwendige Spannung verkleinern oder bei impulsgesteuerten Lampen
die notwendige Pulsenergie zum Zünden der Lampe reduzieren.