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HOCHDRUCK-NATRIUMDAMPFLAMPE
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Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Natiumdampflampe, die eine lichtdurchlässige
äußere Glocke, darin ein aus Aluminiumoxid ausgebildetes keramisches Entladungsgefäß
mit zwei an den Enden des Entladungsgefäßes angeodneten Elektroden, einen Füllgas
sowie zumindest einem Zuatzstoff, einen der äußeren Glocke angepaßten, jene abschließenden
Lampensockel, sowie die Elektroden und den Lanpensockel verbindende elektrische
Leitungen aufweist, wobei auf der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes eine
lichtdurchlässige Teile enthaltende elektrisch leitende Schicht angebracht ist,
und das elektrische Potential der elekrisch leitenden Schicht höher als das zeitliche
Durchschnittspotential irgendeines Punktes des Entladungsraums des Entladungsgefäßes
ist. Die erfindungsgemäße Hochdruck-Natriumdampflampe ermöglicht die Verminderung
der Auswänderung des Natriums durch die Jand des Entladungsgefäßes.
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Die Wandtemperatur des Entladungsgefäßes der Hochdruck-Natriumdampflampen
ist ziemlich hoch, sie beträgt etna 1000 bis 1500 K. Die Natriumionen, die sich
im Raum der Gasentladung bei so hoher Temperatur befinden, können wegen der Diffusion
sowie der im elektrostatischen Feld ablaufenden Elektrolyse in erhöhten Paße durch
die aus Aluminiumoxid bestehende Wand des Entladungsgefaßes auswandern und derart
das Entladungsgefäß verlassen. Das Ausmaß dieser Austianderung hängt von verschiedenen
Faktoren ab. Erfahrungsgemäß kann die Wand des Entladungsgefäßes in Anwesenheit
bestimmter Verunreinigungen, z. 9. Kalzium, die Austianderung der Natriumionen kaum
verhindern. Die Erhöhung der Temperatur der Wand des Entladungsgefäßes betlirkt
denselben
Effekt, und der Einfluß der Temperatur ist eben in der
Verminderung des Widerstands der Wand gegenüber der Auswanderung der Natriumionen
zu sehen.
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Zum Kaltstart von Hochdruck-Natriumdampflampen dient ein hoher Zündimpuls
von Tausenden von Volt. Zur Verminderung dieser Spannung ist es bekannt, eine Triggerelektrode
um das Entladungsgefäß anzuordnen, wobei die Triggerelektrode aus einem Metalldraht
besteht, der auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes angebracht ist. Diese Hilfselektrode
kann auch die Austanderung der Natriumionen aus dem Entladungsgefäß erleichtern.
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In der US-PS 4 179 640 ist eine Lösung beschrieben, wonach die Hilfselektrode
durch einen Bi^etallschalter, einen hochwertigen widerstand oder eine kapazität
von den $Elektroden des Entladungsgefäßes abgetrennt werden kann, wodurch eine Verminderung
des Einflusses der Triggerelektrode auf die Ausuanderung der Jatriumionen erreichbar
ist.
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In dem Artikel "Elektrolysis of Sodium Through Alumina Arc Tubes",
Journal of the TEES, Vol. 8, No. 3, April 1979, S. 166 bis 173, beschreibt E. F.
Einer einen spontan ablaufenden Mechanismus, der in den Hochdruck-Natriumdampflampen
stattfinden kann, und eine -durch Elektrolyse hervorgerufene Aus:Janderunn der Matriumionen
durch die aus Aluminiumoxid bestehende Hand des Entladunsgefäßes bewirkt. Nach den
Untersuchungen des Autors können die das Entladungsgefäß verlassenden und auf de
Entladungsgefsß sowie der äußeren Glocke der Hochdruck-Natriumdampflampe schwarze
Flecke hervorruhenden Natriumionen bei einer positiven Spannung des um das Entladungsgefäß
angeordneten Metallnetzes in dem elektrostatischen feld zum Innenraum des Entla-
dungsgefäßes
zurückkehren, und es werden die den Lichtstron vermindernden schwarzen Flecke aufgelöst.
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Bei den Unterschungen ordnete Wyner das Metallnetz am mittleren Bereich
des Entladungsgefäßes an und schloß jenes an eine Gleichspannungsquelle an. An den
Enden des Entladungsgefäßes, an Strecken von je 2 cm Länge, hat er kein Metallnetz
verwendet. Das Natriumaluminat ist eben in diesen, an die Enden des Entladungsgefäßes
anschließenden Bereichen am höchsten aggressiv, deswegen tritt unseren Erfahrungen
nach die Erscheinung auf, daß eine relativ kleinere ienge Natrium im mittleren Bereich
der aus Aluminiumoxid bestehenden Wand des Entladungsgefäßes aufgelöst erden kann,
als in den kälteren Endbereichen um die Elektroden. Diese Erscheinung ist scheinbar
unklar: die Natriumionen zeigen eine mit der Temperatur steigende Beweglichkeit;
somit ist zu erarten, daß die wärmeren Teile des Entladungsgefäßes mehr Ionen annehnen
können. Das während das Betriebes entstehende Natriumaluminat ist um so instabiler,
je höher die Temperatur ist; es kann sic leicht auflösen, und dieser Vorgang bewirkt
eine Lösung des Natriums in erhöhten Mengen in den Endbereichen des Entladungsgefäßes,
was zu deutlichen Natriumverlust führt. Das bei erhöhter Konzentration anwesende
Natriumaluninat bewirkt einen bau des kristallinen Gefüges des die Wand bildenden
Aluminiumoxids, das die sogenannte Beta-Strucktur annimmt.
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Diese Struktur hat eine höhere Durchlässigkeit für die Natriumionen
als die normale, so dafl sich der Widerstand der Endbereiche gegenüber der Natriumdiffusion
vermindert. Diese Proz-esse rufen ein schnelles Schwarzwerden der Endbereiche des
Entladungsgefäßes hervor, eine Verminderung sowohl des Lichtstroms als auch der
jenge an Natrium in Entladungsraum, sowie eine
mechanische Schwächung
des Stoffes des Entladungsgefäßes, das dann leicht bricht.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Lösung zu erarbeiten, wodurch
die Auswanderung des Natriums aus dem Innenraum des Entladungsgefäßes durch dessen
lJand begrenzt erden kann.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein erhöhter Schutz
gegen die Auswanderung der Natriumionen oewährleistet werden kann, falls eine das
Licht durchlassende Teile enthaltende, elektrisch leitende Schicht (Netz, Metalloxidschicht
oder dgl.) auf der äußeren Oberfläche des Entladugnsgefäßes derart ausgebildet wird,
daß sie ein positives Potential aufweist und bei den Elektroden, d. h. in den bereichen
relativ niedrigar Temperatur des Entladungsgefäßes, eine nöhere Dichte aufweist
als im Mittelbereich des Entladungsgefäßes. Die Dichte kann in diesem Fall den Anteil
der durch eine undurchlässige Schicht bedeckten Außenfläche des Entladungsgefaßes
bedeuten.
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Zur Erreichung des gestellten Zwecks wurde eine Hochdruck-Natriuda.Tpflampe
erarbeitet, die eine lichtdurchlässige äußere Glocke, darin ein aus Aluminiumoxid
ausgebildetes keramisches Entladungsge fäß mit zwei an den Enden des Entladungsgef.cßes
angeordneten Elektroden, einer Füllgas sowie zumindest eine Zusatzstoff, einen der
äußeren Glocke angepaßten, jene abschließenden Lampensockel, sowie die Elektroden
und den Lampensockel verbindende elektrische Leitungen aufweist, wobei auf der äußere
Oberflache des Entladungsgefäßes eine lichtdurchlässige Teile enthaltende, elektrisch
leitende Schicht angeordnet ist, und das elektrische Potential der elektrisch leitenden
Schicht höher als
das zeitliche Durchschnittspotential irgendeines
Punktes des Entladungsraums des Entladungsgefäßes ist, und erfindungsgemäß die elektrisch
leitende Schicht im wesentlichen bei den Elektroden, d. h. in Bereichen relativ
niedriger Teriperatur des Entladungsgefäßes ausgebildet ist. Falls die Schicht auch
im mittleren Bereich des Entladungsgefäßes ausgebildet erden soll, ist sie erfindungsgemäß
so geschaffen, daß ihre Dichte bei den Elektroden höher als im | Mittelbereich ist.
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Durch die vorgeschlagene Lösung ist es möglich, die Auswänderung des
Natriums aus dem Entladungsgefäß in bedeutendem aße zu vermindern, wodurch die Lebensdauer
und die Qualität der Hochdruck-Natriumdampflampe erhöht erden können, und es ist
nicht erforderlich, in Mittelbereich, d. h. im Bereich der maximalen Lichtdichte
des Entladungsgefäßes eine den Lichtstrom begrenzende, elektrisch leitende Schicht
anzuordnen, oder diese Schicht kann mit sehr niedriger Dichte ausgebildet werden.
Die erfindungsqemße Lösung erleichert noch dazu die Zündung der Hochdruck-Natriumdampflampe.
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Es kann vielleicht als erstaunlich erscheinen, daß die Entladungsgefäße
hoher Lebensdauer eben in Bereichen niedrigster Temperatur eines Schutzes bedürfen,
weil - wie es den Ergebnissen der von Wyner vorgenommenen Untersuchungen entnommen
erden kann - die erhöhte Temperatur eine Verminderung des Widerstands der Wand gegen
die Auswanderung des Natriums bewirkt. Diese Untersuchungen umfaßten jedoch lediglich
kurzdauernde Prüfungen, wobei die gemeinsam auftretenden, einander verstärkenden
Prozesse der Entstehung des Natrium.aluminats und des kristallinen Gefüges der Beta-Phase
des Aluminiumoxids und des Eindringens des Natriums in die 1.and nicht. ablaufen
konnten.
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leiter wurde angenommen, daß das starke elektrische Feld an den Enden
des Entladungsgefäßes - in Zusammenhang mit den Ergebnissen von einer - geeignet
ist, die durch thermische Diffusion in die Wand im Mittelbereich des Entladungsgefäßes
übergehenden Natriumionen in das Entladungsgefäß zurückzuführen.
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Erfindungsgemäß ist die elektrisch leitende Teile enthaltende, lichtdurchlässige
Schicht zweckmäßig aus einen Metallnetz oder als ein mit Cffnungen versehenes metallisches
Formstück ausgebildet. Erfahrungsgemäß ist zu diesem Zweck die Verwendung von elektrisch
leitenden und einen teilweise durchsichtigen Belag bildenden Metalloxiden, z. B.
des Zinkoxids, auch sehr vorteilhaft.
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Es ist auch zweckdienlich, eine Gleichspennung-Speiseeinheit zur Gewährleistung
des Potentialniveaus der elektrisch leitenden Schicht zu verwenden, die im Lampensockel
angeordnet werden kann und an die inneren elektrischen Leitungen der Hochdruck-Natriumdampflampe
angeschlossen ist, wodurch die zum Betrieb notwendige Energie gesichert werden <ann.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Querschnitt einer erfindungsge.mäßen Hochdruck-Natriumdampflampe
mit einer elektrisch leitenden Schicht veränderlicher Dichte, Fig. 2 den Querschnitt
einer erfindungsgemäßen Hochdruck-Natriumdampflampe mit zwei an den Enden
des
Entladungsgefäßes angeordneten elektrisch leitenden Schichtteilen, und Fig. 3 eine
vorteilhafte Ausbildung der Gleichspannunss-Speiseeinheit zur Bereitstellung des
notwendigen Potentials der elektrisch leitenden Schicht in der erfindungsgemäßen
Hochdruck-Natriumdampflampe.
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In einer vorteilhaften Anordnung der erfindungsgemäßen Hochdruck-Natriumdampflampe
wird ein Entladungsgefäß 1 in einer äußeren Glocke 2 angeordnet (Fig. 1). Cas Entladungsgefäß
1 ist mit Elektroden 15 und 16 versehen, die einander gegenüber angeordnet und mit
Leitungen 3 und 4 verbunden sind, welche gleichzeitig als Halteelemente dienen und
nit den Verbindungspunkten eines Lampensockels 5 gekoppelt sind. Die Endbereiche
des Entladunsgefäßes sind mit elektrisch leitenden Schichten 7a, 7b in Form eines
dichten metallischen Netzes ausgebildet, die lurch eine elektrisch leitende Schicht
8 niedriger Dichte verbunden sind. Deshalb sind die Lichtverluste im Mittelbereich
sehr niedrig, insbesondere, wennn - wie es aus der Figur ersichtlich ist -diese
verbindende elektrisch leitende Schicht 8 aus einem einzigen tletalldraht besteht,
der nicht nur die elektrische Verbindung der Schichten 7a und 7b gewährleistet,
sondern dank seiner Anordnung die Kaltzündung der Hoc.hdruck-''atriu.ndampFla.pe
erleichtert.
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Die mit dem Lampensockel 5 gekoppelten elektrischen Leitungen 3 und
4 sind den Eingangen einer Gleichspannungs-Speiseeinheit 6 zugeführt. Die Eleichspannungs-Speiseeinheit
6 ist vorteilhaft im Lanpensockel 5 angeordnet und mit einer davon ausgehenden Leitung
9 einer der elektrisch leitenden Schichten 7a, 7S zuge-
schaltet.
Die Leitung 9 verläuft in der äußeren Glocke 2.
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Da der Dampfdruck des im Zustande der Entladung sich befindenden Natriums
in den kälteren Bereichen des Entladungsgefäßes, d. h. bei dessen Enden, höher ist
als der Dampfdruck des Natriuns über dem dort vorhandenen Natriumaluminat, sind
die gefährdeten Gefäßbereiche desto länger, je höher der Anteil des Natriums im
Natriumamalgam ist. Bei gewöhnlichen Parametern des Entladungagefäßes kann damit
gerechnet werden, daß die Länge des durch Natriumaluminet gefährdeten Bereichs des
Entladungsgefäßes höchstens 2 c an edem Ende ausmacht. Das dichte Metallnetz soll
in diesen Endbereichen angeordnet werden.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die erfindungsgemäße Hochdruck-Natriumdampflampe
ohne verbindende elektrisch leitende Schicht 3 ausgebildet werden. In diesem Falle
ird die Leitung 9 zur elektrischen ';erbindung der aus metallischen Netzen ausgebildeten
elektrisch leitenden Schichten 7a und 7b verwendet, die an den Endbereichen des
Entladungsgefäßes 1 angeordnet sind. Bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, daß
die Leitung 9 eine geringere Abschirmung des durch den mitteleren Bereich des Entladungsgefäßes
ausgestrahlten Lichtes bewirkt als die verbindende elektrisch leitende Schicht 8.
Das nachteilige erknal dieser Lösung besteht in einer Erhöhung der Zündspannung
der Hochdruck-Natriumdampfiae bezüglich der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.
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Beide Anordnungen sind jedoch unter den. Gesichtspunkt der Verhinderung
der Natriumverluste gleichwertig.
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Vorzugsweise werden die das Entladugnsgefäß 1 an den Enden abschließenden
keramischen Elemente auch der
Einwirkung des durch die elektrisch
leitenden Schichten 7a, 7b erzeugten elektrischen Feldes ausgesetzt, da jene gleichfalls
der störenden Auswirkung des Natriums ausgesetzt sind v:ie die land.
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Die elektrisch leitende Schicht der erfindungsgemäßen Hochdruck-Natriumdampflampe
berührt die Oberfläche des Entladungsgefäßes. Die Berührung muß nicht immer auf
der ganzen Oberfläche zustandekommen. Zwischen der leitenden Schicht positiver Spannung
und der Wand des Entladungsgefäßes 1 entsteht ein Ableitungsgleichstro., dessen
Stärke etwa 1 bis 2 A beträgt. Zur Aufrechterhaltung dieses Ableitungsgleichstroms
ist es erforderlich, die elektrische Energie den Leitungen 3 und 4 der Elektroden
15 und 16 des Entladungsgefäßes oder anderen inneren elektrischen Leitungen der
Hochdruck-Natriumdampflampe zu entnehnen. Die inneren elektrischen Leitungen der
Hochdruck-Natriumdampflampe sind einer Wechselspannung zuceschaltet. Die eingebaute
Gleichspannungs-Speiseeinheit 6 in elektronischer Ausbildunn - zweckmäßig durch
Verwendung einer Halbleiterdiode - sichert die Erzeugung der notwendigen Gleichspannung
aus der Wechselspannung und führt jene zu den um das Entladungsgefäß angeordneten
elekrisch leitenden Schichten 7a und 7b. Da die Gleichspannungs-Speiseeinheit 6
mit wirklich einfacher Schaltungsanordnung ausgebildet erden kann, ird sie zweckmäßig
im Innenraum der erfindungsgemäßen Hochdruck-Natriumdampflampe, zum Beispiel in
ihren Lampensockel 5, anceordnet.
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Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung der Gleichspannungs-Speiseeinheit
6 ist in Fig. 3 zu sehen. Die Leitungen 3 und 4 weisen die gleichen Potential auf
wie die e7e'-troden 15 und lo. Die Schaltungsanordnung
enthält
einen Widerstand 10 in der Leitung 4, sowie ein damit verbundenes, den Leitungen
3 und 9 zugeführtes Speiseglied. Das Speiseglied enthält in einer parallelen Schaltung
einen Speicherkondensator 13, einen Filterkondensator 14, sowie einen Widerstand
11. Zwisehen dem Widerstand 11 und dem Speicherkondensator 13 ist eine Diode 12
vorgesehen. Die Widerstände 10 und 11 bilden einen Spannungsteiler, der die T-eilung
der Spannung des Entladungsgefäßes im notwendigen Maße sichert. Die geteilte Spannung
wird durch den Filterkondensator 14 von Hochspannungsimpulsen abgesondert.
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Die Ausgangsspannung des Filterkondensators 14 wird durch die Diode
12 gleichgerichtet und danach zur Aufladung des Speicherkondensators 13 verwendet.
Der Pol positiver Polaritat des letzteren ist nit der Leitung 9 und dadurch mit
den elektrisch leitenden Schichten 7a, 7b verbunden. Derart kann zwischen den Leitungen
3 und 4 in Moment der Einschaltung der Hochdruck-Natriumfampflampe ein Spannungsunterschied
von einigen Tausend Volt gewährleistet werden, der keine Beschädigung des Widerstands
10 bewirken darf. Da die Strombelastung der Gleichspannungs-Speiseeinheit 6 niedrig
ist - sie beträgt im allgemeinen 1 bis 2 µA können minimale Leistungsanforderungen
an deren Schaltelemente gestellt werden.
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Die hier beschriebenen Beispiele stellen die Verwendung von metallischen
Netzen dar, jedoch ist offensichtlich, daß die gleiche Aufgabe durch elektrisch
leitende Oberfachen anderer Ausbildungen auch gelöst erden kann.
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So können die elektrisch leitenden Schichten als etallische Formstücke
ausgebildet werden, oder aus durchsichtigen elektrisch leitenden Metalloxiden, z.
B.
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aus Zinkoxid, bestehen.
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Die erfindungsgemäße Hochdruck-Natriumdampflampe weist einen solchen
Aufbau auf, durch den die Verluste des Natriums durch Auswanderung aus dem Entladungsgefäß
bedeutend vermindert werden können.
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