DE650383C - Edelgasgefuellte Hochdruckmetalldampfbogenlampe mit zwei Hartmetallelektroden, die im Betrieb als Fusspunkte des Lichtbogens dienen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft edelgasgefüllte Hochdruckmetalldampfbogenlampen mit zwei Elektroden aus Hartmetall oder einem anderen schwer schmelzbaren und schwer verdampfbaren Metall, die im Betrieb als Fußpunkte des Lichtbogens dienen.

Die Erfindung behandelt das Problem, die Schwierigkeiten zu beseitigen, die sich beim Gebrauch der bekannten Lampen der oben angeführten Art dadurch ergeben, daß in der Hauptsache während der Anlaufperiode der Lampe eine Zerstäubung der Hartmetallelektroden eintritt, die die Strahlendurchlässigkeit der Wandung der Lampe beeinträchtigt.

Die Erfindung geht davon aus, daß es im Interesse der Erhaltung der Strahlendurchlässigkeit der Lampenwandung nicht unbedingt notwendig ist, die Zerstäubung der Hartmetallelektroden während der Anlaufperiode überhaupt' zu vermeiden, sondern daß es genügt, wenn vermieden ist, daß die Lichtdurchlässigkeit der im endgültigen Betriebszustand zur Lichtausstrahlung dienenden Wandungsteile der Lampe durch die Zerstäubung beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung ist bei einer edelgasgefüllten Hochdruckmetalldämpfbogenlampe mit zwei Elektroden aus Hartmetall oder einem anderen schwer schmelzbaren -und schwer verdampfbaren Metall, die im Betrieb als Fußpunkte des Bogens dienen, die Anordnung so getroffen, daß die Betriebslage der Fußpunkte des Lichtbogens kathodenseitig erst dann eingenommen wird, wenn der Spannungsabfall je Zentimeter des Bogens etwa 5 Volt überschreitet.

Die Mittel, von denen im Rahmen der Erfindung Gebrauch gemacht werden kann, sind von verschiedener Art.

Es können z. B. Mittel vorgesehen sein zum Anheizen der Lampe vor ihrer Zündung auf eine Temperatur, bei der der bei der Zündung einsetzende und auf den Hartmetallelektroden fußende Bogen praktisch sofort zu einem Bogen mit einem Spannungsabfall von über 5 Volt pro Zentimeter wird.

Das Anheizen der Lampe vor ihrer Zündung erfolgt zweckmäßig durch' einen Heizwiderstand. Dieser Heizwiderstand kann im Nebenschluß zu der Lampe liegen, er kann aber auch, was vorteilhafter ist, ein Teil des Vorschaltwiderstandes zu der Lampe sein.

Bei Verwendung eines im Nebenschluß zur Lampe liegenden Heizwiderstandes hat sich zur Vermeidung einer thermischen Labilität das Abschalten des Heizwiderstandes im endgültigen Betriebszustand als notwendig herausgestellt. Es hat sich nämlich ergeben, daß die Energie, die der im Nebenschluß liegende Heizwiderstand aufnimmt, mit der Bogenspannung wächst, so daß sich die Temperatur in der Lampe bei steigendem Dampfdruck immer mehr steigert, bis die zum Brennen der

Lampe erforderliche Spannung die zur Verfugung stehende überschreitet und der Bogen erlischt.

Bei Verwendung eines Teiles des Vorschalt-Widerstandes zum Anheizen der Lampe kann die Lampe vor ihrer Zündung zunächst kurzgeschlossen und dieser Kurzschluß erst dann geöffnet werden, wenn die Temperatur in der Lampe hinreichend groß ist. Der Vorschaltwiderstand kann aber auch dauernd zur Heizung der Lampe, insbesondere ihrer das verdampfbare Metall enthaltenden Teile benutzt werden. In diesem Falle tritt, da die vom Vor schaltwider stand aufgenommene iS Energie mit steigender Bogenspannung dauernd abnimmt, eine sehr günstige thermische Stabilisierung des Bogens ein.

Das dauernde Heizen der Lampe erwies sich besonders günstig bei solchen Lampen, die schwer verdampfbare Metalle enthalten. Da der Bogen bei den gemäß der Erfindung ausgebildeten Lampen im Betriebszustand nicht auf den verdampfbaren Metallen, sondern auf den Hartmetallelektroden fußt, fehltdie Wärme des Anoden- bzw. Kathodenfalles, ■ wie er bei den bisher bekannten Lampenanordnungen auftritt. Bei Quecksilberdampflampen genügt es in diesem Fall, den das verdampfbare Metall enthaltenden Gefäßteil etwas starkwandiger als den übrigen Gefäßteil auszubilden. Bei Lampen mit einer Füllung von Cadmium oder Zink ist aber eine gute Wärmeisolation oder auch eine besondere Heizung der das verdampf bare Metall enthaltenden Teile, wie oben angegeben, zur Erzielung einer genügend hohen Temperatur des verdampfbaren Metalles erforderlich. Derartige Wärmeisolationen sind an sich bekannt. Bei Gas- oder Dampfentladungslampen ist zwar ein Anheizen der Lampe vor der Zündung ,schon bekannt. Bei den bekannten Lampen dient dieses Anheizen zum Erleichtern der Zündung oder zum Vermeiden von Kondensationsräumen. Der Grad der Anheizung ist deshalb gering. Das Anheizen gemäß der Erfindung dagegen erfolgt zum Zwecke der Vermeidung einer Zerstäubung und muß deshalb in viel stärkerem Maße erfolgen als zum Zwecke einer Erleichterung der Zündung. Es ist auch bekannt, den Heiz-. widerstand als Teil des Vorschaltwiderstandes zu benutzen.

Jede der beiden Hartmetallelektroden kann aber auch, um den Betrieb der Lampe, wie oben angegeben, einzuleiten, mit je einer dampfbildenden Elektrode elektrisch leitend verbunden sein, wobei die Hartmetallelektroden in einem geringeren gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind als die dampfbildenden Elektroden. In diesem Fall, für den die Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, tritt bei der Zündung der Lampe, die beispielsweise durch Anlegen von Hoch-. frequenz erfolgt, ein Bogen auf, dessen .Kathodenneck auf einer verdampf baren Metall-. .elektrode 3, dessen Anodenfußpunkt dagegen auf der gegenüberliegenden Hartmetallelektrode 2, 4 liegt. Die Hartmetallelektroden 2, 4 werden hierbei so stark erhitzt, daß sie von einem bestimmten Augenblick an selber ausreichend Elektronen emittieren können, um zu Kathoden zu werden. Der Kathodenfleck springt dann plötzlich auf die Hartmetallelektroden über. Durch geeignete Anordnung der Hartmetallelektroden" und der dampfbildenden Elektroden und durch geeignete Bemessung ihres gegenseitigen Abstandes wird erreicht, daß das Überspringen des Bogens erst bei beginnendem Hochdruck erfolgt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für Hochdruckmetalldampfbogerilampen, bei denen gemäß der Erfindung jede der beiden Hartmetallelektroden mit je einer dampf bildenden Elektrode in elektrisch leitender Verbindung steht und die Hartmetallelektroden einen geringeren gegenseitigen Abstand haben als die dampfbildenden Elektroden, ist in der Fig. 2 veranschaulicht. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser Lampe entspricht dem Aufbau und der Wirkungsweise der Lampe nach der Fig. 1 vollständig. Lediglich die Lampenform ist hier eine andere. Das Lampengefäß ist mit S, die Hartmetallelektroden sind mit 6 und 7 und die dampfbildenden Elektroden mit 8 und 9 bezeichnet.

Beim Arbeiten mit Hochdruckmetalldampfbogenlampen, die gemäß Vorstehendem ausgeführt sind, bei denen also jede der beiden Hartmetallelektroden mit je einer dampfbildenden Elektrode in elektrisch leitender Verbindung steht und die Hartmetallelektroden einen geringeren gegenseitigen Abstand haben als die dampfbi}denden Elektroden, die aber Cadmium und/oder Zink als verdampfbares Metall enthalten, hat sich ergeben, daß das Überspringen des Bogens von den dampfbildenden Elektroden auf die Hartmetallelektroden noch im Niederdruckbetrieb erfolgt. Außerdem ist wegen der höheren Temperatur, die Cadmium und Zink im Hochdruckbetrieb no erfordern, die Zerstäubung während der Anlaufperiode auch erheblich stärker als bei den Lampen mit Quecksilber als verdampfbarem Metall. Es ist deshalb notwendig, bei diesen Lampen das Wandern des Bogenfußpunktes in besonderer Weise zu leiten. Ein besonders einfaches Mittel hierzu ist bei dem in der Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung benutzt.

Bei der Lampe nach Fig. 3 ist die dampfbildende Elektrode 10 mit der Hartmetallelektrode 11 über die Glühwendel 12 verbun-

den, die beim Stromdurchgang Elektronen emittiert. Diese Wendel dient während der Zeit, während der die dampfbildende Elektrode io als Kathode wirkt, als Hilfskathode. Der Fußpunkt des Bogens wandert deshalb während der Anlaufperiode an der Wendel nach oben und erreicht schließlich, und zwar im Hochdruckbetrieb, die Hartmetallelektrode Ii mit der Kugel 13.

Das Einleiten des Betriebes der Lampe derart, daß die Betriebslage der Fußpunkte des Bogens erst dann eingenommen wird, wenn der Spannungsabfall pro Zentimeter des Bogens etwa 5 Volt überschreitet, kann auch dadurch erzielt werden, daß die Hartmetallelektroden vor Inbetriebsetzung der Lampe sich an deren Enden befinden und somit weiter voneinander entfernt sind als im Betriebszustand und daß Mittel, z. B. Bimetallorgane, vorgesehen sind, die ein gegenseitiges Nähern der Hartmetallelektroden nach der Zündung der Lampe ermöglichen. Auf diese Weise wird zwar nicht vermieden, daß in der Lampe zunächst ein Niederdruckbogen entsteht, der eine Zerstäubung der Hartmetallelektroden bewirkt, es wird aber erreicht, daß durch die Zerstäubung nur die Wandungsteile an den Enden der Lampe beeinträchtigt werden, in deren Nähe sich die Elektroden bis zum Entstehen des Hochdruckbetriebes, also bis zur Beendigung der Zerstäubung, befinden. Die Wandungsteile in der Nähe der Endlage der Elektroden, die während des Betriebes für die Lichtausstrahlung in der Hauptsache in Frage kommen, werden auf diese Weise praktisch von der Zerstäubung nicht beeinträchtigt.

Die Verwendung von Bimetallorganen zur Bewegung der Elektroden ist an sich nicht neu. Bereits bei den gewöhnlichen Bogenlampen und den bekannten Wolframbogenlampen sind auf diese Weise die Elektroden bewegt worden. In diesen Fällen erfolgt aber die Bewegung gerade in umgekehrter Richtung wie bei der Lampe gemäß der Erfindung. Bei den bekannten Lampen berührten sich die Elektroden vor der Inbetriebsetzung der Lampe und entfernten sich während der Anlaufperiode voneinander.

Die Zündung erfolgt bei den bekannten Hochdruckmetalldampf bogenlampen, soweit es sich um Ouecksilberlampen handelt, häufig durch Anlegen von Hochfrequenz. Bei Versuchen mit Lampen, die Cadmium oder Zink als verdampfbares Metall und wenig oder gar kein Quecksilber enthalten, hat sich herausgestellt, daß diese Lampen auch ohne jede besondere Zündanordnung nach Anlegen der Spannung zünden. Dies ist dadurch zu erklären, daß die bei Zimmertemperatur festen Metalle Cadmium und Zink im Polgefäß an der Wandung einen dünnen Beschlag bilden.' Die Glimmentladung, die an diesem Beschlag auftritt, geht sehr leicht in einen Bogen über.

Man kann nun diese Erscheinung regelmäßiger gestalten, wenn man gemäß der Erfindung das Polgefäß mit großflächigen Elektroden in Verbindung bringt, wie es bei dem in der Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Fall ist. -

Bei der Lampe nach der Fig. 4 besitzt das Entladungsgefäß 14 einen Ansatz 15, der in seinem untersten Teil das verdampfbare Metall 16 enthält. Mit der Hartmetallelektrode 17 ist die Heizwendel 18 verbunden, an deren Ende 19 ein großflächiger Metallzylinder 20 angebracht ist, der nahezu die ganze Wandung des Ansatzes 15 ausfüllt. Auf dieser großflächigen Elektrode 20 schlägt sich ein dünner Beschlag des verdampfbaren Metalles nieder und vermindert den Kathodenfall. Nach Verdampfen dieses Metalles kann der Bogen jeweils während höchstens einer halben Periode an der Elektrode 20 weiter brennen. Die Elektrode 20 führt man zweckmäßig so groß aus, daß sie nicht auf übermäßige Temperaturen gebracht und damit nicht selber zur Glühkathode werden kann. Man verbindet sie vielmehr mit der Hartmetallelektrode ζ. B. in der in der Fig. 4 gekennzeichneten Weise.

Das in Fig. 5 veranschaulichte weitere Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung enthält eine Elektrode, die nach Art der bekannten indirekt geheizten Glühkathode ausgebildet ist. Die Hartmetallelektrode 21 trägt an ihrem einen Ende die Kugel 22 und ist auf den metallischen Zylinder 23 aufgesetzt, der als hochemittierende Kathode ausgebildet sein kann. Der Zylinder 23 kann mit einer Schicht von Erdalkalioxyden o. dgl. überzogen sein oder aus einer elektronenaktiven Metallegierung, z. B. aus Molybdän, Thor o. dgl., bestehen. Der Metallzylinder 23 ist bei 24 an dem Entladungsgefäß befestigt. Im Innern des Zylinders befindet sich der Heizkörper 25, der von dem gesamten Entladungsstrom durchflossen wird. Die Erhitzung dieses Heizkörpers teilt sich dem Metall zylinder 23 mit, der hierdurch die Fähigkeit zur Elektronenemission bekommt.

Es ist selbstverständlich, daß die im Vorstehenden genannten Methoden zur Verminderung und Unschädlichmachung der Zerstäubung der Hartmetallelektroden nicht nur jede für sich, sondern auch zwei oder mehrere zusammen angewendet werden können. Die Bewegung der Elektroden während der Anlaufperiode kann z. B. mit der selbsttätigen Bewegung des Fußpunktes des Bogens nach der Zündung und/oder mit dem Anheizen der Lampe vereinigt werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:
   ι. Edelgasgefüllte Hochdruckmetalldampfbogenlampe mit zwei Elektroden aus Hartmetall oder einem anderen schwer schmelzbaren und schwer verdatnpfbaren Metall, die im Betrieb als Fußpunkte des Lichtbogens dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung so getroffen ist, daß die Betriebslage der Fußpunkte des ίο Lichtbogens kathodenseitig erst dann eingenommen wird, wenn der Spannungsabfall je Zentimeter des Bogens etwa 5 Volt überschreitet.
2. 2. Hochdruckmetalldampfbogenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe vor. dem Zünden auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß der bei der Zündung einsetzende und auf den Hartmetallelektroden fußende Bogen praktisch sofort zu einem Bogen· mit einem Spannungsabfall von über 5 Volt pro Zen- -timeter wird.
3. 3. Hochdruckmetalldamp'f bogenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Hartmetallelektroden mit je einer dampf bildenden Elektrode in elektrisch leitender Verbindung steht und die Hartmetallelektroden einen geringeren gegenseitigen Abstand haben als die dampfbildenden Elektroden.
4. 4. Hochdrückmetalldampfbogenlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Hartmetallelektroden mit je einer dampf bildenden Elektrode über je ein nach Art der Glühkathoden zur Elektronenemission fähiges Glied, etwa über je eine Glühwendel, verbunden sind.
5. 5. Hochdrückmetalldampfbogenlampe nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallelektroden vor Inbetriebsetzung der Lampe sich an deren Enden befinden und somit weiter voneinander entfernt sind als im Betriebszustand und daß Mittel, etwa Bimetallorgane, vorgesehen sind, die ein gegenseitiges Nähern der Hartmetallelektroden nach der Zündung der Lampe ermöglichen.
6. 6. Hochdrückmetalldampfbogenlampe nach einem der. Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des dampf bildenden Metalles mit großflächigen Elektroden verbunden ist.
7. 7. Hochdrückmetalldampfbogenlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere mit schwer verdampf baren Metallen, wie Cadmium oder Zink, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die das verdampfbare Metall enthaltenden Teile der Lampe mit Wärmeisolation ausgerüstet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen