DE69401445T2 - Doppelgasentladungslampe mit vereinfachtem Lampenrahmen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe mit einem Außenkolben,
• einem Lampenfuß, der den Außenkolben gasdicht abdichtet und ein Paar von Fußleitern enthält, die sich im Außenkolben in einer gemeinsamen Ebene erstrecken,
• einem Paar von Bogenröhren mit je einer Keramikwand, die einen Entladungsraum, wobei ein Paar metallischer Durchführungen sich von gegenüberliegenden Enden erstrecken, und eine Entladungsförderungsfüllung im Entladungsraum einschließt, und
• mit einem Metallischen Lampenrahmen zum Unterstützen der Bogenröhren in dem Außenkolben und zum elektrischen Parallelschalten der Bogenröhren, wobei das Rahmenmittel die Bogenröhrendurchführungen elektrisch miteinander verbindet.
• Eine derartige Lampe ist beispielsweise aus US-A--4 868 449 und US-A-4 906 888 (Dunn et al) und US-A-4 287 454 (Feuersanger et al) bekannt, die eine Doppelhogenröhren-Hochdrucknatriumdampfendadungslampe beschreiben. In jeder dieser Lampen unterstützen die Lampenrahmenträger die Bogenröhren in der Längsrichtung zum Außenkolben und sind zueinander in einer Ebene ausgerichtet, die quer zur Ebene durch die Fußleiter sich erstreckt.
• Durch die elektrisch parallele Konfiguration wird eine Endadung in nur einem der Bogenröhrchen im Lampenbetrieb aufrechterhalten. Wenn das eine Bogenröhrchen im Betrieb erlischt, beispielsweise durch eine Unterbrechung in der Stromzufuhr, zündet das andere Bogenröhrchen erst bei Wiederherstellung der Energiezufuhr zur Lampe durch seine niedrigere Temperatur. Das zunächst im Betrieb befindliche Bogenröhrchen bleibt abgeschaltet. Also im Betrieb haben die Bogenröhrchen verschiedene Längen durch die Wärmeausdehnung, da eines der Bogenröhrchen eine höhere Temperatur hat. Zusätzlich ändern sich ihre Ungen beim Ein- und Ausschalten der Lampe.
• In diesen Lampen enthält der Rahmen ein Element, das direkt mit den metallischen Durchführungen an einem Ende der Bogenröhrehen verschweißt ist. Am anderen Ende der Bogenröhrchen enthält der Rahmen ein Stabilisierungselement, das ein Anteil enthält, der mit einer Gleitpassung in jede der rohrförmigen Durchführungen eingeführt ist. Die Gleitpassung ermöglicht Ungenänderungen der keramischen Bogenröhrchen unabhängig voneinander durch die erwähnte Wärmeausdehnung. Zum Gewährleisten einer guten elektrischen Verbindung mit den Durchführungen, die die Gleitpassung mit dem Stabilisierelement enthalten, werden zusätzliche flexible Leiter in Form von Streifen oder Drähten mit dem Stabilisierelement und mit diesen Durchführungen verschweißt.
• Die Rahmen für die erwähnten Lampen sind verhältnismäßig kompliziert und enthalten mehrfache metallische Rahmenteile, die genauestens positioniert und miteinander verschweißt werden müssen. Da die Rahmenteile sich dreidimensional erstrecken, sind die Verschweißungen, die den Rahmen mit den Durchführungen verbinden, in einer Ebene vorhanden, die sich quer zu den Verschweißungen erstreckt, die den Rahmen mit den Fußleitern verbindet. Rahmenteile, die sich dreidimensional erstrecken, erfordern typisch mehrere Bearbeitungsstufen oder komplizierte Automatisierausrüstung zum Vervollständigen aller Verschweißungen. Dementsprechend ist es schwer, ihre Zusammensetzung und das Verschweißen der einzelnen Rahmenteile miteinander zu automatisieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und insbesondere eine Hochdruckentladungslampe zu schaffen, die ein Paar von Bogenröhrchen in elektrischer Parallelschaltung mit einem vereinfachten Rahmen enthält, deren Zusammensetzung einfacher automatisierbar ist.
• Erfindungsgemäß ist eine Lampe der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenrahmenträger die Bogenröhrchen in einer Ebene parallel zu den Fußleitern unterstützt, zu jeder der Durchführungen des Paares von Bogenröhrchen nur in einer Ebene koplanar mit den Fußleitern verschweißt ist und keine Gleitpassungsverbindungen mit den Durchführungen enthält.
• Der hier verwendete Begriff "koplanar" erfordert nicht, daß die Verschweißungen sich in derselben Ebene wie die Mittellinien der Fußleiter befinden, sondern nur in derselben Ebene wie die Oberfläche dieser Leiter. Da alle Verschweißungen in einer gemeinsamen Ebene mit der Oberfläche der Fußleiter angebracht sind, können die Rahmenteile und die Bogenröhrchen einfacher in einer Lehre als die erwähnten Lampen nach dem Stand der Technik gehalten werden, in denen die Bogenröhrchen in einer Ebene quer zu den Fußleitern angeordnet waren. Die Verschweißelektroden können dabei auch einfacher automatisiert werden, um die Rahmenteile mit höheren Herstellungsgeschwindigkeiten an mehreren Punkten in der gemeinsamen Ebene mit den Fußleitern zu verschweißen.
• Durch das Entfernen der Gleitpassungsverbindungen zwischen dem Rahmen und den Durchführungen und durch direktes Verschweißen des Rahmens mit jeder der Durchführungen ist gute elektrische Verbindung gewährleistet, und kann von den zusätzlichen flexiblen Leitern abgesehen werden. Dies vereinfacht weitgehend den Rahmen und reduziert die Kosten durch Reduktion der Anzahl in Frage kommenden Rahmenteile und durch die Reduktion der Anzahl von Verschweißungen je Durchführungspaar mit wenigstens zwei.
• Es sei bemerkt, daß US-A-4 751 432 (Van Delm) und US-A-5 028 845 (Ravi et al) HID-lampen zeigen, in denen ein Bogenröhrchenpaar in einer Ebene parallel zu den Fußleitern angeordnet ist. Jedoch werden diese Lampen elektrisch reihengeschaltet, was erfordert, daß die Durchführungen in kürzester Nähe zum Fuß mit einem anderen Fußleiter verbunden werden, und daß die vom Fuß abgewandten Durchführungen miteinander verbunden werden. Also eignen sich Rahmen für diese Lampen zum Positionieren der Bogenröhrchen in einer gemeinsamen Ebene mit den Fußleitern, da ein länglicher Trägerstab zum Erzeugen eines Rückstromweges nicht erforderlich ist. Im Gegensatz dazu sind in einer lampe mit Parallelschaltung die Durchführungen der benachbarten Bogenröhrchen mit demselben Fußleiter verbunden, und ein länglicher Trägerstab, der sich in der Unge der Bogenröhrchen erstreckt, muß zum Erzeugen eines Rückstromweges benutzt werden.
• In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel definiert der Außenkolben eine längliche Lampenachse, die Bogenröhrchen sind in der längsrichtung im Kolben mit einem ersten Durchführungspaar an einem Ende der Bogenröhrchen nebeneinander angeordnet und sind einem Fuß zugewandt und sind mit dem anderen Durchführungspaar nebeneinander und abgewandt vom Fuß angeordnet, ein erster Trägerstab enthält einen ersten Endanteil zwischen dem vom Fuß abgewandten Durchführungspaar, der nicht mit dem ersten Trägerstab verbundene Fußleiter bildet einen zweiten Trägerstab und enthält einen zweiten Endanteil zwischen den nächst sich zum Fuß befindlichen Durchführungen, und ein jeweiliges metallenes Querträgerelement ist mit jedem der Endanteile und mit den jeweiligen benachbarten Durchführungen verschweißt, wobei jede der Verschweißungen mit den Fußleitern koplanar verläuft.
• Mit einem Paar quer verlaufender Rahmenelemente in dieser Anordnung und mit direkter Verschweißung mit den Durchführungen wird ein sehr einfacher Rahmenaufbau erhalten.
• In dieser Hinsicht sei weiter noch bemerkt, daß in reihengeschalteten Lampen beide Bogenröhrchen gleichzeitig arbeiten und sehr ähnlich Wärmeausdehnungskennlinien aufweisen. Rahmenanforderungen zur Berücksichtigung von Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen den beiden Bogenröhrchen in einer reihengeschalteten Lampe sind nicht gleich denen in einer parallelgeschalteten Lampe. Also können Rahmeneinrichtungen für reihengeschaltete Lampen typisch nicht direkt für parallelgeschaltete Lampen verwendet werden.
• In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist wenigstens eines, aber vorzugsweise sind beide quergerichtete Elemente elastisch zum Ermöglichen unabhängiger Änderungen in der Unge der keramischen Bogenröhrchen durch die Wärmeausdehnung im Lampenbetrieb. Auf diese Weise wird eine lange Lebensdauer der Verschweißungen wenigstens so lange wie die der Nennlebensdauer der Bogenröhrchen gewährleistet.
• Der erste Trägerstab kann aus einem länglichen Fußleiter bestehen, der sich über die Unge der Bogenröhrchen erstreckt, wobei keine Verschweißungen zwischen dem ersten Trägerstab und einem Fußleiter erforderlich sind. Jedoch wurde gefunden, daß die Herstellung eines Lampenfußes mit einem derartigen länglichen Fußleiter problematisch sein kann. Dementsprechend ist es erwünscht, daß der Fußleiter kurz ist, und daß der erste Trägerstab mit diesem kurzen Fußleiter verschweißt wird. In diesem Fall ist bevorzugt, daß der getrennte erste Trägerstab koplanar mit den zwei Fußleitern positioniert und mit dem kurzen Fußleiter verschweißt wird, wobei diese Verschweißung in einer gemeinsamen Ebene mit den Verschweißungen zum Verbinden der quergerichteten Elemente zu den Endanteilen der Trägerstäbe und mit jeder der Durchführungen verläuft.
• Dies ist im Gegensatz zu den Rahmen der erwähnten Dunn- und Feuersanger-Patentschriften, in denen die Verschweißungen in dreidimensionalen Abständen auseinander lagen und Handverschweißungen durch den großen Schwierigkeitsfaktor und durch die Kosten in der Automatisierung der Rahmenverschweißung erforderlich waren.
• Diese und weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind aus der Begleitzeichnung aus der detaillierten Beschreibung und aus den Ansprüchen ableitbar.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Es zeigen
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe mit einem vereinfachten Rahmen, der ein Bogenröhrchenpaar in elektrischer Parallelschaltung festhält, und
• Fig. 2 die Lampe nach Fig. 1 nach einer Drehung über 90º und im Querschnitt entlang der Linie II-II.
• In Fig. 1 und 2 ist eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe mit einem Außenlampenkolben 2 mit einer definierten Längsachse 4 dargestellt. Ein herkömmlicher Lampenfuß 5 dichtet den Außenkolben gasdicht ab und enthält ein Paar von Fußleitern 6, 7, die sich in dem Außenkolben in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Die Leiter 6 und 7 sind mit betreffenden Kontakten auf dem Schraubsockel 3 auf bekannte Weise verbunden.
• Ein Paar von Hochdrucknatriumbogenröhrchen 10, 15 enthalten je einen Keramikkörper 11, 16 mit einem Entladungsraum. Unter Keramik sei beispielsweise polykristallines Aluminumoxid (PCA) oder monokristallinen Saphir u.a. verstanden. Im Entladungsraum befindet sich eine Endadungsförderungsfüllung mit Quecksilber, Natrium und einem Edelgas wie Xenon. Die Füllung kann derart gewählt werden, daß die Bogenröhrchen im Lampenbetrieb gesättigt oder ungesättigt sind. Ein Paar von Niob-Durchführungen 12, 13; 17, 18 erstreckt sich durch gegenüberliegende Enden jedes der Bogenröhrchen auf abgedichtete Weise und werden mit jeweiligen Entladungselektroden im Bogenröhrchen verbunden (nicht dargestellt).
• Ein Metallrahmen unterstützt die Bogenröhrchen im Außenkolben und verbindet die Bogenröhrchen in elektrischer Parallelschaltung. Der Rahmen enthält einen ersten Metallträgerstab 20, der mit dem Fußleiter 7 verschweißt ist und sich entlang den Bogenröhrchen nach einer Federklemme 22 erstreckt, die die nach innen gerichtete Senke 2a des Außenkolbens elastisch umfaßt. Der Trägerstab 20 enthält außerdem einen ersten Endanteil 20a, der sich von der Federklemme 20 erstreckt und zwischen den Durchführungen 12, 17 auf der Lampenmittellinie angebracht ist, wobei diese Durchführungen vom Lampenfuß 5 abgewandt sind. Der Fußleiter 6 bildet einen zweiten Metallträgerstab und enthält einen zweiten Endanteil 6a auf der Lampenmittellinie zwischen dem Paar von Durchführungen 13, 18, die dem Fuß zugewandt sind. Metallische Querträgerelemente 23, 24 werden an ihren Mittenpunkte mit einem jeweiligen Endanteil und direkt mit jedem der betreffenden Paare benachbarter Durchführungen verschweißt.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Bogenröhrchen miteinander in einer Ebene parallel zu der von den Fußleitern 6, 7 definierten Ebene ausgerichtet. Da die Niob-Durchführungen einen größeren Durchmesser haben als die Trägerstäbe 20, 6 sind die Mittellinien 30 der Bogenröhrchen etwas versetzt gegen die Mittellinien 31 der Fußleiter 6, 7 um einen Abstand "z", so daß jede der Verschweißungen (mit einem "x" bezeichnet) die Querrahmenelemente 23, 24 mit den ersten und zweiten Endanteilen 6a, 20a und mit jeder der Durchführungen 12, 13; 17, 18 verbinden, die in einer gemeinsainen Ebene koplanar zu den Fußleitern verlaufen.
• Im Lampenbetrieb wird eine Bogenentladung zwischen den Entladungselektroden in nur einem der Bogenröhrchen durch die parallele elektrische Verbindung aufrechterhalten. Eines der Bogenröhrchen ist dabei länger als das andere, während im außerbetrieblichen (kalten) Zustand beide Bogenröhrchen dieselbe Nennlänge haben. In den parallelgeschalteten Lampen nach obiger Beschreibung nach dem Stand der Technik waren diese Ungenänderungen durch eine Gleitpassungsverbindung mit den Durchführungen an einem Ende der Bogenröhrchen aufgenommen. Ein zusätzlicher flexibler Verbindungsstreifen oder Verbindungsdraht für jedes Bogenröhrchen mußte dabei mit dem benachbarten steifen Rahmenteil und mit der Durchführung zur Gewährleistung eines guten elektrischen Kontaktes verschweißt werden. Jeder Streifen erforderte zwei Verschweißungen, eine mit dem Rahmenteil und eine mit der Durchführung. Durch die komplizierte Montagestruktur und durch die Stellen der Verschweißungen in verschiedenen Ebenen war Handverschweißen durch versierte Mitarbeiter erforderlich.
• In der erfindungsgemäßen Lampe werden die Querelemente direkt mit den Durchführungen verschweißt und es werden keine Gleitpassungsverbindungen benutzt.
• Die zusätzlichen Streifen oder Drähte unterbleiben dabei, wodurch sowohl Materialkosten als auch Handschweißkosten erspart werden. Da die Verschweißungen zwischen den Querelementen und den Durchführungen und den Endanteilen der Trägerstäbe koplanar zu den Verschweißungen zwischen dem Trägerstab 20 und dem Fußleiter 7 verlaufen, kann die Verschweißung einfach und preisgünstig automatisiert werden, wodurch die Lampenkosten sich verringern.
• Wenigstens eines der Querrahmenelemente ist elastisch verformbar zur Ermöglichung unabhängiger Änderungen in der Länge der Bogenröhrchen durch Wärmeausdehnung im Lampenbetrieb. Durch Berücksichtigung federnder Verformung erfährt die Verschweißung an der Mittenstelle des Querelements zum Endanteil der Trägerstäbe weniger Verdrillung als im Fall, das Querelement steif war. Auf andere Weise können beide Querrahmenelemente aus elastisch verformbaren Werkstoffen bestehen und gleiche abmessungen haben, um die Anzahl der verschiedenen Rahmenteile zu minimisieren, die zu lagern und zu verarbeiten sind.
• Da alle Biegungen im Trägerstab 20 in derselben Ebene wie die Bogenröhrchen verlaufen, wird ein sehr flacher Rahmen erhalten, der einfach in einer gedrängten Lehre festgehalten werden kann.
• Die Lampe nach Fig. 1 und 2 ist eine 150-W-HPS-Lampe, wobei jedes der Bogenröhrchen einen Nennwert von 150 W hat. Die Bogenröhrchen hatten Wände aus polykristallinem Aluminiumoxid und eine Gesamtlängenabmessung von 6,9 cm. Die Fußleiter waren aus Nickel mit einem Durchmesser von 0,16 cm. Der Trägerstab 20 bestand aus vernickeltem Stahl und hatte einen Durchmesser von 0,16 cm. Die Querträgerelemente bestanden aus Niob mit einem Durchmesser von 0,076 cm und mit einer Länge von 2 cm. Im Lampenbetrieb bogen die Querträgerelemente über einen Gesamtabstand von etwa 0,07 cm, wodurch die Längenänderung des Bogenröhrchens durch Wärmeausdehnung gegenüber dem AUS-Zustand des Bogenröhrchens berücksichtigt wurde. Es wurde gefunden, daß diese Ablenkung Fehler in den Verschweißungen zwischen den Querelementen und den Endanteilen und jeder der Durchführungen in einer Lebensdauer von etwa 2000 Betriebsstunden bei 4000 EIN/AUS-Zyklen verhinderte.
• Mehrere Abwandlungen im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind möglich. Deshalb sei die Beschreibung nur zur Veranschaulichung und ohne Einschränkung zu verstehen, beispielsweise kann statt des ersten Trägerstabs 20 mit direkter Verschweißung mit dem Fußleiter 7 ein zusätzlicher Bügel über beide dieser Teile in der Nähe des Fußes in derselben Ebene wie die anderen Verschweißungen angeschweißt werden.

Claims (6)

1. Hochdruckentladungslampe (1) mit

einem Außenkolben (2),

einem Lampenfuß (5), der den Außenkolben gasdicht abschließt und ein Paar von Fußleitern (6, 7) enthält, die sich im Außenkolben in einer gemeinsamen Ebene erstrecken,

mit einem Paar von Bogenröhrchen (10, 15) mit je einer Keramikwand (11, 16), die einen Entladungsraum einschließt, einem Paar metallischer Durchführungen (12, 13, 17, 18) die sich von gegenüberliegenden Enden erstrecken, und mit einer Entladungsförderungsfüllung im Entladungsraum, und einem Metalllampenrahmen (6, 20, 23, 24) zum Unterstützen der Bogenröhrchen im Außenkolben und zum elektrischen Parallelschalten der Bogenröhrchen, wobei das Rahmenmittel mit jeder der Metallbogenröhrchendurchführungen elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen die Bogenröhrchen in einer Ebene parallel zu den Fußleitern unterstützt, mit jeder der Durchführungen des Paares von Bogenröhrchen nur in einer Ebene koplanar zu den Fußleitern verschweißt ist, und keine Gleitpassungsverbindungen mit den Durchführungen enthält.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkolben eine Lampen-Längsachse (4) definiert, die Bogenröhrchen in der Längsrichtung im Kolben angeordnet sind, wobei ein erstes Paar von Durchführungen (13, 18) an einem Ende der Bogenröhrchen nebeneinander angebracht sind und dem Fuß (5) zugewandt sind, und das andere Paar von Durchführungen (13, 17) nebeneinander angeordnet und vom Fuß abgewandt ist, ein erster Trägerstab (20) einen ersten Endteil (20a) zwischen dem vom Fuß abgewandten Durchführungspaar enthält, der nicht mit dem ersten Trägerstab verbundene Fußleiter einen zweiten Trägerstab (6) bildet und einen zweiten Endanteil (6a) zwischen den in kürzestem Abstand zu den Durchführungen enthält, und daß ein jeweiliges metallisches Querträgerelement (23, 24) mit jedem der Endanteile und mit den jeweiligen beanchbarten Durchführungen verschweißt ist, wobei jede der Verschweißungen zu den Fußleitern koplanar verläuft.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der metallischen Querträgerelemente (23, 24) federnd ausgeführt ist, um unabhängige Änderungen in der Länge der Bogenröhrchen im Lampenbetrieb zu ermöglichen.

4. Hochdruckdampfentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide metallische Querelemente federnd ausgeführt sind.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenröhrchen Hochdrucknatriumentladungsbogenröhrchen sind und einen Keramikkörper enthalten, der einen Entladungsraum und eine Füllung aus Quecksilber, Natrium und einem Edelgas einschließt.

6. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, worin der erste Trägerstab (20) sich von seinen jeweiligen Fußleitern (7) in der Ungsrichtung der Länge der Bogenröhrchen erstreckt, und der erste Endanteil (20a) und der sich in der Längsrichtung der Bogenröhrchen erstreckende Anteil im wesentlichen koplanar zu den Bogenröhrchen und zu allen Verschweißungen verlaufen.