DE3688708T2 - Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät. - Google Patents

Description

• Eine gleichzeitig anhängige Anmeldung mit Titel /Entladungslampenbetriebsvorrichtung und -verfahren" ist am 10. August 1984 eingereicht worden und weist die US-Seriennummer 639,608 auf. Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zünden und Betreiben einer Entladungslampe mit einer vergrößerten Lichtabgabe bei gegebener Spannungsquelle. Eine weitere gleichzeitig anhängige Anmeldung mit Titel "Metalldampflampe mit niedriger Zündspannung" mit der US-Seriennummer 643,948 betrifft eine Metalldampflampe mit einer Zündhilfe, welche eine erhöhte Lichtabgabe gegenüber einer Lampe aufweist, die durch eine Spannungsquelle mit vorgegebener Ausgabefähigkeit betrieben wird.
• Die Erfindung betrifft ein Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Ein solches Gerät ist in der US-A-4119886 beschrieben. Insbesondere ist die Herstellung einer neuen dielektrischen Keramik für einen nichtlinearen Kondensator in dieser Druckschrift offenbart. Das dielektrische Element bildet zusammen mit einem induktiven Element einen Impulsgenerator.
• In der DE-A-2949074 und FR-A-8024976 werden andere Impulsgeneratoren beschrieben, die ein induktives Element und ein nichtlineares elektrisches Element offenbaren. Die dielektrischen Elemente werden aus im Vergleich zu der US-A-4119886 unterschiedlichen, dielektrischen Keramiken hergestellt.
• Aufgrund dieser Druckschriften ist die Verwendung verschiedener dielektrischen Keramiken und nichtlinearer dielektrischer Bauteile und deren Zusammenwirken mit einem induktiven Bauteil bekannt, wobei diese zur Verbesserung der Zündung von Metalldampflampen verwendet werden.
• Im allgemeinen emittieren Entladungslampen, die von 50 bis 60 Hertz Wechselspannungsquellen betrieben werden, Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums. Diese Entladungslampen können Entladungsmetalldampflampen von hoher Intensität sein, wie Metalldampf-, Metallhalogenid- und Hochdrucknatriumlampen zum Beispiel. Normalerweise weist eine Entladungslampe eine negative Spannungs-Stromcharakteristik auf und der Strom eines solchen Plasmas nimmt normalerweise kontinuierlich zu, wenn er nicht durch einen Strombegrenzer oder eine in Reihe mit der Lampe verschaltete Last begrenzt wird.
• Typischerweise werden Metalldampfentladungslampen mit einer in Reihe verschalteten, induktiven Last so ausgewählt, daß sie einen Betriebsspannungswert aufweisen, der im wesentlichen gleich etwa 50% des Effektivwerts (rms value) der Spannungsquelle ist. Folglich würde eine Lampe, die von einer 120 Volt Wechselspannungsquelle betrieben wird, nach ihrem Entwurf eine Mittelspannung von ungefähr 52 Volt aufweisen. Diese Spannung könnte um bis zu 25 Volt während der Lebensdauer der Entladungslampe ansteigen. Allerdings wird dieses Anwachsen der Betriebsspannung ein unerwünschtes Niveau erreichen, bei dem die Spannungsquelle nicht länger ein Potential zur Verfügung stellt, das zur Aufrechterhaltung des Betriebs der Lampe ausreicht, so daß die Lampe unerwünscht verlöscht.
• Eine bekannte Technik zum Anheben des für die Ladungslampe erhältlichen Potentials, besteht aus einem Aufwärtstransformator und einem festen Kondensator. In einer solchen Vorrichtung wird das Spannungsquellenpotential auf einen höheren Wert angehoben, wodurch der Potentialpegel bei dem die Lampe erlöscht auf einen höheren Pegel als vorher angehoben wird. Allerdings sind solche Transformatoren teuer, unhandlich und schwer, so daß sich eine Vielzahl von unerwünschten Eigenschaften der Vorrichtung ergeben.
• Eine weitere bekannte Vorrichtung zur Verbesserung des Betriebs einer Last und einer Entladungslampe ist in der US-Patentanmeldung Nummer 3996495 offenbart, die am 07.12.1976 erteilt wurde und den Titel trägt: "Hochwirksames Lastsystem für elektrische Entladungslampen". In dieser Druckschrift ist ein nichtlinearer Kondensator mit einem bekannten Transformator mit hohem Widerstand verschaltet und soll angeblich den Lampenstromscheitelwert verbessern. Folglich soll die Lampenaktivität aufgrund des verbesserten Lampenstromscheitelwerts verbessert werden. Auf diese Weise kann der Lampenstrom ohne Verlust an Lichtabgabe reduziert werden. Allerdings bleibt das Zünden und die Aufrechterhaltung der Zündung bei Lampen mit höherer Wattleistung ein Problem.
• Eine weitere Vorrichtung zur Verbesserung des Zündens und des Betriebs einer Fluoreszenzlampe ist aus der US-Patentschrift 4079292 bekannt, die am 14.03.1978 für Kaneda erteilt wurde. In dieser Druckschrift wird eine Oszillationszusatzschaltung verwendet, um eine Entladungslampe in jedem halben Zyklus einer Wechselspannungsquelle Energie zur Wiederentzündung zuzuführen. Folglich kann eine relativ kleine induktive Last in Verbindung mit einer Entladungslampe mit relativ hoher Spannung verwendet werden. Allerdings wird die Vorrichtung durch die Hilfsoszillationszusatzschaltung wie auch durch die damit verbundene Umschaltschaltung teuer, was offensichtlich von Nachteil ist.
• In dem Patent GB-A-2066801, veröffentlicht am 15.07.1981 im Namen von TDK Electronics Company, Ltd., wird ein nichtlineares dielektrisches Bauteil, dessen Zusammensetzung und eine Schaltung zur Verwendung des Bauelements mit einer Lampe und einer relativ komplexen Vorheizschaltung zum Zünden einer Lampe offenbart. Hauptsächlich wird die Herstellung dieses nichtlinearen dielektrischen Bauelements beschrieben und beansprucht.
• Eine weitere Vorrichtung ist in der Anmeldung mit der US Seriennummer 639608 offenbart, die den Titel aufweist: "Betriebsvorrichtung und Verfahren für eine Entladungslampe", eingereicht am 10.08.1984 namens des Anmelders der vorliegenden Anmeldung. In dieser Druckschrift enthält ein Entladungslampenzündungs- und Betriebsgerät eine Entladungslampe mit einer Betriebsspannung von nicht weniger als ungefähr 75% des Effektivwerts der Spannungsquelle. Zu einer Fluoreszenzlampe ist ein nichtlineares dielektrisches Bauelement nebengeschlossen und durch eine induktive Last mit einem Anschlußpaar verbunden, die an der Spannungsquelle anschließbar sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Betreiben einer elektrischen Entladungslampe bereitzustellen, bei dem die Effektivität dadurch verbessert wird, daß das Entladungslampensystem von einer gegebenen Betriebsspannungsquelle versorgt wird, wobei der Prozentsatz der für die Entladungslampe verwendbaren Versorgungsspannung erhöht ist und das Betriebspotential für die Entladungslampe erhöht ist.
• Diese Aufgabe ist durch ein Metalldampfentladungslampenzünd- und Betriebsgerät von niedriger Leistung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert und beschrieben:
• Es zeigen
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Zünd- und Betriebsgeräts für eine Metalldampfentladungslampe;
• Fig. 2 eine graphische Darstellung von Strom und Spannung, wie sie durch das Gerät aus Fig. 1 ohne Einschluß eines nichtlinearen dielektrischen Bauelements erhältlich ist;
• Fig. 3 eine graphische Darstellung von Strom und Spannung, wie sie durch das Gerät aus Fig. 1 erhältlich ist; und
• Fig. 4 eine Darstellung zum Vergleich der mit und ohne das nichtlineare dielektrische Bauelement aus Fig. 1 erhältlichen Lampenspannungen.
• In Fig. 1 ist ein Zünd- und Betriebsgerät für eine Metalldampfentladungslampe mit niedriger Leistungsaufnahme dargestellt. Ein paar von Anschlüssen 5 und 7 verbinden die Lampe mit einer Niederspannungsquelle wie einer 120 Volt Gleichstromquelle. Eine induktive Last 9 ist mit dem Anschluß 5 des Anschlußpaares 5 und 7 verschaltet. Weiterhin ist eine Metalldampfentladungslampe 11, die beispielsweise eine Quecksilberdampfentladungslampe, eine Metallhalogenidentladungslampe oder eine Hochdrucknatriumlampe sein kann, mit der induktiven Last 9 und mit dem anderen Anschluß 7 des Anschlußpaares 5 und 7 verschaltet. Im Nebenschluß zur Metalldampfentladungslampe 11 ist ein nichtlineares dielektrisches Bauelement 13 beispielsweise in Form eines nichtlinearen Kondensators verschaltet.
• Wie vorstehend erwähnt wurde, verwendet das bekannt Gerät zum Zünden und Betreiben von Entladungslampen des Metallbogentyps eine Entladungslampe, die bei ungefähr 50% der effektiven Leitungsspannung arbeitet. Weiterhin wurde erwähnt, daß die Lampenspannung sich unerwünscht während der Lebensdauer der Lampe erhöht, wobei der Wert der anwachsenden Lampenspannung einen Wert erreicht, der größer ist als das von der Leitung oder der Spannungsquelle erhältliche Potential, woraufhin die Lampe verlöscht.
• Weiterhin sei angemerkt, daß die zum Zünden und zum Aufrechterhalten der Leitfähigkeit der
• Metalldampfentladungslampe notwendige Spannung abhängig von dem Plasma der speziellen Lampe ist. Ein Zerfall der Plasmaleitfähigkeit tritt während der nichtleitfähigen Periode der Lampe auf. Folglich beeinflußt die Zeitperiode, während der die Lampe nicht leitfähig ist, das Potential und es ist eine gewisse Zeit notwendig, um die Entladungslampe wieder leitfähig zu machen.
• In Fig. 2 ist die Spannung (Kurve A) und Strom (Kurve B) eines Zünd- und Betriebsgeräts für eine Metalldampfentladungslampe mit geringer Leistungsaufnahme dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Insbesondere verwendet dieses Gerät eine induktive Last und die Metalldampfentladungslampe weist kein nichtlineares dielektrisches Bauelement auf. Entsprechend ist erkennbar, daß es ungefähr 750 us nach Polaritätswechsel dauert, bevor Strom in der Entladungslampe entsprechend zu dem Potential zum Bewirken der Leitfähigkeit der Entladungslampe fließt.
• Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 3 die Ergebnisse für ein Zünd- und Betriebsgerät für eine Metalldampfentladungslampe mit niedriger Leistungsaufnahme gemäß der Erfindung. Werden in beiden Fällen als Entladungslampe eine 70 Watt Hochdrucknatriumlampe verwendet, wobei zusätzlich ein nichtlineares dielektrisches Element 13 zur Entladungslampe nebengeschlossen ist, ist die dargestellte Spannung (Kurve C) und Strom (Kurve D) erhältlich. Wie erkennbar ist, ist die Spannung (Kurve C) erhöht und, was wichtig ist, die Stromleitung (Kurve D) wird innerhalb einer Periode von 300 us nach Polaritätswechsel bewirkt. Folglich wird die Lampenleitung in ungefähr 50% der Zeit bewirkt, wenn ein nichtlineares dielektrisches Bauelement im Vergleich zu einem Gerät ohne ein solches Bauelement verwendet wird.
• In Fig. 4 wird die Lampenspannung eines Geräts mit einem nichtlinearen dielektrischen Bauelement (Kurve E) und eines Geräts ohne ein solches Bauelement (Kurve F) verglichen. Wie erkennbar ist, ist die Lampenspannung, bei der die Lampe verlöscht, größer für das Gerät mit dem nichtlinearen dielektrischen Bauelement (Kurve E) als im Vergleich zu dem Gerät ohne das nichtlineare dielektrische Bauelement (Kurve F). Weiterhin hat das verbesserte Gerät eine Lampenlöschspannung die ungefähr 8 Volt höher ist als bei dem Gerät ohne nichtlineares dielektrisches Bauteil.
• Die oben genannten Testergebnisse ergaben sich insbesondere bei einem Gerät, welches von einer Spannungsquelle im Bereich von ungefähr 108 bis 132 Volt Wechselstrom und unter Verwendung einer 70 Watt Hochdrucknatriumlampe mit einem Füllgas aus Xenon bei einem Druck von ungefähr 30 Torr erzielt wurden. Die induktive Last hatte eine Induktivität von ungefähr 235 Millihenry und eine Impedanz von ungefähr 88,7 Ohm bei einer Spannung von ungefähr 94 Volt und einem Strom von ungefähr 1,06 Ampere. Das nichtlineare dielektrische Bauteil ist ein von TDK hergestelltes Bauteil mit einem Durchmesser von ungefähr 12 mm und einer Dicke von ungefähr 0,5 mm.
• Folglich ist festgestellt worden, daß das verbesserte Gerät eine Löschspannung von ungefähr 8 Volt mehr als die Löschspannung beim Stand der Technik aufweist. Weiterhin erlaubte die erhöhte Spannung und die im wesentlichen konstante Leistung eine Stromreduzierung von ungefähr 13% und eine Abnahme von ungefähr 4,6% in der an der induktiven Last anliegenden Spannung. Folglich wurden die Spannungs-Strom-Anforderungen der induktiven Last um ungefähr 17% reduziert, so daß diese in Größe, Gewicht und Volumen reduziert werden konnte.
• Demgemäß verhindert das Hinzufügen eines nichtlinearen dielektrischen Bauteils die Lampenzündperiode nach jedem Polaritätswechsel des Stroms, was wiederum eine Reduzierung der Größe der erforderlichen induktiven Last erlaubt und die Lampenspannung, die vor Löschen der Entladungslampe erhältlich ist, erhöht. Folglich zündet die Entladungslampe eher, bleibt länger an und kann ein größeres Potential vor ihrem Verlöschen entwickeln.

Claims (7)

1. Metalldampflampenzündung- und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme, welches aufweist:

ein Paar von Anschlüssen (5, 7) zur Verbindung mit einer Niederspannungwechselstromquelle;

eine mit einem Anschluß des Anschlußpaars (5, 7) verschaltete Last (9);

eine mit der induktiven Last (9) und dem anderen Anschluß des Anschlußpaares (5, 7) verschaltete Metalldampfentladungslampe (11) mit niedriger Leistungsaufnahme; und

ein zur Metalldampfentladungslampe (11) nebengeschlossenes, nichtlineares dielektrisches Bauteil (13), dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare dielektrische Bauteil (13) zusammen mit der induktiven Last (9) ein Pulspotential innerhalb von 600 uSek. und einen Beginn der Stromleitung nicht mehr als 300 uSek. nach Stromumkehr der Spannungsquelle gewährleistet.

2. Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungswechselstromquelle eine Spannung im Bereich von 108 bis 132 Volt aufweist.

3. Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Last (9) eine Induktivität von 235 Millihenry aufweist.

4. Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare dielektrische Bauteil (13) einen Durchmesse von ungefähr 12 mm und eine Dicke von ungefähr 0,5 mm aufweist.

5. Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (11) eine Betriebsleistung von weniger als 100 Watt aufweist.

6. Metalldampflampenzündungs-und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entaldungslampe eine Betriebsleistung von ungefähr 70 Watt aufweist.

7. Metalldampflampenzündungs- und Betriebsgerät mit niedriger Leistungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe aus der Gruppe Hochdrucknatrium-, Quecksilberdampf- oder Metallhalogenidentladungslampe ausgewählt ist.