Stand der Technik Der Kaltstartbetrieb von Niederdruckentladungslampen, d. h. Betriebsgeräte für Nie- derdruckentladungslampen, die beim Start der Lampe keine Vorheizung der Elek- troden bereitstellen, bekommt mehr und mehr an Bedeutung. Der Vorteil dieses Betriebes ist, dass sofort nach dem Verbinden mit dem Stromnetz eine Lichtabgabe durch die Lampe erfolgt. Gleichzeitig sind die Vorschaltgeräte für diese Lampen kostengünstiger herstellbar, da auf den Schaltungsteil für die Vorheizung verzichtet werden kann.

Bei einem Kaltstart einer Niederdruckentladungslampe ohne Elektrodenvorheizung startet die Lampe bei Anschluss an das Stromnetz zuerst mit einer Glimmentladung.

Diese Glimmentladung mit einem Strom im Bereich von einigen mA geht nach ca.

20 bis 100 ms, d. h. nach dem Aufheizen der Elektroden in die Bogenentladung ü- ber. Beim Übergang von der Glimmentladung zur Bogenentladung setzt nun der

Bogen am Übergang vom nicht mit Elektrodenmaterial bepasteten Teil zum be- pasteten Teil der Elektrode an, da der bepastete Teil der Elektrode noch kalt und somit nicht leitfähig ist. Durch den Ansatz des Bogens immer an derselben Stelle der Wendelelektrode bei jedem Einschalten der Lampe kommt es dort zu einem Absputtern von Elektrodenmaterial und so zu einem gegenüber der vorgeheizten Elektrode vorzeitigen Bruch der Elektrode. Selbst wenn die Wendelelektrode voll- ständig bis zu den stromführenden Stromzuführungen mit Emittermaterial bepastet ist, so weist sie doch herstellungsbedingt immer Stellen auf, an denen die Wendel nur sehr mangelhaft bis gar nicht bepastet ist. Die Bogenentladung wird dann immer an einem dieser Punkte ansetzen und so zu einem Bruch der Elektrode an dieser Stelle aufgrund des abgesputterten Elektrodenmaterials führen.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Niederdruckentladungslampe zu schaffen, die bei Kaltstartbetrieb eine gegenüber den bisher bekannten Nieder- druckentladungslampen höhere Schaltfestigkeit und damit verlängerte mittlere Le- bensdauer besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einer Niederdruckentladungslampe mit einem im wesentli- chen rohrförmigen und an den Enden gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß aus Glas, einer Füllung aus einem Edelgasgemisch und eventuell Quecksilber so- wie eventuell einer Leuchtstoffbeschichtung auf der Innenwand des Entladungsge- fäßes, wobei in die beiden Enden des Entladungsgefäßes jeweils zwei Stromzufüh- rungen gasdicht eingeschmolzenen sind, die im wesentlichen parallel zur Längs- achse des Entladungsgefäßes in diesem Abschnitt verlaufen und an deren innerem Ende eine im wesentlichen quer zur Längsachse des Entladungsgefäßes verlaufen- de Wendelelektrode befestigt ist, dadurch gelöst, dass zur Erhöhung der Schaltfes- tigkeit der Lampe bei Kaltstartbetrieb zumindest eine weitere Elektrode aus einem leitfähigen Material im Bereich zwischen der Wendelelektrode und dem anschlie- ßenden Ende des Entladungsgefäßes angeordnet ist, wobei ein Ende dieser weite- ren Elektrode mit einer der beiden Stromzuführungen elektrisch verbunden ist.

Diese zusätzliche Elektrode dient als Opferelektrode, denn hierbei handelt es sich um eine Elektrode, die der Bogenentladung zum Ansetzen des Bogens beim Ein-

setzen der Bogenentladung angeboten wird, wobei es unerheblich ist, ob dabei Ma- terial dieser Elektrode abgesputtert wird. Die Bogenentladung setzt zuerst an dieser Opferelektrode an und springt dann, wenn sich das Emittermaterial auf der Wendel- elektrode durch lonenbeschuss soweit aufgeheizt hat, dass sie heiß genug ist für die thermische Emission von Elektronen, auf die Wendelelektrode über.

Da die Wendelelektrode auch bei Verwendung einer weiteren als Opferelektrode dienenden Elektrode auf die benötigte Betriebstemperatur von ca. 900 bis 1500 K aufgeheizt werden muss und dies mit hinreichender Geschwindigkeit nur durch lo- nenbeschuss zu erreichen ist, darf der lonenbeschuss an der Wendelektrode nicht vollständig unterbunden werden. Um andererseits das Sputtern von Elektrodenma- terial von der Wendelelektrode klein zu halten, muss die weitere Elektrode geomet- risch relativ zu Wendelelektrode so angebracht sein, das die Plasmadichte an der Wendelelektrode gegenüber dem Fall ohne zusätzliche Elektrode wesentlich, d. h. um einen Faktor von ca. 100 abgesenkt ist. Um dieses zu erreichen, ist die weitere Elektrode vorteilhaft so angebracht, dass sie bei senkrechtem Blick auf die von den zwei Stromzuführungen und der Wendelelektrode gebildete Ebene größtenteils zwi- schen den zwei Stromzuführungen liegt.

Die Potentialdifferenz zwischen dem Plasma an der Wendelektrode VNE und an der weiteren Opferelektrode VSE ist wobei Te die Elektronentemperatur, np, NE die Plasmadichte am Ort der Wendelelekt- rode und np, SE die Plasmadichte am Ort der weiteren Elektrode ist. Somit ist die E- nergie der lonen, die auf die Wendelelektrode und die weitere Elektrode auftrifft, etwa gleich groß ; jedoch trifft durch die geringe Plasmadichte np, NE am Ort der Wen- delelektrode ein verringerter lonenstrom an der Wendelelektrode auf, was die Sput- terrate reduziert und damit die Lebensdauer der Wendelektrode beim Kaltstart ver- längert.

Um das Ansetzen der Bogenentladung an der weiteren Elektrode zu erleichtern, weist das leitfähige Material der Elektrode einen hohen Koeffizienten für die Sekun- därelektronenemission auf. Untersuchungen mit unterschiedlichen Materialien zeig- ten, dass insbesondere Nickel und/oder Ruthenium aber auch Wolfram hierfür ge- eignet sind. Dagegen erwies sich Molybdän, das aufgrund seines hohen Sekundär- elektronenemissionskoeffizienten ebenfalls sehr gut geeignet sein sollte, als nicht geeignet, was bis jetzt nicht verstanden wird.

Weitere Untersuchungen zeigten dass die Schaltfestigkeit der Lampe bei Kaltstart- betrieb mit abnehmendem Durchmesser der weiteren Elektrode zunimmt. Die Elekt- rode muss dabei jedoch noch einen so großen Durchmesser besitzen, das sie über die Lebensdauer der Lampe eine ausreichende Stabilität behält. Aus diesem Grund besteht die weitere Elektrode vorteilhaft aus einem Draht mit einem Drahtdurchmes- ser zwischen 50 und 150 um.

Für eine gute Sekundärelektronenemission sollte die weitere Elektrode möglichst nahe der Wendelelektrode angeordnet ist. Hierzu bietet sich insbesondere an, dass sich die weitere Elektrode im wesentlichen parallel zur Achse der Wendelelektrode von der Stromzuführung, mit der sie elektrisch verbunden ist, in Richtung der ande- ren Stromzuführung erstreckt. Besonders vorteilhafte Ergebnisse in Bezug auf den Bogenansatz auf der weiteren Elektrode werden erhalten, wenn sich die Elektrode 40 bis 60 % des Abstandes zwischen den beiden Stromzuführungen in Richtung der anderen Stromzuführungen erstreckt. Da nach der Zündung der Lampe das elektri- sche Feld an der zusätzlichen Elektrode bevorzugt parallel zur Achse des Entla- dungsgefäßes verläuft ist, es vorteilhaft wenn ein Teil der zusätzlichen Elektrode in diese Richtung zeigt, um die Glimmentladung an der zusätzlichen Elektrode zu hal- ten. Aus diesem Grund ist das freie Ende der weiteren Elektrode in Richtung der Wendelelektrode hin abgebogen.

Ein günstiger Abstand zwischen der Achse der Wendelelektrode und freiem Ende bzw. Spitze der zusätzlichen Elektrode hängt wesentlich vom Innendurchmesser des Entladungsgefäßes in diesem Bereich ab. Wenn die Glimmentladung an der zusätzlichen Elektrode ansetzt, bildet sich um diese Elektrode ein negatives Glimm- licht aus, das in der Größenordnung des halben Innendurchmessers des Entla- dungsgefäßes liegt. Direkt an der Oberfläche der weiteren Elektrode bildet sich der

Kathodenfallraum aus. Im Anschluss an den Kathodenfallraum steigt die Plasma- dichte im negativen Glimmlicht steil an, um nach einem Maximum deutlich abzufal- len, bis das Niveau der positiven Säule am Ende des negativen Glimmlichts erreicht wird. Vorzugsweise besitzt daher das freie Ende der weiteren Elektrode (7,8) einen Abstand von (0,2-1) x Rhnenrohr von der Wendelelektrode (5), wobei Rhnenrohr der innere Radius des Entladungsgefäßes in diesem Abschnitt des Entladungsgefäßes ist.

Vorteilhaft kann weiterhin die weitere Elektrode (7,8) in Bezug auf die Achse der Wendelelektrode um einen Winkel von kleiner gleich 45° gedreht an der Stromzu- führung befestigt sein. Dies begünstigt die Zündung der Glimmentladung an der Opferelektrode, da die anfängliche Elektronenlawine von der Elektrode zur Wand des Entladungsgefäßes verläuft. Je näher die Opferelektrode der Wand des Entla- dungsgefäßes kommt, desto wahrscheinlicher erfolgt die Zündung der Glimmentla- dung an der Opferelektrode.

Eine weitere Verbesserung der Schaltfestigkeit und damit der mittleren Lampenle- bensdauer beim Kaltstartbetrieb wird erreicht, wenn die Lampe anstelle einer weite- ren Elektrode als Opferelektrode zwei weitere Elektroden aüfweist, wobei jeweils ein Ende jeder weiteren Elektrode mit einer der beiden Stromzuführungen derselben Wendelelektrode verbunden ist, so dass an jeder der beiden Stromzuführungen eine weitere Elektrode elektrisch angeschlossen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden soll die Erfindung anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung Die Figur zeigt ein Ende einer erfindungsgemäßen kompakten Niederdruckentla- dungslampe mit einer Leistungsaufnahme von 21 W. Das mehrfach gewundene Entladungsgefäß 1 setzt sich aus drei U-förmig gebogenen Entladungsgefäßteilen

mit einem Rohraußendurchmesser von 12 mm zusammen, die durch Querver- schmelzungen zu einem zusammenhängenden Entladungsweg verbunden sind. Die beiden Enden des Entladungsgefäßes sind durch eine Quetschung 2 gasdicht ver- schlossen. In jede dieser Quetschungen sind zwei Stromzuführungen 3,4 aus Fe- Ni-Cr-Draht mit einem Drahtdurchmesser von 400 um gasdicht eingeschmolzen, die an ihrem inneren Ende eine Wendelelektrode 5 aus doppelgewendeltem Wolfram- draht tragen. Die beiden Stromzuführungen 3,4 werden zusätzlich durch eine Glas- perle 6 in der Mitte zwischen der Wendelelektrode 5 und der Quetschung 2, in die sie eingeschmolzen sind, gehalten.

Erfindungsgemäß sind bei dem hier gezeigten einen Ende des Entladungsgefäßes 1 zwischen der Glasperle 6 und der Wendelelektrode 5 an den beiden Stromzufüh- rungen 3,4 jeweils eine weitere Elektrode 7,8 als Opferelektrode angebracht. Die beiden weiteren Elektroden 7,8 bestehen aus Nickeldraht mit 125um Drahtdurch- messer. Sie verlaufen von den Stromzuführungen 3,4 weg parallel zur Achse der Wendelelektrode 5 und sind an ihrem Ende im rechten Winkel zur Wendelelektrode 5 hin abgewinkelt. Zwischen den Spitzen der weiteren Elektroden 7, 8 und der Wendelelektrode 5 besteht ein Abstand von 1,25 mm. Die zur Wendelelektrode 5 parallelen Abschnitte der weiteren Elektroden 7, 8 weisen eine Länge von 3 mm auf ; sie sind jeweils an der gegenüberliegenden Seite der jeweiligen Stromzuführung 3 bzw. 4 angeschweißt und berühren sich somit nicht.

Messungen zeigen, dass durch die Ausstattung der oben beschriebenen kompakten Niederdruckentladungslampe mit zwei weiteren Elektroden als Opferelektroden bei Kaltstartbetrieb gegenüber einer gleichen Lampe ohne diese weiteren Elektroden eine Erhöhung der mittleren Schaltzahl um 10000 Schaltungen, d. h. Netzverbindun- gen erreichbar ist.