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Meta11dampfentladungsröhre
Der Zweck der Erfindung ist die Erhöhung der Lichtleistung von Quecksilberdampfentladungslampen, insbesondere von Leuchtstoffröhren, im Wege der Erhöhung der spezifischen Oberflächen-Wattbelastung. ohne Verminderung der Lichtausbeute.
Bekannterweise wird die durch Erhöhung der spezifischen Oberflächen-Wattbelastung zu erzielende Vergrösserung der Lichtleistung von Quecksilberdampfentladungsröhren, z. B. Leuchtstoffröhren, dadurch begrenzt, dass die Temperatur der Wand der Entladungsröhre bei einer höheren Wattbelastung als 35 rnW/cm2 über 450 C anwächst und damit auch der Dampfdruck des sich an den kältesten Stellen an- sammelnden Quecksilbers grösser wird und sich vom optimalen Dampfdruck (6 - 10 Mikron Quecksilbersäule) entfernt, was zu einer geringeren Lichtausbeute führt.
Es ist auch bekannt, zum Vermeiden dieses Nachteiles an einem Abschnitt der Röhre ein Temperaturregelmittel auszubilden, an dessen Wand eine geringere Wattbelastung erzielt wird. Dieses Mittel wird üblicherweise in Form eines Ansatzes am Röhrenmittelteil angebracht, womit jedoch der Nachteil einhergeht, dass von der üblichen zylinderförmigen Ausbildung der Röhre abgegangen werden muss. Es ist auch bekannt, eine das Temperaturregelmittel bildende Kammer an einem Röhrenende, u. zw. zwischen dem eigentlichen Röhrenende und der Elektrode auszubilden, womit aber der Nachteil verbunden ist, dass an einem Ende der Röhre auf einer Oberfläche von mindestens 6d2 die Oberflächenhelligkeit geringer als an den übrigen Röhrenteilen ist, wobei d den Aussendurchmesser der Röhre bedeutet.
Es ist auch zur Lenkung des von der Leuchtröhre gelieferten Lichtes in eine gewisse Richtung bekannt, an einem Teil des Leuchtröhrenquerschnittes eine reflektierende Oberfläche auszubilden, die das sichtbare Licht in die gewünschte Richtung lenkt. Diese reflektierenden Überzüge können aus Metall oder aus reflektierenden Oxyden bestehen. Meistens sind diese reflektierenden Überzüge zwischen der Kolbenwand und dem Leuchtpulver angebracht. Es ist auch weiters ein Überzug bekannt, bei welchem sich auf dem reflektierenden Metall ein Überzug aus isolierendem und zugleich reflektierendem Oxyd oder Leuchtpulver befindet.
Es ist auch bereits im Interesse der Erhöhung der Lichtausbeute vorgeschlagen worden, entlang des ganzen Querschnittes der Leuchtröhre einen die ultraviolette Strahlung reflektierenden Stoff zwischen der Glaswand der Leuchtröhre und dem Leuchtröhrenüberzug anzuordnen. Bei beiden Anordnungen ist zumindest ein Drittel der Kolbenwand mit einem derartigen strahlungslenkenden Überzug versehen.
Im besonderen bezweckt die Erfindung, einerseits die Lichtausbeute über einen grösseren Lichtstrom zu steigern und anderseits die nötige niedrigste Röhrenwandtemperatur so zu sichern, dass hiebei, vom Beschauer aus gesehen, ein möglichst geringer Bruchteil der zylindrischen Leuchtstoffröhrenoberfläche in Anspruch genommen wird, wobei dieser Temperaturregelteil keine Abweichung vom zylindrischen Kolben der Röhre bedingen soll.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe, insbesondere Leuchtstoffröhre, deren spezifische Oberflächenwattbelastung grösser als 35 mW/cm2 ist und die mit einem Temperaturregelmittel versehen ist, das die niedrigste äussere Wandtemperatur der Röhre auf einen Wert von 30 - 500 C einstellt und die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass das
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Temperaturregelmittel durch eine, mindestens an einem Teil des zwischen den beiden Elektroden befindlichen Abschnittes des Kolbens angeordnete, mit dem Entladungsraum in unmittelbarer Berührung stehende, ultraviolettes Licht reflektierende Schicht gebildet wird.
Es wurde nämlich gefunden, dass der die niedrigste Temperatur aufweisende Teil sich an der äusseren Oberfläche der Röhrenwand der üblichen Leuchtstoffröhren zwischen den Elektroden am Mittelteil der Röhre ergibt. Dies weist darauf hin, dass die spezifische Oberflächen-Wattbelastung an dieser Stelle am niedrigsten ist, was dadurch bedingt ist, dass die Energieentwicklung an den Elektroden der Röhre grösser als in der positiven Säule ist. Auf Grund dieser Feststellung kann der Temperaturregelteil dann mit einer minimalen Oberfläche ausgebildet werden, wenn er am Mittelteil der Röhre angeordnet wird. Anderseits soll aber die zylindrische Form der Röhre ohne Durchmesseränderung auch an jener Stelle aufrechterhalten werden.
Deshalb wird an dem Mittelteil der Röhre im Sinne der Erfindung ein Röhrenoberflächenteil so ausgebildet, dass an ihm die nach aussen gerichtete ultraviolette Strahlung an Stelle der Leuchtpulverschicht einen die ultraviolette Strahlung reflektierenden Überzug antrifft. Hiedurch entfällt die auf dem in Rede stehenden Oberflächenteil bei Umgestaltung der ultravioletten Strahlung kürzerer Wellenlänge in eine sichtbare Strahlung grösserer Wellenlänge auftretende Wärmeenergie. Dadurch wird die an diesem Oberflächenteil pro Oberflächeneinheit der Entladungsröhre abzuführende Wärmemenge geringer, als an den übrigen Oberflächenteilen der Entladungsröhre und es ist daher zur Übergabe geringerer Wärmemengen von der Röhrenwandung an die Umgebung eine im Vergleich zur Umgebung geringere Überhitzung nötig.
Es bildet also der mit einem UV-reflektierenden Überzug versehene Rohrsnabschnitt einen Röhrenteil von niedrigster Temperatur, was eine Regelung der niedrigsten Temperatur der Röhre bedeutet. Naturgemäss wird die Oberflächenhelligkeit an dem Temperaturregelteil auch im erfindungsgemässen Falle geringer als an den übrigen Teilen der Röhre. Dies spielt jedoch kaum eine Rolle, wenn bei der erfindungsgemässen Röhre die Anordnung so getroffen ist, dass die Fläche der eine verminderte Oberflächenhelligkeit ergebenden, das Temperaturregelmittel bildenden Schicht höchstens 4d beträgt, wobei d den äusseren Röhrendurchmesser bedeutet.
Es weicht dann die erfindungsgemässe. die ultraviolette Strahlung reflektierende Schicht von den obenerwähnten üblichen reflektierenden Überzügen auch dadurch ab, dass die bekannten Anordnungen, mit Rücksicht auf ihren abweichenden Zweck, naturgemäss-wie bereits erwähnt-von einer grossen Oberfläche sind.
Im Rahmen der Erfindung kann in einfacher Weise die das Temperaturregelmittel bildende Schicht unmittelbar an der Innenwand des Kolbens angeordnet sein. Es ist jedoch erfindungsgemäss auch möglich, die Anordnung so zu treffen, dass die das Temperaturregelmittel bildende Schicht auf die Leuchtpulverschicht aufgetragen ist, die sich auf der Innenfläche des Kolbens befindet. Hingegen vermindern reflektierende Überzüge, die sich zwischen dem Leuchtpulver und der Kolbenwand befinden, die Kolbentemperatur nicht. Ein Überzug, welcher aus einem an einem reflektierenden Metall liegenden Isolierstoff besteht, muss, abgesehen davon, dass er ziemlich kompliziert ist, eine so grosse Oberfläche, z.
B. mehr als 1/3 der Kolbenwand, bedecken, dass eine Temperaturverschiebung entsteht, wodurch das optimale Arbeiten der Röhre beeinflusst wird, also geradezu eine der erfindungsgemässen Wirkung entgegen arbeitende Wirkung entsteht.
In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch im Längs- bzw. Querschnitt dargestellt.
Beim Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Röhre gemäss Fig. 1 sind innerhalb des Kolbens 1 (mit einem Aussendurchmesser d) der Niederdruckquecl (silberdampfentladungsröhre. ZO B. einer Leuchtröhre, die Glühkathoden 2 und 3 sowie auf der Innenseite des Kolbens die strichpunktiert dargestellte, die ultraviolette Strahlung in sichtbares'Licht umwandelnde Leuchtpulverschicht 4 angeordnet. An einem, im mittleren Abschnitt des Kolbens liegenden Teil, zweckmässig am unteren Teil der waagrecht angeordneten Röhre, ist die Leuchtpulverschicht 4 unterbrochen und es ist ein Teil der inneren Oberfläche des Kolbens durch die, mit einer gestrichelten Linie dargestellte, die ultraviolette Strahlung reflektierende Schicht 5 überzogen. Wird z.
B. eine Gasentladungsröhre von 120 cm Länge und 4 cm Durchmesser angenommen, so entspricht eine in der Längsrichtung ungefähr 4 cm, und entlang des kreisförmigen Röhrenumfanges in einer Bogenlänge von 4 cm angeordnete reflektierende Schicht 5 einem Temperaturregelmittel von ungefähr 1dz Fläche.
Nach dem Zünden der Röhre stellt sich nach Verlauf einer gewissen Zeit das Wärmegleichgewicht ein, bei welchem die UV-reflektierende Schicht, mit Rücksicht auf die oben angegebenen Gründe bei einer spezifischen Wattbelastung der Oberfläche von 70 mW/cm eine Temperatur erlangt, die um 50 C niedriger als jene der Leuchtpulverschicht 4 ist. Infolgedessen kondensiert das in der Gasentladungsröhre befindliche flüssige Quecksilber auf der reflektierenden Schicht 5, u. zw. auf der mit einer kürzer strich-
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lierten Linie angedeuteten Stelle 6, in Form einer dünnen Schicht.
Ist die das Temperaturregelmittel bildende Schicht 5 auf der Oberseite der waagrecht liegenden Röhre angebracht, so wird der Benützer durch die geringe Oberflächenhelligkeit des Röhrenteiles, auf welchem sich das Temperaturregelmittel befindet, keineswegs gestört.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Diese Ausführungsform weicht von jener nach Fig. 1 dadurch ab, dass die UV-reflektierende Schicht 5 ohne Unterbrechung der Leuchtpulverschicht 4 angewendet wird. In diesem Fall wird die UV-reflektierende Schicht auf die Leuchtstoffschicht aufgetragen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 veranschaulicht ist, wird die im Inneren der Gasentladungsröhre angeordnete, als Temperaturregelmittel wirkende UV-reflektierende Schicht 5 nach Fig. 1 kombiniert mit einer Oberflächenaufrauhung. welche auf der gleichen Stelle des Kolbens 1 angewendet wird, auf welcher am Innenteil des Kolbens die UV-reflektierende Schicht 5 sitzt.
Die Aufrauhung kann bei dieser Ausführungsform z. B. durch einen Sandstrahl erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt und weicht von der Ausführungform nach Fig. 1 dadurch ab, dass das Temperaturregelmittel sich über den vollen Umfang des kreisför-' migen Röhrenquerschnittes erstreckt, wobei auch hier diese Ausbildung mit der Möglichkeit nach Fig. 3 (Anwendung eines Sandstrahlgebläses auf die äussere Oberfläche desselben Kolbenteiles) kombiniert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 im Längs- und Querschnitt gezeigt. Die die ultraviolette Strahlung reflektierende Schicht 5 ist an der nach dem Röhreninnern gerichteten Fläche einer zylindermantelförmigen Glasplatte 8 angeordnet, welch letztere mit Hilfe eines Distanzhalters 9,
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Druck von 1-2 mm Quecksilbersäule enthalten.
Erfindungsgemäss kann das Temperaturregelmittel, zweckmässig mit der bereits erwähnten äusseren Oberflächenaufrauhung kombiniert, auch über die volle Länge der Röhre angewendet werden, u. zw. über einen entsprechend gewählten Teil des kreisförmigen Röhrenumfanges, zweckmässig 35, doch höchstens 60 %. In diesem Falle kann die Röhre derart angeordnet werden, dass der auf diese Weise ausgebildete Streifen den Benützer am wenigsten stört. So kann z. B. bei der üblichsten Verwendung der Röhre, also im Falle einer waagrecht am Plafond eines Raumes angeordneten Röhre, der Streifen am oberen Teil der Röhre angeordnet werden, in welchem Falle der Teil minderer Oberflächenhelligkeit den Benützer überhaupt nicht stört.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird also der sich sonst bei den obenerwähnten Ausführungsformen als zweckmässig erwiesene Wert von höchstens 4d2 für die Fläche der UV-reflektierenden Schicht 5 überschritten. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil im Hinblick auf die vergrösserte Temperaturregeloberfläche sich einerseits das Wärmegleichgewicht rascher einstellt, anderseits an der grösseren Oberfläche das sich niederschlagende Quecksilber besser haftet und dadurch auch bei einem Betrieb, in welchem die Röhrenlängsachse senkrecht steht, nicht die wärmeren Abschnitte der Röhre erreicht und daher keine überflüssige Quecksilberzirkulation entsteht.
Im Rahmen der Erfindung können ultraviolette Strahlung reflektierende grossflächige Überzüge, die mit dem Entladungsraum in unmittelbarer Verbindung stehen, gleichzeitig auch zum Reflektieren des sichtbaren Lichtes dienen. Der Quecksi1berdampfdruck kann dann optimal eingestellt werden, wenn die durch diese grosse Oberfläche verursachte erhebliche Kühlwirkung durch Zuführung einer entsprechend höheren Zusatzleistung so im Gleichgewicht gehalten wird, dass der reflektierende Überzug seine Temperaturregelrolle erfüllen kann. Auf diese Weise können Hochleistungsleuchtröhren hergestellt werden, welche ein in bestimmter Richtung, z. B. nach unten gelenktes Licht bei optimaler Lichtausbeute aufweisen.
Die das ultraviolette Licht reflektierende Schicht kann als Überzug, z. B. aus Magnesiumoxyd oder andern zu gleichen Zwecken verwendbaren Stoffen bei beliebigen Ausführungsformen der Erfindung ausgebildet werden.
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