CS250206B2 - Cathode unit for fluorescent lamps - Google Patents

Description

Vynález se týká katodově jednotky pro zářivky obsahující katodu namontovanou na katodové základně v pevném vztahu ke stěně zářivky a obklopenou krabicovitým povrchem katodového stínítka z elektricky vodivého materiálu, tvořeným stěnou a dnem, přičemž toto pouzdro je bez elektrického spojení s katodou a utěsněno od strany otevřeného konce, umístěného ve vybíjecím prostoru před katodou, kotoučem z elektricky izolujícího materiálu, opatřeným středovým otvorem.

Životnost zářivky, počítáno v hodinách doby hoření, je hlavně určena životností katod zářivky. Jestliže katody ztratily určitý podíl jejich emisního materiálu, sestávajícího z oxidů žíravých zemin, jejich kapacita vysílat elektrony klesne do· té míry, že zářivka buď nenastartuje, nebo se dostane do blikavého stadia, které rychle rozpráší zbývající emisní materiál.

Je velmi dobře známo, že nadbytek barya, rozpuštěného ve směsných krystalech emisního materiálu, vyvolává polovodivost oxidů žíravých zemin a snižuje práci uvolňování elektronů. Toto přebytečné baryum se vytváří chemickou reakcí mezi kysličníkem barnatým a wolframem podle následujícího vzorce:

BaO + W -» BasWOe + 3 Ba .

Takto vytvořený wolfram barnatý zůstává jako· mezilehlá vrstva mezi wolframem a vlastní emisní látkou po dobu životnosti katod, zatímco baryum je plynule difundováno jako pára touto emisní látkou.

Vrstva sloučeniny wolframu barnatého způsobuje tlumení reakce podle shora uvedeného vzorce, tj. snížené vytváření barya. V důsledku toho se celé množství barya nevypaří až po· přibližně 30 000 hodinách nepřetržitého hoření normální zářivky. Namáhání katod zářivky při startování jsou však tak velká, že doba životnosti se snižuje činitelem 2 až 3 při normálním používání zářivky, tj. při průměrné době spojení pokaždé 2 až 3 hodiny.

Ztráta katodového materiálu, který slouží jako emisní látka, a s tím související krácení životnosti zářivky, jsou v zásadě vyvolány třemi různými ději, totiž 1. odstraněním emisního materiálu v důsledku bombardování ionty, zejména ve spojení s nedostatečnými teplotami katody, 2. odpařením emisního materiálu, a 3. chemickými reakcemi mezi emisním materiálem a plynnými nečistotami v zářivce.

Při konstrukci zářivky, která má mít mimořádně velkou životnost, v jejímž období se zářivka zapálí a zháší značně často, musí být katody zářivky konstruovány takovým způsobem, že· se úplně respektují uvedené tři důvody pro sníženou životnost (katody.

Předběžný předpoklad pro odstraňování emisního materiálu v důsledku bombardování iontů je v zásadě -okolnost, že každý atom, který opustí povrch katody, se nikdy ke katodě nevrátí. To však je správné pouze ve vakuu. Ve skutečnosti je katoda při normální konstrukci zářivky obklopena atmosférou vzácného kovu o tlaku přibližně 2,5.102 pa. v důsledku toho je volná průměrná délka pohybu - pro atomy a molekuly, uvolněné z povrchu katody, značně kratší, než je vzdálenost mezi katodou a stěnou zářivky. V důsledku toho velký počet uvolněných atomů a molekul se odráží nazpět a padá směrem k povrchu katody. To- velmi snižuje ztrátu materiálu. Takové snížení je však nedostatečné v případě katod pro zářivky s dlouhou životností.

Vypaření emisní látky je poměrně konstantní při plynulém provozu, avšak probíhá rychleji po každém startu a v minutách následujících za startem, a to v důsledku zvýšené teploty katody. To znamená, že katoda pro zářivku s dlouhou životností musí být konstruována tak, že vypařené atomy -a molekuly se do značné míry -odrážejí nazpět k povrchu katody, a kromě toho tak, že teplota katody zůstává poměrně nízká v období -skutečného startu.

Účelem vynálezu je rozřešit shora uvedené problémy a tak vytvořit strukturu .katody, které má být použito v zářivce, a která výrazně zvýší životnost zářivky tak, aby byla alespoň trojnásobná, než je životnost běžných zářivek.

V britském pat. -spisu č. 1 133 840 je popsána zářivka -s -otápěnou katodou, obklopenou katodovým stínítkem. Katodové stínítko sestává z kovového plechu, je tedy elektricky vodivé a je od katody elektricky odděleno a upraveno- v odstupu -od blízkého konce zářivky a je zakryto elektricky izolujícím kotoučem, majícím středový otvor.

Jde přitom o nízkotlakou rtuťovou výbojku, která má za účel snížení intenzity vysílaného elektromagnetického záření o vlnové délce, rušící -například rádiové signály. Hlavní účel této zářivky je tedy naprosto -odlišný -od účelu vynálezu. Stínítko podle tohoto spisu bude mít ve skutečnosti malý vliv na životnost zářivky, jelikož nemá žádné dno. Nepřítomnost takového dna podstatně -sníží odrážení emisního materiálu nazpět ke -katodě.

Dále je v USA pat. spisu č. 2 917 650 popsána výbojka s katodovým stínítkem, které je -od katody elektricky izolováno a nemá žádné dno na konci -obráceném k patici výbojky, a to- z - toho důvodu, že účelem -výbojky -podle tohoto spisu je zabránit tvoření skvrn na stěně výbojky a není tedy zapotřebí příslušné -ochrany na konci výbojky.

Účelem vynálezu naopak je, jak bylo- shora uvedeno, -vytvořit katodovou jednotku pro zářivku, mající životnost alespoň trojnásobnou, než je životnost běžných zářivek. Tato životnost je určena hlavně trvanlivostí jejích katod a životnost těchto katod s

závisí zase na tom, jak dlouho podrží svou schopnost vysílat elektrony.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že velikost průměru otvoru v kotouči je v rozmezí 25 °/o až 35 % průměru zářivky, přičemž dno krabicovitého pouzdra katodového stínítka je umístěno proti katodové základně tvořené patkou a je opatřeno průchodem, jehož plocha je nejméně tak velká jako plocha · otvoru v kotouči.

Podle výhodného provedení vynálezu je plocha otvoru menší než 110 mm2.

Podle· dalšího provedení vynálezu je průchod ve dnu krabicovitého pouzdra podlouhlý.

Podle ještě dalšího provedení vynálezu má krabicovité pouzdro obecně okrouhlý válcový tvar probíhající v osovém směru zářivky.

Otvor v kotouči je s výhodou okrouhlý.

V tomto případě je účelné, když kotouč sestává ze slídy a má tloušťku v rozmezí asi 0,1 až 0,15 mm.

Krabicovité pouzdro katodového stínítka bude s výhodu sestávat ze železa nebo niklu.

Podle ještě jiného provedení vynálezu je mezi katodovým stínítkem a patkou uložena vzpěra· pro podepření katodového stínítka vůči trubici zářivky.

Podle účelného provedení vynálezu má trubice zářivky průměr 38 mm.

Vlastností význačných pro zářivku podle vynálezu bylo dosaženo zlepšením podmínek vysílání elektronů pro katody. Toto zlepšení bylo vyvoláno následujícími opatřeními:

1. Spotřeba emisního materiálu v okamžiku startování je omezena odrážením vypařených atomů a molekul k povrchu katody při startovacím období.

2. Katodové stínítko, které nemá elektrické spojení, snižuje rychlost vypařování emisního materiálu při normálním provozu.

3. Plynné nečistoty v zářivce jsou odstraněny zvlášť účinným čerpáním při její výrobě.

Zkušenost ukázala, že nejúčinnějšího čerpání se dosáhne v samočinné čerpací jednotce, kde vakuové čerpání při vysoké teplotě je kombinováno s vnitřním čerpáním, které se provádí tím, že se zavádějí kapky rtuti do horké zářivky. Když kapka rtuti narazí na stěnu zářivky, vypaří se explozivně a vedou k účinku difúzní vývěvy v zářivce. To vede k mimořádně účinému odstranění nečistot. Jestliže vsak se to má provádět v postačující míře, je důležité, aby katoda nepůsobila snižujícím účinkem na účinnost shora uvedeného čerpacího děje. Za tím účelem bude otvor ve dnu katodového stínítka mít s výhodou plochu, jejíž velikost je nejméně rovna ploše otvoru v kotouči.

Vynález bude nyní popsán na příkladu provedení v souvislosti s výkresy.

Obr. 1 znázorňuje jeden konec zářivky opatřené katodovou jednotkou konstruovanou podle vynálezu.

Obr. 2a -a obr. 2b znázorňují ve svislém průřezu, popřípadě v pohledu zdola katodové stínítko použité pro katodovou jednotku.

Obr. 3 znázorňuje půdorys slídového kotouče určeného pro zakrytí otevřenéhokonce katodového stínítka znázorněného· na obr. 2a a obr. 2b.

Obr. 4 je graf, který znázorňuje závislosti startovacího napětí a stupně čerpání na průměru otvoru ve slídovém kotouči.

Obr. 1 znázorňuje v průřezu jeden konec zářivky navržené a konstruované podle vynálezu. Skleněná stěna 1 zářivky je utěsněna patkou 2 na jednom konci běžným způsobem. Tato patka 2 slouží současně jako základna pro katodové nosiče 4, které nesou katodu zářivky, tvořenou spirálou 3. Tyto katodové nosiče 4, které jsou elektricky vodivé, jsou spojeny s přívodními dráty 5, které jsou zataveny do patky 2, a kterými může proud procházet spirálou 3 a tuto spirálu zahřívat. Katoda v podobě spirály 3 je obklopena katodovým stínítkem 6, které je s výhodou zhotoveno ze železa inebo niklu. Stínítko 6 je podpíráno vzpěrou 7, která je zatavena do patky 2 a je elektricky izolována od spirály 2.

Jak je nejlépe patrno z obr. 2a a 2b, je katodové stínítko 6 provedeno ve tvaru krabicovitého pouzdra, v jehož dnu je podlouhlý průchod 8 za účelem zavedení katody 3 a částí katodových nosičů 4. Otevřený konec krabicovitého pouzdra katodového· stínítka 6 je uzavřen slídovým kotoučem 9, jehož tloušťka je s výhodou .-v rozmezí 0,10 až 1,15 mm. Jak je patrno z obr. 3, je slídový kotouč 9 opatřen středově umístěným otvorem 10, který má tvar s výhodou okrouhlý. Otvor 10 má průměr 10 -až 12 mm pro· normální zářivku s průměrem trubice 38 mm. Menší průměr, než jak je uvedeno, by sice snížil čerpání vnitřní strany stěny zářivky, avšak současně by zvýšil startovací napětí na nepřijatelné hodnoty, jak je znázorněno na obr. 4, který ukazuje startovací napětí U ve voltech, jakož i relativní stupeň čerpání S ve funkci průměru Dio v mm pro otvor 10. Větší průměr otvoru 10 by snížil startovací napětí pouze bezvýznamně, avšak značně by zvýšil černání stěny zářivky.

Je důležité, aby kotouč 9 byl ze slídy nebo některého jiného elektricky nevodivého materiálu, který neemituje plyn, jelikož bombardování ionty by v případě, že by kotouč 9 byl například ze železa, vytvořilo další rozprášený materiál a tak zesílilo černání stěny zářivky.

Popsaná konstrukce podle vynálezu dává ještě další výhody, totiž v půlperiodách, kdy spirála 3 působí jako anoda. Jelikož .výboj

2SC20S

musí procházet slídovým kotoučem 9 opatřeným otvorem 10, obdrží se znatelné zvýšení hustoty elektronů v sousedství sípl-rály 3, která Tunguje jako anoda. Tím se sníží anodový úbytek. To zase vyvolá snížení teploty katody a tím sníží rychlost vypařování.

Jak bylo shora uvedeno, je žádoucí, aby trubice byla evakuována čerpacím postupem, ve kterém je vakuové čerpání kombinováno s „vnitřním čerpáním“ dosahovaným tím, že se umožní, aby kapky rtuti narazily na horkou trubici zářivky. Kapka tohoto typu je schematicky znázorněna na obr. 1 pod vztahovou značkou 11. Špiky 12 a 13 naznačují schematicky nejdůležitější proudové dráhy, 'kterými se pára ubírá. Rtuťová pára, která sleduje dráhu označenou šipkou 13, nesmí být zahrazena konstrukcí tvořenou 'katodovým stínítkem 6 a slídovým kotoučem 9, jestliže kysličník uhličitý, který existuje na emisní vrstvě a byl vytvořen přeměnou uhličitanů na kysličníky, má být účinně odstraněn, a jestliže vnitřní čerpání má být účinné. Za tím účelem má průměr otvoru 10 ve slídovém kotouči 9 přesahovat 10 mm (pro zářivku s průměrem trubice 38 mm) a dnový průchod 8 v katodovém stínítku 6 musí mít plochu, která je nejméně tak velká jako plocha otvoru 10 slídového kotouče 9, avšak je s výhodou větší.

Shora popsaná konstrukce katody podle vynálezu umožňuje, i když se podrží normální doba hoření tři hodiny na každé spojení, aby se dosáhlo životnosti, která je třikrát až čtyřikrát delší, než je životnost běžných zářivek.

Claims (9)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Katodová jednotka pro zářivky obsahující katodu namontovanou na katodové základně v ipevném vztahu ke stěně zářivky a obklopenou krabicovitým pouzdrem katodového stínítka z elektricky vodivého materiálu, tvořeným stěnou a dnem, přičemž toto pouzdro je bez elektrického spojení s katodou a utěsněno od strany otevřeného konce, umístěného ve vybíjecím prostoru před katodou, kotoučem z elektricky izolujícího materiálu, opatřeným středovým otvorem, vyznačující se tím, že velikost průměru otvoru (10) v kotouči (9) je v rozmezí 25 % až 35 % průměru zářivky, přičemž dno krabicovitého pouzdra katodového stínítka (6) je umístěno proti katodové základně tvořené patkou (2) a je opatřeno průchodem (8), jehož plocha je nejméně tak velká jako plocha otvoru (10) v kotouči (9).
2. 2. Katodová jednotka podle bodu 1, vyznačující se tím, že plocha otvoru (10) je menší než 110 mm².
3. 3. Katodová jednotka podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že průchod (8) ve dnu krabicovitého pouzdra jo podlouhlý.
4. 4. Katodová jednotka podle bodu 1, vyznačující se tím, že krabicovité pouzdro má obecně okrouhlý válcový tvar probíhající v osovém směru zářivky.
5. 5. Katodová jednotka podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že otvoT (10) v kotouči (9) je okrouhlý.
6. 6. Katodová jednotka podle bodu 5 vyznačující se tím, že kotouč (9) sestává ze slídy a má tloušťku v rozmezí asi 0,1 až 0,15 mm.
7. 7. Katodová jednotka podle bodu 1 vyznačující se tím, že krabicovité pouzdro katodového stínítka (6) sestává ze železa nebo niklu.
8. 8. Katodová jednotka podle bodu 1 vyznačující se tím, že mezi katodovým stínítkem (6) a patkou (2) je uložena vzpěra (7) pro podepření katodového stínítka (6) vůči trubici zářivky.
9. 9. Katodová jednotka podle bodu 1 vyznačující se tím, že trubice zářivky má průměr 38 mm.