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Die Erfindung betrifft eine Niederdruckentladungslampe aufweisend: einem röhrenförmigen Kolben, mindestens zwei Elektroden und mindestens einem Abschirmring in der Nähe der Elektroden und ein Verfahren zur Herstellung der Niederdruckentladungslampen.
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Zur Herstellung von bekannten Niederdruckentladungslampen werden auf der Innenseite mit einem Leuchtstoff beschichtete röhrenförmige Kolben zu je einer Seite mit einer Kappe verschlossen, die eine Elektrode aufweisen. Damit im Kolben die notwendige Niederdruckatmosphäre mit der korrekten Zusammensetzung vorliegt, sind verschiedene Verfahren bekannt, die Niederdruckentladungslampen herzustellen.
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Bei einem ersten Verfahren werden die röhrenförmigen Kolben an eine Vorrichtung zur Evakuierung angeschlossen und eine Gasatmosphäre mit geringem Druck und notwendiger Gaszusammensetzung wird in die Röhre gezogen. Noch innerhalb der Gasatmosphäre mit geringem Druck werden die Kappen auf die Enden der Röhre aufgebracht und verschlossen. Bei diesem Verfahren ist es apparativ aufwändig, innerhalb der Gasatmosphäre der Niederdruckentladungslampe die Kappen aufzubringen. Andererseits ist es bei diesem Verfahren nicht notwendig, die Niederdruckentladungslampen nach deren Zusammenbau zu behandeln, um innerhalb des röhrenförmigen Kolbens die richtige Gasatmosphäre einzustellen.
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Ein anderes Verfahren sieht vor, in einem später abzutrennenden Teil des röhrenförmigen Kolbens einen Trägerkörper unterzubringen, der sowohl ein Gettermaterial enthält als auch Quecksilber einer vorbestimmten Menge. Zur Herstellung der Niederdruckentladungslampe muss der röhrenförmige Körper ebenfalls evakuiert und mit der Kappe verschlossen werden, jedoch nicht in der späteren Atmosphäre der Niederdruckentladungslampe. Zur Einstellung der notwendigen Gasatmosphäre wird der Trägerkörper induktiv erhitzt, wobei das Gettermaterial in den Gasraum der Niederdruckentladungslampe verdampft, dort schädliche Gastanteile durch chemische Reaktion ausfällt und wobei das im Trägerkörper in vorbestimmter Menge vorhandene Quecksilber verdampft. Nach Einsatz des die Stoffe freisetzenden Trägerkörpers wird der Teil des Kolbens abgeschweißt. Bei diesem Verfahren ist es von Vorteil, dass die Gasatmosphäre der Niederdruckentladungslampe nicht extern erzeugt werden muss, was die Handhabung bei der Herstellung der Niederdruckentladungslampe wesentlich vereinfacht. Allerdings ist dieses Verfahren mit dem Nachteil verbunden, dass der den Trägerkörper tragende Teil des Kolbens abgeschweißt werden muss.
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Noch andere Verfahren, die zum Zeitpunkt dieser Anmeldung üblich sind, sehen vor, das Quecksilber und auch das Gettermaterial auf einem streifenförmigen Körper innerhalb der Niederdruckentladungslampe vorzusehen, wobei der streifenförmige Körper nach Zusammenfügung aller Einzelteile induktiv erhitzt wird. Allerdings ist die induktive Erhitzung nicht ganz problemlos, denn die induktive Erhitzung darf sich nur auf den Streifen beziehen, um nicht die Elektrode oder die Zuleitungen der Elektrode durch Erhitzung zu schädigen.
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Druckschrift
EP0888634B1 offenbart, das Gettermaterial und auch das Quecksilber je auf unterschiedlichen Schenkeln eines im Wesentlichen dach- oder U-förmigen Trägerkörpers in der Nähe der Elektroden unterzubringen. Durch die zur Längsachse des röhrenförmigen Körpers ausgerichteten Bleche ist eine induktive Erhitzung in geringfügiger Entfernung von den Elektroden möglich. Die korrekte Anordnung der Bleche im Raum ist aber notwendig, um eine selektive Erhitzung des Trägerkörpers zu erreichen.
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Neben den bekannten Trägerkörpern für Gettermaterial und Quecksilber ist es auch bekannt, die Elektroden mit Hilfe eines Abschirmringes vor vorzeitiger Verdampfung zu schützen, zumindest aber, um ein Abscheiden des verdampften Elektrodenmaterials auf der inneren, mit einer Leuchtschicht beschichteten Oberfläche des ringförmigen Kobens zu verhindern. Der Ort und die Geometrie des Abschirmringes sind für die erwünschte Wirkung aber sehr wichtige Parameter. Weder darf der Ring zu nah an der Elektrode platziert sein, noch darf der Ring zu stark von einer optimalen Geometrie abweichen, um nicht sogar die Lebenszeit der Niederdruckentladungslampe unerwünscht zu verkürzen, statt sie zu verlängern. In der deutschen Auslegeschrift
DE1217497 wird eine derartige Abschirmung nebst den wichtigen Parametern zur Einstellung der erwünschten Funktion beschrieben.
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Qualitativ hochwertige Niederdruckentladungslampen mit einer voroptimierten Geometrie eines Abschirmringes sind somit in Bezug auf die Wahl des Herstellungsverfahrens eingeschränkt. Wird die Geometrie des Abschirmringes verändert, um darauf Gettermaterial und Quecksilber aufzubringen, wobei die Geometrieänderung hauptsächlich zur selektiven Erhitzung des Trägerkörpers notwendig ist, so ändern sich die Parameter, welche die Lebensdauer der Niederdruckentladungslampe negativ beeinflussen. Wird hingegen das Material des Abschirmringes verändert, so ändern sich auch die Parameter der tatsächlichen Abschirmung. Die so voroptimierte Niederdruckentladungslampe kann somit nur mit dem eingangs zuerst beschrieben Verfahren hergestellt werden, soll auf ein Abschweißen eines Teils des röhrenförmigen Kolbens verzichtet werden, was nachteilig für die Stabilität und das äußere Erscheinungsbild des Kolbens sein kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Niederdruckentladungslampe zur Verfügung zu stellen, die einen Abschirmring aufweist, und mit Hilfe des nachträglichen Verdampfens von Quecksilber und Getter hergestellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an dem Abschirmring ein gettermaterialhaltiger Trägerkörper angeordnet ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das dazu korrespondierende Verfahren zur Herstellung der Niederdruckentladungslampe wird in den Ansprüchen 9 bis 10 angegeben.
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Die erfindungsgemäße Niederdruckentladungslampe eint zwei Vorteile, die bisher schwer in Einklang zu bringen waren. Einerseits erlaubt sie eine optimierte Positionierung und Ausgestaltung eines Abschirmringes in der Nähe der Elektroden, andererseits erlaubt sie die Unterbringung eines Trägerkörpers ebenfalls in der Nähe der Elektroden, der zur nachträglichen Einstellung der Quecksilberatmosphäre mit geringem Druck in der Niederdruckentladungslampe Gettermaterial und ggf. Quecksilber aufweist. Dadurch kann auch diese Niederdruckentladungslampe so hergestellt werden, dass in dem Herstellungsprozess die Qualität des Trägergases nachträglich eingestellt werden kann und ggf. nicht mit Quecksilberdampfatmosphäre hantiert werden muss, was die Herstellung in Bezug auf die Arbeitssicherheit erheblich vereinfacht. Das Besondere an der erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe ist, dass der Abschirmring, der unempfindlich gegenüber moderater Erhitzung ist, als Aufheizkörper zur Aufheizung des Trägerkörpers verwendet wird. Überraschender Weise hat sich nämlich herausgestellt, dass die geringfügige Modifikation des Abschirmringes zur Aufnahme des Trägerkörpers so geringe Auswirkung auf die die Lebensdauer der Niederdruckentladungslampe bestimmenden Parameter hat, dass diese Modifikation zu der oben genannten Kombination von Vorteilen führt. Wie bereits erwähnt, wäre eine Modifikation des Abschirmringes mit einer gettermaterial- und ggf. Quecksilberhaltigen Oberfläche nicht möglich, da das Material zur Abschirmung des Niederschlags des verdampften Elektrodenmaterials zu stark verändert würde.
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Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Trägerkörper nicht ausschließlich ein Gettermaterial aufweist, sondern optional auch Quecksilber, um mit dem Gettermaterial störende Reste von Sauerstoff und andere bei Hitze mit dem Elektrodenmaterial und/oder dem Quecksilberdampf reagierende Gase aus dem röhrenförmigen Kolben zu entfernen und um die notwendige Menge Quecksilber in den Koben der Niederdruckentladungslampe einzubringen.
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Als Trägerkörper kommt insbesondere ein länglicher Trägerkörper in Betracht, der mit seiner Längsachse in tangentialer Richtung zur Längsachse des röhrenförmigen Körpers ausgerichtet ist. Denn bei der Erhitzung mit Hilfe des hochfrequenten Magnetfeldes sollen nur ausgewählte Körper innerhalb des Kolbens erhitzt werden. Beispielsweise sollen die Zuleitungen zu den Elektroden, die im Wesentlichen in Längsrichtung der Längsachse des röhrenförmigen Körpers ausgerichtet sind, nicht erhitzt werden. Wohl aber der Abschirmring. Dies wird, das ist aus dem Stand der Technik bekannt, dadurch erreicht, dass die Erhitzung durch ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, dessen Magnetfeldlinien parallel zur Längsachse des röhrenförmigen Körpers ausgerichtet sind. Da ein durch ein sich änderndes Magnetfeld induzierter elektrischer Strom senkrecht zur Magnetflussrichtung ausgerichtet ist, wird in den im Wesentlichen parallel zu den hochfrequenten Magnetfeldlinien ausgerichteten Zuleitungen ein nur geringer Teil der magnetisch induzierten Energie umgesetzt. Ein hoher Teil der magnetisch eingebrachten Energie wird also in dem Abschirmring umgesetzt, der sich stark erhitzt und somit den Trägerkörper aufheizt. Diese Platzierung ist deshalb von Vorteil, weil dadurch die eigentlich unerwünschte Erhitzung anderer Elemente als dem Trägerkörper besser kontrolliert werden kann. Da der Trägerkörper relativ klein ist, setzt dieser eine geringere Energie aus dem magnetischen Wechselfeld um. Würde man den Träger so platzieren, dass sich dieser aus dem eigenen Empfang von magnetisch induzierter Energie aufheizt, so würden andere Elemente wie bspw. der Abschirmring aufgrund der Größe und der Geometrie zu stark aufgeheizt werden. Die gewählte Platzierung ermöglicht also eine Erhitzung des Trägerkörpers auf 900 °C, wobei der Abschirmring ebenfalls nur auf diese Temperatur erhitzt wird.
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Der Trägerkörper ist in vorteilhafter Weise in den Abschirmring eingeklemmt. Das Einklemmen macht eine Punktschweißverbindung in vorteilhafter Weise entbehrlich. Die Punktschweißung würde nämlich zu einer kurzzeitigen Erhitzung des Trägerkörpers führen, wobei sich die Menge des auf dem Trägerkörper enthaltenen Quecksilbers aufgrund der Verdampfung verändern würde, wodurch die Quecksilbermenge unvorhersehbar ist und daher würde die Quecksilbermenge im Dampfraum des rohrförmigen Kolbens der Niederdruckentladungslampe zwischen verschiedenen Lampen eine zu große Standardabweichung aufweisen, wodurch die Qualität der so hergestellten Niederdruckentladungslampe verringert wird.
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Um die Erhitzung des Trägerkörpers einerseits besser zu kontrollieren und um zu verhindern, dass ein zu großer Teil der Wärmeenergie statt an den Trägerkörper an eine am Abschirmring vorhandene Aufhängung abgegeben wird, ist nach der Erfindung vorgesehen, den Trägerkörper räumlich gegenüber der Aufhängung unterzubringen. Die Aufhängung ist nämlich mit dem Abschirmring punktverschweißt und daher bietet die Aufhängung eine gute und effektive Wärmesenke, die am Ort des Trägerkörpers eher unerwünscht ist, da die Wärmesenke der Aufheizung des Trägerkörpers entgegenwirkt.
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Die Positionierung des Abschirmringes stellt einen wichtigen Parameter zur Eignung als Abschirmring dar. In vorteilhafter Weise ist dieser auf der Längsachse des röhrenförmigen Körpers gegenüber der Elektrodenwendel in Richtung der Stromflusses durch den Gasraum versetzt. Bei der Wanderung des ionisierten Gases setzt sich der Niederschlag des unerwünscht verdampften Elektrodenmaterial nicht in unmittelbarer Nähe der Elektrode ab, sondern dazu versetzt. Dass der Abschirmring gegenüber der Elektrodenwendel versetzt angeordnet ist, hat zudem den Vorteil, dass bei Anwendung des hochfrequenten Magnetfeldes die Elektrodenwendel nicht im Zentrum der sich ändernden Magnetfeldlinien liegt und sich dadurch weniger stark aufheizt.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Niederdruckentladungslampe weist diese einen Abschirmring auf, der auch bei 900 °C im Vakuum, zumindest bei stark vermindertem Druck, keine Neigung zum Verdampfen aufweist. Dadurch wird verhindert, dass sich Gettermaterial und das verdampfte Material des Abschirmringes chemisch vereinigen und daher das Gettermaterial nicht mehr zum niederschlagen der bei Herstellung unerwünscht im Gasraum vorhandenen Gase zur Verfügung steht.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe ist vorgesehen das Evakuieren eines röhrenförmigen Körpers, Verschließen der beiden Enden des röhrenförmigen Körpers mit je einer Kappe, wobei die Kappen Elektroden und Abschirmringe und einen gettermaterial- und ggf. quecksilberhaltigen Trägerkörper aufweisen, ein anschließendes Erhitzen des Abschirmringes durch ein hochfrequentes Magnetfeld im geschlossenen Zustand der Niederdruckentladungslampe, wobei das Abschirmring auf etwa 900 °C erhitzt wird und dadurch das Gettermaterial und ggf. das Quecksilber aus dem Trägerkörper verdampfen. Im Gegensatz zu anderen Herstellungsverfahren mit einem Trägerkörper für Gettermaterial und ggf. Quecksilber verbleibt der Trägerkörper in dem röhrenförmigen Kolben der Niederdruckentladungslampe und dieser wird nicht durch Abschweißen entfernt. Dadurch verbilligt sich das Herstellungsverfahren, weil auch das Abschweißen entfällt.
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Im Rahmen dieser Offenbarung wird wiederholt auf die Längsachse des röhrenförmigen Kolbens hingewiesen. Sofern die Längsachs deswegen nicht existiert, weil der Kolben eine gebogene Röhre ist, so ist als Längsachse die Mittelpunktslinie der Glaswand des Kolbens gemeint, die bei einer geraden Röhre mit kreisförmigem Profil mit der Mittelinie zusammenfällt.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figur näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht auf die Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe
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In 1 ist eine Elektrodenanordnung 1 einer Niederdruckentladungslampe dargestellt, aufweisend zwei Zuleitungen 2 und 3 einer Elektrodendoppelwendel 4, von der hier aufgrund der Auflösung der Zeichnung nur die sekundäre, zweite Wendel zeichnerisch dargestellt ist. Innerhalb der hier dargestellten Wendel weist der Elektrodendoppelwendel 4 abermals eine Wendel mit weit geringerem Krümmungsradius auf.
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Die beim Starten der Niederdruckentladungslampe durch elektrischen Stromfluss zwischen den beiden Zuleitungen 2 und 3 und im Betrieb durch den Strom, der nur durch eine der Zuleitungen und durch den Gasraum zur jeweils anderen, hier nicht dargestellten Elektrodendoppelwendel fließt, erhitzte Elektrode setzt Elektronen frei, wobei durch eine Bestromung mit Wechselstrom, die beiden Elektroden einer Niederdruckentladungslampe jeweils abwechselnd als Kathode und als Anode arbeiten. In der hier dargestellten Elektrodenanordnung 1 ist noch ein Abschirmring 5 dargestellt, der zum Schutz der Elektrodenwendel 4 als Kathode arbeitet, um die positiv geladenen, also ionisierten Gasteilchen aufzunehmen. Dadurch wird der Beschuss der Wendel mit ionisiertem Gas vermieden, wodurch sich die Lebensdauer der Elektrodenanordnung und damit der gesamten Niederdruckentladungslampe erhöht. Die Positionierung und die Geometrie des Abschirmringes 5 haben großen Einfluss auf die Optimierung seiner Wirkung. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass ein Trägerkörper 6 aufweisend ein Gettermaterial und ggf. Quecksilber in den Abschirmring 5 eingeklemmt ist. Zum Aktivieren des Gettermaterials und zur Freisetzung des ggf. vorhandenen Quecksilbers wird der Abschirmring 5 mit Hilfe eine hochfrequenten Magnetfeldes erhitzt. Da der Abschirmring 5 ringförmig ist, fließt in dem Abschirmring 5 ein hoher induzierter elektrischer Strom, der den Abschirmring 5 stark aufheizt. Die erhöhte Temperatur des Abschirmringes 5 schlägt sich auf dem Trägerkörper 6 nieder, wodurch die darin enthaltenen Materialien aktiviert oder freigesetzt werden. Nach Erhitzung des Abschirmrings 5 und Aktivierung und Freisetzung des im Trägerkörper 6 enthaltenen Materials verbleibt der Trägerkörper 6 an Ort und Stelle. Das Herstellungsverfahren für die hier hegestellte Niederdruckentladungslampe vereinfacht sich stark, weil nicht mit einer externen Quecksilberquelle gearbeitet werden muss, dennoch Gettermaterial und Quecksilber in den röhrenförmigen Kolben der Niederdruckentladungslampe eingebracht wird, und dennoch statt eines nach Aktivierung des Gettermaterials, ggf. Quecksilbers auf einem eigens dafür vorgehsehen Trägerkörpers in Form eines Bleches, das nach einmaligem Einsatz als im Betrieb nicht mehr aktives Element kaum noch eine Wirkung entfaltet, ein aktiver Abschirmring 5 vorhanden ist. Der hier nach einmaligem Einsatz wirkungslos gewordene Trägerkörper 6 stört überraschender Weise nicht die Wirkung des Abschirmringes 6 im Betrieb der Niederdruckentladungslampe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrodenanordnung
- 2
- Zuleitung
- 3
- Zuleitung
- 4
- Elektrodendoppelwendel
- 5
- Abschirmring
- 6
- Trägerkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0888634 B1 [0006]
- DE 1217497 [0007]
