DE1051398B - Niederdruck-Gasentladungslampe mit mindestens einer einspringenden Rinne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf langgestreckte Niederdruck-Gasentladungslampen, die mit Resonanzstrahlung arbeiten und betrifft solche Lampen, bei denen das Verhältnis des Umfangs zur Fläche des Querschnittes, das im folgenden mit cla abgekürzt wird, merklich größer als in Lampen mit demselben Umfang, jedoch kreisförmigem Querschnitt ist.

In der Hauptpatentanmeldung ist eine Niederdruck-Gasentladungslampe beschrieben, die einen langgestreckten, im allgemeinen rohrförmigen dünnwandigen Lampenkolben aus glasigem Werkstoff besitzt, der ein größeres Verhältnis des Umfangs zur Fläche seines Querschnittes als eine Lampe mit kreisförmigem Querschnitt und gleichem Umfang aufweist, wobei der Kolben von im allgemeinen kreisförmigem Querschnitt mindestens einen sich in Längsrichtung erstreckenden, nach außen offenen, tief einspringenden Teil besitzt, der im wesentlichen gleichmäßigen Abstand von den gegenüberliegenden Wandteilen aufweist und mit der gegenüberliegenden Wand durch Wandteile verbunden ist, deren Krümmungsradius etwa dem halben Abstand zwischen dem einspringenden Teil und dem gegenüberliegenden Wandteil entspricht, und bei der die auf diesen einspringenden Teil des Röhrenumfangs entfallende Länge etwa die Hälfte derjenigen des gegenüberliegenden Wandteils beträgt. Es wurde nun festgestellt, daß in einer Niederdruck-Gasentladungsröhre mit Resonanzstrahlung, die ein inertes Zündgas, z. B. Argon, mit einem Druck von einigen Millimetern Hg und eine verdampfbare Metallfüllung, z. B. Quecksilber, enthält, eine merkliche Erhöhung der Lichtstärke bei normaler Lichtausbeute dadurch erreicht werden kann, daß der Druckdes Zündgases erniedrigt wird. Eine sehr bedeutsame Auswirkung dieser Entdeckung liegt darin, daß die Lichtausbeutenerhöhung mit höheren cla-Verhältnissen größer wird. Die prozentuale Zunahme der Lichtausbeute, die sich bei Erniedrigung des Zündgasdruckes um einen gegebenen Betrag ergibt, ist also bei einer Lampe mit hohem cla-Verhältnis größer als die prozentuale Lichtausbeutenerhöhung bei Erniedrigung des Zündgasdruckes um denselben Betrag in einer Lampe mit kreisförmigem Querschnitt. Der prozentuale Zuwachs der Lichtausbeute bei Lampen von hohem c/a-Verhältnis ist so groß, daß eine gewisse Herabsetzung der Lebensdauer der Lampe infolge erhöhter Kathodenbeanspruchung in Kauf genommen werden kann, weil sich eine größere Lichtstärke bei verringerten Kosten ergibt, wenn sowohl die Anschaffungskosten der Lampe als die Betriebskosten in Betracht gezogen werden.

Demgemäß ist nach der Erfindung eine Niederdruck-Gasentladungslampe nach der Hauptpatentanmeldung, insbesondere einer Leuchtstofflampe die-

Niederdracfc-GasentladuiigsIainpe mit mindestens einer einspringenden Rinne

Zusatz zur Patentanmeldung G 18585 VIIIc/21 f (Auslegeschrift 1 044 274)

Aiimelderi

General Electric Company_p Schenectady_l N.Y. (V.St.A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 14. Dezember 1954

Eugene Lemmers, Cleveland Heights_r Ohio (V.St.A.), ist als Erfinder genannt worden

ser Art, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe mit etwa 20 bis 40 Watt je 30 cm Kolbenlänge zu belasten ist und daß das inerte Zündgas einen Druck zwischen 0,1 und 1,0 mm Hg besitzt. Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 die Ansicht einer Ausführungsform einer Gasentladungslampe mit einem durchlaufenden einspringenden Teil nach dem Hauptpatent, bei der die Erfindung angewandt werden kann,

Fig. 2 die Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Gasentladungslampe nach der Hauptpatentanmeldung mit kurzen einspringenden Teilen, die abwechselnd an entgegengesetzten Seiten angebracht sind, bei der die Erfindung angewandt werden kann,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Lampe gemäß Fig. 1 bzw. 2 und

Fig. 4 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Lichtausbeute der erfindungsgemäßen Lampe mit bekannten Lampen.

Die Lampe gemäß Fig. 1 besitzt einen langgestreckten Kolben 2 mit kreisförmigen oder abgerundeten Röhrenenden 3, 3, die ringförmig abgesetzt sind und an denen Sockel 4, 4 befestigt sind. Jeder dieser Sockel ist mit zwei isolierten Anschlußstiften 5, 6 versehen. Die Lampe enthält eine ionisierbare Atmosphäre mit einem Zündgas, das aus einem oder mehreren Edelgasen der nullten Gruppe des periodi-

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sehen Systems, ζ. Β. Argon_j unter niedrigem Druck besteht. Ein Vorrat eines ionisierbaren und verdampfbaren Metalls, das die Entladungsatmosphäre beim Betrieb liefern soll, besteht z. B. aus einem Quecksilbertropfen, dessen Größe die während des Betriebes der Lampe verdampfte Menge übersteigt. Ein Leuchtstoffüberzug ist an der Innenseite der Kolbenwand angebracht. Er wandelt die Resonanzstrahlung der Quecksilberdampfentladung in sichtbares Licht um. Die Lampe kann von außen mit einem wasserabstoßenden Mittel überzogen sein, um die Zündung unter beliebigen atmosphärischen Bedingungen zu erleichtern.

Bei den bekannten Niederdruck-Gasentladungslampen, z. B. den Leuchtstofflampen, ist es üblich, die Zündgasfüllung aus Argon mit etwa 2 bis 5 mm Hg Druck einzufüllen. Im allgemeinen verwendet man heutzutage bei den üblichen Größen von Leuchtstofflampen 3 bis 3,5 mm Hg. Bei der Lampe nach der Erfindung wird das Zündgas, in diesem Falle Argon, mit viel geringerem Druck eingefüllt, der in den Bereich zwischen 0,1 und I_jOmmHg fällt. Diese Füllung liefert eine unerwartet hohe Steigerung der Lichtausbeute, wenn die Lampe mit den üblichen oder höheren Belastungen betrieben wird, z. B. mit einer Belastung von 10 Watt je 30 cm Länge oder mehr. Der prozentuale Lichtstärkenanstieg ist viel höher als in einer bekannten Lampe von kreisförmigem Querschnitt mit demselben Umfang unter denselben Belastungsbedingungen. Zum Beispiel kann die Steigerung etwa 25 °/o betragen, während sie bei den runden Lampen O¹ bis 5^e/o beträgt.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe 21 besitzt ein hohes c/a-Verhältnis infolge einer Gestaltung, die einen verbesserten Implosionswiderstand gewährleistet. Der Glaskolben 22 ist mit einer Längsrinne 23 versehen, die sich beinahe bis zu den Enden 3, 3 erstreckt. Der entsprechende Querschnitt ist gemäß Fig. 3 von allgemein U-förmiger Gestalt' und besitzt eine ausgebauchte Außenseite 24, eine hohle Innenseite 25 von größerer mittlerer Krümmung als die Außenseite und konvexe Verbindungswände 26, 26 von noch größerer Krümmung. Man kann sich vorstellen, daß der Kolben 22 durch Aufrollen einer abgeflachten Röhre zu U-förmiger Gestalt entstanden ist.

Die Lampe 31 gemäß Fig. 2 besitzt ein hohes c/a-Verhältnis bei einer Gestalt, die noch größeren Implosionswiderstand als die Lampe 21 gemäß Fig. 1 aufweist. Hier ist der Kolben 32 mit unterbrochenen einspringenden Teilen 33, 34 auf diametral gegenüberliegenden Seiten versehen, die der Röhre ein zickzackartiges Aussehen verleihen. Die einspringenden Teile 33, 34 können als kurze Längsabschnitte einer Rinne angesehen werden, die abwechselnd an entgegengesetzten Seiten des Kolbens angebracht ist. Ein Querschnitt des Kolbens durch eine der Rinnen entspricht demjenigen des Kolbens 22 in Fig. 1 und damit der Fig. 3.

Die Vorteile bei der erfindungsgemäßen Lampe mit sehr niedrigen Zündgasdrücken in langgestreckten Röhren mit hohem c/a-Verhältnis sind in Fig. 4 graphisch dargestellt. In dem Kurvenblatt sind die Lichtstärkenkurven bei Argondrücken von 3 und 0,5 mm in einer bekannten zylindrischen Leuchtstofflampe von 100 Watt mit 5,4 cm Durchmesser und etwa 1,5 m Länge mit denjenigen entsprechender Lampen verglichen, die eine Gestalt gemäß Fig. 2 hatten. Die Tiefe der Rillen im Verhältnis zur Begrenzung der ursprünglichen kreisförmigen Röhre betrug etwa 2,8 cm. Hierdurch ergab sich eine durchschnittliche

Querschnittsfläche, die etwa derjenigen einer Röhre mit demselben Umfang entsprach, wenn diese im Verhältnis 3 : 1 abgeflacht ist. Diese Gestalt liefert eine prozentuale Zunahme des durchschnittlichen c/a-Verhältnisses der verformten Röhre gegenüber der ursprünglichen Röhre mit kreisförmigem Querschnitt von etwa 40°/».

Wie man sieht, ergibt schon ohne jede Änderung des Zündgasdruckes, z. B. bei dem üblichen Argondruck von 3 mm Hg, die Vergrößerung des c/a-Verhältnisses bei gegebenem Lampenumfang eine erhebliche Verbesserung der Lichtausbeute bei gleicher Belastung. Die Erniedrigung des Zündgasdruckes ergibt jedoch noch eine weitere und sehr merkliche Verbesserung der Lichtausbeute, insbesondere bei Belastungen, die höher als IOWatt je 30 cm Länge sind.

In den Kurven der Fig. 4 ist die spezifische Lampenbelastung je 30 cm Lampenlänge, gemessen in Watt, als Abszisse und die Lichtausbeute in Lumen je Watt als Ordinate aufgetragen. Die ausgezogenen Kurven 41 und 42 zeigen die Lichtausbeute von bekannten zylindrischen Normallampen mit 5,4 cm Durchmesser bzw. ebensolcher, mit Rinnen versehener Lampen beim üblichen Argondruck von 3 mm Hg. In allen Fällen nimmt die Lichtausbeute mit zunehmender Belastung ab. Diese Tatsache hat die Belastung bei den gewöhnlichen Leuchtstofflampen begrenzt. Jedoch sieht man, daß die Lichtausbeute bei der mit Rinnen versehenen Röhre im ganzen dargestellten Belastungsbereich größer als diejenige bei der zylindrischen Röhre ist. Die prozentuale Zunahme in Lumen je Watt gegenüber der zylindrischen Röhre beträgt für die mit Rinnen versehene Röhre im ganzen Bereich etwa 20%.

Die gestrichelten Kurven 43 und 44 zeigen die Wirkung einer Herabsetzung des Argondruckes auf 0,5 mm für die zylindrische bzw. die mit Rinnen versehene Röhre. Die Kurve 43 zeigt, daß die Herabsetzung des Argondruckes in der zylindrischen Röhre fast keine Wirkung auf die Lichtausbeute bei den üblichen Nennbelastungen, d. h. z. B. unterhalb 18 Watt je 30 cm Länge hat. Andererseits zeigt die Kurve 44, daß eine Herabsetzung des Argondruckes in der Röhre mit hohem c/a-Verhältnis schon bei den üblichen Belastungen eine Ausbeutenverbesserung bewirkt, die bei Belastungen über IOWatt je 30 cm Länge noch ganz erheblich ansteigt. Beispielsweise beträgt bei 18 Watt je 30 cm Länge in der mit Rinnen versehenen Röhre die Lichtausbeutenerhöhung infolge der Herabsetzung des Argondruckes etwa 13 °/o, und zwar zusätzlich zu der Lichtausbeutenerhöhung, die von der Vergrößerung des c/a-Verhältnisses herrührt.

Die Lichtausbeutenerhöhung durch die Kombination von Lampen mit hohem c/a-Verhältnis und niedrigem Zündgasdruck stellt offenbar ein bemerkenswertes Ergebnis dar. Sie kann entweder dazu dienen, um die Lichtausbeute zu verbessern, oder um die Belastung bei gegebener Lichtausbeute heraufzusetzen. Beispielsweise kann die in Fig. 2 dargestellte, mit Rinnen versehene Lampe bei einem Argondruck von 0,5 mm bis zu 35 Watt je 30 cm Länge bzw. nach Extrapolation der Kurve 44 bis zu 40 Watt belastet werden, wobei die Lichtausbeute immer noch ungefähr gleich derjenigen der zylindrischen Lampe mit 3 mm Argondruck bleibt. (Die Lampen wurden nicht tatsächlich mit Belastungen von 40 Watt je 30 cm Länge geprüft, da die verwendeten Kathoden den hohen Strömen nicht gewachsen waren. Für diese hohen Belastungen müssen größere Kathoden verwendet werden.) Dieses bedeutet, daß nach den beschriebenen Er-

Claims (2)

gebnissen eine einzige 1,5 mm lange Lampe gemäß Fig. 2 verwendet werden kann, um etwa dieselbe Beleuchtung mit derselben aufgewendeten elektrischen Leistung zu erzielen, wie sie von fünf üblichen 1,2 m langen 40-Watt-Leuchtstofflampen aufgebracht wird. Ausnutzbare Vorteile ergeben sich, wenn bei der Lampe nach der Erfindung der Argondruck auf 1 mm Hg oder weniger gesenkt wird. Die untere Grenze des Argondruckes ist durch das Erfordernis einer in vernünftigen Grenzen bleibenden Zündspannung der Lampe gegeben. Ferner muß eine gewisse Menge des Zündgases vorhanden sein, um die Kathoden während des Betriebs zu schützen und eine übermäßig rasche Verdampfung der aktivierenden Substanz zu verhindern. Der Argondruck soll daher bei der erfindungsgemäßen Lampe zwischen 0,1 und 1,0 mm Hg liegen. Die anderen Edelgase Krypton und Xenon liefern allgemein gesprochen ähnliche Resultate. Eine Zündgasmischung aus 50% Argon und 50 % Krypton wurde ausprobiert. Es wurde gefunden, daß die Lichtausbeute sich bei Erniedrigung des Gasdruckes bei Lampen mit hohem cla-Verhältnis gleichartig wie oben für Argon beschrieben verbesserte. Eine mögliche Erklärung für die unerwartet hohe prozentuale Zunahme der Lichtausbeute durch Herabsetzung des Zündgasdruckes bei Leuchtstofflampen mit hohem cla-Verhältnis im Vergleich mit solchen mit niedrigem cla-Verhältnis, z. B. den üblichen zylindrischen Lampen, ist folgende: Es wurde beobachtet, daß in einer abgeflachten Röhre mit dem üblichen Zündgasdruck von z. B. 3 mm Hg die Stärke der Entladung an den Schmalseiten der Röhre abnimmt. Die Entladung füllt also den Röhrenquerschnitt nicht gleichmäßig aus, sondern strebt danach, sich in der Nähe des Mittelpunktes zu konzentrieren. Eine Herabsetzung des Argongasdruckes vermindert diesen Effekt und kann ihn praktisch zum Verschwinden bringen. Der Grund hierfür kann darin liegen, daß durch die geringere Dichte der Argonatome bei niedrigerem Druck die Anzahl der unelastischen Stöße zwisehen ionisierten Quecksilberatomen und Argonatomen herabgesetzt wird, so daß die Quecksilber- ionen näher an die Kolbenwand herankommen können. Da die Quecksilberionen die Quelle der Resonanzstrahlung darstellen, welche den Leuchtstoff an den Wänden erregt, wird weniger Resonanzstrahlung im Dampf absorbiert, so daß ein größerer Teil der Strahlung den Phosphor trifft, wodurch die Lichtausbeute der Leuchtstofflampe steigt. Patentansprüche:

1. Niederdruck-Gasentladungslampe nach Patentanmeldung G 18585 VIII c121 f mit einem langgestreckten, im allgemeinen rohrförmigen dünnwandigen Lampenkolben aus glasigem Werkstoff, der ein größeres Verhältnis des Umfangs zur Fläche seines Querschnitts als eine Lampe mit kreisförmigem Querschnitt und gleichem Umfang aufweist, bei welcher der Kolben von im allgemeinen kreisförmigem Querschnitt mindestens einen sich in Längsrichtung erstreckenden, nach außen offenen, tief einspringenden Teil besitzt, der im wesentlichen gleichmäßigen Abstand von den gegenüberliegenden Wandteilen aufweist und mit der gegenüberliegenden Wand durch Wandteile verbunden ist, deren Krümmungsradius etwa dem halben Abstand zwischen dem einspringenden Teil und dem gegenüberliegenden Wandteil entspricht, und bei der die auf diesen einspringenden Teil des Röhrenumfangs entfallende Länge etwa die Hälfte derjenigen des gegenüberliegenden Wandteils beträgt, insbesondere Leuchtstofflampe dieser Art, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe mit etwa 20 bis 40 Watt je 30 cm Kolbenlänge zu belasten ist und daß das inerte Zündgas einen Druck zwischen 0,1 und 1,0 mg Hg besitzt.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündgas Argon dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 861 799;
USA.-Patentschriften Nr. 2 267 118, 2 482 421.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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