DE1589179A1

DE1589179A1 - Pumping process for gas discharge lamps and tubes using gases or gas mixtures flowing through them

Info

Publication number: DE1589179A1
Application number: DE19671589179
Authority: DE
Inventors: Goepfert Dipl-Ing Joachim
Original assignee: GOEPFERT DIPL ING JOACHIM
Current assignee: GOEPFERT DIPL ING JOACHIM
Priority date: 1967-10-04
Filing date: 1967-10-04
Publication date: 1970-05-14

Description

Pumpverfahren von Gasentladungslampen und -röhren unter Verwendung von durchströmenden Gasen oder Gasgemischen Vakuumgefäße aus Glas, speziell Gasentladungslampen und -röhren £Ur Beleuchtungs- -und Werbezwecke - nachfolgend Röhren genannt - werden auf verschiedene Weise leer gepumpt, gereinigt und anschließend mit dem gewünschten Edelgas und gegebenenfalls Quecksilber gefüllt. Bei allen bisher bekannten Röhren ist ein Glasrohr von geringem Durchmesser - nachfolgend Pumpstengel genannt - am Röhrenkörper angebrachtt der für den Pumpprozeß mit einem Pumpensatz ( Diffusionspumpe ) verbunden wird. Der keinigungsprozeß erfolgt durch Abpumpen des Gas- und Dampfinhaltes unter Erwärmung der Röhre. Die Erwärmung erfolgt entweder durch Erhitzung von außen ( Heizkasten ) oder durch Ingangsetzung einer Gasentladung in der Röhre oder durch eine Kombination von beiden Methoden. Ist die Röhre mit Elektrodenkörpern ausgerflstetg die eine Aktivierungsmasse tragen, so reicht die Erwärmung von außen beim Pumpprozeß nicht aus, die Elektroden mUssen zusätzlich durch H-F-Spulen von außen oder durch anschließende Gasentladung so hoch erhitzt werden - höher als die Erweichungstemperatur der Glaswand -, daß die Zersetzung der meist aus Erdalkalimetallverbindungen bestehenden Kathodenmasse und die Entgasung der Metallträger erfolgt. Die Nachteile der Ausheizmethode sind darin zu sehen, daß die gesamte Röhre in einem Heizkasten mit entsprechender Kapazitätsträgheit im Temperaturan- und -abstieg eingebracht werden mußg daß die Absaugung der £#eiwerdenden Unreinigkeiten bei sehr niedrigen Drucken erfolgtg die Absaugungsgeschwindigkeit aus einem relativ großen Röhrenvolumen durch einen relativ langen, engen Pumpstengel sehr niedrig ist.Pumping process for gas discharge lamps and tubes using gases or gas mixtures flowing through them, vacuum vessels made of glass, especially gas discharge lamps and tubes £ For lighting and advertising purposes - hereinafter referred to as tubes - are pumped empty in various ways, cleaned and then with the desired noble gas and if necessary Mercury filled. In all previously known tubes, a glass tube of small diameter - hereinafter referred to as exhaust tube - is attached to the tube body, which is connected to a pump set ( diffusion pump) for the pumping process. The cleaning process takes place by pumping out the gas and steam content while heating the tube. The heating takes place either by heating from the outside ( heating box ) or by starting a gas discharge in the tube or by a combination of both methods. If the tube is equipped with electrode bodies that carry an activation compound, the external heating during the pumping process is not sufficient; the electrodes must also be heated to such an extent by external HF coils or by subsequent gas discharge - higher than the softening temperature of the glass wall - that the decomposition of the cathode mass, which usually consists of alkaline earth metal compounds, and the degassing of the metal supports takes place. The disadvantages of the heating method can be seen in the fact that the entire tube has to be placed in a heating box with a corresponding inertia in the temperature rise and fall, that the evacuating impurities are sucked off at very low pressures, and the suction speed from a relatively large tube volume is through a relatively long, narrow exhaust tube is very low.

Daß bei aktivierten Elektroden nach dem Ausheizvorgang noch ein Gasentladungsprozeß erfolgen muß, der neue unerwünschte Verunreinigungen frei macht, die erneut abgesaugt werden müssen. Die Nachteile der Ausheizung riur durch Gasentladung bestehen darin, daß zur Aufrechterhaltung der Gasentladung ein bestimmter Gasdruck - bei vorgegebener Spannung des Ausheiztrafos - gehalten werden muß und daher während des Aushei-zvorganges der Absperrhahn zum Pumpenaggregat z-eitweise offen sein kann, zeitweise geschlossen sein muß, die Erwärmung also im eigenen 11 Dreck" erfolgt. Erst nach Erreichen der erforderlichen Glaswandtemperatur bzw. Elektrodentemperatur kann voll und ohne Unterbrechung abgesaugt werden. Dabei fällt die Temperatur der Röhrenwandg Unreinigkeiten verbleiben im Inneren durch Kondensation und Adhäsion. Durch Wiederholung des Vorganges kann die Sauberkeit gesteigert werden. Das neue Pumpverfahren vermeidet erfindungsgemäß diese Nachteile und hat zusätzliche wesentliche Vorteile.That with activated electrodes a gas discharge process has to take place after the heating process, which releases new undesired impurities which have to be sucked off again. The disadvantages of heating through gas discharge are that to maintain the gas discharge, a certain gas pressure has to be maintained - with a given voltage of the heating transformer - and therefore the shut-off valve to the pump unit can be open at times during the heating process and must be closed at times , the heating is so in-11 dirt ". Only after reaching the required glass wall temperature or electrode temperature can be sucked fully and without interruption. the temperature of the Röhrenwandg impurities falls remain inside by condensation and adhesion. repeating the process, the cleanliness According to the invention, the new pumping method avoids these disadvantages and has additional significant advantages.

Der Röhrenkörper ist mit zwei Pumpstengeln ausgerüstet, die bei der bevorzugt röhrenförmigen Ausbildung der Gasentladungsgefäße, bei dem die Länge das Zehnfache des Durchmessers und mehr beträgt, bevorzugt an den beiden Längsenden angebracht sind. Ein Pumpstengel wird mit der Pumpe verbunden, der andere wird mit einem Dosiergerät ( Hahng Ventil oder dergleichen ) verbunden, das im einfachsten Falle dazu dient, Luft- bevorzugt wasser£reie - in regelbarer Menge einzulassen. Die Pumpe, eine einfache Rotationspumpe, saugt durch den ersten Pumpstengel die Luftfüllung der Röhre ab, bis der Druck erreicht ist, bei dem die Gäsentladung gezündet und stabil gehalten werden kann. In diesem Augenblick wird der Zu£luß von Luft oder einem anderen Gas, Gasgemisch oder Dampf durch den zweiten Pumpstengel freigegeben, wobei die Menge so einreguliert wird, daß die Gasentladung aufrechterhalten wird.The tube body is equipped with two exhaust tubes which, in the case of the preferably tubular design of the gas discharge vessels, in which the length is ten times the diameter and more, are preferably attached to the two longitudinal ends. An exhaust tube is connected to the pump, the other is connected to a metering device (Hahng valve or the like) which serves in the simplest case, air preferably water £ ree - in controllable quantity involved. The pump, a simple rotary pump, sucks off the air filling of the tube through the first exhaust tube until the pressure is reached at which the gas charge can be ignited and kept stable. At this moment the flow of air or another gas, gas mixture or steam is released through the second exhaust tube, the amount being regulated in such a way that the gas discharge is maintained.

Bei niedrigem elektrischen Strom wird die Rohrwandung so weit erhitzt, daß Wasser und Bindemittelreste der Leuchtstoffe verdam#len bzw. verbrennen.When the electric current is low, the pipe wall is heated to the point that that water and residues of binding agent of the luminescent materials evaporate or burn.

Der Reinigungszustand des Rohres zeigt sich dabei an der Farbe der Gasentladung. Diese wird zunächst vom-Wasser wesentlich bestimmt und schlägt dann in den Farbton des Mediums umg das einströmt. So entsteht eine ziemlich scharfe Farbumschlagzonep die vom Einströmende zum Absaugende 14n)s der Röhre wandert. Nach dieser erlten Reinigungsstufes während der ständigeDurchfluß und Gasent- ladung bestehen, wird der Strom erhöht,um weitere Erhitzung der Glaswand zu erreichen. Die restlichen Verunreinigungen ( 2. Wasserhaut usw. ) sind mengenmäßig geringer und werden mit dem Durchfluß-Strom abtranspor.iert. Damit wird erstmals das bei Gasballastpumpen verwendete Trägerprinzip direkt in die zu c"akuierende Röhre verlegt.The cleaning status of the pipe is shown by the color of the gas discharge. This is primarily determined by the water and then affects the color of the medium surrounding it that flows in. This creates a fairly sharp color change zone from the inflow to the Aspirating 14n) s of the tube migrates. After this cleaning stage achieved during the constant flow and gas evacuation If there is a charge, the current is increased in order to achieve further heating of the glass wall. The remaining impurities ( 2nd water skin, etc. ) are smaller in quantity and are transported away with the flow-through stream. This is the first time that the carrier principle used in gas ballast pumps is installed directly in the tube to be ac ”.

Der Ausheizvorgang der Elektroden wird durch Drucksenkung des Durchflußgases oder -gasgemisches bei gleichzeitiger Stromerhöhung erreicht. Gewün-scht ist, daß die an den Elektroden umgesetzte Energie zunimmt, die Elektroden also bis zur hellen Rotglut erhitzt werden, dabei aber der Energieumsatz in der Säule und damit die Temperatur der Glaswand nicht weiter - etwa bis zum Erweichen - steigtp aber dennoch so hoch gehalten wird, daß Kondensation und Adhäsion an ihr unterbunden werden.The heating process of the electrodes is achieved by lowering the pressure of the flow gas or gas mixture while increasing the current. What is desired is that the energy converted at the electrodes increases, i.e. the electrodes are heated to a bright red glow, but the energy conversion in the column and thus the temperature of the glass wall does not rise any further - until it softens, for example - but nevertheless so high is held that condensation and adhesion to it are prevented.

Mit Anstieg der Temperatur an den Elektroden wird bevorzugt CO und CO 2 aus den Carbonaten frei, die wiederum einen Umschlag der Gasentladungs£arbe bewirken.As the temperature rises at the electrodes, CO and CO 2 are preferably released from the carbonates, which in turn change the gas discharge arbe.

Nach Been«dung des Zersetzungsprozesses schlägt die Farbe der Gasentladung wieder um in die Farbe des Trägergasesq die Farbgrenzzone wandert wiederum vom Einströmendebzum Absaugendesder Röhre.After the decomposition process has ended, the color of the gas discharge appears back to the color of the carrier gas q the color boundary zone moves again from the inflowing debzum Suction of the tube.

Es ist möglich nach Beendigung dieses Reinigungsprozesses mit klarer Farbanzeige den Zustrom des Trägegases abzustellen und den Zustrompumpstengel abzuschmelzen, die Röhre hoch zu evakuieren und das endgültige Füllgas einzulassen. Dazu bedarf es einer Hochvakuumpumpe.It is possible after finishing this cleaning process with clearer Color display to shut off the inflow of the carrier gas and to melt the inflow pump stem, evacuate up the tube and admit the final fill gas. This requires it a high vacuum pump.

Es kann aber auch der andere Weg beschritten werden, zum Schluß ein billiges Edelgas oder Edelgasgewisch ein" und durchströmen zu lassen, das nicht spektralrein ist, z.B. Argon, wie es £ür Schutzgasschweißungen benutzt wird, darin die Entladung so lange brennen zu lassen$ bis die Farbe der Entladung diesem Gas entspricht, danach die Entladung und den Zustrom abzustellen" den Zustrompumpstengel abzuschweißen und das Gas in der Röhre nur mit einer Rotationspumpe äuf einen Druck von lo-i bis 10-2 Tor abzupumpen. Die End-£Ullung mit spektralreinem Edelgas oder Edelgasgemisch von 4 - 12 Tor setzt die Prozent-Verunreinigung der Reste des Durchstromgases auf Zehntel-Promille-Anteile an der EndfUllung herab. Diese Restverunreinigungen werden sofort von der Einbrenn-Gasentladung gegettert, ohne daß Lebensdauerkürzung entsteht.However, the other way can also be taken, finally to let a cheap noble gas or noble gas flow in and flow through which is not spectrally pure, e.g. argon, as it is used for inert gas welding, in which the discharge can burn for so long the color of the discharge corresponds to this gas, then turn off the discharge and the inflow, "weld off the inflow pump stem and pump out the gas in the tube only with a rotary pump at a pressure of 10-2 to 10-2. The final filling with spectrally pure noble gas or noble gas mixture of 4 - 12 Torr reduces the percentage contamination of the residues of the throughflow gas to tenths of a per mille portion of the final filling. These residual impurities are immediately gettered by the stoving gas discharge without reducing the service life.

Es ist selbstverständlich möglich, das endgültige Edelgas auch durch den Einströmpumpstengel einzulassen. In diesem Falle muß zuerst der Absaugpumpstengel abgeschnLolzen werden. Dieses Verfahren hat zusammengefaßt folgende wesentliche Vorteile. 1.) Erwärmung von Glazwand und Elektroden erfolgt zwar in Stufen, aber in einem zusammenhängenden Fortgangg ohne Stromabschaltung. Die Röhre kUhlt während des gesamten Vorganges nicht ab,-es wird erheblich Zeit gespart und der Niederschlag von Verunreinigungen an der Glaswand vermieden.It is of course possible to let in the final noble gas through the inflow pump stem. In this case, the suction pump stem must first be cut off. In summary, this method has the following essential advantages. 1.) The glass wall and electrodes are heated in stages, but in a continuous process without Power cutoff. The tube does not cool down during the entire process, it saves a considerable amount of time and the precipitation of impurities on the glass wall is avoided.

2.) Das Trägergas hat, so lange die Entladung eingeschaltet istg eine erkennbare Durchflußgeschwindigkeit.2.) The carrier gas has one as long as the discharge is switched on recognizable flow rate.

3.) Das Trägergas transportiert im Ballast-Prinzip auch Spuren von Verunreinigungen ab. 3.) The carrier gas also removes traces of impurities using the ballast principle.

4. Die Farbe der Gasentladung und deren Umschlagzone zeigen den jeweiligen Reinigungszustand an. Damit kann jede Prozeßstufe mindestens so lange aber auch nur so lange betrieben werdeng wie sie nach Länge, Durchmesser und Verunreinigungsgrad erforderlich ist.4. The color of the gas discharge and its transition zone show the respective Cleaning status. However, this means that each process stage can last at least as long can only be operated as long as they are in terms of length, diameter and degree of contamination is required.

5.) Das Durchflußprinzip beschränkt die Bedienung auf " mehr" oder " weniger", also leicht regulierbare Handgriffe für Gasmenge und elektrischen Strom. 6.) Damit und durch die wanderenden Farbumschlagzonen wird der Prozeß der Automatisierung, mindestens der Halbautomatisierungt zugänglich. Für Gasentladung#röhren, an die - wie bei Röhren für Werbezwecke - nicht die hohen Anforderungen gestellt werden, wie für Hochleistungsbeleuchtungsröhren# kann auf eine Hochvakuum-Diffusions-Pumpe verzichtet werden, wenn eine gute Vakuumpumpe in Form einer Rotationspumpe zur Verfügung steht. 5.) The flow principle limits the operation to " more" or " less", so easily adjustable handles for gas quantity and electric current. 6.) With this and through the shifting color change zones, the process of automation, at least semi-automation, becomes accessible. For gas discharge tubes, which - as with tubes for advertising purposes - do not meet the high requirements, such as for high-performance lighting tubes #, a high vacuum diffusion pump can be dispensed with if a good vacuum pump in the form of a rotary pump is available.

8.) --DIIe-'gelegentlich bei Quecksilber-Diffusionspumpen zwischen diesen und dem zu evakuierendem Rohr befindliche Kondensationsfalle für Quecksilber-Dämpfe kann ganz entfallen. 9.) Durch den Zustrompumpstengel können zur Reduktion Wasserstoff, zur Verbrennung Sauerstoffg zur besonderen Reinheitsprü£ung Neon und £ür andere erforderliche Maßnahmen andere Medien eingeführt werden. Damit kann im kontinuierlichen Gasentladungsprozeß das Gas# Gasgemisch ,oder der Dampf so geregelt werden, daß eine besondere Brillanz der Leuchtstoffe und Reinheit und Aktivität der Elektroden erzielt werden. Erfindungsgemäß wird das Verfahren so angewendet, daß die Röhre ( 1 )9 die die Elektroden ( 2 ) im Rohrinneren aufweist über den Pumpstengel ( 3 ) an ein Pumpgerät angeschlossen wirdi bei dem über den Regulier-4. Absperr- und U T schalthahe ( 5 ) die Verbindung zu einer Rotationspumpe ( 6 ) 5 mit Enddruck lo- bis lo oder zu einer Di£fusionspumpe mit Enddruck ca. 10 hergestellt werden kann. Über den Pumpstengel ( 4 ) ist die Röhre ( 1 ) verbunden mit einem Regulier- und Absperrhahn ( 9 ), durch den Außenluft, die in der Vorlage lo ) getrocknet wird, eingelassen werden kann. Über einen anderen Hahn ( 11 kann statt der Außenluft oder zu ihr hinzu ein anderes Gas oder Gasgemisch 12 ) in die Röhre einströmen. Die Kombination 11 ) und ( 12 ) kann durch eine ganze ganze Batterie von verschiedenen Gasen beliebig erweitert werden. Der Pumpprozeß wird derart eingeleitet, daß die Röhre ( 1 ) über den Hahn ( 5 ) von der Pumpe ( 6 ) soweit evakuiert wird, daß ein am Manometer ( 8 ) ablesbarer Druck erreicht wirdg bei dem eine Gasentladung stabil brennen kann. In diesem Augenblick wird Hahn ( 9 ) so weit geöffnet, daß so viel Luft durch ( io ) nachströmtg wie durch den Pumpstengel ( 3 abgesaugt wird. Ist dieser stabile Zustand eingestelltl wird der Transformator 17 ) eingeschaltetg der über den Strommesser ( 18 ) und die beiden Einschmelzdrälrte ( 19 ) mit den Elektroden ( 2 ) verbunden ist. Die Gasentladung zündet, der Strom wird auf den gewünschten und am Instrument ( 18 ) abiesbaren Wert eingeregelt. 8.) --DIIe-'occasionally with mercury diffusion pumps between these and the pipe to be evacuated condensation trap for mercury vapors can be omitted entirely. 9.) Through the influx pumping stem, hydrogen can be introduced for reduction, oxygen for combustion, neon for a special purity test and other media for other necessary measures. In this way, in the continuous gas discharge process, the gas / gas mixture or the vapor can be regulated in such a way that a particular brilliance of the phosphors and the purity and activity of the electrodes are achieved. According to the invention, the method is used in such a way that the tube (1) 9, which has the electrodes ( 2 ) inside the tube, is connected to a pump device via the exhaust tube (3) in which the regulator 4. Shut-off and U T schalthahe (5) the connection to a rotary pump (6 ) 5 with final pressure lo to lo or to a diffusion pump with a final pressure of approx. 10 can be established. The tube (1) is connected via the exhaust tube ( 4 ) to a regulating and shut-off valve (9) through which the outside air, which is dried in the template lo) , can be admitted. Another gas or gas mixture 12 can flow into the tube via another tap (11 instead of the outside air or in addition to it ). The combination 11) and ( 12 ) can be expanded as required by a whole battery of different gases. The pumping process is initiated in such a way that the tube (1) is evacuated by the pump (6 ) via the cock (5) to such an extent that a pressure which can be read on the manometer (8) is reached at which a gas discharge can burn stably. At this moment the cock (9) is opened so far that as much air flows in through ( io ) as is sucked out through the exhaust tube (3. If this stable state is set, the transformer 17) is switched on via the ammeter (18) and the two melting wires (19) is connected to the electrodes ( 2 ) . The gas discharge ignites, the current is regulated to the desired value that can be displayed on the instrument (18).

Der Ausheizprozeß £ür Röhrenwand und Elektroden sowie für die Zersetzung der Kathodenmasse wird stufenweise durch Veränderung von Druck, Gasart und elektrischen Strom durchgeführt. Dabei kann je nach Übung die Durchflußge-* schwindigkeit des Strömungsmittels zu optimalen Werten gesteigert werden. Nach Beendigung des Reinigungs- und Aktivierungsprozesses wird die Röhre entweder hoch evakuiert über Hahn ( 5 ) und Difiusionspumpe ( 7 ), dabei der Pumpstengel ( 4 ) abgeschmolzen,n-ach Erreichen des Endvakuums und Abkühlung der Röhre der Hahn 5 ) geschlossen, das Edelgas für die Endfüllung aus Behälter ( 16 ) durch den Hahn ( 15 ) einge£üllt und der Pumps#engel 3 ) abgeschmolzen.The heating process for the tube wall and electrodes as well as for the decomposition of the cathode mass is carried out in stages by changing the pressure, type of gas and electrical current. Depending on the exercise, the flow rate of the fluid can be increased to optimal values. After completion of the cleaning and activation process, the tube is either evacuated to a high level via the cock (5) and diffusion pump (7 ), the exhaust tube ( 4 ) is melted, after reaching the final vacuum and cooling the tube, the cock 5) is closed, the inert gas for the final filling from the container (16) through the tap (15) and the pump angel 3) melted.

Es kann aber auch nach Erreichen des Endvakuum Pumpstengels ( 3 ) abgeschmolzen und aus Edelgasbehälter 14 ) durch Hahn ( 13 ) die Endfüllung vorgenommen und danach Pumpstengel 4 ) abgeschmolzen werden.However, after reaching the ultimate vacuum, the exhaust tube (3) can be melted and the final filling can be carried out from the inert gas container 14 ) through the valve (13) and then the exhaust tube 4) melted off.

In anderem Vorgehen kann aber auch aus einem Behälterg ähnlich ( 12 mit einem Hahn ( 11 ) ein billiges Edelgas eingelassen und nach Schließen von 11 ) über Hahn ( 5 ) durch Vakuumpumpe 6 bis zu einem Restdruck abgepumpt und nach Absperren von Hahn 5 aus Behälter ( 14 ) oder ( 16 der Enddruck aufgefüllt werden.In a different procedure, however, a cheap inert gas can also be let in from a container similar to ( 12 with a valve (11) and after closing 11) pumped out via valve (5) by vacuum pump 6 to a residual pressure and after closing valve 5 from the container ( 14 ) or ( 16 the final pressure must be filled.

In diesem Falle wird auf Di£fusionspumpe ( 7 ) völlig verzichtet und man bekommt, ohne je ein hohes Vakuum in der Röhre erzeugt haben, mitLels des Durch£lußprinzips eine sehr saubere Röhre.In this case the diffusion pump (7) is completely dispensed with and a very clean tube is obtained with the flow principle without ever having created a high vacuum in the tube.

Claims

A ns p r ü che Pumpver driving of gas discharge tubes, particularly for tubes for GS Beleuchtun and Werbezweckei characterized in that is used for cleaning and activating a through-flow of gas or gas mixtures. 2,) pumping method according to claim 1, characterized in that the pressure of the flow medium is regulated in the inflow, in the outflow or in both that a gas discharge can burn during the entire cleaning and activation process required temperature to be heated. 3.) Pump process according to claim 1 and 2, characterized in that the pressure and electrical current strength are changed in sections and programs that only the cleaning of the wall, then the cleaning and activation of the electrodes takes place. 4.) Pump method according to claim 1 to 3, characterized in that the color change of the gas discharge serves as an assessment of the progress of the cleaning and decomposition process. 5.) Pump method according to claim 1 to 4, characterized # that the luminous color of the gas discharge at the pump-side end of the tube automatically initiate the respective subsequent process stage or its end via a combination of spectral decomposition device and photocells on characteristic bright lines or bands. 6.) Pumpver £ ahren according to claim 1 to 4 characterizedi that after completion of the pumping process, a flow of cheap, non-spectrally pure noble gas takes place, which is pumped out by means of a vacuum pump au £ a residual pressure that is about a hundredth of the filling pressure of the final noble gas and in the tube is left.