DE19520646A1 - Gasentladungsgefäß für Leuchtstofflampen - Google Patents

Description

Leuchtstofflampen, die in einem Gasentladungsgefäß erzeugtes, unsichtbares UV-Licht mittels eines Leuchtstoffes in sichtbares Licht umwandeln, sind die heute ge­ bräuchlichsten Lichtquellen.

Der bei den bisherigen Glühlampen auftretende hohe Energieverlust durch über­ mäßige Erwärmung wird bei Leuchtstofflampen fast vollständig vermieden, so daß eine etwa 5fach höhere Lichtausbeute bei gleicher zugeführter elektrischer Ener­ gie erreicht wird.

Trotzdem haften den heutigen Gasentladungsgefäßen noch Mängel an, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt oder zumindest stark reduziert werden können.

Bei einer Gasentladung, z. B. in einer mit Niederdruck-Quecksilberdampf gefüllten Röhre, unterscheidet man zwischen den Elektroden im wesentlichen 3 Zonen:
Im Bereich der Kathode den sog. Kathodenfall und in der Umgebung der Anode den Anodenfall. Beide Bereiche geben praktisch keinen Beitrag zur Umwandlung der UV-Strahlung in sichtbares Licht. Nur der dazwischenliegende Bereich, die sog. "positive Säule", ist für die Emission von sichtbarem Licht von Bedeutung.

Ein weiteres Problem ist darin zu sehen, daß die Leuchtstoffbeschichtung nur eine begrenzte Energie, d. h. Watt pro Quadratzentimeter, in Licht umsetzen kann. Da­ her sind alle Bemühungen dahin ausgerichtet, entweder Leuchtstoffe mit höherer Belastbarkeit oder eine vergrößerte Oberfläche bereitzustellen. Aufgabe der Erfin­ dung ist es auch, diese Effizienz in der Lichtumsetzung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird zunächst vorgeschlagen, über die Elektroden zylinderför­ mige, einseitig geschlossene Behälter anzuordnen, deren offene Seiten den Sockeln zugewandt sind.

Das bewirkt, daß die Entladungslänge zwischen den Elektroden vergrößert wird und die sonst sichtbaren Dunkelräume des Kathodenfalls zum Verschwinden ge­ bracht werden können. Damit steht praktisch die gesamte Länge des äußeren, mit Leuchtstoff beschichteten Glasrohres für die Lichtumwandlung im Bereich der po­ sitiven Säule zur Verfügung. Neben der technischen Verbesserung ist auch das Unterdrücken der Dunkelbereiche eine Frage des besseren Aussehens solcher Leuchtstofflampen.

Weiter wird vorgeschlagen, im Inneren des äußeren Glasrohres ein zweites, etwa konzentrisch gelagertes Glasrohr vorzusehen, dessen Enden über beide Elektro­ den reichen und an mindestens einer Stelle geschlossen sind, so daß sich dadurch zwei einseitig geschlossene Behälter ergeben.

Das ist nicht nur eine einfach zu montierende und preiswert darzustellende Lösung für die Ausbildung der vorgeschlagenen geschlossenen Behälter, sondern erhält besondere Bedeutung, wenn man das innere Rohr ebenfalls zumindest teilweise mit Leuchtstoff beschichtet.

Da die Gasentladung im Zwischenraum des äußeren und inneren Glasrohres auftritt, steht nun bei gleicher Lampenlänge und unter sonst gleichen Vorausset­ zungen eine bis zu 80% größere Leuchtstoffoberfläche zur Verfügung. Zweckmäßi­ gerweise wird das innere Rohr auf der Außenfläche mit Leuchtstoff beschichtet, um ein direktes Einwirken der UV-Strahlung zu erreichen, ohne Verluste im Glas zu erleiden.

Die Anordnung eines inneren Glasrohres gestattet auch eine einfache Anordnung einer Kühlstelle, ein Problem, das trotz seiner großen Bedeutung sehr oft vernach­ lässigt wird. Erfindungsgemäß wird eine Kühlstelle dadurch erreicht, daß das in­ nere Rohr etwa in der Mitte eine Querschnittsverengung aufweist, d. h. der Quer­ schnitt zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr wird vergrößert und wirkt als Kühlstelle.

Eine weitere Verbesserung besteht darin, das innere Rohr zumindest teilweise mit reflektierenden Oberflächen zu versehen, um z. B. zu vermeiden, daß umgewan­ deltes Licht im Leuchtstoff erst die Wandung des inneren Glasrohres durchdringen muß, um wieder nach außen zu gelangen.

Für die Lagerung des inneren Glasrohres bieten sich die am äußeren Glasrohr vorhandenen Sockel an, auf die das innere Glasrohr aufgesteckt wird, wobei an den Sockeln ohne besonderen Aufwand ausreichende Öffnungen für den Entla­ dungsstrom vorgesehen werden können.

Eine Lagerung des inneren Glasrohres auf den Sockeln kann durch federnde Ele­ mente einfach verbessert werden.

Fig. 1 zeigt die derzeitigen Verhältnisse in einer Leuchtstofflampe mit den Dun­ kelzonen (2) durch den Kathodenfall bzw. Anodenfall, der bei Wechselstrombetrieb beidseitig auftritt.

Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung von Behältern (3), welche über die Elek­ troden (4) gestülpt sind und dadurch die Gasentladungslänge zwischen den Elek­ troden vergrößern. Fig. 2a stellt einen Schnitt durch einen Behälter (3), in Richtung des Sockels (15) gesehen, dar.

Fig. 3 zeigt ebenfalls schematisch die Anordnung eines zweiten inneren Rohres (5) in einer erfindungsgemäßen Ausführung.

Die nachstehend ausführlich beschriebenen Darstellungen dienen dem besseren Verständnis des Erfindungsgedankens. Im Interesse einer besseren Übersichtlich­ keit wurden alle zusätzlichen, für die Erfindung unwichtigen Details weggelassen, so z. B. die häufig verwendeten Kapseln mit Quecksilber, die einer genauen Dosie­ rung dienen. Ebenso ist die Darstellung auf beheizte Wendelelektroden be­ schränkt, obwohl naturgemäß die gleichen Überlegungen und Vorteile für Kaltelek­ troden gelten. Da zahlreiche Ausführungsformen der Elektroden auf dem Markt sind, sind auch aus diesem Grund die Fig. 1 bis 3 nur als Beschreibungshilfe, aber in keiner Art beschränkend auf eine bestimmte Elektrodenausbildung aufzufassen, da die Erfindung grundsätzlich bei allen Konstruktionen anwendbar ist.

Fig. 1 stellt schematisch den derzeitigen Stand der Technik dar. Zwischen den Elektroden (4) tritt bei einem z. B. mit Quecksilberdampf gefüllten Gasentladungs­ gefäß (6) eine Gasentladung auf, sobald eine ausreichende Zündspannung ange­ legt wird. Dabei kann man in der Umgebung der Elektroden Dunkelräume (2) be­ obachten, welche zum Teil durch einen Ladungsausgleich zwischen Elektronen und Ionen hervorgerufen werden. In diesem Bereich reicht die Energie der Elektro­ nen bzw. Ionen noch nicht aus, um im Leuchtstoff (7), der auf der Innenseite des äußeren Glasrohres (1) aufgebracht ist, sichtbares Licht durch Fluoreszenz zu er­ zeugen. Erst im mittleren Bereich, der sog. positiven Säule (8), reicht die Energie aus, um aus der Gasentladung, die sich im UV-Bereich abspielt, durch Fluoreszenz Licht zu erzeugen und abzustrahlen.

Fig. 2 zeigt schematisch die Wirkung der erfindungsgemäß aufgestülpten Behälter (3) über die Elektroden (4). Die Entladestrecke (9) entspricht nun nicht mehr, wie in Fig. 1 dargestellt, dem direkten Abstand zwischen den Elektroden (4), sondern der Entladestrom muß einen Umweg um das offene Ende der Behälter (3) nehmen und verlängert damit die Entladestrecke beträchtlich. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann man die Länge der Behälter (3) so wählen, daß sie etwa der Länge der Dunkel­ räume (2) entspricht. Die Dunkelräume (2) wurden sozusagen im Inneren der Be­ hälter (3) eingefangen, und die Länge der positiven Säule (8) erstreckt sich nun über die gesamte Länge des Gasentladungsgefäßes (6).

Das Überstülpen der Behälter (3) über die Elektroden (4) hat noch einen anderen wichtigen Vorteil zur Folge.

Mit zunehmender Alterung von Leuchtstoffröhren treten im Bereich der Elektroden (4) Schwärzungen am umgebenden Leuchtstoff (7) durch Partikel auf, die aus der Oberfläche der Elektroden (4) herausgerissen und auf dem Leuchtstoff (7) auftref­ fend allmählich eine dunkle Schicht bilden.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung mit den übergestülpten Behältern (3) wird auch dieser Effekt beseitigt, da ausgeschleuderte Partikel nicht den Leucht­ stoff (7), sondern nur die Innenwandung des Behälters (3) treffen können.

Um die Aufhellung der bisherigen Dunkelräume weiter zu verbessern, ist in Fig. 2 dargestellt, daß man auch die Oberfläche der Behälter (3) außen mit Leuchtstoff beschichtet. Dieser Leuchtstoff (10) steht ebenfalls unter dem Einfluß der UV-Strahlung und emittiert sichtbares Licht.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine weiter verbesserte Aus­ führung des Erfindungsgedankens dar. In diesem Beispiel sind nicht zwei einzelne Behälter (3), sondern ein durchgehendes inneres Rohr (5), das durch eine dicht abschließende Querschnittsverengung (11) in zwei Behälter (12) und (13) geteilt ist, dargestellt. Durch die Querschnittsverengung (11) entsteht ein größerer Strö­ mungsquerschnitt zwischen dem inneren Rohr (5) und dem äußeren Rohr (1), wo­ durch eine sog. "Kühlstelle" geschaffen wird. Eine solche "Kühlstelle" ist vorzugs­ weise etwa in der Mitte des äußeren Rohres (1) vorzusehen, da erfahrungsgemäß an dieser Stelle beim horizontalen Betrieb der Leuchtstoffröhre die niedrigste Tem­ peratur bereits gegeben ist.

Der Hauptvorteil eines zweiten inneren Rohres (5) besteht darin, daß auch dieses Rohr (5) mit Leuchtstoff (7) beschichtet werden kann mit dem Ergebnis, daß die wirksame lichterzeugende Fläche beträchtlich erhöht werden kann, ohne die spezi­ fische Beanspruchung des Leuchtstoffes zu überschreiten.

Bezüglich der Halterung der Behälter (3) bzw. des inneren Rohres (5) in Fig. 2 und 3 sind Federn (14) vorgesehen, die z. B. im Sockel (15) mit eingeschmolzen wer­ den können und eine einwandfreie Halterung gewährleisten. Die Federn (14) kön­ nen insbesondere bei einer Formgebung, wie in Fig. 3 gezeigt, auch die Montage der Rohre erleichtern, wenn sie im Endbereich konisch zurechtgebogen sind.

Im übrigen sind in den Abb. 1 bis 3 die Elektroden links und rechts jeweils um 90° verdreht dargestellt, um in einer Figur beide Ansichten zu zeigen. Das gilt insbesondere auch für den Sockel (15), der beispielsweise als Quetschsockel dar­ gestellt ist und auf der rechten Seite der Fig. 2 und 3 deutlich die Öffnungen (16) erkennen läßt, durch die der Gasentladestrom in das äußere Rohr (1) austreten kann.

Auch die Montage der Federn (15) ist nur als schematische Lösung anzusehen, da jede andere Art der Befestigung sowohl der Behälter (3) als auch des inneren Roh­ res (5) erfindungsgemäß möglich ist. Aus den Darstellungen Fig. 2 und 3 sind auch andere Erfindungsmerkmale zu beschreiben, so z. B. die Anordnung von lichtre­ flektierenden Schichten unterhalb des Leuchtstoffes (10). Das gleiche gilt auch für den Leuchtstoff (7) auf den Behältern (3).

Claims (8)

1. Gasentladungsgefäß für Leuchtstofflampen, bestehend aus einem geraden Glasrohr mit einem Durchmesser größer 12 mm, beschichtet mit Leuchtstoff und beidseitig gesockelt mit Elektroden zur Stromversorgung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden innerhalb zylinderförmigen, einseitig ge­ schlossenen Behältern angeordnet sind, deren offene Seiten den Sockeln zugewandt sind.

2. Gasentladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, etwa konzentrisch gelagertes inneres Glasrohr vorhanden ist, wel­ ches an den beiden Enden über beide Elektroden reicht und an mindestens einer Stelle durch eine Trennwand geschlossen ist, so daß sich zwei einsei­ tig geschlossene Behälter ergeben, in denen die Elektroden angeordnet sind.

3. Gasentladungsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr zumindest teilweise mit Leuchtstoff beschichtet ist.

4. Gasentladungsgefäß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr etwa in der Mitte eine Querschnittsverengung als Kühlstelle aufweist.

5. Gasentladungsgefäß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverengung gleichzeitig als Trennwand ausgebildet ist.

6. Gasentladungsgefäß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr oder die Behälter zumindest teilweise mit reflektierenden Oberflächen versehen sind.

7. Gasentladungsgefäß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr an beiden Enden auf dem Sockel des äußeren Rohres gelagert ist und ausreichend große Öffnungen für den Entladungsstrom vorhanden sind.

8. Gasentladungsgefäß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Elemente zur Halterung des inneren Glasrohres oder der Behälter auf den Sockeln vorhanden sind.