DE19534686A1

DE19534686A1 - Integrierte Zünd- und Betriebs-Amalgambaueinheit für eine elektrodenlose Fluoreszenzlampe

Info

Publication number: DE19534686A1
Application number: DE19534686A
Authority: DE
Inventors: Joseph Christopher Borowiec; John Paul Cocoma; Victor David Roberts
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1996-04-04
Also published as: US5847508A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elek trodenlose Fluoreszenzlampen und mehr im besonderen auf eine Amalgam-Baueinheit, die derart ausgebildet ist, daß sie den Quecksilberdampfdruck in einer solchen Lampe während des Zün dens und Betreibens optimal regelt.

Hintergrund der Erfindung

Der optimale Quecksilber-Dampfdruck für die Erzeugung ei ner Strahlung von 253,7 nm (2537 Å), um einen Leuchtstoffüber zug in einer Fluoreszenzlampe anzuregen, beträgt etwa 0,8 Pa (6 mtorr), was einer Temperatur eines Quecksilber-Reservoirs von etwa 40°C entspricht. Konventionelle rohrförmige Fluores zenzlampen arbeiten bei einer Leistungsdichte (die typischer weise als Leistungszufuhr pro äußere Fläche gemessen wird) und in einer Beleuchtungskörper-Konfiguration, um den Betrieb der Lampe bei etwa einem Quecksilber-Dampfdruck von etwa 0,8 Pa 6 m torr) [typischerweise in einem Bereich von etwa 0,53 bis etwa 0,93 Pa (4 bis 7 mtorr)] sicherzustellen, d. h. Lampe und Beleuchtungskörper sind so ausgebildet, daß die kälteste Stel le, d. h. der kalte Fleck, in der Fluoreszenzlampe etwa 40°C hat. Kompakte Fluoreszenzlampen, die elektrodenlose Fluores zenz-Entladungslampen mit quellenfreiem elektrischen Feld (SEF) enthalten, arbeiten jedoch bei höheren Leistungsdichten, wobei die Temperatur des kalten Fleckes typischerweise 50°C über steigt. Als Ergebnis ist der Quecksilber-Dampfdruck höher als der optimale Bereich von etwa 0,53 bis etwa 0,93 Pa (4 bis 7 mtorr), und die Lichtabgabe der Lampe nimmt ab.

Eine Art des Herangehens zum Regeln des Quecksilber-Dampf druckes in einer SEF-Lampe besteht darin, eine Legierung einzu setzen, die in der Lage ist, Quecksilber aus der gasförmigen Phase in verschiedenen Mengen zu absorbieren bzw. das Quecksil ber in variierenden Mengen an die Gasphase abzugeben, und dies in Abhängigkeit von der Temperatur. Legierungen, die zur Bil dung von Amalgamen mit Quecksilber in der Lage sind, haben sich als besonders brauchbar erwiesen. Der Quecksilber-Dampfdruck eines Amalgams bei einer gegebenen Temperatur ist geringer als der Quecksilber-Dampfdruck von reinem flüssigen Quecksilber.

Unglücklicherweise ist das Anordnen eines Amalgams zur Er zielung eines Quecksilber-Dampfdruckes im optimalen Bereich in einer SEF-Lampe schwierig. Zum Zünden der Lampe, d. h. zum Ein leiten der Entladung, wird das Quecksilber um so rascher ver dampft, je näher sich das Amalgam an der Entladung befindet und eine höhere Lichtabgabe wird rasch erzielt. Für den stabilen Langzeitbetrieb sollte das Amalgam jedoch an einer relativ kühlen Stelle bei minimaler Temperaturvariation angeordnet und gehalten werden.

Es ist daher erwünscht ein Amalgam in einer elektrodenlo sen SEF-Fluoreszenz-Entladungslampe derart anzuordnen, das die hohe Lichtabgabe rasch erzielt wird und eine solche Lichtabgabe während des stationären Betriebes beibehalten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine integrierte Zünd- und Betriebs-Amalgam-Baueinheit für eine elektrodenlose SEF-Fluoreszenzlampe umfaßt einen Amalgam träger, der derart konstruiert ist, daß er die Positionen eines Zündamalgams und eines Betriebs-Amalgams in der Lampe gemeinsam optimiert und dadurch den Quecksilber-Dampfdruck in der Lampe sowohl während des Zünd- als auch des stationären Betriebes optimiert, um eine hohe Lichtabgabe rasch zu erzielen und bei zubehalten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Amalgamträger ein Drahtnetz, das so konstruiert ist, daß es das Zündamalgam an dessen einem Ende und das Betriebsamalgam an dessen anderem Ende trägt und das zum Einpassen mittels Reibung im Auslaßröhrchen der Lampe gerollt ist. Die Positionen des Zünd- und Betriebsamalgams auf dem Drahtnetz sind gemeinsam optimiert, so daß die hohe Lichtabgabe rasch erzielt und bei behalten wird, während eine merkliche Verringerung der Licht abgabe zwischen dem Zünd- und Dauerbetrieb vermieden wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlich, in der zeigen:

Fig. 1 im Teilquerschnitt eine typische elektrodenlose SEF-Fluoreszenzlampe,

Fig. 2 eine elektrodenlose SEF-Lampe, die einen integrier ten Träger für Zünd- und Betriebsamalgam gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung einschließt und

Fig. 3 eine elektrodenlose SEF-Lampe, die einen integrier ten Träger für Zünd- und Betriebsamalgam gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 veranschaulicht eine typische elektrodenlose SEF- Fluoreszenz-Entladungslampe mit einem Kolben 12, der eine ioni sierbare Gasfüllung enthält. Eine geeignete Füllung umfaßt z. B. eine Mischung eines Edelgases (z. B. Krypton und/oder Argon) sowie Quecksilberdampf und/oder Cadmiumdampf. Eine Anregungs spule 14 ist innerhalb eines einspringenden Hohlraumes 16 in nerhalb des Kolbens angeordnet und aus diesem entfernbar. Für Veranschaulichungszwecke ist die Spule 14 schematisch als um ein Auslaßröhrchen 20 gewickelt dargestellt, das zum Füllen der Lampe benutzt wird. Die Spule kann jedoch im Abstand von dem Auslaßröhrchen angeordnet und um einen Kern aus isolierendem oder magnetischem Material gewickelt sein, z. B. ein Ferrit, oder sie kann freistehend sein, wie erwünscht. Die inneren Oberflächen des Kolbens 12 sind in bekannter Weise mit einem geeigneten Leuchtstoff 18 überzogen. Der Kolben 12 paßt in ein Ende einer Sockel-Baueinheit 17, die eine (nicht dargestellte) Leistungszufuhr von Radiofrequenz enthält und an einem Ende mit einem standardgemäßen Lampensockel 19 (z. B. vom Edisontyp) ver sehen ist.

Während des Betriebes fließt Strom in der Spule 14 als Ergebnis der Erregung durch eine (nicht dargestellte) Lei stungszufuhr von Radio- bzw. Hochfrequenz. Als Ergebnis wird ein magnetisches Feld von Radiofrequenz gebildet, das wiederum ein elektrisches Feld innerhalb des Kolbens 12 erzeugt, das darin enthaltene gasförmige Füllung ionisiert und anregt, was zu einer UV erzeugenden Entladung 23 führt. Der Leuchtstoff 18 absorbiert die UV-Strahlung und emittiert als Folge davon sichtbare Strahlung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 2 ver anschaulicht ist, umfaßt eine integrierte Zünd- und Betriebs- Ainalgambaueinheit 30 ein durch Reibungssitz festgelegtes Me tallteil, das Zünd- und Betriebsamalgam an optimalen Stellen zum Zünden bzw. für den stationären Dauerbetrieb trägt. Die Zünd- bzw. Betriebs-Positionen sind gemeinsam optimiert, um rasch eine hohe Lichtabgabe zu erzielen und die hohe Lichtab gabe während des stationären Betriebes aufrechtzuerhalten, ohne daß zwischen den Zuständen des Zündens und des Dauerbetriebes eine merkliche Verringerung der Lichtabgabe eintritt.

In einer Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt die Zünd- und Betriebsamalgam-Baueinheit 30 ein Draht netz 32, das durch Reibung innerhalb des Auslaßröhrchens 20 festgelegt ist und das ein Zündamalgam 34 und ein Betriebs amalgam 36 an den gegenüberliegenden Enden trägt. Alternativ kann die Amalgam-Baueinheit 30 einen Streifen aus Metall oder einen Streifen aus Metall mit Perforationen darin umfassen. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist das Zündamalgam 34 derart angeordnet, daß der Teil der Spule 14 (oder eines Kernes, wenn ein solcher benützt wird), den die Entladung umgibt, seiner seits das Amalgam 34 umgibt. Bei anderen Ausführungsformen, wie der der Fig. 3, ist das Zündamalgam außerhalb des Teiles der Spule angeordnet, der-von der Entladung umgeben wird, weil für solche Ausführungsformen das Quecksilber des Zündamalgams sonst zu rasch abgegeben würde, d. h. bevor das Betriebsamalgam 36 den Quecksilber-Dampfdruck zu regeln beginnen kann und die hohe Lichtabgabe, die rasch erzielt wurde, für eine kurze Zeitdauer verringert werden würde, bevor der optimale stationäre Dampf druck erreicht wäre. Vorteilhafterweise vermeidet das gemein same Optimieren der Stellen des Zünd- und Betriebsamalgams auf der integrierten Amalgamträger-Baueinheit 30 eine unerwünschte Verringerung der Lichtabgabe zwischen dem Zünd- und dem stati onären Betrieb.

Das Drahtnetz 32 kann z. B., aus korrosionsbeständigem Stahl oder Nickel bestehen. Beispielhafte Zünd- und Betriebs amalgame umfassen eine Kombination von Wismut und Indium. Ein anderes beispielhaftes Amalgam umfaßt reines Indium. Noch ein anderes beispielhaftes Amalgam umfaßt eine Kombination von Blei, Wismut und Zinn, wie in der US-PS 4,262,231 beschrieben. Noch ein anderes Amalgam kann eine Kombination von Zink, Indium und Zinn umfassen. Jedes Amalgam hat seinen eigenen optimalen Bereich von Betriebstemperaturen.

Während der Lampenherstellung werden die gemeinsam opti mierten Zünd- und Betriebspositionen auf der Amalgamträger- Baueinheit 30 jeweils mit einer Legierung benetzt, die mit Quecksilber ein Amalgam zu bilden in der Lage ist (z. B. Indi um). Die Position der integrierten Zünd- und Betriebsamalgam- Baueinheit 30 bestimmt die Art des Amalgams, die einzusetzen ist sowie die Stellen für das Betriebs- und das Zündamalgam auf dem Drahtnetzträger 32. Der Amalgamträger wird zusammengerollt und durch Reibung innerhalb des Auslaßröhrchens 20 festgehal ten. Das Auslaßröhrchen wird dann mit einer Pumpleitung gekop pelt und der Kolben evakuiert. Es wird eine kontrollierte Menge Quecksilber in die Lampe gegeben, wozu ein genaues Quecksilber- Dosierungsverfahren benutzt wird, um die Zünd- und Betriebs amalgame zu bilden, wobei die genaue Menge des Quecksilbers die Leistungsfähigkeit des Zünd- und Betriebsamalgams bestimmt. Gemäß einem QuecksiIber-Dosierungsverfahren wird Quecksilber in fester Form, z. B. als ein Quecksilber-Zink-Pellet der Art hin zugegeben, wie es durch die APL Engineered Materials Inc. ge liefert wird. Wird dieses erhitzt, dann verflüssigt sich das Quecksilber und trennt sich von dem Zink unter Bildung des Amalgams. Gemäß einem anderen Quecksilber-Dosierungsverfahren, wie es in der US-PS 5,213,537 von V. D. Roberts et al., die am 25 Mai 1993 herausgegeben und durch Bezugnahme hier aufgenommen wird, beschrieben ist, wird das Quecksilber in der Dampfphase in die Lampe dosiert. Schließlich wird der Kolben durch die Pumpleitung und das Auslaßröhrchen gefüllt und das Auslaßröhr chen abgedichtet.

Vorteilhafterweise beeinträchtigt die integrierte Zünd- und Betriebsamalgam-Baueinheit die Lampenherstellung nicht, und sie erfordert auch keine Modifikation des einspringenden Hohl raumes.

Während die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, wird es offensicht lich sein, daß solche Ausführungsformen nur beispielhaft ange geben sind. Dem Fachmann sind daher zahlreiche Variationen, Änderungen und Substitutionen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung sollte daher nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt sein.

Claims

1. Fluoreszenz-Entladungslampe mit quellenfreiem elektri schem Feld (SEF), umfassend:
einen lichtdurchlässigen Kolben, der eine ionisierbare Gasfüllung zur Aufrechterhaltung einer Bogenentladung enthält, wenn sie einem Magnetfeld von Radiofrequenz ausgesetzt ist und zum Emittieren von UV-Strahlung als Ergebnis davon, wobei der Kolben einen inneren Leuchtstoffüberzug aufweist, um sichtbare Strahlung zu emittieren, wenn er durch die UV-Strahlung ange regt wird, wobei der Kolben einen einspringenden Hohlraum auf weist,
eine innerhalb des einspringenden Hohlraumes angeordnete Anregungsspule zur Schaffung des Magnetfeldes von Radiofre quenz, wenn sie durch eine Leistungszufuhr von Radiofrequenz angeregt ist;
ein Auslaßröhrchen, das sich durch den einspringenden Hohlraum erstreckt;
eine integrierte Zünd- und Betriebs-Amalgam-Baueinheit, umfassend einen Amalgamträger zum Tragen eines Zündamalgams und eines Betriebsamalgams innerhalb des Auslaßröhrchens an opti mierten Zünd- und Betriebsstellen, um eine vorbestimmte Licht abgabe zu erzielen und aufrechtzuerhalten, während eine be trächtliche Verringerung zwischen dem Zünden und dem Betrieb der Lampe vermieden wird, wobei der Amalgamträger ein Metall teil umfaßt.

2. Lampe nach Anspruch 1, worin der Amalgamträger durch Reibung innerhalb des Auslaßröhrchens festgehalten ist.

3. Lampe nach Anspruch 1, worin der Amalgamträger minde stens einen Teilzylinder umfaßt.

4. Lampe nach Anspruch 1, worin der Amalgamträger ein Drahtnetz umfaßt.

5. Lampe nach Anspruch 4, worin das Drahtnetz ein Metall umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel und Stahl.

6. Lampe nach Anspruch 1, worin die optimierte Zündstelle derart ist, daß das Zündamalgam während des Lampenbetriebes von der Entladung umgeben ist oder es außerhalb des Teiles des Ent ladungsrohres liegt, der während des Lampenbetriebes von der Entladung umgeben ist.

7. Verfahren zum Anordnen von Zünd- und Betriebsamalgam in einer Fluoreszenz-Entladungslampe mit quellenfreiem elektri schen Feld (SEF) der Art mit einem lichtdurchlässigen Kolben, der einen inneren Leuchtstoffüberzug zum Emittieren sichtbarer Strahlung aufweist, wenn er durch UV-Strahlung angeregt ist, wobei der Kolben einen daran angebrachten einspringenden Hohl raum zur Aufnahme einer Anregungsspule aufweist und sich ein Auslaßröhrchen durch den einspringenden Hohlraum erstreckt, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:
Einführen einer integrierten Zünd- und Betriebsamalgam- Baueinheit in das Auslaßröhrchen, wobei die integrierte Zünd- und Betriebsamalgam-Baueinheit einen Amalgamträger zum Tragen eines Zündamalgams und eines Betriebsamalgams innerhalb des Auslaßröhrchens an optimierten Zünd- und Betriebsstellen um faßt, um eine vorbestimmte Lichtabgabe zu erzielen und auf rechtzuerhalten, während eine beträchtliche Verringerung zwi schen dem Zünden und dem Betrieb der Lampe vermieden ist und der Amalgamträger ein Metallteil umfaßt; Evakuieren des Kolbens und Hinzugeben von Quecksilber zu dem Kolben durch das Auslaß röhrchen derart, daß das Zünd- und Betriebsamalgam aus der Le gierung und dem Quecksilber beim Erhitzen der Lampe gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Zugabestufe das Zugeben des Quecksilbers als ein Quecksilber enthaltendes Pel let umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Zugabestufe das Zugeben von Quecksilber in Dampfphase umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Einführstufe das Festlegen der integrierten Zünd- und Betriebsamalgam-Baueinheit innerhalb des Auslaßröhrchens durch Reibung umfaßt.