DE2012502C2

DE2012502C2 - Leuchtstofflampe mit einem Kolben aus Na-/Ca-Silikatglas

Info

Publication number: DE2012502C2
Application number: DE19702012502
Authority: DE
Inventors: Harry H. Whippany N.J. Haft; Robert W. Kinnelon N.J. Repsher
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-17
Publication date: 1983-08-18
Also published as: NL168651C; MY7400020A; GB1307394A; FR2037232A1; GB1307395A; BE747435A; NL7003951A; DE2012502A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben aus Na-/Ca-Silikatglas mit einem vorgegebenen Gehalt an T1O2 von bis zu 10%, an dessen Innenseite eine lichtdurchlässige Leuchtstoffschicht mit einer im wesentlichen gleichförmigen Schicht aus feinpulvrigen Leuchtstoffpartikeln vorgesehen ist, die bei Beaufschlagung mit von der Entladung erzeugter UV-Strahlung eine sichtbare Strahlung abgeben.

Wesentlichster Gesichtspunkt bei der Konstruktion und Herstellung von Leuchtstofflampen ist die Schaffung einer Lampe mit möglichst hoher Lichtausbeute, inöglichst hoher Lichtausbeutekonstanz und möglichst niedrigen Herste'lungskosten. Bisher is. es bei der Herstellung von Leuchtstofflampen allgemein üblich gewesen, die Lampenkolben aus Na/Ca-Silikatglas herzustellen und die Innenseite des Kolbens mit eine:n geeigneten UV-e ipfindlichen Leuchtstoff wie Calcium-Halophosphat-Leuchtstoff mit einer Schichtdicke zu beschichten, bei der eine optimale Lichtausbente erzielt wird. Es wurde festgestellt, daß aus solchen herkömmlichen Gläsern hergestellte Kolben eine Solarisation e-fahren und unter der Einwirkung der auftreffenden, im Inneren der Lampu erzeugten UV-Strahlung dunkeln. Darüber hinaus kommt es beim Betrieb der Lampe an der Grenzfläche zwischen Leuchtstoff und Glas zu einer ungünstigen gegenseitigen chemischen Beeinflussung,

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durch die die Empfindlichkeit des Leuchtstoffs herabgesetzt und in diesem Bereich eine Schwärzung hervorgerufen wird. Alle diese Erscheinungen führten dazu, daß die Lichtausbeute der Lampe sich verringert. Damit trotzdem für die vorgesehene Betriebsdauer eine optimale Lichtausbeute und Lichtausbeutekonstanz gewährleistet wird, war es daher erforderlich, eine relativ dicke Leuchtstoffbeschichtung aufzubringen. Diese dicke Leuchtstoffschicht bildete eine Sperrschicht für die Glasfläche, um so eine Solarisation des Kolbenglases zu verringern und die alkalischen Bestandteile des Na-/Ca-Glases vor chemischer Reaktion mit der oberen Lage der Leuchtstoffschicht abzuhalten.

Die durch die alkalischen Bestandteile des Na-/Ca-Silikatglases bei Leuchtstofflampen hervorgerufenen Nachdunkelungserscheinungen sind allgemein bekannt, und es sind verschiedene Mittel eingesetzt worden, um dip';?'; Prohlpm 7>i losen. So wurde, beispielsweise, vorgeschlagen, bis zu 4 Gew.-% Antimon-Trioxid in den Na 'Ca-Silikatglaskolben einzubauen, um die Diffusion von Mkaliionen zur Kolbenoberflächc zu behindern und damit die Bildung dunkler Alkaliamalgamniederschläge zu verringern. Eine Leuchtstofflampe mit einem so behandelten Na-/Ca-Silikatglaskolben ist in der US-Patentschrift 30 94 641 beschrieben.

Ebenso sind besondere Sperrschichten auf der Innenflache des Glaskolbens vorgeschlagen worden. Eine derartige Leuchtstofflampe mit einer aus Titan-Dioxid oder Zirkoniumoxid mit zusätzlichen Metalloxiden bestehende Sperrschicht zwischen der Leuchtstoffschicht und der Innenfläche der Na-ZCa-SilikatglaskoI-ben ist in der US-Patentschrift 33 77 494 beschrieben. Diese Patantschrift lehrt auch, daß bis zu 20 Gew.-% Leuchtstoff weniger verwendet werden können, wenn eine solche gesondert ausgebildete Trennschicht Verwendungfindet.

Leuchtstofflampen mit gesonderten durchsichtigen Trennschichten aus T1O2. S1O2 oder AkOj sind in den US-Patentschriften 3141 990. 32 05 394 bzw. 30 67 356 beschrieben.

In der DE-PS 17 64 747 wird eine Leuchtstofflampe mit einem chemisch stabilisierten und lichtbeständigen Na-/CaSMikatglaskolben vorgeschlagen, der 0.8-10 Gew -% TiO? enthält und an seiner Innenseite mit einer UV-empfindlichen Leuchtstoffschicht aus beispielsweise Calcium-Halophoshat beschichtet ist. Die Leuchtstoffschicht besitzt jedoch die gleiche Dichte wie bisher, so daß die Lampe auch die gleiche Leuchtstoffmenge wie bisher auf dem Markt befindliche herkömmliche Leuchtstofflampen e~ihält.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs genannte bzw. in der DE-PS 17 64 747 vorgeschlagene Leuchtstofflampe dahingehend zu verbessern, daß unter Aufrechterhaltung von Lichtausbeute und Lichtausbeutekonstanz bis zu etwa 30% weniger Leuchtstoff bei der Herstellung der Lampe benötigt wird, wodurch sich das Herstellungsverfahren verbilligt.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß das Glas 0.1-10 Gew.-% T1O2 enthält, um eine Solarisation des Glases und schädliche Reaktionen an der Leuchststoff-Glas-Grenziläche zu verhindern, und daß die insgesamt in dem Kolben befindliche Leuchtstoffmenge zwischen 5 und 40 Gew.-% niedriger als die minimale Gesamtmenge an Leuchtstoff ist. die für eine gleichförmig mit den Leuchtstoffpartskeln beschichtete, aber einen Na-/Ca-Silikatglaskolben ohne TiO₂ aufweisende identische Leuchtstofflampe erforderlich ist, um nach

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65 einer Brenndauer von 100 Stunden d'e gleiche Lichtausbeute zu erzielen.

Daß bei Verwendung eines Glases, das 0,1-10 Gew.-% T1O2 aufweist, die Leuchistoffmenge ganz erheblich verringert werden kann, ohne daß dadurch die Lichtausbeute verschlechtert wird, ergibt sich weder aus der älteren DE-PS 17 64 747, noch aus der bisher nicht genannten DE-AS 10 21951, gemäß der für eine Speziallampe (nämlich eine Entkeimungslampe) ein Kolben aus Quarzglas gewählt wird, dem eine geringe Menge (unter 2 Gew.-%) an TiO₂ zugesetzt ist. Quarzglas hat aber ganz andere Eigenschaften als Na-/Ca-Silikatglas, so daß der Durchschnittsfachmann aus dieser Druckschrift keine Hinweise auf den Erfindungsgegenstand entnehmen kann.

Er sei noch erwähnt, daß die optische Dichte der Leuchtstoffbeschichtung ein Maß für das Leuchtstoffgewicht oder die gesamte Menge des verwendeten Leuchtstoffs darstellt. Zudem erhöht sich beim Ansteigen der durchschnittlichen Teilchengröße, beispielsweise gemessen in Micron mit einem Coulter Counter-Meßinstrument — auch die Leuchtstoffmenge, die zur Erlangung einer bestimmten optischen Dichte notwendig ist (große Teilchen haben geringere Streuwirkung als kleine Teilchen). Die hier benutzten optischen Dichtewerte sind im übrigen willkürliche Zahlen und ergaben sich aufgrund der Anzeige eines Mikroamperemeters, άϋ an die Fotozelle eines Weston Gerätes Modell 594 angeschlossen war. Die Leuchtstoffteilchen werden durch Aufbringen einer Leuchtstoffarbe auf die innere Kolbenfläche pufgebrachl, dis. Dicke der Schicht kann durch Einstellung der Viskosität der Farbe geändert werden.

In Unteransprüchen 2, 3. 4 und 5 werden vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe beschrieben, während im Anspruch 6 ein Verfahren zur Herstellung einer I ^uchtstofflampe gemäß einem der Ansprüche I -5 gelehrt wird, wobei ein lichtdurchlässiger Kolben aus Na/Ca-Silikatglas mit einem Gehalt an T1O2 von 0.1-10 Gew.-°/o mit einer insgesamt in dem Kolben anzuordnenden Leuchtstoffmasse zwischen 5 und 40 Gew.-% niedriger als die minimale Gesamtmenge an Leuchtstoff, die für eine gleichförmig mit Leuchtstoffpartikeln beschichteten Kolben ohne TO? erforderlich ist, um nach 100 Stunden die gleiche Lichtausbeute zu erzielen, versehen wird, bei welchem Verfahren die Kolbenlösung, die zur Bildung der Leuchtstoffmasse ein verdunstungsfähiges Lösungsmittel und ein organisches Bindemittel mit darin suspendierten feinpulvrigen Leuchtstoffpartikeln aufweist, durch den senkrecht aufgestellten Kolben geleitet wird, wobei die erfindungsgemäßen Merkmale darin zu sehen sind, daß die Ableitung der in dem Kolben gebildeten Lösungsmitteldämpfe so gesteuert wird, daß die Aushärtung und Trocknung der aufgebrachten Schicht aus Leuchtstoffmasse am oberen Ende des Kolbens beginnt und zu dem unteren Ende des Kolbens hin mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit fortschreitet, die ein Ablaufen der Schicht am unteren Ende des Kolbens ermöglicht, so daß längs des Kolbens eine Schicht im wesentlichen gleichförmiger Dicke gebildet wird.

Durch diese Verfahrensweise läßt sich auf besonders einfache Weise eine Leuchtstofflampe herstellen, die bei gleicher Lichtausbeute und Lichtausbeutekonstanz die verringerte Leuchtstoffmenge enthält

In weiteren Unteransprüchen werden vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahrens-

weise beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine teilweise Seitenansicht einer Leuchtstofflampe, wobei ein Teil des leuchtstoffbeschichteten Kolbens zu Erläuterungszwecken in stark vergrößertem Maßstab wiedergegeben ist,

F >g. 2 die Abhängigkeit der Lichtabsorption eines Na-/Ca-Silikatglases von der Zugabe bestimmter Mengen TiO₂ sowie der Beaufschlagung mit UV-Strahlung,

Fig. 3 als Diagramm die prozentuale Zunahme der maximalen Lichtausbeute in Abhängigkeit von einer Zugabe von 0 bis etwa 2 Gew.-% T1O2 zu dem Na-/Ca-Silikatglas des Leuchtstofflampenkolbens,

Fig.4 als Diagramm die prozentuale Änderung der Lichtausbeute in Abhängigkeit von der Leuchtstoffschichtdichte für eine Reihe von Leuchtstofflampen, deren Na-/Ca-Silikatglaskolben unterschiedliche TiOzZusätze aufweisen, in Gegenüberstellung zu der maximalen Lichtausbeute einer herkömmlichen Leuchtstofflampe mit einem Na-/Ca-Silikatglaskolben ohne Zusatz,

Fig. 5 als Diagramm die prozentuale Änderung der Lichtausbeutekonstanz von Leuchtstofflampen mit Titanzusätze aufweisenden Glaskolben gegenüber einer Standard-Leuchtstofflampe mit einem herkömmlichen Na-/Ca-Silikatglaskolben,

Fig. 6 als Diagramm die Abhängigkeit der Lichtausbeutekonstanz einer Reihe von Leuchtstofflampen verschiedener Leuchtstoffschichtdichten, die jeweils 1,25 Gew.-°/o T1O2 enthalten, in Abhängigkeit von der Betriebsdauer, im Vergleich zu der Konstanz einer Standard-Leuchtstofflampe mit einem Kolben aus herkömmlichem NaVCa-Silikatglas,

Fig. 7 als Diagramm die gegenseitige Abhängigkeit zwischen Leuchtstoffschichtdichte einerseits und insgesamt auf die Innenfläche des Glaskolbens aufgebrachter Leuchtstoffmenge für einen Calciumhalophosphat-Leuchtstoff andererseits, und ίο

F i g. 8 ein Diagramm, das die für einen Leuchtstoff mit unterschiedlicher durchschnittlicher Leuchtstoffpartikelgröße erzielte Verringerung des Leuchtstoffge-'wichts (5% =40%) der Menge des gleichen, in einer herkömmlichen Lampe gleicher Größe erforderlichen Leuchtstoffes gegenüberstellt.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Leuchtstofflampe 10 mit einem rohrförmigen, lichtdurchlässigen Kolben 12 aus RiOyhaltigen Na-ZCa-Silikatglas, der an seiner Innenseite mit einer gleichförmigen Schicht 13 aus einem geeigneten UV-empfindlichen Leuchtstoff wie Calciumhalophosphat versehen ist. Die Enden des Kolbens 12 sind dicht mit Glasfüßen 14 verbunden, die jeweils eine Elektrode 16 halten. Jede Elektrode 16 ist an zwei Zuführungsdrähte 17 angeschlossen, die herme- ¹⁵S tisch dicht durch die entsprechenden Glasfüße 14 geführt sind. Die Zuführungsdrähte 17 sind elektrisch mit Kontaktstiften 18 verbunden, die in Endkappen 20 festgelegt sind. Die Elektroden 16 sind mit einem zur Emission von Elektronen fähigen Material (wie den üblichen Erdalkalimetallkarbonaten) beschichtet und in der Lage, in Verbindung mit einer vorgegebenen Menge Quecksilber sowie einem geeigneten Füllgas wie Neon oder einem Gemisch aus Neon und Argon bei Erregung der Lampe 10 eine Gasentladung aufrechtzuerhalten.

Erfindungsgemäß wird der Kolben 12 aus Na-/Ca-Silikatglas mit einem bestimmten Gehalt an TiCb bis zu 10 Gew.-% hergestellt Die im einzelnen gewählte Zusammensetzung kann unterschiedliche Werte haben, jedoch wurden gute Ergebnisse mit Gläsern folgenden Aufbaus erzielt (wobei die verschiedenen Bestandteile in Gewichtsprozenten bezogen auf die Gesamtcharge errechnet wurden): 80% bis 75% SiO₂, 5% bis 18% 1^a₂O, 4% bis 13% MgO oder CaO (oder eine Verbindung daraus), 0,5% bis 3,4% AI₂O₃, 0,1% bis 2% K₂O, 0,1% bis 10% TiO₂, weniger als etwa 0,07% Fe₂O₃ und von 0,01% bis 2% As₂O₃ oder !Sb₂O₃. Dabei handelt es sich um die gleiche Glasart wie in dem weiter oben erwähnten älteren Patent 17 64 747, wobei jedoch der TiO₂-Gehalt nicht auf den zwischen 0,8% und 10% liegenden Bereich beschränkt ist. Wie nachstehend auseinandergesetzt, läßt sich eine erhebliche Steigerung der Lichtausbeute mit TiO₂-Mengen von bis zu 0,1 Gew.-% herab erzielen. Es kann daher TiO₂ im Bereich von 0.1 Gew.-% bis etwa 10Gew.-% verwendet werden.

Die Zugabe bestimmter Mengen TiO₂ zu herkömmlichem Na-/Ca-Silikatglas verhindert dip F.ntfärhijng oder Solarisation infolge der von der Gasentladung in der Lampe hervorgerufenen UV-Strahlung. Die Erhöhung der Lichtbeständigkeit solcher sonderbehandelten Gläser ist mit dem Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht. Die Werte für dieses Diagramm wurden durch Zugabe von 0,1 bis 10 Gew.-% TiO₂ zu einem herkömmlichen Na-/Ca-Silikatglas erhalten, das 0,07 Gew.-% Fe₂Oj enthielt und zur Verwendung in Leuchtstofflampen dient. Entsprechende Proben davon wurden 30 min lang bestrahlt, indem sie gegen einen klaren UV-durchlässigen Quarzabschnitt einer Quecksilber-Niederdrucklampe gebracht wurden, die mit einem Lichtbogenstrom und bei einer der Umgebungstemperatur einer Standard-40-W-Leuchtstofflampe entsprechenden Temperatur betrieben wurde. Da der Quarzabschnitt des Kolbens der Entladungslampe klarsichtig und ohne Leuchtstoffschicht war, wurden die Glasproben etwa der dreißigfachen Dosis 2537 nm-Strahlung wie der Kolben einer für die gleiche Zeitdauer betriebenen herkömmlichen Leuchtstofflampe ausgesetzt.

Wie mit der Kurve A der F i g. 2 gezeigt, fällt der Absorptionskoeffizient des TiO₂-haltigen Glases in dem 480 nm-Bereich des sichtbaren Spektrums bei Erhöhung des TiO₂-Gehaltes von 0,1 auf 0,8 Gew.-% scharf auf einen Wert von 0,1 crn-' ab, erreicht bei etwa 2% TiO₂ ein Minimum von etwa 0,06 cm-', um dann allmählich wieder auf 0,1 cm -' anzusteigen, wenn der TiO₂-GehaIt 10 Gew.-% beträgt. Die Kurve ßgibt den Absorptionskoeffizienten im 580 nm-Bereich des sichtbaren Spektrums wieder und hat dabei einen ganz ähnlichen Verlauf wie die Kurve A, abgesehen davon, daß sie ein Minimum von 0,02 cm-' bei etwa 3 Gew.-% TiO₂ erreicht und dann allmählich bei Erhöhung des TiO₂-Gehaltes auf 10 Gew.-% bis auf 0,04 cm -' ansteigt.

Überraschenderweise kristallisieren Gläser mit einem solchen TiO₂-Gehalt nicht, und ihre Schmelzviskosität ist etwa die gleiche wie bei ähnlichen Na-ZCa-Silikatgläsern ohne Titan. Ihr Verhalten bei der Bearbeitung gestattet die Herstellung von Lampen mit Kolben aus diesen TiO₂-haItigen Na-ZCa-Silikatgläsern auf den gleichen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Lampenherstellungsmaschinen wie sie zur Zeit in Gebrauch sind.

Vergleichende Lampenuntersuchungen haben gezeigt daß der Zusatz bestimmter Titanmengen zu dem Kolbenglas nicht nur zu einer Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Kolbens gegenüber der Solarisationseinwirkung ultravioletter Strahlung führt, sondern

(von läßt.

auch einen ausgeprägten Einfluß auf die Lichtausbeute von mit solchen Kolben hergestellten Leuchtstofflampen hat. Dieser Einfluß ist mit dem Diagramm der Fig.3 veranschaulicht, in dem der prozentuale Anstieg an Lumen je 100 Stunden Brenndauer (im Vergleich zu einer herkömmlichen Lampe mit dem gleichen Leuchtstoff) in Abhängigkeit von einem TiO^-Gehalt zwischen 0 und 2 Gew.-% aufgetragen ist. Wie aus der Kurve C * des Diagramms der Fig.3 ersichtlich, steigt die f Lichtausbeute rasch an, sobald das Kolbenglas T1O2 enthält. Sie steigt bis zu einem Gehalt von nur 0,1 Gew.-% T1O2 im Glas um etwa 0,25% an, beginnt bei etwa 1 Gew.-% TiO? abzuflachen und erreicht für einen TiOj-Gehalt von 2 Gew.-% ein Maximum (von etwa 1.6% Ausbeutegewinn). Aus der Kurve ergibt sich somit. daß mit sehr kleinen TiOvAnteilen im Kolbenglas beträchtliche Gewinne in der Lichtausbeute einer Leuchtstofflampe erzielt werden können und daß sich praktisch der gesamte Gewinn an Lichiausbeuu
1,5%) mit etwa 1,25 Gew.-% T1O2 erzielen
Wenngleich sich also bis zu 10 Gew.-% T1O2 in das Kolbenglas einbauen lassen, um dessen Fotostabilität zu erhöhen, wird der TiO₂-GeImIt mit Rücksicht auf die Kosten bezogen auf die Vergrößerung der Lichtausbeute auf unter etwa 2 Gew.-% und vorzugsweise auf 1,23 Gew.-% auf 1,25 Gew.-% gehalten.

Die Werte für das Diagramm der Fig.3 wurden

durch Messung der Lichtausbeute (nach einer Brennzeit

von 100 Stunden) von einer Reihe von 40 W-Leuchst- Optische Stofflampen mit Kolben aus Na-/Ca-Silikatglas mit den JO Dichte angegebenen TiC>2-Mengen erhalten. Bis auf die

Innenfläche der entsprechenden Lampen insgesamt

aufgestrichene Menge an Leuchtstoff (Calciumhalophosphat), d. h. die Leuchtstoff-Schichtdichte war die gleiche wie bei herkömmlichen Lampen. Die Kurve C JS zeigt somit, daß die Lichtausbeute für einen bestimmten Leuchtstoff und eine bestimmte I.euchtstoff-Schichtdichte die maximale Lichtausbeute einer herkömmlichen Lampe gleicher Type durch Zugabe von 2 Gew.-% TiO₂ zu den Kolbenglas um 1,6% übersteigen kann. -to

Der hier verwendete Ausdruck »Leuchtstoff-Schichtdichte« bezieht sich au.' die optische Dichte der Leuchtstoffschicht und stellt ein Maß für das LeuchtstoTgewicht oder die Gesamtmenge an in der Lampe verwendeten Leuchststoff dar. Da die Leuchtstoffschicht von einer Lage aus einer Vielzahl feingemahlener Leuchtstoffpartikel unterschiedlicher Größe besteht, werden die Leuchststoffschicht durchsetzende Lichtstrahlen in einem von der Größe der Leuchtstoffpartikel und der Anzahl der dabei von dem Licht getroffenen Partikel abhängigen Maß gestreut. Mit zunehmender durchschnittlicher Partikelgröße steigt die zur Erzielung einer bestimmten optischen Dichte ei forderliche Leuchtstoffmenge ebenfalls an, da große Partikel einen geringeren Streueffekt haben.

Der Einfachheit halber wird die Leuchtstoff-Schichtdichte in der nachstehenden Beschreibung in Form optischer Dichtewerte angegeben. Diese Werte werden ihrerseits als willkürliche Zahlen ausdrückt die der Ablesung eines an eine Fotozelle (Typ Weston 594) angeschlossenen Mikroamperemeters entsprechen. Die Fotozelle ist etwa 38 mm von der Achse des Lampenkolbens in einer Flucht mit einem geschliffenen Glasfilter angeordnet das sich auf der anderen Seite des Kolbens in einem Abstand von etwa 76 mm von der Kolbenachse befindet Neben dem Filter w?rd eine Lichtquelle, wie etwa eine 150 W Reflektor-Glühlampe, an einer Stelle angeordnet, so daß ein Lichtstrahl erzeugt wird, der das Filter und beide Wände des beschichteten Lampenkolben längs eines die Kolbenachse normal schneidenden Weges durchsetzt. Die Fotozelle ist auf die Intensität des Lichtstrahls geeicht, daß ein Kolben mit einer Leuchtstoffschicht üblicher Dichte auf dem Mikroainperometer den Ablesewert 24 erzeugt, wenn der Kolben in die Dichtemeßeinrichtung gebracht wird.

Mit abnehmendem Leuchtstoffgewicht je Lampe für eine bestimmte durchschnittliche Partikelgröße wird die Leuchtstoffschicht dünner und die Streuung des durchtretenden Lichtes geringer, so daß das Mikroamperemeter einen höheren Ablesewert liefert. Die mittels der Fotozelle gemessene optische Dichte der Schicht steigt somit an, wenn die Leuchtstoffmenge je Quadratzenlimeter Kolbenfläche (wahre Schichtdichte,' abnimmt. Höhere Zahlen optischer Dichte zeigen daher eine niedrigere tatsächliche Leuchtstoffschichtdichte und niedrigere Lcuchtsioffgcwichie an. Die nachstehende Tabelle I zeigt die gegenseitige Abhängigkeit zwischen diesen Zahlenwerten optischer Dichte, dem Leuchtstoffgewicht je Lampe (in Prozent angegeben) für einen gegebenen Leuchtstoff und dem prozentualen Anstieg der Intensität des auf die Fotozelle auftreffenden Lichtstahls an.

Tabelle I

LeuchtstolT-gewicht

Prozentuale Zunahme
der Lichtstrahlintensität

22	112	—
23	106	-
24 (Standard)	100	0
25	95	4,17
26	91	8,34
27	87	12,51
28	83	16,68
29	79	20,85
30	75	25,02
31	72	29,19
32	69	33,36
33	66	37,53
34	63	41,70
35	60	45,87

Die in herkömmlicher Weise beschichtete Lampe stellt die Bezugs- oder Standardgröße dar, und ihr optischer Dichtewert 24 entspricht einem Leuchtstoffgewicht von 100%. Diese optische Standarddichte entspricht einer 40 W, 1,20 m-Leuchtstoffiampe, die gleichförmig mit Calciumhalophosphat Leuchtstoffpartikeln einer durchschnittlichen Partikelgröße von 12 μ beschichtet ist wobei die Leuchtstoffschicht insgesamt etwa 7,4 g (entsprechend 8,9 mg Leuchtstoff pro cm³ Kolbenfläche) wiegt Eine Lampe gleicher Größe mit einer optischen Dichte, die um den Wert 1 höher als der Standardwert liegt weist eine dünnere Leuchtstoffschichtdichte auf. Messungen haben gezeigt, daß die resultierende Verringerung des Leuchtstoffgewichts 5% (95% des Standardleuchtstoffgewichts) beträgt. Die Intensität eines Lichtstrahles, der den Kolben einer Lampe mit der optischen Dichte 25 durchsetzt wird dementsprechend um 1/24 oder 4,7% erhöht Die optische Dichte 30 entspricht einer 25%igen Verringerung des Leuchtstoffgewichts und einer Verstärkung

von annähernd 25% der Intensität des durchgelassenen Lichtstrahles, während die optische Dichte 35 einer 40%igen Verringerung des Leuchtstoffgewichtes und einer Erhöung der Lichtstrahlintensität um 45,87% entspricht.

Der im vorliegenden Rahmen verwendete Ausdruck »Durchschnittliche Leuchtstoffpartikelgröße« bedeutet den durchschnittlichen Durchmesser der Leuchtstoffpartikel in μ, wie er mit Hilfe eines allgemein bekannten - Coultei'-Zählers gemessen werden kann. Das Gewicht !der einen größeren Durchmesser als den durchschnittlichen Durchmesser aufweisenden Partikel ist somit gleich dem Gewicht der Partikel, die einen kleineren als den durchschnittlichen Durchmesser haben.

Der neuartige Gedanke beruht in der Erkenntnis, daß die Menge eines bestimmten für eine Leuchtstofflampe erforderlichen Leuchststoffes ohne jeden Verlust an Lichtausbeute erheblich dadurch verringert werden kann, daß ein Kolben aus Ma-/Ca-Silikatglas mit einer verhältnismäßig kleinen und ausgesuchten Menge an TiO₂ verwendet wird. Dies ist in Fig.4 graphisch veranschaulicht, wo die Lichtausbeuten (für 100 Stunden) einer Reihe von 40 W-Leuchtstofflampen, deren Kolben unterschiedliche Mengen Titan enthalten und mit Standard-Leuchtstoffgewichten beschichtet sind, mit der maximalen Lichtausbeute einer herkömmlichen Lampe gleicher Größe verglichen sind. Die prozentuale Änderung in Lumen im Verhältnis zu der maximalen Lumenausbeute der herkömmlichen Lampe ist längs der Ordinate aufgetragen, während die Änderung des Leuchtstoffgewichts (ausgedrückt in Prozent des herkömmlichen Leuchtstoffgewichts) längs der Abszisse aufgetragen ist. Die Kurve D gibt die Verhälnnisse für die herkömmliche Lampe (die kein TiO₂ im Kolbenglas aufweist, 100% Leuchtstoffgewicht und die optische Dichte 24 hat) wieder und zeigt, daß eine maximale Lichtausbeute eine bestimmte Menge eines bestimmten Leuchtstoffes (7,4 g eines Calciumhalophosphat-Leuchtstoffes mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 12 μ für den gezeigten Fall) erfordert. Mit abnehmendem Leuchtstoffgewicht fällt die Lichtausbeute ab. wobei als bis auf 4% absinkt, wenn die optische Dichte den Wert 34 (63% Leuchtstoffgewicht) hat.

Die Kurve £ zeigt, daß der durch die Zugabe von 0,23 Gew.-% TiO₂ zu dem Kolbenglas für 100% Leuchtstoffgewicht erzielte Gewinn an Lichtausbeute (0,5%) eine Verringerung der Leuchtstoffmenge je Lampe um 13% (87% Leuchtstoffdichte und optische Dichte 27) ermöglicht, ohne deshalb gegenüber einer herkömmlichen Lampe mit 100% Leuchtstoffgewicht eine Verschlechterung in Kauf nehmen zu müssen.

Wie mit der Kurve F gezeigt beträgt der Gewinn an Lichtausbeute für 100% Leuchtstoffgewicht bei einem Zusatz von 0,66 Gew.-Yo TiO₂ zu dem Kolbenglas 1%. Lampen mit solchen Kolben lassen sich daher mit einer Lichtausbeute herstellen, die der maximalen Lichtausbeute der herkömmlichen Lampe gleich ist, jedoch nur 79% deren Leuchtstoffgewicht (optische Dichte 29) enthält Der Zusatz von 0,66% TiO₂ zu dem Kclbenglas ermöglicht daher eine Verringerung der gesamten Leuchtstoffmenge um 21% ohne Verlust an Lichtausbeute.

Die Kurve C zeigt, daß die Zugabe von 1 Gew.-% TiO₂ zu dem Kolbenglas einen Gewinn an Lichtausbeute ergibt, so daß eine der maximalen Lichtausbeute der herkömmlichen Lampe (Kurve /^äquivalente Lichtausbeute mit 25% weniger Leuchtstoff (73% Leuchtstoffgewicht und optische Dichte 30) erhalten werden kann.

Wie mit den Kurven H und /(für einen Zusatz von 1,93 Gew.-% bzw. 2 Gew.-% TiO₂) gezeigt, nimmt das Maß, in dem die Lichtausbeute bei 100% Leuchtstoffgewicht ansteigt, allmählich ab, sobald der Titangehalt des Kolbenglases 1 Gew.-% übersteigt. Dies stimmt mit den in dem Diagramm der F i g. 3 veranschaulichten Werten überein. Die Kurve H zeigt, daß bei Zugabi der bevorzugten Titanmenge (1,25 Gew.-%) zu dem Kolbenglas eine der maximalen Lichtausbeute dei herkömmlichen Lampe äquivalente Lichtausbeute mit etwa 27% weniger Leuchtstoff (73% Leuchststoffgewicht und optische Dichte von etwa 31) erhalten werden kann.

Wie aus den Kurven F, C. H und / der Fig.4 ersichtlich, kann man die je Lampe erforderliche Leuchtstoffmenge sogar noch weiter verringern, wonn eine geringe Abnahme in der Lichtausbeute in Kauf genommen werden kann. Für eine Zugabe von 2 Gew.-% Titan zu dem Koibenglas zeigt die entsprechende Kurve /, daß die Leuchtstoffmenge je Lampe bei einem Verlust von 1% Lichtausbeute um 35% (optische Dichte von etwa 33 und 65% Leuchtstoffgewicht) verringert werden kann, und daß die Leuchtstoffmense sich bei einem Verlust von 2% Lichtausbeute um 40% (optische Dichte 35 und Leuchtstoffgewicht 60%) herabsetzen läßt. Die Kurven Wund C zeigen, daß der Lichtausbeuteverlust bei 35% und 40% weniger Leuchtstoff für Lampenkolben, die 1,25 bzw. 1 Gew.-% TiO₂ enthalten, proportional größer ist. Die Kurve F (0,66 Gew.-% TiO₂) zeigt, daß der Verlust an Lichtausbeute für 35% und 40% weniger Leuchtstoff (optische Dichte von 33 bis 35) 2% übersteigt, wenn der Titangehalt unter 1 Gew.-% abfällt. Wenn somit eine der maximalen Lichtausbeute einer herkömmlichen Leuchtsofflampe gleichwertige Lichtausbeute erhalten werden soll, so läßt sich dies auf sehr einfache und praktische Weise mit bis zu 30% weniger Leuchtstoff als bisher erforderlich erzielen. Wenn ein kleiner Lichtausbeuteverlust in Kauf genommen werden kann, so erfolgt

-to eine Verringerung des normalerweise eingesetzten Leuchtstoffgewichtes um bis zu 40%. Da jährlich Millionen Leuchtstofflampen von der Industrie hergestellt werden und der Leuchtstoff dabei den /vuersten Bestandteil der Lampe bildet, wird eine erhebliche Kostensenkung und ein wesentlicher technischer Fortschritt erhielt.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Zugabe ausgewählter TiO₂-Mengen zu dem Kolbenglas die Konstanz der Lichtausbeute der mit solchen Kolben hergestellten Lampen nicht beeinträchtigt. Dies ist aus Fig.5 ersichtlich, die die prozentuale Änderung der Lichtatisbeute einer Reihe von 40 W-Lampen mit Kolben aus Glas, das Zusätze von 03, 0,66,1,25 bzw. 2 Gew.-% TiO₂ (Kurven K, L M bzw. N) enthält, im Vergleich zu einer herkömmlichen Lampe gleicher Bauart mit einem kein Titan enthaltenden Kolben (Kurve J) zeigt Die Lampen wurden jeweils gleichmäßig mit gleichem Leuchtstoff (Calciumhalophosphat) entsprechend einer herkömmlichen optischen Dichte 24 beschichtet Wie der Fig.5 zu entnehmen, war die Lichtausbeute der titanhaltigen Lampen nach einer Brenndauer von 100 Stunden und dementsprechender Stabilisierung bis zu 1,6% höher, wobei der Grad der Vsrbesserung mit niedriger werdenden Titangehalt abnimmt

Nach einer Brenndauer von 1500 Stunden war die Lichtausbeutekonstanz der TiO₂-haltigen Lampenkolben größer als für die herkömmlichen Lamoen. wie ans

dem leicht divergierenden Verlauf der Kur· en K bis N gegenüber der Kurve / für eine Brenndauer von 1500 Stunden im Vergleich zu der Brennzeit von 100 Stunden ersichtlich. Der zunehmende Abstand der Kurven M und N( 125 bzw. 2 Gew.-% Titan) von der benachbarten Kurve L (0.66 Gew.-^c/o Titan) läßt erkennen, daß diese Lampen eine noch bessere Lichtausbeulekonstanz besitzen- Die Kurven zeigen somit, daß die Lichtausbeutekonstanz von Leuchtstofflampen mit Kolben, die bestimmte Mengen Titan von bis zu 2 Gew.-°/o to enthalten, besser als bei herkömmlichen Leuchtstofflampen ist und daß ein optimaler Gewinn sich mit den geringsten Kosten für einen Titangehalt von 1,23 Ge ft.-o/o erhalten läßt.

Die Lichtausbeute und die Lichtausbeulekonstanz von Lampen mit TiOi-haltigen Kolben und bis zu 30% weniger Leuchtstoff ist den entsprechenden Werten herkömmlicher Lampen gleichwertig oder sogar besser als diese. Dies ist mit F i g. 6 veranschaulicht, wo die Lichtausbeutekonstanz einer Standard 40 W-Lampe (Kuive 8) der Lichtausbeutekonstanz einer Reihe gleichartiger Lampen mit Kolben gegenübergestellt ist. die den bevorzugten TiO;-Gehalt von l„23-Gew.-% aufweisen und mit Leuchtstoffschichten unterschiedlicher Schichtdicnten versehen sind. Die Kurve O zeigt die Lumenkonstanz einer Lampe, die mit der gleichen Leuchtstoffmenge wie die herkömmliche Lampe (optische Dichte 24) versehen ist. aber einen Anteil von 1,25 Gew.% Titan in dem Koibenglas hat. Die Kurven P. Q. /?und 7~7eigen die Lichtausbeutekonstanz von Lampen. die mit der herkömmlichen Lampe identisch sind, mit der Ausnahme, daß das Kolbenglas 125 Gew.-% Titan enthält und die auf die Kolben aufgebrachte Leuchtstoffmenge von 39% auf 9% herabgesetzt wurde (wie mit den optischen Dichten 26, 28, 30 und 32 der Kurven P. Q. Roiv.. Tangedeutet).

Die Kurve U veranschaulicht die Lichtausbeutekonstanz einer Lampe, die an sich den gleichen Aufbau wie die .: nderen Lampen hat. sich von diesen jedoch dadurch unterscheidet, daß sie nur mit etwa 63% der Leuchtstoffmenge der herkömmlichen Lampe 5 beschichtet ist. Die der Kurve U entsprechende Lampe enthielt somit etwa 37% weniger Leuchtstoff als die herkömmliche Lampe und hatte eine sehr dünne Leuchtstoffschicht mit einer optischen Dichte von nur y.. Andere Untersuchungen zeigten, daß die Lichtausbeutekonstanz einer herkömmlichen Lampe gleich ist. wenn ein Leuchtstoffgewicht entsprechend einer optischen Dichte 35 (40% Leuchtstoffverringerung) Verwendung findet. Ähnliche Lampenuntersuchungen haben gezeigt, daß die Lichtausbeutekonstanz abfällt, wenn solche dünnen Leuchtstoffschichten auf Na-/Ca-Glaskolben aufgebracht werden, die bis zu 4 Gew.-% Antimontrioxid enthalten.

Wie aus F i g. 6 ersichtlich, war die Lichtausbeutekonstan/ der die gleiche Leuchtstoffmenge wie die herkömmliche Lampe und bis zu 75% dieser Menge (Kurven O. P. (Jb/.vt. /^enthaltenden Lampen besser als die der Standardlampe (Kurve S). wobei der maximale Gewinn mit der Lampe erzielt wurde, die die gleiehe Leuchtstoffmenge wie die Standardlampe enthielt.

Die Kurven Sund Tzeigen, daß sich hinsiclfitlich der Lichtausbeute für die verwendete besondere Leuchtstoffart (Calciumhalopliosphat) und Kolbenglas mit 1,5 Gew.-% Titangehalt gleiche Werte ergeben, wenn das Leuchtstoffgewicht um etwa 30% (optische Dichte 37.) verringert wird. Das ergibt sich daraus, daß eine Lampe mit dieser Titan- und Leuchtstoffmenge eine Lichtausbeute hat, die bei !00 Stunden geringfügig niedriger als für eine herkömmliche Lampe liegt, nach etwa 1000 Brennstunden die gleiche Lichtausbeute wie die Standardlampe hat und schließlich nach 1500 Brennstunden eine etwas höhere Ausgangsleistung als die Standardlampe aufweist Die Kurven 5 und T zeigen somit, daß Lampen mit einem Gehalt von nur etwa 70% des in einer Standardlampe verwendeten Leuchtstoffs herkömmlichen Lampen nach dem Stand der Technik hinsichtlich Lichtausbeutekonstanz vergleichbar und diesen insoweit nach einer Brenndauer von 1500 Stunden sogar noch etwas überlegen sind.

Die Kurve U(\25 Gew.-% TiO₂) und optische Dichte 34) zeigt, daß das Leuchtstoffgewicht je Lampe bei einem Lichtausbeuteverlust von weniger als 1% um bis zu etwa 40% verringert werden kann (7% Lichtausbeuteabfall bei 1500 Stunden gegenüber etwas mehr als 6% Verringerung Lichtausbeute für dieselbe Lebensdauer der herkömmlichen Lampe entsprechend der Kurve S^. Die Lichtausbeutekonstanz wird jedoch nicht beeinträchtigt, wie sich das aus der im wesentlichen gleichen Neigung der Kurven Sund L/ergibt.

Mit F i g. 7 ist der Zusammenhang zwischen der optischen Dichte und dem insgesamt in einer 40 W-Leuchtstofflampe erforderlichen Leuchtstoffgewicht veranschaulicht. Die Kurve Vberuht auf für einen Calciumhalophosphat-Leuchtstoff erhaltenen Werten m't einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 12 u. Andere Leuchtstoffarten würden jedoch einen etwa ähnlichen Kurvenverlauf aufweisen. Wie F i g. 7 zu entnehmen, ist für diesen besonderen Leuchtstoff insgesamt eine Menge von 7,4 g Leuchtstoff je Lampe erforderlich, um die Standardschichtdichte (optische Dichte 24) zu erzielen. Demgegenüber verringert sich die gesamte Leuchststoffmenge durch Anbringen einer dünneren Leuchtstoffschicht auf der Innenseite des Lampenkolbens 12 derart, daß die Leuchtstoffschicht eine optische Dichte 25 (5% Abnahme des Leuchtstoffgewichts) hat, auf etwa 7 g. Wird die Leuchtstoffschichtdichte so weit reduziert, daß die Schicht eine optische Dichte von 35 hat. so verringert sich das Leuchtstoffgewirht je Lampe auf 4,5 g, was einer Verringerung des gesamten Leuchtstoffgewichtes von etwa 40% entspricht. Die Gesamtmenge dieser besonderen Halophosphat-Leuchtstoffart kann daher um von etwa 5% bis etwa 40% (Dichte 25 bis 35 und Bereich Rp in Fig. 7) verringert werden, wobei die Lichtausbeutekonstanz nicht beeinträchtigt wird und nur eine leichte Verringerung der Lichtausbeute eintritt, wenn die sehr dünnen Leuchtstoffschichten entsprechend einer optischen Dichte von 34 und 35 verwendet werden.

Die im Einzelfall tatsächlich für eine Leuchtstofflampe bestimmter Bauart erforderliche Leuchtstoffmenge hängt naturgemäß von der Durchschnittsgroße der Leuchtstoffpartikel ab. wobei das Leuchtstoffgewicht der durchschnittlichen Partikelgröße im wesentlichen proportional ist. Mit steigender durchschnittlicher Partikelgröße nimmt daher die zum Aufbringen einer Leuchtstoffschicht einer bestimmten optischen Dichte erförderliche Gesamtmenge an Leuchtstoff ebenfalls zu. Die hierfür maßgeblichen Verhältnisse sind mit dem Diagramm der Fig.8 veranschaulicht, das auf Werten beruht, die für einen Calciumhalophosphat-Leuchtstoff erhalten wurden, wie er in Leuchtstofflampen allgemein Verwendung findet. Wie mit der Kurve W gezeigt, erfordert eine herkömmliche 40 W-Lampe, deren Kolben kein T1O2 enthält, bei einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5 μ 2 g eines solchen Letichststoffs,

ί5

bei einer durchschnittlichen Partikelgröße von 17 μ dagegen etwa 9,3 g, um eine maximale Lichtausbeute zu erzielen (optische Dichte 24).

Demgegenüber erfordern Leuchtstofflampen gleicher Bauart mit Na-/Ca-Silikatkolben, die bis zu 10 Gew.-% T1O2 enthalten, eine geringere Menge dieses Leuchtstoffs, wobei die spezielle Menge in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Partikelgröße in dem Bereich von 5 und 17 μ schwankt und ;n dem durch die Kurven X und Y eingegrenzten Gebiet liegt Die Kurve X entspricht einer optischen Dichte von 25 und einer 5%igen Verringerung des Leuchtstoffgewichtes, die Kurve Y dagegen einer optischen Dichte von 35 und einer 4u°/oigen Verringerung des Leuchtstoffgewichts. Das bei Verwendung von Calciumhalophosphat- is Leuchtstoff für eine 40 W-Leuchtstofflampe mit bis zu 10 Gew.-°/o TiO₂-GehaIt erforderliche Leuchststoffgewicht wird daher durch die durchschnittliche Größe der Leuchtstoffpartikel bestimmt und liegt in dem schraffierten Bereich Zder F i g. 8. Wenn der Leuchststoff eine durchschnittliche Parlikeigrößc von 5 μ hat, sind etwa \2 bis 1,9 g Leuchtstoff je Lampe erforderlich, um eine Leuchststoffschichf mit einer optischen Dichte von 25 bis 35 (Kurven X bzw. Y) zu erzielen, wogegen 2 g des gleichen Leuchtstoffs erforderlich sind, um in einer herkömmlichen Lampe (Kurve W) im wesentlichen die gleiche Lichtausbeute und Lichtausbeutekonstanz zu erhalten. Für einen Calciumhalophosphat-Leuchtstoff mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 17 μ reicht die je Lampe erforderliche Gesamtmenge an Leuchtstoff von 5.6 g bis 8.8 g. gegenüber 93 g für die herkömmliche Lampe.

Die je Lampe erforderliche Leuchtstoffmenge läßt sich ebenfalls durch die je cm² beschichtete Kolbenfläche enthaltene Leuchtstoffmenge ausdrücken. Die durch den schraffierten Bereich Zder F i g. 8 dargestellte Verringerung des Leuchtstoffgewichtes erstreckt sich dann über einen Bereich, der eine untere Begrenzung von 1.1 bis 1,8 mg je cm² (wobei die untere Begrenzung durch die Kurven X und Y für eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 μ bestimmt wird) und eine obere Grenze von 5.3 bis 8.3 mg je cm² (wobei die obere Grenze durch die Kurven Xund K für einen Leuchtstoff mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 17 μ begrenzt ist) hat. Die erzielte Verringerung des Leuchtstoffgewichtes läßt sich somit auf Lampen mit Kolben anwenden, deren Länge und Durchmesser von den entsprechenden Werten des hier untersuchten 1,20 m langen Kolben abweichen, indem die Kolben mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet werden, die eine Leuchtstoffmenge je cm² enthalten, die innerhalb des dem schraffierten Gebiet Zder Fig. 8 entsprechenden Bereiches liegt.

Die Leuchtstoffparlikel werden auf die Innenfläche des Kolbens 12 in Form einer Schicht 13 aufgebracht. 5·; die von einen bis zum anderen Kolbenende im wesentlichen eine gleichförmige Dicke aufweist. Dabei gewinnt die Gleichförmigkeit der Schicht für höhere optische Dichten (niedrigere Leuchtstoffgewichte) in zunehmendem Maß an Bedeutung, Die gewünschte Gleichförmigkeit läßt sich dadurch erreichen, daß der ■Leuchtstoff in einer geeigneten Verdunstbären Wässeroder organischen Lösung aus einem Lösungsmittel und einem organischen Bindemittel suspendiert wird, so daß eine Leuchtstoffmasse erhalten wird, die sich gleichförmig auf die Kolbenflächen aufstreichen läßt und dann getrocknet und äusgeheizt werden kann. Ein Verfahren zur Erzielung einer gleichförmigen Leuchtstoffschicht durch Beeinflussung der Trocknungsgeschwindigkeit im Inneren eines vertikal auf einer automatischen Beschickungsmaschine angeordneten Kolbens arbeitet auf folgende Weise: Auf die Innenseite des Lampenkolbens wird eine Schicht aus nasser Leuchtstoffmasse aufgebracht. Unmittelbar anschließend wird Warmluft mit einer Temperatur von etwa 50⁰C bis 7O⁰C in Abwärtsrichtung durch den vertikal angeordneten Kolben geführt. Die Warmluft wird dabei mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 300 bis 200 m/min gefördert und etwa 1 bis 2 Minuten auf dieser Geschwindigkeit gehalten. Dies ergibt eine Trocknungsgeschwindigkeit, bei der der etwa 11,5 bis 12,5 cm vom oberen Ende des 1,20 m langen Kolbens verlaufende Bereich der aufgebrachten Leuchtstoffmasse-Schicht rasch trocknet, während die Leuchtstoffmasse im übrigen Bereich noch feucht bleibt. Die Ge.-.hwindigkeit des Warmluftstromes wird dann auf 60 bis 75 m/min reduziert und 6 bis 10 Minuten lang auf diesen Wert gehalten. Dadurch ergibt sich eine Trocknungsgeschwindigkeit, bei der die Leuchtstoffschicht über die ganze Kolbenlänge trocknet, mit Ausnahme eines etwa 2,5 cm langen Abschnittes am Ende des Kolbens.

Die Geschwindigkeit des Warmluftstromes wird dann bis auf die anfängliche Geschwindigkeit von etwa 200 m/min erhöht und etwa 5 Minuten lang auf diesem Geschwindigkeitswert gehalten, bis die Leuchtstoffschicht über die ganze Kolbenlänge vollständig trocken geworden ist.

Der beschichtete Kolben wird dann in Luft bei einer Temperatur von zwischen 650 und 620° C 1 bis 2 Minuten lang aufgeheizt, so daß das organische Bindemittel (in der vorgenannten Formel Polyacrylsäure) sich verflüchtigt und damit die Leuchtstoffbeschichtung abgeschlossen wird. Die dadurch erhaltene Leuchtstoffschicht hat eine optische Dichte von etwa 28.

Die Stärke der endgültigen Leuchtstoffschicht läßt sich durch geeigenete Einstellung der Viskosität der Leuchststoffmasse oder -suspension variieren.

Das Verfahren läßt sich ebenfalls einsetzen, wenn ein organisches Lösungsmittel wie Xylen oder Butylacetat und ein organisches Bindemittel wie Äthylzellulose oder Nitrozellulose eingesetzt wird. Eine geeignete Zusammensetzung mit Xylen als Bindemittel ergibt sich aus der nachstehenden Tabelle II.

Tabelle II

Bestandteil

Menge
(g)

Gew.-%

Butanol 21,5 2,6

Xylen 430,0 51,2

Äthylenzellulose 13,5 1,6

Calciumhalophosphat 375,0 44,8

Leuchtstoff 840,0 100,0

Die damit erhaltene Leuchtstoffmasse mit organischem Lösungs· und Bindemittel hat eine Viskosität von etwa 95 Contipoises und ergibt eine Schicht mit einer optischen Dichte von etwa 29, wenn sie in der nachstehenden Weise aufgebracht wird.

Da die von organischen Lösungsmitteln erzeugten Dämpfe schwerer als Luft sind, muß der Beschichtungsvorgang in diesen Fall abgewandelt werden. Es wurde gefunden, daß die gewünschte gleichförmige Schichtdichte sich mit Leuchtstoffmassen dieser Art herstellen

läßt, indem das untere Ende des vertikal angeordneten Kolbens beispielsweise mittels einer geeigneten Kappe vorübergehend verschlossen wird, nachdem die Leuchtstoffmasse durch den Kolben geleitet worden ist Es wird sodann Luft am oberen Ende des Kolbens mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 m/min zugeführt, die dabei eine Temperatur von etwa 21 bis 33° C hat. Dadurch wird die Trocknungsgeschwindigkeit im oberen Ende des Kolbens erhöht und ermöglicht, daß die Luft am oberen Ende des vertikal angeordneten Kolbens zirkuliert und die von dem organischen Lösungsmittel abgegebenen aufgestauten Dämpfe aus-

spült. Nach etwa 2 Minuten wird die Kappe vom unteren Ende des Kolbens entfernt und die Zufuhr der Warmluft abgebrochen, so daß die schweren Dämpfe frei am unteren Ende des Kolbens ausströmen können. Nach etwa 5 Minuten wird Luft mit einer Temperatur von etwa 21 bis 32° C mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 45 m/min in Abwärtsrichtung durch den Kolben geleitet, um die Schicht an dem äußersten Ende des Kolbens zu trocknen. Nach vollständiger Trocknung der Leuchtstoffmasseschicht wird der Kolben wieder in der gleichen Weise wie zuvor beschrieben ausgeheizt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leuchtstofflampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben aus Na-/Ca-Silikatglas mit einem vorgegebenen Gehalt an T1O2 von bis zu 10 Gew.-°/o, an dessen Innenseite eine lichtdurchlässige Leuchtstoffschicht mit einer im wesentlichen gleichförmigen Schicht aus feinpulvrigen Leuchtstoffpartikeln vorgesehen ist, die bei Beaufschlagung mit von der Entladung erzeugter UV-Strahlung eine sichtbare Strahlung abgeben, dadurch gekennzeichne t, daß das Glas 0,1 -10 Gew.-% TiO₃ enthält, um eine Solarisation des Glases und schädliche Reaktionen an der Leuchtstoff-Glas-Grenzfläche zu verhindern, und daß die insgesamt in dem Kolben befindliche Leuchtstoffmenge zwischen 5 und 40 Ge\v.-% niedriger als die minimale Gesamtmenge an Leuchtstoff ist, die für eine gleichförmig mit den Leuchtstoffpartikeln beschichtete, aber einen Na-/Ca-Silikat|,iaskolben ohne TiOj aufweisende identische Leuchtstofflampe erforderlich ist, um nach einer Brenndauer von 100 Stunden die gleiche Lichtausbeute zu erzielen.

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2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikel eine vorgegebene durchschnittliche Partikelgröße zwischen etwa 5 und 17 μ haben und daß die Leuchtstoffmenge je cm² Kolbenfläche der durchschnittlichen Partikelgröße der Leuchtstoffpartikel im wesentlichen proportional ist und in einem Bereich liegt, der eine untere Grenze von 1,1 mg/cm² für einen Leuchtstoff mit einer durchschrutlichen Partikelgröße von 5 μ und eine obere Grenze von 8,3 mg/cm² für einen Leuchtstoff mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von YI μ hat.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 2, deren Kolben rohrförmig abgebildet ist, eine Länge von etwa 1,20 m hat, einen Außendurchmesser von etwa 38 mm aufweist und mit einem herkömmlichen Calciumhalophosphat-Leuchtstoff innen beschichtet ist und eine Leistungsaufnahme von etwa 40 Watt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die insgesamt in dem Kolben angeordnete Leuchtstoffmenge (in Gramm) für eine bestimmte durchschnittliche Leuchtstoffpartikeigröße innerhalb des Bereiches von 5 — 17 μ in dem schraffierten Gebiet (Z) des folgenden Diagramms liegt:

tn

-C

υ
Q

X \VW

- — Z\ N ANN ΝΧΧ-Ι

' I

-t- — *■ ι —

Leuchtstoff-Gewicht (Gramm)

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas etwa 1,25 Gew.-% TiO₂ enthält.

5. Leuchtstofflampe nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Größe der Leuchtstoffpartikel und die Dichte der Leuchtstoffschicht so gewählt ist, daß die Leuchtstoffschicht lichtdurchlässiger als eine im wesentlichen gleichförmige Schicht aus Calciumhalophosphat-Leuchtstoff ist, die 6,9 mg Leuchtstoff je cm² Kolbenfläche aufweist und aus Leuchtstoffpartikeln besteht, die eine durchschnittliche Partikelgröße von 12 μ haben und an der Innenfläche eines Bezugskolbens gleichen Aufbaus wie der vorgenannte Kolben,

jedoch ohne einen Anteil an TiCK in dem Na-/Ca-Siiikatglas, verteilt sind, und daß die Lichtdurchlässigkeit der Leuchtstoffschicht dieser Lampe im Vergleich zu der Calciumhalophosphat-Leuchtstoffschicht des Bezugskolbens derart ist, daß die Intensität eines Lichtstrahls vorgegebener Intensität, der die Lampe nach deren Ausschaltung längs eines die Kolbenachse normal schneidenden Weges durchsetzt, 4-46% höher liegt als die Intensität eines gleichen Lichtstrahls, der den Bezugskolben längs eines gleichen Weges durchsetzt

6. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstofflampe nach einem der Ansprüche 1 —5, wobei ein lichtdurchlässiger Kolben aus Na-/Ca-Silikatg!as mit einem Gehalt an TiCb von 0,' — 10 Gew.-% mit einer insgesamt in dem Kolben anzuordnenden Leuchtstoffmasse zwischen 5 und 40 Gew.-% niedriger als die minimale Gesamtmenge an Leuchtstoff, die für eine gleichförmig mit Leuchtstoffpartikeln beschichteten Kolben ohne TiO₂ erforderlich ist, um nach 100 Stunden die gleiche Lichtausbeute zu erzielen, versehen wird, bei dem die Kolbenlö-.ung, die zur Bildung der Leuchtstoffmasse ein verdunstungsfähiges Lösungsmittel und ein organisches Bindemittel mit darin suspendierten feinpulvrigen Leuchtstoffpartikeln aufweist, durch den senkrecht aufgestellten Kolben geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der in dem Kolben gebildeten Lösungsmitteldämpfe so gesteuert wird, daß die Aushärtung und Trocknung der aufgebrachten Schicht aus Leuchtstoffmasse am oberen Ende des Kolbens beginnt und zu dem unteren Ende dts Kolbens hin mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit fortschreitet, die ein Ablaufen der Schicht am unteren Ende des Kolbens ermöglicht, so daß längs des Kolbens eine Schicht im wesentlichen gleichförmiger Dicke gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der verdunstbare Lösungsmittelanteil der Leuchtstoffniiisse einen organischen Stoff aufweist, der einen Dampf erzeugt, der schwerer als Luft ist, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Kolbens während der Anfangsphase des Trockenvorganges abgeschlossen. Warmluft in das obere Ende des Kolbens für eine vorgegebene Zeitdauer und mit einer Geschwindigkeit eingeleitet wird, so daß die Luft durch das obere Ende des Kolbens zirkuliert und so die Lösungsmitteldämpfe durch das obere Kolbenende aus dem Kolben herausspült, daß sodann das untere :<Olbenende geöffnet wird, so daß die Lösungsmitteldämpfe durch das untere Kolbenende ausströmen können, und daß die Warmluft dann zur abschließenden Trocknung der aufgebrachten Schicht aus Leuchtstoffmasse mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit nach unten durch den Kolben geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das organische Lösungsmittel Xylen. das organische Bindemittel Äthylzellulose ist und die Leuchtstoffrniässe eine Viskosität von etwa 50-150 Centipoises äiat, dadurch gekennzeichnet, daß die anfänglich in den Kolben eingeleitete Luft auf eine Temperatur vom21 —32⁰C erwärmt wird und eine Geschwindigkeit von etwa 150 m/min hat und daß die nach Öffnung des unteren Kolbenendes durch den Kolben geleitete Luft auf eine Temperatur von 21 -32°C erwärmt wird und eine Geschwindigkeit von 30-45 m/min hat.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Lösungsmittel der Leuchtstoffmasse Wasser aufweist und das organische Bindemittel ein wasserlöslicher Stoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel mit Hilfe erhitzter Luft entfernt wird, die für eine vorgegebene Zeit in Abwärtsrichtung durch den vertikal ausgerichteten Kolben mit einer Geschwindigkeit geleistet wird, so daß die Aushärtung und Trocknung der an der Innenfläche des Kolbens aufgebrachten Leuchtstoffmasseschicht am oberen Ende des Kolbens beginnt wenn die Leuchtstoffmasse noch vom übrigen Bereich des Kolbens abläuft, daß sodann die Geschwindigkeit der durch den Kolben geleiteten Warmluft auf eine vorgegebene Geschwindigkeit herabgesetzt und auf dieser Geschwindigkeit gehalten wird, bis die Leuchtstoffmasseschicht im 'vesentlichen über die gesamte Kolbenlänge eine Aushärtung erfahren hat und daß die Geschwindigkeit der Warmluft dann auf einen vorgegebenen Wert erhöht und auf diesem Wert gehalten wird, bis die Leu'-htstoffmasseschicht vollständig ausgetrocknet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das in der Leuchststoffmasse enthaltene organische bindemittel Polyacrylsäure aufweist und die Viskosität der Leuchtstoffmasse zwischen etwa 50 und 150 Centipoises liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kolben geleitete Luft auf eine Temperatur von annähernd 68° C erwärmt wird, die Luftgeschwindigkeit anfänglich etwa 195 m/min beträgt und etwa 2 Minuten lang auf diesem Wert gehalten wird, daß die Geschwindigkeit der Warmluft dann auf etwa 75 m/min herabgesetzt und etwa 8 Minuten lang auf diesem Wert gehalten wird, und daß die Geschwindigkeit der Warmluft dann auf etwa 195 m/min erhöht und etwa 5 Minuten lang auf diesem Wert gehalten wird.