DE2251835A1 - Niederdruck-entladungslampe - Google Patents

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Niederdruck-Entladungslampe

Die Priorität der Anmeldung Nr. 71 38 970 vom 29. Oktober 1971 in Frankreich wird beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Beleuchtungsquelle, insbesondere Metalldampfentladungsröhren einschließlich Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungsröhren, welche zur Verbesserung des Röhrenwirkungsgrades mit einer Mehrzahl von Zellen zwischen den Entladungselektroden versehen sind.

In der Beleuchtungstechnik werd Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungsröhren als wertvolle und robuste Beleuchtungsquellen verwendet, da sie für hohe elektrische oder gar thermische Belastungen geeignet sind. Bei jenen Röhren hängt die Lichtausbeute nicht nur von der aufgenommenen elektrischen Energiemenge,· sondern auch vom Wirkungsgrad der im Metalldampf angeregten Resonanzstrahlung ab. Dieser letztere Faktor ist, soweit es die genannte Lichtquellenanregung betrifft, überwiegend. Wie dem Fachmann wohlbekannt ist, ist der sehr günstige Wert für jene Resonanzstrahlung mit Quecksilberdampf auf einen ziemlich nie-

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drigen und wohlbestimmten konstanten Quecksilberdampfdruck zurückzuführen. Insgesamt sind eine Anzahl von Nachteilen vorhanden, wenn die von der Lichtquelle aufgenommene Energie zur Erhöhung der Lichtstärke vergrößert wird. Insbesondere erhöht sich sowohl die Temperatur als auch der Dampfdruck; dagegen vermindert sich der Resonanzstrahlungswirkungsgrad und die von der Lichtquelle zur Verfügung stehende Lichtstärke ist nicht mehr proportional der der Röhre zugeführten Energiemenge, so daß sich eine Energiegrenze für jene Arten von Röhren ergibt.

Es wurden verschiedene Abhilfen in Betracht gezogen. Unter Bildung von Zellen wurde bei unveränderter Länge bei der Herstellung von sinusförmigen Glasröhren die Wärmeableitung durch Vergrößerung der Oberfläche des Röhrengehäuses erhöht. Unterschiedliche Typen von Glasgehäusen mit Zellenstruktur haben einen besseren Wirkungsgrad ergeben. Insbesondere sind Gehäuseformgebungen, welche einen Querschnitt mit nach innen tretenden oder grubenförmigen Teilen zeigen, zur Erhöhung der Lichtausbeute von Resonanzstrahlungsröhren unter Verwendung der Quecksilberdampfresonanzstrahlung bei

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2537 A zur Anregung einer Beschichtung aus Lumeniszenzmaterial auf der Innenwand eines Glasgehäuses einer Quecksilberdampfröhre vorteilhaft. Mit einer vorgegebenen Lichtausbeute für erhöhte elektrische Belastungen wurden somit höhere Lichtemissionen pro Röhrenlängeneinheit erhalten.

Solche guten Ergebnisse werden physikalisch beispielsweise im Falle einer Niederdruck-Qüecksilberdampf-Entladungsröhre mit Zellenstruktur erklärt durch:

- Erhöhung der Elektronengeschwindigkeit, Verminderung der durch elastische Zusammenstöße verursachten Energieverluste, Verbesserung der Elektronen- und Quecksilberionen-Diffusion, was eine Verbesserung der Abstrahlungsmenge auf der inneren

ο Gehäusewand bei einer Wellenlänge von 2537 A ergibt,

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- bei vorgegebener Röhrenlänge und elektrischer Leistung pro Längeneinheit ein in der Lampe niedrig bleibender Strom, eine Spannung, welche höher ist als entsprechende Werte für gleichen Umfang von Lampen mit kreisförmigem Querschnitt, was eine Verminderung der Verluste in Kathode und Ballast ergibt,

- eine erleichterte Einhaltung des Quecksilberdampfdruckes

beim Optimalwert zur Steigerung des Emissionswirkungsgrades

ο
der betreffenden Strahlung bei 2537 A.

Zwar sind die Winkel der Röhrenwand an beiden Rändern der Zellenteile (nach innen tretende Teile) kälter als der übrige Teil der Röhre; ihre Temperatur wächst bei erhöhter Belastung an, jedoch nicht so schnell wie am übrigen Teil des Querschnitts. Dies beruht auf der Plasma- oder Entladungs-Einschnürung, welche die Entladung von diesen Winkeln beim Anwachsen des Stromes abhält, was den Effekt der örtlichen Erhitzung, vermindert.

Derartige Anordnungen erlauben jedoch nicht, den Quecksilberdampfdruck in zufriedenstellender Weise einzustellen, der naturgemäß durch den kältesten Punkt des Gehäuses bestimmt wird. Zu diesem Zwecke und zur Erzielung einer Beleuchtungsstrahlung hoher Stabilität wurde in Betracht gezogen, hinter den Kathoden Schirme vorzusehen, welche einen kalten Punkt an jedem Entladungsröhrenende ergeben. Diese Lösung hat den Nachteil, daß sie Raum in der Röhre beansprucht, der unnütz für die Beleuchtungsstrahlung ist und dieses in symmetrischer Weise an jedem Röhrenende, was einen erheblichen Verlust an Röhrennutzlänge ergibt.

Es wurde eine speziell entworfene Art von Glasgehäusen ausgeführt, bei der ein besonders Gehäuseprofil erlaubt, die Entladung in einem bestimmten Bereich im wesentlichen zu verhindern, so daß ein kalter Punkt zur Einstellung des Druckes im ausgenutzten

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Röhrenteil erhalten wird, was den Vorteil hat, daß zum Zwecke der verbesserten- Einstellung nicht eine Verlängerung der Röhre ' erforderlich ist. Die dermaßen hergestellte Anordnung ist noch nicht ausreichend; weitere komplizierte Formgebungen von Glashülsen mit zellenförmigen Oder eingebuchteten Teilen, wie oben beschrieben und außerdem noch mit Falten in den erwähnten eingebuchteten Teilen zur wirksamen Verhinderung der Entladung haben ein unnatürliches Produkt und daher ihre kostspielige Herstellung zur Folge.

Dementsprechend wurden derartige Lösungsarten charakteristischerweise verworfen.

Zur Regelung des Quecksilberdampfdruckes in solchen Röhren wurde eine sichere· und befriedigende Lösung gefunden, nach der ein gegebenenfalls bewegliches Amalgam in das Glasgehäuse, insbesondere zu diesem Zwecke gemäß der französischen Patentschrift 1 583 078 ein Indiumamalgam, eingebracht wurde.

Die Erfindung betrifft somit eine Metalldampfentladungsrohre für eine Niederdruck-Entladungslampe. Zur Erzielung eines besseren Lichtflusses pro Röhrenlängeneinheit zeichnet sich die Metalldampfentladungsröhre erfindungsgemäß dadurch aus, daß sie im Inneren zwischen den Elektroden vorgeformte Teile als Mittel zur Verlängerung des Entladungsweges aufweist, welche mit dem Gehäuse eine Zellenstruktur bilden.

Bei der Metalldampfentladungsröhre nach der Erfindung kann das Gehäuse aus Glas mit bekannter Formgebung ausgebildet sein, beispielsweise zylinderförmig.

Bei einer Ausbildungsform der Erfindung enthalten, die Teile als Mittel zur Verlängerung des Entladungsweges eine Mehrzahl in Reihe angeordneter gegenüberliegend fingerförmig eingreifenden

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Ablenkkammern, welche unabhängig vom Gehäuse selbst vorgefertigt werden können. . "

Auf diese Weise werden sowohl unnatürliche als auch kostspielige Formgebungen von Glasgehäusen vermieden.. ,

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wixd die Mehrzahl der Ablenkkammern/ welche mit der Innenwand des Glasgehäuses der Entladungsröhre eine Zellenstruktur bildet, aus einem oder verschiedenen Isoliermaterialien gefertigt, insbesondere nach Auswahl von amorphen Silicaten der Glasklasse, wie Glasgewebe, oder noch-kristallinen Silicaten, wie Glimmer.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht'die Mehrzahl der in dem Glasgehäuse eingeschlossenen Ablenkkammern aus einem elektrisch leitendem Material, insbesondere aus Aluminium, Nickel oder Eisen.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Material '"' der Mehrzahl der Ablenkkammern innerhalb der Entladungsröhre beschichtet, ,

Die Beschichtung auf dem Material der Mehrzahl von Ablenkkammerη innerhalb der Entladungsröhre kann zum.Zwecke des Schutzes vorgesehen sein. .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Beschichtung ultraviolett reflektierend. ■

Bei einer weiteren Ausführungsform ist diese Beschichtung fluoreszierend. . · ■ . '

Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung enthält die Entladungsröhre zusätzlich Indiumämalgam, welches ge-

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gebenenfalls innerhalb der Röhre beweglich ist.

Die Erfindung erstreckt sich schließlich auf ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der Metalldampfentladungsröhre nach der Erfindung. Dieses Herstellungsverfahren enthält folgende Arbeitsgänge:

a) Herstellung einer Anordnung mit einer Mehrzahl von Ablenkkammern, deren äußere Abmaße geringfügig vermindert den Querschnittsabmaßen des Gehäuses der Entladungsröhre

- entsprechen,

b) Einfügung der fingerförmig gegenüber festgelegten Ablenkkammern in das Gehäuse und Vervollständigung der Montage in der Röhre,

c) Trocknung und Entgasung der Entladungsröhre nach einem bekannten Verfahren,

d) Füllen und Verschließen der Entladungsröhre in bekannter Weise.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, welche anhand der Zeichnung erläutert werden, deren

Fig. la eine Längsschnittansicht einer Quecksilberdampf-Entladungsröhre gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. Ib einen Querschnittaufriß der Ablenkkammeranordnung innerhalb der in Fig. la dargestellten Röhre,

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Fig. 2a eine Längsschnittansicht der zweiten Ausführungsform "einer Quecksilberdampf-Entladungsrohre mit einer einen sinusförmigen Entladungsweg durch die Röhre ergebenden Ablenkkammeranordaung und

Fig. 2b eine räumliche Ansicht der Ablenkkammeranordnung gemäß der Fig. 2a betreffen.

Bei der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. la und:b weist die Entladungsröhre 1 ein zylinderförmiges Glasgehäuse 2 auf; die Entladung erfolgt zwischen den inneren.Elektroden 3 und.4. Nach der Erfindung ist zwischen den Elektroden 3 und 4 ein Satz von fingerförmig ineinandergreifenden Ablenkkammern 5 angeordnet. Die Fig. Ib veranschaulicht diese Anordnung durch eine Querschnittsansicht entlang der Linie AA¹ senkrecht zur Röhrenachse. Die Anordnung der Ablenkkammern 5 weist eine Platte 6 auf/ welche etwas kürzer als der Abstand zwischen den Elektroden und etwas schmaler als oder im. wesentlichen entsprechend dem inneren Röhrendurchmesser ist. Ist diese Platte 6 einmal in die Röhre eingebracht, so teilt sie den Räum zwischen den Elektroden in einen oberen und einen unteren Teil. An der Platte 6 sind senkrecht dazu halbkreisförmige Ablenkplatten 7 befestigt, deren Radius etwas kleiner als der innere Radius des Glasgehäuses 2 ist; jene halbkreisförmigen Ablenkplatten 7 sind lagemäßig gegenüberliegend alternierend angeordnet. In Richtung senkrecht zur Ebene der ., Platte 6 folgt einer oberen Ablenkplatte 7 eine untere Ablenkplatte 8, auf die eine Ablenkplatte 7 folgt usw.; zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden Ablenkplatten ist eine öffnung in der Platte 6 vorgesehen.

Die Anordnung der Ablenkkammern 5 wird vorgefertigt, d. h. in oinfacher Weise gänzlich unabhängig von der Herstellung des Entladungsröhrengehäuses vorgefertigt. Beispielsweise wurde e-ine derartige Anordnung aus einem metallischen iMaterial. wie

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Nickel, Aluminium hergestellt. Die Platte 6 ist ein Blech kleiner Dicke, in das öffnungen wie 9 leicht, beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden. Die Ablenkplatten 7 und 8 werden an der Platte 6 entweder durch unmittelbares Verschweißen oder auf andere Weise befestigt. Deren Abmessungen insgesamt sind etwas geringer als es den inneren Abmessungen des Glasgehäuses entspricht, so daß es sehr einfach ist, eine derartige Ablenkkammeranordnung in das Innere des Gehäuses gleitend entlang der inneren Wandung des Glasgehäuses während des Arbeitsganges nach dem Verschließen von lediglich einem Röhrenende einzuführen. Nach Fertigstellung der Montage wird die Röhre getrocknet, evakuiert, danach mit Gas gefüllt und am Ende in bekannter Weise dicht verschlossen.

Die Wirkungsweise wird anhand der Fig. la veranschaulicht, die als durchgezogene Kurve den Weg 10-10* der Entladung zwischen den Elektroden 3 und 4 zeigt. Da die Entladung einem Zwangsweg entsprechend den fingerförmig ineinandergreifenden Ablenkkammern und den öffnungen gezwungen ist zu folgen, wird eine räumliche Verlängerung des Entladungsweges bei vorgegebenem Direktabstand zwischen den Elektroden erreicht. Eine derartige Anordnung macht eine wesentliche Erhöhung der Leistung pro Längeneinheit ohne eine daraus sich ergebende Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Röhrenleistungsversorgung wie bei herkömmlichen Lösungen möglich.

Die Ablenkkammeranordnung kann sowohl aus Metallblech, wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, als auch aus einem Isoliermaterial, wie einem Glasgewebe, ausgeführt werden.

In beiden Fällen ist das Material so zu wählen, daß es die Trocknung und Vakuumentgasung erträgt, was die Grundlage für eine tadellose Ausführung der Röhre ist.

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Zur Fertigung wurden verschiedene Materialien untersucht, welche die Trocknung und Vakuumentgasung ertragen. Es wurden sehr gute Ergebnisse gesammelt, welche unabhängig von der Gute des ausgewählten Materials als elektrischer Leiter sind. Ein derartiges Ergebnis ist von großer Bedeutung, da es weit mehr Auswahlmöcjlichkeiten bietet als für den Fall, daß die Auswahl auf Isoliermaterialien begrenzt wäre.

Ferner wurden Experimente durchgeführt, welche das überziehen eines bestimmten Materials mit einer Schicht betreffen; bei jenen Experimenten wurden gute Ergebnisse noch nach Proben mit unterschiedlichen Typen von Schichten erhalten. Zuerst wurde' das Ablenkkammermaterial mit einer inaktiven Schutzschicht, wie Cadmium, oder durch anodischer Behandlung (Eloxierung) beschichtet.

Eine Ablenkkammeranordnung wurde aus einem Material gefertigt, welches mit einer aktiv fluoreszierenden Lage beschichtet ist, in dem ähnlich der Beschichtung der inneren Glaswandung ein fluoreszierendes Pulver aufgebracht wurde. Es wurde eine beträchtliche. Verbesserung der Beleuchtungsausbeute der Röhre festgestellt, da die fluoreszierend angeregte Oberfläche beträchtlich vergrößert ist. .

Schließlich wurde eine wirksam ultraviqlett-reflektierende Schicht,, wie Titanoxyd, ebenfalls untersucht. Bei dieser Gruppe von Experimenten wurde eine beträchtliche Vergrößerung des der Entladung zugeordneten Beleuchtungswirkungsgrades der Röhre festgestellt, da der,absorbierte Strahlungsanteil auf ein Mini- · mum vermindert wird. . ,

Bei einer zweiten Gruppe von Experimenten wurde eine bestimmte Menge von Indium zusätzlich zur gewöhnlich verwendeten Quecksilberdosis, eingeführt; es wurde die gleiche Quecksilberdampf-

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regelung wie sie bei einer Röhre ohne eine Ablehkkammeranordnung vorhanden ist, erzielt. Das Indium kann an"einem elastischen Bimetallstreifen befestigt werden, wie in der oben bereits genannten französischen Patentschrift 1 583 078 beschrieben wurde*. Die Lage des Amalgams ist während des Betriebs der Röhre eine Funktion der Temperatur.

Auf diese Weise ist es möglich, die Vorteile zu kumulieren, die einerseits sich aus der Verwendung von Amalgam zur Regelung des Druckes und andererseits sich aus der Verwendung von Ablenkkammern zur Verlängerung des Entladungsweges ergeben.

Bei all den oben erwähnten Experimenten erfolgte die Leistühgsversorgung in herkömmlicher Weise über eine Selbstinduktivität, einen Streufeld-Autotransformatör oder ein strombegrerizendes Bauelement. In allen Fällen wurde festgestellt,' 'daß sich die Ent-

ladung in zufriedenstellender Weise durch die Ablenkräume ausbildete. Die elektrischen Eigenschaften sind sehr unterschiedlich von zu denen, welche eine Röhre gleicher Länge, jedoch ohne Ablenkkammern, aufweist. Die Spannung pro Röhrenlangeneinheit (Volt/cm) für gleiche Stromstärke hängt vornehmlich von der räumlichen Ausbildung der Äblenkkammern ab. Je zahlreicher die Äblenkkammern sind, umso größer ist die Leistungsfähigkeit der Röhre', da die Ablenkkammern den Entladungsweg verlängern.

In diesem Zusammenhang wurden räumlich unterschiedlich ausgebildete Ablenkkammerrt untersucht, wobei nach verlängerten und komplizierten Mäandern gesucht wurde. Die sich ergebende technische Verbesserung ist unmittelbar proportional der räumlichen Wegve rlängerung.

Die Fig. 2a und 2b veranschaulichen eine räumlich kompliziertere Ablenkkammeranordnung als die der Fig. la und Ib.

Diese Anordnung 25 weist die schräg angeordneten Ablenkplatten

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auf, welche mit der Grundplatte 26 verbunden sind, die mit Öffnungen 29, 29" versehen ist, die.symmetrisch bezüglich den äußeren Rändern der Grundplatte 26' mit Befestigungsmitteln 3Q angeordnet sind. .

Die Anordnung 25 besitzt wie beim ersten Ausführungsbeispiel einen Raum zwischen den Elektroden, der entlang der Wand des Gehäuses 2 der Röhre ί verläuft. Die Kurve der Fig. 2a veranschaulicht den Verlauf des sich aus der Ablenkkammeranordnung ergebenden Entladungsweges.

Dieser Weg hat eine etwa sinusförmige Form. Eine einfache räumliche Abschätzung zeigt, daß der Entladungsweg etwa viermal langer ist als der Abstand zwischen den Elektroden. Elektrische Messungen zeigen, daß die Gradienten, d. h. die Spannung pro Längeneinheit (Volt/cm), mit 4 multipliziert werden. Die erhaltene Verbesserung ist somit proportional der Verlängerung des Entladungsweges.

Derartige Verbesserungen sind offensichtlich nicht auf die Verwendung von Quecksilberdampfröhren beschränkt; die gleichen Vorteile ergeben sich bei Natrium-, Cadmium- und anderen Entladungsröhren.

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Claims (10)

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   PATENTANSPRÜCHE

   ( 1.jMetalldampfentladungsröhre für eine Niederdruck-Entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Inneren zwischen den Elektroden (3, 4) vorgeformte Teile als Mittel zur Verlängerung des Entladungsweges (10, 10¹) aufweist, welche mit dem Gehäuse (2) eine Zellenstruktur bilden.
2. 2. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verlängerung des Entladungsweges eine Mehrzahl von in Reihe angeordneter Ablenkplatten (7, 8; 27) aufweisen.
3. 3. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten (7, 8; 27) aus amorphen SiIi- caten der Glasklasse, beispielsweise Glasgewebe, oder nochkristallinen Silicaten, wie Glimmer, bestehen.
4. 4. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten (7, 8; 27) aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere Aluminium, Nickel oder Eisen, bestehen.
5. 5. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten (7, 8; 27) mit einerSchicht bedeckt sind.
6. 6. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Schutzschicht, insbesondere aus Cadmium, ist.
7. 7. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Ultraviolettlicht reflektiert und beispielsweise aus Titanoxyd besteht.

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8. 8. Metalldampfentladungsröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem fluoreszierenden Material besteht.
9. 9. Metalldampfentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Indiumamalgam, insbesondere verbunden mit einer beweglichen Halterung, enthält.
10. 10. Verfahren, zum Herstellen einer Metalldampfentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9_f gekennzeichnet durch folgende Arbeitsgänge:

    a) Herstellung einer Ablenkkammeranordnung, welche kürzer als der Abstand der Elektroden und etwas kleiner als die inneren Abmessungen des Gehäuses der Entladungsröhre ausgebildet ist, - .

    b) Einfügung der Ablenkkammeranordnung in das Gehäuse und Anbringung innerhalb des Raumes zwischen den Elektroden,

    c) Trocknung und Entgasung der Entladungsröhre in bekannter Weise und

    d) Füllen,und Verschließen der Entladungsröhre in bekannter Weise. . .

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