DE2424974B2 - Elektrodenstruktur für eine Niederdruck-Dampfentladungslampe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenstruktur für eine Niederdruck-Dampfentladungslampe mit einem Paar Stützdrähte, einer langgestreckten Wendel, die an im Abstand voneinanderliegenden Punkten an den Stützdrähten befestigt ist, und einem Elektronen emittierenden Kathodenmaterial auf dem zentralen Bereich der Wendel zwischen den Stützdrähten sowie einem Schutzüberzug auf mindestens einem Teil der freien Metalloberflächen, welche die Endbereiche der Wendel und die Bereiche der Stützdrähte benachbart der Wendel umfassen.

Eine Elektrodenstruktur der vorgenannten Art ist in der US-PS 37 06 895 beschrieben. Der Schutzüberzug besteht dabei aus einem bei hoher Temperatur wärmehärtbaren Kunststoff, der ein isolierendes, hochschmelzendes anorganisches Pulver als Füllstoff enthält. Als Beispiel für den Kunststoff sind aromatische Polyimide und als Beispiele für den anorganischen Füllstoff Zirkon-, Aluminium- und Magnesiumoxid angegeben. Sowohl die Kunststoffe als auch die anorganischen Füllstoffe weisen jedoch gewisse Nachteile auf. So sind die verwendeten Kunststoffe und Metalloxide Isolatoren, die zu einem unvermeidlichen Überhitzen der Kathode führen, da die gesamte Anodenwärme zur Kathode zurückgeführt und nicht in die Enden der Wendel und in die Stützdrähte abgeleitet wird. Außerdem können weder Kunststoff noch Metalloxide den in den Lampen vorhandenen überschüssigen Sauerstoff beseitigen. Bei Kunststoffen ist es darüber hinaus schwierig, die so aufzubringen, daß sie bei den hohen Betriebstemperaturen gut auf den überzogenen Teilen haften.

Schließlich ist in der DE-AS 10 81 568 eine Elektrodenstruktur ähnlich der vorgenannten Art beschrieben, bei der mindestens die als Anordnung dienenden Teile der Zuleitungsdrähte durch eine Vorbehandlung eine stabile, rauhe Oberfläche dunkler matter Färbung haben. Diese Oberfläche wird durch aufgebrachte Metalle gebildet, wofür Chrom/Vanadium-Legierung, Aluminium/Eisen-Lcgierung, karbonisiertes Nickel, Molybdän und Aluminium genannt sind.

Diese Metalle sind zwar gute Leiter, sie führen jedoch zur Zerstäubung des Materials der Schutzdrähte, so daß auch diese Metalle, wie sie in der DE-AS 10 81568 beschrieben sind, sich nicht als geeignet erweisen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Elektrodenstruktur der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß zur Erhöhung des Wirkungsgrades das Auftreten von Oxidringen in Lampen, in denen diese Elektrodenstrukturen eingesetzt werden, vermindert wird, ohne daß dabei die mit den bekannten Schutzüberzügen verbundenen obigen Nachteile auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schutzüberzug aus Kohlenstoff besteht.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme

auf die Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt F i g. 1 eine weggebrochene perspektivische Ansicht einer Niederdruck-Dampfentladungslampe mit Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung und

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der F i g. 1 ist eine Niederdruck-Dampfentladungslampe in Form einer Leuchtstofflampe 11 gezeigt, die einen langgestreckten Glaskolben 12 umfaßt, der eine Beschichtung aus einem Leuchtstoffmaterial 13 auf der Innenseite trägt und eine Elektrodenstruktur 14 an jedem Ende aufweist, die ein Paar Stützdrähte 16 und 17 umfaßt, die sich durch einen Montagefuß 18 zu den Kontakten einer Basis 19 erstrecken, die an dem Ende der Lampe angebracht ist. Die Lampe ist mit einem Inertgas, wie Argon, oder einer Mischung von Argon und anderen Gasen mit einem geringen Druck gefüllt, z. B. etwa 3 Torr, sowie einer geringen Menge Quecksilber, um einen geringen Dampfdruck von etwa 6 mm Hg während des Betriebes der Lampe zu erzeugen.

In Fig.2 ist die Elektrodenstruktur 14 gezeigt, die eine langgestreckte Wendel 21 aus einem zylindrisch, spiralförmig oder doppelspiralförmig gewickelten Wolframdraht umfaßt, die benachbart ihren Endstücken an den Stützdrähten 16 und 17 befestigt ist, z. B. durch Klemmen der Endbereiche der Stützdrähte um die Wendel, wie bei den Bezugszahlen 22 und 23 gezeigt. Der zentrale Bereich der Wendel 21 ist mit einer Schicht 24 aus einem üblichen Elektronen emittierenden Kathodenmaterial versehen, das in jeder geeigneten Weise, wie durch Eintauchen oder Aufsprühen einer Mischung von Erdalkalicarbonaten, aufgebracht werden kann.

Die verbleibenden unbedeckten Teile der Wendel 21 an dessen Endbereichen sowie die Bereiche der Stützdrähte benachbart der Wendel, z. B. die Klammern 22 und 23 sind mit einem Schutzüberzug 26 aus Kohlenstoff bedeckt.

Dieser Kohlenstoffüberzug kann nach einem geeigneten Verfahren aufgebracht werden, wie durch Besprühen oder Eintauchen, unter Verwendung eines geeigneten Materials, wie einer feinteiligen Dispersion von Graphit in einer flüchtigen Flüssigkeit, die nach dem Verdampfen einen Schutzüberzug aus Kohlenstoff hinterläßt.

Nachdem sowohl die Kathodenmaterialschicht 24 (in Form der Carbonate) als auch der Kohlenstoffschutzüberzug 26 auf die Wendel 21 aufgebracht worden ist, aktiviert man das Kathodenmaterial durch Hindurchleiten eines Stromes durch die Wendel, um die Carbonate bis zu einer Temperatur von etwa 1600⁰C zu erhitzen, um sie in Oxide umzuwandeln. Dies kann entweder vor oder nach dem Abdichten der Elektrodenstruktur in der Lampe erfolgen.

Der Kohlenstoffschutzüberzug 26 sollte durchgehend die gesamten unbedeckten Metallteile der Wendel 21 und der Klammern 22, 23 bedecken und sollte sich bis mindestens 3 mm unterhalb der Punkte erstrecken, an denen die Wendel 21 festgeklemmt ist. Wenn es

gewünscht ist, kann der Kohlenstoffschutzüberzug jedoch die gesamte Fläche der Stützdrähte 16 und 17 bedecken. Der Kohlenstoffschutzüberzug 26 sollte auch die gesamten Endteile der Wendel, die sich über die Klemmstellen 22 und 23 hinaus erstrecken, bedecken, und er sollte sich nach innen von den Klemrnstellen 22 und 23 ohne irgendeine Überlappung von Kohlenstoff und Kathodenmaterial bis genau zu den Enden der Kathodenmaterialschicht 24 erstrecken. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wendel 21 mit dem Kohlenstoffschutzüberzug 26 für eine Strecke von etwa 3 mm von den Klemmstellen 22 und 23 nach innen bedeckt. Diese mit Kohlenstoff bedeckten Flächen wirken für die Elektrodenstruktur als Anodenflächen. Wenn die Endstücke der Stützdrähte 16 und 17 ausgedehnt sind oder wenn zusätzliche Drähte oder Metallplatten in der Ebene der Wendel oder vor der Wendel in dem Dampfentladungsbereich vorgesehen sind, um in bekannter Weise eine vergrößerte Anodenfläche zu bilden, dann sollten diese auch mit einem Kohlenstoffschutzüberzug bedeckt sein.

Lampen, die mit Elektrodenstrukturen hergestellt sind, die mit einem Kohlenstoffschutzüberzug bedeckte Flächen haben, wie sie oben beschrieben sind, arbeiten mit einem höheren elektrischen Wirkungsgrad und weisen weniger Oxidringbildung auf als die Lampen ohne solche mit Kohlenstoffschutzüberzug bedeckte Flächen.

In einem Vergleichstest von 18 etwa 244 cm langen Leuchtstofflampen mit Kohlenstoffschutzüberzug auf Elektrodenflächen mit 18 Lampen der gleichen Art, aber ohne Kohlenstoffschutzüberzug, erzeugten die Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug nach 100 Stunden Betriebsdauer im Durchschnitt 1,5 mehr Lumen/Watt, was einer l,9°/oigen Verbesserung des Lampenwirkungsgrades entspricht. Ähnliche Tests mit etwa 122 cm langen Leuchtstofflampen zeigten eine Verbesserung von 3,2 Lumen/Watt für die mit Kohlenstoffschutzüberzug versehenen Elektrodenstrukturen, verglichen mit denen ohne Kohlenstoffschutzüberzug, was einer 4,l°/oigen Zunahme des Wirkungsgrades entspricht.

In einem anderen Vergleichstest mit etwa 244 cm langen Leuchtstofflampen wurden 36 Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug auf Elektrodenflächen insgesamt 3000 Stunden in einem Zyklus von 3 Stunden Betriebsdauer, gefolgt von 20 Minuten außer Betrieb, betrieben und dann auf Ringbildung mit 36 in gleicher Weise betriebenen Lampen der gleichen Art, aber ohne Kohlenstoffschutzüberzug, verglichen. Vier der Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug entwickelten sichtbare Oxidringe, während 27 der Lampen ohne Kohlenstoffschutzüberzug sichtbare Oxidringe entwickelten, von denen viele mehr zu beanstanden (dunkler) waren, als die in den vorerwähnten 4 Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug.

Es wird angenommen, daß der Kohlenstoffschutzüberzug auf den Elektrodenflächen die verbesserten Ergebnisse durch Bedecken bereits oxidierter Metallteile, wie der Stützdrähte, erzielt oder es verhindert, daß solche Elektrodenflächen oxidiert werden, was sonst eintreten würde, wenn die Wendel während der Aktivierung auf die hohe Temperatur erhitzt wird.

Darüber hinaus wirken die kohlenstoffbedeckten Flächen wegen ihres geringen spezifisichen Widerstandes und ihrer guten thermischen Leitfähigkeit sehr wirksam als Anoden. Durch diese gute thermische Leitfähigkeit führt der Kohlenstoffschutzüberzug die durch das Auftreten der Elektronen auf dem Kohlenstoffschutzüberzug erzeugte Oberflächenwärme an das darunterliegende Metall und die umgebende Atmosphäre in der Lampe ab, wenn die Elektrode als Anode wirkt, wodurch der Kohlenstoffschutzüberzug kühler arbeitet und einen geringeren Widerstand gegenüber dem Stromdurchgang hat, als eine oxidierte Oberfläche auf den Metallteilen haben würde.

Die verringerte Oxidringbildung, die durch die Erfindung erzielt wird, wird der Tatsache zugeschrieben, daß die mit Kohlenstoffschutzüberzug bedeckten Flächen nicht oxidiert werden können. Wenn diese Elektrodenflächen, die während der abwechselnden Halbzyklen des Betriebsstromes als Anoden wirken, oxidiert wären, dann würde der Dampfentladungsstrom dazu neigen, die oxidierte Oberfläche unter Freisetzung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Materialien in die Dampfentladung zu zerstören. In Gegenwart der Entladung kann Quecksilber mit diesen Materialien unter Bildung von Quecksilberoxid reagieren, das sich auf dem Kolben (oder auf der Leuchtstoffoberfläche, wenn die Lampe eine Leuchtstofflampe ist) am Beginn jedes Bereiches der positiven Kolonne der Entladung niederschlägt. Dies erlaubt nachfolgend die Niederschlagung des Quecksilbers dort und resultiert in der Bildung eines dunklen Ringes, der unansehnlich ist und auch die Lichtabgabe der Lampe beeinträchtigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrodenstruktur für eine Niederdruck-Dampfentladungslampe mit einem Paar Stützdrähte, einer langgestreckten Wendel, die an im Abstand voneinanderliegenden Punkten an den Stützdrähten befestigt ist, und einem Elektronen emittierenden Kathodenmaterial auf dem zentralen Bereich der Wendel zwischen den Stützdrähten sowie einem Schutzüberzug auf mindestens einem Teil der freien Metalloberflächen, welche die Endbereiche der Wendel und die Bereiche der Stützdrähte benachbart der Wendel umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzüberzug aus Kohlenstoff besteht