DE2601611B2 - Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtstofflampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben, einem Ferritkern mit einer Wicklung zum Erregen des Kernes mit einem hochfrequenten Magnetfeld und einem ionisierbaren Medium innerhalb des Kolbens, das eine elektrische Entladung aufgrund eines darin durch den Ferritkern induzierten elektrischen Feldes aufrechterhält und dabei Strahlung emittiert sowie einem Leuchstoff auf der Innenseite des Kolbens, der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelt.

Eine Leuchtstofflampe der vorstehenden Art ist in der US-PS 35 21 120 beschrieben. Der Kolben dieser Lampe ist ringförmig ausgebildet und an den stabartigen Ferritkern angepaßt, der sich durch die Ringöffnung erstreckt. Aufgrund dieses Aufbaus weist diese bekannte Lampe beim Betrieb ein hochfrequentes Magnetfeld in der den Kolben umgebenden Luft auf und stellt somit eine unangenehme Quelle für elektromagnetiüche Strahlung und Störung dar.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Leuchtstofflampe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das hochfrequente Magnetfeld in der Umgebung des Kolbens erheblich verringert ist und thermische Probleme bei Leitungseinführungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kolben

kugelförmig mit einem bogenartigen einspringenden Kanal ausgebildet ist und der Ferritkern eine geschlossene Schleife bildet und zumindest teilweise in dem Kanal enthalten ist

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt"

to F i g. 1 eine Teilschnittansicht einer Leuchtstofflampe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 eine Detialschnittamsioht des einspringenden Kanals und des Ferritkerns der Lampe nach F i g. 1,
Fig.3 eine Seitenschnittansicht des einspringenden

Kanals und des Ferritkernes der Lampe nach F i g. 2 und Fig.4—6 die einzelnen Stufen beim Einführen des Ferritkernes in die Kapsel und Verschmelzen des Flansches mit dem Kolben bei der Leuchtstofflampe

nach den Fig. 1—3.

F i g. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Leuchtstofflampe mit einem im wesentlichen kugeiförmigen lichtdurchlässigen Kolben 11, der beispielsweise aus Glas bestehen kann. Eine Kapsel 12 erstreckt sich von einem abgeflachten Basisabschnitt Ua des Kolbens 11 nach innen und bildet einen halbrunden einspringenden Kanal 12a. Der Kanal 12a kann einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Ein dielektrischer Zylinder 126 durchquert die Kapsel 12 entlang ihrer Achse und bildet einen Mittelkanal 12a Die Sturktur der Kapsel 12 und des Mittelkanales 12c bilden deshalb eine einspringende Kammer 32 mit im wesentlichen rechteckigen Form mit einem überlagerten bogenartigen Kanal 12a mit rechteckigem Querschnitt Der Aufbau der Kammer 32 und des

Mittelkanals ist in den F i g. 2 und 3 deutlicher gezeigt.

Der Kolben 11 und der Zylinder \2b enthalten ein ionisierbares Gas 13, z. B. eine Mischung aus Edelgas, wie Krypton mit Quecksilberdampf, die nach dem Übergang von einem ionisierten Zustand Strahlung emittiert Die inneren Oberflächen des Kolbens 11 sind mit einem Leuchtstoff 15 überzogen, der von bekannter Art sein kann. Diese Leuchtstoffe können Strahlung von dem ionisierbaren Gas 13 absorbieren und, wenn sie dadurch angeregt sind, sichtbares Licht emittieren.

Ein Ferritkern 17, der eine geschlossene Schleife bildet, liegt innerhalb der Kapsel 12 und umgibt den Zylinder 12£>. Um einen effizienten Betrieb sicherzustellen, hat der Ferritkern vorzugsweise eine hohe Permeabilität und geringe Verluste, wie im folgenden noch näher beschrieben wird. Eine zahlreiche Windungen aufweisende Primärwicklung 19, die beispielsweise mit einem Glasfiberstoff 20 isoliert sein kann, ist auf den Ferritkern 17 gewickelt und liegt innerhalb der Kapsel IZ

Ein in der Primärwicklung 19 fließender hochfrequenter Strom erregt ein hochfrequentes Magnetfeld innerhalb des Ferritkerns 17. Das Magnetfeld induziert ein elektrisches Feld in dem ionisierbaren Gas 13 innerhalb des Kolbens 11 und des Zylinders 12b. Das elektrische Feld ionisiert das Gas und regt die Abstrahlung von sichtbarem Licht an. In diesem Ausführungsbeispiel erzeugt das ionisierbare Gas nicht die Lichtemission, sondern Strahlung, die die Emission von Licht aus einem Leuchtstoff bewirkt. Dies gestattet eine relativ niedrige Eingangsleistung in das ionisierbare Gas, da auf dem Gas selbst nicht die erforderliche Lichtemission beruht, sondern nur die Emission von Strahlung zur Anregung des Leuchtstoffes.

Die Auswahl des Ferritkernmaterials ist ein wichtiger Faktor für den Betrieb dieser Lampe. Das Ferritmaterial muß so ausgewählt sein, daß es für eine hohe Permeabilität und einen kleinen internen Wärmeverlust bei der Betriebsfrequenz sorgt Bekanntlich ist ein Ferrit ein keramikähnliches Material, das sich durch ferromagnetische Eigenschaften auszeichnet und gewöhnlich eine Spinellstruktur mit einem kubischen Kristallgitter besitzt und die allgemeine Formel MeFe^ hat, wobei Me ein Metallatom darstellt

Die verwendeten Kerne müssen aus einem derartigen Material bestehen und eine solche Konfiguration haben, daß die Kernverluste nicht größer als 50% sind, damit eine effektive Kopplung der elektromagnetischen Energie in die Lichtquelle herbeigeführt werden kann. In ähnlicher Weise vermindern niedrigere Kernverluste die Erhitzung des Kernes und senken die Möglichkeit einer Zerstörung auf ein Minimum und bringen den Wirkungsgrad des Kernes auf ein Maximum. Vorzugsweise werden die Kernverluste auf weniger als 25% der gesamten Eingangsleistung gehalten.

Es ist ein Kernmaterial mit hoher Permeabilität erforderlich, um eine angemessene Kopplung der hochfrequenten Energie mit dem Gas bei minimaler elektromagnetischer Strahlung sicherzustellen. Ein Ferrit mit einer relativen Permeabilität von wenigstens 2000 ist vorteilhaft Es stehen geeignete Ferrite zur Verfügung mit diesen Charakteristiken über dem Frequenzbereich von 25 kHz bis 1 MHz. Vom Standpunkt der Verminderung der Ferritverluste ist ein Betrieb bei hoher Frequenz wünschenswert; aber dir Kosten für gegenwärtig verfügbare Halbleiter für eine Verwendung in der hochfrequenten Leistungsquelle 21 begrenzen die maximale Frequenz, bei der eine praktische Lampe betrieben werden kann, auf etwa 50 kHz. Besonders geeignet ist ein Material, das sich durch Verluste von weniger als 30 mW cm-³ bei 10~⁵ Weber/cm² Spitzenflußdichte für einen Betrieb bei 50 kHz auszeichnet

In einer typischen Lampe von beispielsweise 40 Watt hat der Ferritkern 17 eine Dicke von 1,6 cm, einen Innendurchmesser von 3,5 cm und einen Außendurchmesser von 6 cm. Die Magnetflußdichte innerhalb des Kerns beträgt etwa 10~⁵ Weber/cm².

Im Beirieb bildet das ionisierte Oas ein den Ferritkern koppelndes Plasma. Die Form dieses Plasmas kann durch Verändern des Gasdruckes innerhalb der Larnpe über den Bereich von etwa 27 bis etwa 400 Pascal eingestellt werden. Es wurde gefunden, daß ein Gasdruck von etwa 133 Pascal ein Gasplasma erzeugt, das die Lampe gleichförmig ausleuchtet

Eine zylindrische Basisstruktur 21, die an dem Basisabschnitt Hades Kolbens befestigt ist, enthält eine hochfrequente Leistungsversorgung 23, die einen hochfrequenten Strom durch die Primärwicklung 19 schickt Ein Lampensockel 25 ist an der Basisstruktur 21 gegenüber dem Kolben 11 befestigt und kann Netzleistung von üblichen Lampenfassungen aufnehmen. Der Sockel 25 kann in dargestellter Weise ein Edison-Schraubsockel oder ein anderer Sockeltyp sein, der mit bestehenden elektrischen Befestigungen kompatibel ist.

Die Leistungsversorgung 23 enthält Elektronikschaltungen zum Umwandeln der über den Sockel 25 zugeführten Netienergie in einen hochfrequenten Strom zur Erzeugung des Kernes 17.

Die Form der Kapsel 12 und des Ferritkernes 17 sind :n den Schnittansichten der F i g. 2 und 3 detaillierter dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß der Ferritkern 17 den Zylinder i2b umgibt, der das ionisierbare Gas 13 leitet Der Ferritkern 17 und die Wicklung 19 liegen außerhalb des Füllgases, aber sie sind mittig innerhalb der Kolbenstruktur angeordnet

Die zentrale Kernlage sorgt für ein ionisiertes Plasma, das den Kolben füllt und beleuchtet und dadurch für eine

ίο angenehme und gleichförmige Lichtausbeute sorgt Der Ferritkern 17 und die Wicklungen 19 liegen auf der Außenseite des Kolbens bei Atmosphärendruck, was den Wärmeübergang erleichtert und Entgasungseffekte mit damit verbundener Verunreinigung des ionisierbaren Gases und der Leuchtstoffe eliminiert Alternativ kann der Raum 30 innerhalb der Kapsel 12 mit einem nicht dargestellten Wärmeübertragungsmedium oder Harz gefüllt sein, um den Wärmeübergang vom Kern zu verbessern, falls dies gewünscht ist

In den F i g. 4,5 und 6 sind die ii.ufen beim Einführen des Ferritkernes 46 in die Kapsel 4C dargestellt Eine Glasvorform 45, die eine Kapsel 40 aus einem am Ende halbrunden Abschnitt aufweist, der auf einem flachen kreisförmigen Flansch 42 getragen ist wird beispielsweise durch Ausformen auf einer automatisierten Bandmaschine hergestellt. Ein zylindrischer Abschnitt 44 eines Glasrohres mit einer Länge gleich der Kapseldicke wird in den Mittelraum eines eine Schleife bildenden Ferritkernes 46, der eine Wicklung 48 trägt, eingesetzt Der Kern 46, die Wicklung 48 und der Rohrabschnitt 44 werden in die Kapsel 40 in der Weise eingeführt, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, um die in F i g. 5 dargestellte Struktur zu bilden. Der Klarheit halber ist die Kapsel mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt aber sie kann auch zylindrisch sein oder eine andere Form haben, die mit derjenigen des Kernes kompatibel ist

Auf die Kammerseiten im Bereich des Rohrabschnittes 44 aufgebrachte Wärme öffnet Kreislöcher 50 und

«ο verschmilzt die Kammerseiten mit dem Rohrabschnitt, wie es in Fig.6 dargestellt ist Der Basisabschnitt 11a kann dann mit Leuchtstoff überzogen und mit einem mit Leuchtstoff überzogenen Kolben 11 verschmolzen werden, wie es in der Lampentechnik a'lgemein bekannt

■»5 ist

Die oben beschriebenen Kolben können vollständig aus Gläsern hergestellt werden, die üblicherweise für die Lampenproduktion verwendet werden, und sie sind für eine automatisierte Konstruktion unter Verwendung von Techniken und Maschineneinrichtungen geeignet, die in der Lampenindustrie üblich sind. Der Ferritkern Hegt außerhalb des ionisierbaren Gases, wodurch für ein«, erhöhte Wärmeübertragung gegenüber bekannten Einrichtungen gesorgt ist während die Integrität und chemische Reinheit des ionisierbaren Gases und des Lampenleuchtstoffes beibehalten werden, die innerhalb des Lampenkolbens abgedichtet bleiben. Der Lampenaufbau ist frei von Glas/Metcll- und Glas/Ferrit-Dichtungen, die Fehlerstellen in anderen Lampengestaltun-

w gen bilden. Die fertige Lampe hat Abmessungen und elektrische Eigenschaften, die mit bestehenden Glühlampen und Beleuchtungseinrichtungen kompatibel sind, und sie ist für eine Verwendung als eine in Massenproduktior hergestellte direkte Auswechselung für bestehende Glühlampen geeignet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Leuchtstofflampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben, einem Ferritkern mit einer Wicklung zum Erregen des Kernes mit einem hochfrequenten Magnetfeld und einem ionisierbaren Medium innerhalb des Kolbens, das eine elektrische Entladung aufgrund eines darin durch den Ferritkern induzierten elektrischen Feldes aufrechterhält und dabei Strahlung emittiert, sowie einem Leuchtstoff auf der Innenseite des Kolbens, der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) kugelförmig mit einem bogefiartigen einspringenden Kanal {\2a) ausgebildet ist und der Ferritkern (17) eine geschlossene Schleife bildet und zumindest teilweise in dem Kanal (12ajenthalten ist

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12a,) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenartige Kanal (12a) einen Mittelkanal (\2c) aufweist.

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den bogenartigen Kanal (12a,) bildende Kapsel (12) am Ende halbrund ist und der Mittelkanal (12ς) durch einen dielektrischen Zylinder (12£>Jgebildet ist, der mit der Kapsel (12) im wesentlichen koaxial fluchtet.

5. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (\2a) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist

6. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Boden' äche der Kapsel (12) nach außen verlängert ist zur Bildung eine:; im wesentlichen kreisförmigen Flansches (42), durch den die Kapsel (12) an dem Lampenkolben (11) befestigt ist