DE2809957A1

DE2809957A1 - Elektrodenlose fluoreszenzlampe mit reflektierendem ueberzug

Info

Publication number: DE2809957A1
Application number: DE19782809957
Authority: DE
Inventors: Jun Homer Hopson Glascock
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS583593B2; GB1583283A; BE864152A; DE2809957B2; DE2809957C3; JPS53113180A; US4117378A

Description

Elektrodenlose Fluoreszenzampe mit reflektierendem Überzug

Die Erfindung bezieht sieh auf elektrodenlose Fluoreszenzlampen und mehr im besonderen bezieht sie sich auf Fluoreszenzlampen mit äußerem Kern und einem quellenfreien elektrischen Feld, die einen reflektierenden Überzug aufweisen, der die maximale Betriebsenergie und die Beibehaltung der Lumenabgabe verbessert.

In der US-PS 4 005 330 sind Induktionsionisierte Fluoreszenzlampen beschrieben, in' denen ein quellenfreies elektrisches Feld durch Induktion mittels eines ringförmigen magnetischen Kernes erzeugt wird, der sich außerhalb_/aber zentral zu einem im wesentlichen kugelförmigen Lampenkolben befindet. Der magnetische Kern verläuft durch einen Kanal in dem Lampenkolben und schafft eine Verbindung zu einem in dem Kolben enthaltenen Arbeitsgas. Nach den Lehren dieser PS konstruierte Fluoreszenzlampen können physisch und elektrisch mit Glühlampen mit Schraubsockel vereinbar sein, doch ergeben sie Beferiebswirksamkeiten, die denen üblicher Fluores-

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zenzlampen vergleichbar sind.

Der in solchen Fluoreszenzlampen mit quellenfreiem elektrischen Feld, anwendbare maximale Betriebsenergielevel ist durch die thermischen Charakteristika der Magnetkerne begrenzt, die typischerweise Ferrite sind. Die magnetische Sättigungs-Flußdichte in üblichen Ferritkernen verringert sich z. B. stark, wenn die Kerntemperatur sich einer Grenze von etwa 125°C nähert. Die magnetischen Verluste innerhalb der Ferrite erhöhen sich ebenfalls mit zunehmender Außentemperatur. Für eine Lampe gegebener Abmessungen bestimmt daher die Temperatur des Ferrits wirksam den maximal zulässigen Betriebsenergielevel. Es ist daher von Bedeutung, daß dafür gesorgt wird, daß die Ferrite keine zu hohen Temperaturen erreichen.

Die Regionen des Kolbens, die bei den Lampen nach der US-PS 4 005 33O direkt benachbart dem Magnetkern liegen, d. h. die Anstauch- bzw. Kopfstück- und Tunnelregionen, sind typischerweise mit Leuchtstoffen zum Umwandeln von UV in sichtbares Licht überzogen, wie sie normalerweise in üblichen Fluoreszenzlampen verwendet werden. Die UV-Flußdichte und Temperatur an den vorgenannten Regionen ist im allgemeinen beträchtlich höher als an anderen Teilen des Lampenkolbens. Dieser Zustand führt zu einer schlechten Beibehaltung der Lumenabgabe für in diesen Regionen aufgebrachte Leuchtstoffe.

Es wurde festgestellt, daß ein beträchtlicher Teil der zu den Ferritkernen von Fluoreszenzlampen mit äußerem Kern und quellenfreiem elektrischen Feld übertragenen Wärme durch Strahlung aus der Gasentladung erfolgt. Die Betriebstemperaturen der Ferritkerne in solchen Lampen können beträchtlich verringert werden, indem man die Anstauch- bzw. Kopfstück- und Tunnelregion des Kolbens mit einem UV-Strahlung reflektierenden Überzug an Stelle der dort üblicherweise -angebrachten LeuchtStoffschicht versieht. Der reflektierende Überzug verteilt auch die auf das Kopfstück und den Tunnel auffallende UV-Strahlung auf einen größeren und etwas kühleren Bereich des äußeren Lampenkolbens und verringert so die

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Begrenzungen für -die Auf recht erhaltung der Lumenabgabe, die bei den bisherigen Lampenkonstruktionen vorhanden waren. Geeignete Reflektoren sind dünne Überzüge aus Aluminium oder Magnesiumoxid.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Fluoreszenzlampe mit quellenfreiem elektrischen Feld gemäß der vorliegenden Erfindung und

Figur 2 eine vergrößerte Ansicht von Tunnel und Kopfstück der Lampe der Figur 1.

Bei der in Figur 1 abgebildeten Fluoreszenzlampe mit quellenfreiem elektrischen Feld ist mit 11 ein im wesentlichen kugelförmiger lichtdurchlässiger Kolben bezeichnet, der ζ. Β aus Glas bestehen kann. Eine Kopfstückeinheit lh (vgl. auch Figur 2) umfaßt eine Kapsel 12.die sich von einem abgeflachten Basisteil 11a des Kolbens 11 aus nach innen erstreckt und einen eingestülpten Hohlraum 12a begrenzt, der die Form eines abgeflachten Zylinders mit parallelen Seiten und einem abgerundeten Endstück aufweist. Ein zylindrischer dielektrischer Tunnel 12b verläuft durch die Kapsel 12 entlang ihrer Achse. Die Struktur der Kapsel 12 und ihres Tunnels 12b begrenzen einen Kanal 31 im wesentlichen rechteckförmigen Querschnittes.

Der Kolben 11 und der Tunnel 12b enthalten ein ionisierbares Gas 13j z. B. eine Mischung von Edelgas, wie Krypton und/oder Argon, mit Quecksilber- und/oder Kadmiumdampf, das bei elektrischer Erregung Strahlung emittiert. Die inneren Oberflächen des Kolbens sind mit einem Fluoreszenz-Leuchtstoff 15 überzogen, der irgendein bekannter Leuchtstoff sein kann. Diese Leuchtstoffe absorbieren UV-Strahlung aus dem Gas 13 und senden, wenn sie dadurch angeregt werden, sichtbares Licht aus.

Ein eine geschlossene Schleife bildender Magnetkern 17, vorteilhafterweise ringförmiger Gestalt liegt innerhalb der Kapsel 12

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und umgibt den Tunnel 12b. Um einen wirksamen Betrieb sicherzustellen, besteht der Magnetkern vorzugsweise aus einem Material hoher Permeabilität und geringen Verlustes, wie es mehr im einzelnen in der US-PS 4 005 330 beschrieben ist. Eine aus vielen Einzelwindungen bestehende Primärwicklung 19, die z. .B. mit einem Glasfasergewebe 20 isoliert sein kann, ist auf den Kern 17 gewickelt und liegt innerhalb des Kopfstückes 14.

Ein in der Primärwicklung 19 fließender elektrischer Strom von radiofrequenz erregt ein Radiofrequenz-magnetisches Feld innerhalb des Kernes 17. Dieses magnetische Feld induziert ein quellenfreies elektrisches Feld in dem ionisierbaren Gas 13 innerhalb des Kolbens 11 und des Tunnels 12b. Das elektrische Feld ionisiert das Gas und regt die Strahlung und die Abgabe sichtbaren Lichtes an. Bei dieser Ausfuhrungsform der Erfindung soll das ionisierte Gas keinen beträchtlichen Anteil sichtbaren Lichtes emittieren, sondern Strahlung, die zur Emission sichtbaren Lichtes von einem Fluoreszenzleuchtstoff führt. Es ist bekannt, daß dies eine relativ wirksame Energieausnutzung gestattet.

Wie in der US-PS 4 005 330 ausgeführt, sind Ferrit und ähnliche Kernmaterialien bei der Betriebs frequenz brauchbar für eine hohe Permeabilität und geringe interne Wärmeverluste. Es ist jedoch bekannt, daß die Permeabilität des Ferrites abnimmt und die Kernverluste zunehmen, wenn ein Betrieb bei hoher Temperatur erfolgt. Beim Betrieb der Lampe bildet das ionisierte Gas ein den Transformatorkern umgebendes Plasma.

Eine zylindrische Basisstruktur 21, die an dem Basisteil 11a des Kolbens befestigt ist, enthält eine Energiequelle 23 von Radiofrequenz, die mit der Primärwicklung 19 verbunden ist, um durch diese einen Radiofrequenzstrom fließen zu lassen. Gegenüber dem Kolben 11 ist an der Basisstruktur 21 ein Schraubsockel 25 befestigt, über den die Energie vom Netz aufgenommen wird.

Die Strukturen des den Transformatorkern aufnehmenden Kopfstückes und Tunnels sind mehr im einzelnen in Figur 2 gezeigt, aus der

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sich ersehen läßt, daß der Transformatorkern 17 den Tunnel 12b umgibt. Der Kern 17 und die Wicklung 19 liegen außerhalb des Gases 13, sind jedoch innerhalb der Kolbenstruktur zentral angeordnet. Die zentrale Kernlage erzeugt ein Plasma, welches den Kolben füllt und erleuchtet und so eine gleichmäßige Lichtabgabe gewährleistet. Da Transformatorkern 17 und Wicklung 19 außerhalb des Kolbens in atmosphärischem Druck liegen, ist der Wärmeübergang von dem Kern erreicht, und entgasende Wirkungen mit damit verbundener Verschmutzung des Gases und der Leuchtstoffe sind unmöglich. Der Raum 30 innerhalb der Kapsel 12 kann alternativ mit einem nicht-dargestellten Wärmeübertragungsmedium oder Harz gefüllt werden, um den Wärmeübergang vom Kern zu verbessern, falls dieses erwünscht ist.

Die Oberflächen des Kopfstückes 14 und des Tunnels 12b der bekannten Lampen mit äußerem Kern und quellenfreiem elektrischen Feld sind mit der gleichen Leuchtstoffzusammensetzung überzogen, wie die inneren Oberflächen des Kolbens 11. In solchen Lampen gelangt ein beträchtlicher Teil der dem Plasma zugeführten elektrischen Energie schließlich in Form von Strahlung zu dem Kopfstück und dem Tunnel. Wenn diese Energie nicht wieder abgestrahlt, reflektiert oder abgeleitet wird, dann steigt die Temperatur des Kopfstückes und Tunnels an. Da der Ferritkern zum großen Teil von dem Kopfstück umgeben ist, wird auch seine Temperatur ansteigen und dies führt zu einer entsprechenden Verringerung der magnetischen Sättigungsflußdichte des Ferritkernes und zu einer Zunahme der Energieverluste darin. Als Ergebnis dessen verringert sich die Lampenwirksamkeit und wenn der Temperaturanstieg stark ist, kann die Lampe sogar gelöscht werden. Die verminderte Sättigungsflußdichte kann im heißen Zustand sogar Startschwierigkeiten verursachen.

In einer typischen Lampe werden etwa 60 % der dem Plasma zugeführten Energie in Form von UV-Strahlung an das Kopfstück und den Tunnel übertragen. Ein typischer Leuchtstoff wandelt nur etwa 1/3 dieser Strahlung in brauchbares Licht um, während 2/3 der Strahlung die Lampenstrukturen aufheizen.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dünner UV-Strahlung reflektierender überzug 24 auf der Oberfläche des Kopfstückes und des Tunnels 12b angeordnet. Auf diesen Oberflächen auffallende UV-Strahlung wird daher zu den äußeren Oberflächen des Kolbens 11 reflektiert und trägt nicht zum Aufheizen, des Ferritkernes bei. Der Überzug 24 kann z. B. aus einer dünnen Aluminiumschicht bestehenj die etwa 90 % der einfallenden UV-Strahlung reflektiert. Überzüge aus Magnesiumoxid haben sich als noch besser als Aluminium erwiesen.

Bei den Lampen der vorliegenden Erfindung tragen die Oberflächen des Kopfstückes und des Tunnels nicht direkt zur Lichtabgabe der Lampe bei. Viel von der UV-Strahlung, die vom Kopfstück reflektiert wird, trifft jedoch schließlich auf den Leuchtstoff 15 auf den äußeren Oberflächen des Kolbens 11 und steigert so die Lichtabgabe. Der Leuchtstoff auf der Kolbenoberfläche arbeitet normalerweise bei einer sehr viel geringeren Temperatur als die Kopfstückoberfläche und ist daher sehr viel weniger einer Alterung und einem Abbau ausgesetzt als die Leuchtstoffe auf der Kopfstückoberfläche bei den Lampen nach dem Stand der Technik.

Die reflektierenden Überzüge nach der vorliegenden Erfindung gestatten beträchtlich verringerte Ferritkerntemperaturen in mit äußerem Kern versehenen, induktionsionisierten Fluoreszenzlampen und gestatten so den Betrieb der Lampen bei höheren Eingangsleistungen und mit einer besseren Beibehaltung der Lumenabgabe j als dies bei den Lampen nach dem Stand der Technik der Fall war, deren Kopfstücke mit Leuchtstoff überzogen waren.

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Claims

4606-RD-j General Electric Company Ansprüche

1. Fluoreszenzlampe mit einem quellenfreien elektrischen Feld und einem evakuierbaren, lichtdurchlässigen, im wesentlichen kugelförmigen Kolben, der einen Kanal aufweist, wobei der Kolben ein gasförmiges Medium enthält, das aufgrund eines darin induzierten elektrischen Feldes eine elektrische Entladung aufrechterhalten kann und dabei UV-Strahlung emittiert, die Lampe weiter einen,eine geschlossene Schleife bildenden Magnetkern mit einer zentralen Öffnung aufweist, der mindestens teilweise in dem genannten Kanal enthalten ist, wobei dieser Kern eine Verbindung zu dem gasförmigen Medium herstellt und eine Einrichtung zum Induzieren des elektrischen Feldes in dem gasförmigen Medium vorhanden ist und Leuchtstoffe auf den inneren Oberflächen des Kolbens angeordnet sind, die sichtbares Licht emittieren, wenn sie durch die genannte UV-Strahlung erregt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß ein UV-Strahlung reflektierender Überzug (24) auf den dem Magnetkern (17) benachbarten Oberflächen des Kolbens (1) angeordnet ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der reflektierende Überzug Aluminium oder Magnesiumoxid umfaßt.

3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnetkern Ferrit umfaßt.

4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung des Kernes über einen dielektrischen Tunnel (12b) erfolgt, wobei der reflektierende Überzug (24) auch auf den Oberflächen dieses Tunnels vorhanden ist.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern von einem dielektrischen

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Kopfstück (14) umgeben ist und das der reflektierende Überzug (24) auf den Oberflächen dieses Kopfstückes vorhanden ist.

6. Basisstruktur für eine Fluoreszenzlampe, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen rechteckförmiges Teil, das einen Hohlraum begrenzt mit etwa quadratischen Vorder- und Rückflächen, wobei in der Vorder- und Rückfläche je eine zentral angeordnete Öffnung vorhanden ist und die Bodenoberfläche des Hohlraumes eine im wesentlichen rechte eiförmige Öffnung aufweist, die den Zugang in das Innere des Hohlraumes gestattet, weiter ein rohrförmiges dielektrisches Teil mit Schnittabmessungen, die etwa gleich den Abmessungen der zentral angeordneten Öffnung sind,und daß sich zwischen der vorderen Oberfläche und der rückwärtigen Oberfläche erstreckt und mit den Kanten der genannten öffnungen dicht verbunden ist, wobei weiter ein eine geschlossene Schleife bildender Magnetkern auf dem rohrförmigen Teil angeordnet und in dem Hohlraum enthalten ist und ein UV-reflektierender Überzug auf den Oberflächen des dielektrischen Teiles angeordnet ist.

7. Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der reflektierende Überzug auch auf den äußeren Oberflächen des rechteckförmigen Teiles angeordnet ist.

8. Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der reflektierende Überzug aus Aluminium oder Magnesiumoxid besteht.

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