DE3021517A1

DE3021517A1 - Kompakte niederdruckentladungslampe mit geteiltem kolben

Info

Publication number: DE3021517A1
Application number: DE19803021517
Authority: DE
Inventors: John F Gilmore; Robert G Young
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-07
Publication date: 1980-12-18
Also published as: GB2054257B; JPS5740628B2; NL8003345A; CA1143776A; JPS561456A; GB2054257A; US4281271A; FR2458895A1; FR2458895B1; IN151685B

Description

Düsseldorf, 6. Juni 1980

47,645
8030

•Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

•Kompakte Niederdruckentladungslampe mit geteiltem Kolben

•Die Erfindung betrifft elektrische Niederdruckentladungslampen und insbesondere Fluoreszenzlampen von kompakter Größe hoher Helligkeit, die einen aufgeteilten Kolben besitzen und geeignet sind, in Beleuchtungarmaturen für Haushalt und kommerzielle Anwendungen eingesetzt zu werden.

Elektrische Entladungslampen, die im inneren geteilte Kolben besitzen, um einen stärker gestreckten Entladungsweg zu liefern, sind allgemein bekannt. Die US-Patentschrift 2 121 333 offenbart eine einendige Lampe dieser Konstruktion, bei der am Kolben angebrachte Glasplatten als Teilungseinrichtungen dienen. Eine andere Fluoreszenzlampe dieser allgemeinen Art wird in der US-Patentschrift 3 024 383 offenbart, bei welcher Lampe ein dünnes Blatt aus Glas oder einem geeigneten keramischen Material als Teilungseinrichtung verwendet wird, mit der das innere des Kolbens in entweder zwei oder vier Sektoren aufgeteilt wird. Eine zweiendige Fluoreszenzlampe mit einer longiditunalen Teilung, welche sich längs der Achse des Kolbens zwischen zwei Paaren von entgegengesetzten Enden angeordneten Elektroden angeordnet sind, um eine Einrichtung mit doppeltem Entladungslichtbogen zu schaffen, wird in der US-Patentschrift 3 084 271 beschrieben.

030051/0823

Entladungslampen, die Kolben mit Teilungseinrichtungen oder auch mit einem Füll- oder Kernglied besitzen, die verhindern, daß der Lichtbogen zwischen den Elektroden längs der Achse des Kolbens läuft, sind ebenfalls allgemein bekannt. Beispielsweise ist gemäß der US-Patentschrift 1 963 962 der rohrförmige Kolben einer Entladungslampe in einer solchen Weise geteilt, daß sich eine Vielzahl von Entladungskanälen ergibt, die um eine zentrale Bohrung oder Kanal angeordnet sind. Die US-Patentschrift 2 133 205 beschreibt eine rohrförmige, doppelendige Entladungslampe, die ein mit Kanälen versehenes Kern- oder Füllglied aufweist, welches den Lichtbogen zwingt, unterschiedlichen Wegen zu folgen und einen sich ändernden Leuchteffekt zu erzeugen. Verschiedene Arten von Fluoreszenzlampen besitzen Kolben, die so konstruiert sind, daß die Entladung daran gehindert wird, längs dem Zentrum der Kolbenkomponente zu folgen (oder gezwungen wird, einen Weg um einen inneren Kolben zu folgen), werden in den US-Patentschriften 3 521 120, 3 953 761 (Ausführungsformen der Figuren 6-8) und 4 095 135 offenbart. Fluoreszenzlampen mit Kolben, die den Lichtbogen veranlassen, einen gewendelten Weg um die Kolbenachse zu nehmen, werden in den US-Patentschriften 3 899 712 und 3 903 447 beschrieben.

Die bekannten kompakten Fluoreszenzlampen mit geteiltem Kolben weisen gegenüber Konstruktionen mit ungeteiltem Kolben neben der größeren Kompaktheit höhere Helligkeit und verbesserten Wirkungsgrad auf. Allerdings hat sich erwiesen, daß die Größe der "Kernkammer" bezüglich der Größe des Kolbens bestimmte Proportionen nicht überschreiten darf, um die Äbschattungseffekte längs der Kolbenachse möglichst klein zu halten. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer kompakten Fluoreszenzlampe mit geteiltem Kolben, der in dieser Hinsicht verbessert ist und dadurch einen noch höheren Wirkungsgrad besitzt, ohne daß die Stromdichte erhöht und die Startspannungseigenschaften der Lampe unpraktische Grenzwerte erreichen.

630051/0823

Gelöst wird die Aufgabe gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs, also durch eine elektrische Niederdruckentladungslampe, die einen rohrförmigen, lichtdurchlässigen, abgedichteten Kolben aufweist, der ein ionisierbares Medium sowie ein paar im Abstand angeordnete Elektroden aufweist, mit weiterhin Leitungseinrichtungen, die sich in den Kolben hineinerstrecken und an entsprechende Elektroden angeschlossen sind, und mit einer langgestreckten Teilungsanordnung innerhalb des rohrförmigen Kolbens, welche eine Vielzahl von Plattensegmenten umfaßt, welche einen ununterbrochenen Entladungskanal bilden, der sich zwischen den Elektroden erstreckt und den Kolben in einer vorbestimmten retrovertierten Weise mehrfach quert. Die Plattensegmente der Teilungsanordnung erstrecken sich longitudianal längs der Wände des Kolbens und von diesen nach innen und sind so geformt und angeordnet, daß sie das Kolbeninnere in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Sektoren aufteilen und auch eine langgestreckte zentral angeordnete Kammer bilden, die bezüglich der Entladung geschlossen ist und den Kern der Teilungsanordnung bildet, wobei die Größe der Kernkammer von der Teilungsanordnung definiert und zur Größe des Kolbens korreliert und derartig ist, daß die maximale Querschnittserstreckung der Kernkammer an einer bestimmten Stelle 25 % bis 85 % der maximalen Querschnittserstreckung des Kolbens an der gleichen Stelle ausmacht, so daß die Entladung in Richtung auf die Kolbenwände nach außen verschoben wird, während diese die entsprechenden Kolbensektoren quert, welche von den Plattensegmenten der Teilungsanordnung gebildet werden.

Durch die Aufteilung des rohrförmigen Kolbens in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Sektoren, die um eine zentrale Kernkammer angeordnet sind und die Entladung zwingen, einen langgestreckten retrovertierten Weg ohne eine Traversierung der Kernkammer zu nehmen, ergibt sich eine kompakte Fluoreszenzlampe von hoher Helligkeit und verbessertem Wirkungsgrad. Die Größe der Kernkammer bezüglich der Größe des Kolbens muß

0300517082a

innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, um die Abschattungseffekte bzw. Lichteinfangeffekte längs der Kolbenachse soweit als möglich zu reduzieren, ohne daß die Stromdichte erhöht und die Zündspannungseigenschaften der Lampe jenseits praktischer Grenzen vergrößert wird.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist der rohrförmige Kolben von entweder einer einendigen oder einer doppelendigen Fluoreszenzlampe mit einer aus Metallblech bestehenden und mit Leuchtstoff beschichteten und in den Kolben eingeschobenen Teilung versehen, um eine vorbestimmte Anzahl von miteinander verbundenen Entladungskammern sowie eine geschlossene Kernkammer zu bilden, deren maximale Querschnittserstreckung zwischen 25 % und 85 % des Kolbendurchmessers (oder der maximalen QuerschnittserStreckung des Kolbens, wenn dieser einen nicht kreisförmigen Querschnitt besitzt) ausmacht. Eine Kernkammer, die etwa 50 % der Größe des Kolbens ausmacht, ist optimal.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer perspektivischen, weggeschnittenen Ansicht eine kompakte einendige Fluoreszenzlampe mit um eine Kernkammer herum angeordneten sechs Kolbensektoren;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in Fig. 1 dargestellten Lampe;

Fig. 2A eine vergrößerte Querschnittsansicht durch eine der mit Leuchtstoff beschichteten Teilungsplatten längs der Linie IIA-IIA der Fig. 2;

030051/0823

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der in der Lampe gemäß Fig. 1 und 2 verwendeten Teilungsanordnung, wobei ein Teil der Teilung zu Illustrationszwecken entfernt ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch eine einendige Fluoreszenzlampe der gleichen Art wie bei der Lampe gemäß Fig. 1 und 2, mit der Ausnahme, daß diese Lampe eine Teilungsanordnung von herkömmlicher Konstruktion besitzt, die den Kolben in sechs dreieckig geformte Sektoren aufteilt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Lumenerhöhung einer Fluoreszenzlampe, die die gemäß der vorliegenden Erfindung verbesserte Teilungsanordnung verwendet;

Fig. 6A Querschnittsansichten von alternativen Lampenaus-

- 6C führungsformen mit Teilungsanordnungen, die eine

Kernkammer sowie Entladungskanäle von verschiedener Form und Größe liefern;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer doppelendigen Fluoreszenzlampe, die die vorliegende Erfindung enthält, wobei Teile des Kolbens und der Teilungsanordnung zu Illustrationszwecken weggeschnitten sind;

Fig. 8A Querschnittsansichten einer Serie von doppelendigen

- 8D Fluoreszenzlampen mit Teilungsanordnungen, die in

Sektoren aufgeteilte Kolben liefern, welche Kernkammern aufweisen, deren Größe zwischen O % und 76 % des Kolbendurchmessers liegt; und

Fig. 9, graphische Darstellungen zum Vergleich des Licht-

10, ausganges und der Helligkeit in Lumen pro Watt der

11, verschiedenen Fluoreszenzlampen, die in den Fig. 8A - 8D dargestellt sind.

030051/0823

In den Fig. 1 und 2 ist eine kompakte Fluoresζenζlampe 10 von der einendigen Bauart dargestellt, bestehend aus einem glasartigen Kolben 12 von zylindrischer Konfiguration, der an einem Ende durch eine flache Endwand 13 abgeschlossen ist und eine Teilungsanordnung 14 enthält, welche in den Kolben eingeschoben ist und aus einer Vielzahl von Plattensegmenten 15 besteht, die sich longitudinal entlang der Kolbenwände und von diesen nach innen erstrecken. Die Plattensegmente 15 sind so geformt und angeordnet, daß sie das innere des Kolbens 12 in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Sektoren sowie in eine zentrale Kammer C aufteilt, die den Kern der Teilungsanordnung 14 bildet und sich längs der Kolbenachse erstreckt. Ein paar von thermoionischen Elektroden 16 und 17 sind an dem abgedichteten Ende des Kolbens 12 an gegenüberliegenden Seiten eines der ebenen Segmente 15 angeordnet, die sich zwischen den Elektroden erstrecken und diese physikalisch voneinander isolieren. Die Elektroden werden in dieser Stellung durch geeignete Zuführleitungseinrichtungen gehalten, wie Zuführdrähte 18 und 19, die sich durch das abgedichtete Ende des Kolbens 12 erstrecken und mit geeigneten Anschlüssen verbunden sind, wie Metallstiften 20, die von einem geeigneten Basisglied 22 ausgehen und an diesem befestigt sind, welches am Kolben befestigt ist.

Die Teilungsanordnung 14 wird vorzugsweise aus sechs identisch geformten Stücken Metallblech geformt, welches längs überlappten Verbindungen punktgeschweißt wird, wie in den Fig. 1-3 erläutert. Die sich ergebende einstückige Anordnung wird innerhalb des Kolbens 12 mittels einer Scheibe 24 aus geeignetem isolierendem Material, daß an den Zuführdrähten 18 und 19 verankert ist, in aufrechter Stellung gehalten. Die Peripherie der Stützscheibe 24 ist mit einer Dichtung 25 aus inertem nachgiebigem Material versehen, welche ein sattes Anliegen an dem Kolben 12 ergibt. Dies hindert die Entladung daran, die Teilungsanordnung 14 zu umgehen und einen direkteren Weg zu den freiliegenden Teilen der Zuführdrähte zu nehmen, die unterhalb der Stützscheibe 24 angeordnet sind. Aus dem gleichen Grunde

ÖSÖQ51/Q323

sind die Enden der Platuensegmente 15 gegen geeignet geformte Kissen 26 und 27 gehalten, die aus dem gleichen oder ähnlichen inerten nachgiebigen Material hergestellt und so geschnitten sind, daß sie zwischen zugehörigen Enden der Teilungsanordnung 14, der Stützscheibe 24 bzw. der Endwand 13 des Kolbens überlappend und sandwichartig zu liegen kommen. Ein Kurzschließen des Lichtbogens entlang der Längskanten der Plattensegmente 15 wird dadurch vermieden, daß diese Kanten zu seitlich sich erstreckenden Nasen 28 geformt sind, die gegen die Kolbenwände anliegen. Dies erhöht die "Luftspalf-Entfernung längs dieser Verbindungen und schafft somit eine Bariäre gegen Lichtbogendurchdringung.

Bevor der Kolben 12 hermetisch abgedichtet wird, wird er evakuiert und mit einem geeigneten Füllgas (wie Argon oder eine Mischung von Argon und Neon mit einem Druck von mehreren Millibar) und dann mit einer Dosis Quecksilber durch eine (nicht dargestellte) Röhrenverbindung in der üblichen Weise versehen, um ein ionisierbares Medium zu erhalten, das eine elektrische Entladung aufrechterhält, wenn die Lampe 10 erregt ist. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Plattensegmente 15 (mit der Ausnahme desjenigen, das angrenzend zu den Elektroden 16 und 17 liegt und sich zwischen diesen erstreckt) mit öffnungen 30 an alternierenden Enden versehen, so daß die Kolbensektoren miteinander in Verbindung stehen und einen ununterbrochenen Entladungskanal bilden, der den Kolben 12 in retrovertierter Weise von einer der Elektroden zur anderen traversiert.

Da die Enden der Teilungsanordnung 14 gegen die nachgiebigen Kissen 26 und 27 fest gelagert sind, die wiederum sich gegen die Stützscheibe 24 und die Kolbenendwand 13 abstützen, wird die Kernkammer C gegenüber der elektrischen Entladung abgeschlossen und verschiebt oder "drückt" den Lichtbogen weg von dem zentralen Teil der Lampe 10 in Richtung auf die gebogenen Wände des Kolbens 12. Die Oberflächen der Stützscheibe 24 und der Teilungsanordnung 14, die der Entladung ausgesetzt sind,

Ö30051/0823

sind mit einem geeigneten Leuchtstoff beschichtet, der durch die Ultraviolettstrahlung angeregt wird, welche von der Entladung erzeugt wird, wodurch der Leuchtstoff sichtbare Strahlung abgibt. Insoweit die Oberflächen der Plattensegmente 15, die die geschlossene Kernkammer C bilden, der Entladung nicht ausgesetzt sind, können sie unbeschichtet gelassen werden.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Plattensegmente 15 gemäß dieser besonderen Ausführungsform von einer solchen Konfiguration, daß sie sechs Sektoren oder Lichtbogenkanäle bilden, die von gleicher Größe sind und eine im wesentlichen trapezförmige Querschnittsform aufweisen und um eine Kernkammer C von hexagonalem Querschnitt angeordnet sind. Die Fluoreszenzlampe 10 ist somit von einendiger Konstruktion und bildet eine Lampe mit "sechs Durchgängen", in der die Lichtbogenentladung den Kolben 12 sechsmal in einer Hin- und Herrichtung durchquert, während der Lichtbogen von der einen zu der anderen Elektrode läuft. Die relative Größe von Kernkammer C und Kolben 12 gemäß dieser besonderen Ausführungsform ist derartig, daß die maximale Querschnittserstreckung der Kammer etwa 50 % des inneren Durchmessers des Kolbens ausmacht.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist auch die innere Oberfläche des Kolbens 12 mit einer Schicht 32 eines geeigneten Leuchtstoffes beschichtet, der auf ultraviolette Strahlung reagiert. Wenn die Teilungsanordnung 14 aus Metallblech hergestellt wird, wie bei der dargestellten Ausführungsform, wird das Metallblech vorzugsweise zunächst mit einem inerten lichtreflektierendem Material beschichtet, um so den Lichtausgang der Lampe 10 zu vergrößern. Die Doppe!beschichtung ist in Fig. 2A dargestellt. Die Teilungsanordnung 14 ist somit mit einer Basisbeschichtung 34 aus einem geeigneten lichtreflektierendem Material (wie TiO₂/ MgO, BaSO^, Al₃O₃, ZnO und Mischungen davon) beschichtet und diese Schicht mit der Leuchtstoffschicht 33 überdeckt.

030051/0823

302151?

Wie in Fig. 3 durch die Pfeile angedeutet wird, läuft die Lichtbogenentladung längs der entsprechenden Plattensegmente 15 durch die öffnungen 30 von einer Seite des nicht mit einer öffnung versehenen Plattensegmentes und endet auf der gegenüberliegenden Seite dieses Segmentes. Somit bildet die Teilungsanordnung 14 in Verbindung mit der flachen Endwand 13 und den gekrümmten Seitenwänden des rohrförmigen Kolbens 12 einen einzigen fortlaufenden Entladungskanal, der ungefähr sechsmal so lang ist wie der Kolben und somit eine kompakte Lichtquelle von intensiver Helligkeit liefert.

Die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei Vergleich der Fig. 2 mit der Fig. 4 ohne weiteres deutlich, welche letztere Figur die Querschnittskonfiguration der Lichtbogenkanäle darstellt, die von einer einendigen Fluoreszenzlampe 10a mit "sechs Durchgängen" herkömmlicher Konstruktion gebildet wird, die identisch in jeder Hinsicht mit der Lampe 10 ist, mit der Ausnahme, daß sie eine Teilungsanordnung 14a enthält, welche Plattensegmente 15a aufweist, die an der Kolbenachse sich schneiden und sich radial bis zu den Kolbenwänden erstrecken. Da die Plattensegmente 15a der herkömmlichen Lampe 10a sich an der Kolbenachse treffen, ist die Querschnittsform eines jeden der Entladungskanäle im wesentlichen dreieckig und umfaßt sehr scharfe spitze Winkel. Da nur das Licht von Nutzen ist, daß aus der Lampe durch die Kolbenwände hindurchtritt, können einige Lichtstrahlen, die in tief innerhalb der Lampe längs der Kolbenachse angeordneten Ecken erzeugt oder in diese hinneinreflektiert werden, wegen der besonderen Geometrie mehrere Male im Eckenbereich reflektiert und schließlich dort absorbiert werden und damit verloren gehen. Außerdem wird der Teil der erzeugten ultravioletten Energie des Lichtbogens, der den Leuchtstoff auf der Kolbenwand erreicht (verglichen mit dem Gesamtgebiet der leuchtstoffbeschichteten Oberflächen), niedrigsein, er beträgt beispielsweise nur etwa 1/3 im Falle der Fluoreszenzlampe mit "sechs Durchläufen", die eine Teilungsanordnung besitzt, welche Metall-zu-Metallecken von 60 aufweist.

630051/0823

Im Gegensatz dazu besitzt die verbesserte Lampe 10 mit "hohlem Kern" Eckenwinkel (wie in Fig. 2 dargestellt), die weniger spitz und daher auch weniger anfällig zum Einfangen von Licht sind, außerdem sind sie näher an der gebogenen Wand des Kolbens 12 angeordnet. Da das Gesamtgebiet oder die gesamte Oberfläche, die mit Leuchtstoff beschichtet ist, reduziert ist, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die "tiefen" inneren Ecken durch die flachen Rücksegmente der Plattensegmente 15 ersetzt werden, die die Kernkammer C bilden, wird der Teil des erzeugten UV-Lichtes, der die Leuchtstoffbeschichtung 32 auf der Birnenwand erreicht, entsprechend erhöht.

Die sich ergebene Erhöhung des Lichtausganges bei einer gegebenen Wattleistung ist erheblich und in Fig. 5 graphisch dargestellt. Es ist aus der Kurve 35 zu erkennen, daß die Fluoreszenzlampe mit "sechs Durchgängen" und mit herkömmlicher dreieckförmiger Entladungskanalform einen Lichtausgang von etwa 1480 Lumen bei 40 Watt besaß und das dieser Ausgang sich progressiv auf etwa 2300 Lumen bei 10 Watt erhöhte. Im Gegensatz dazu besaß eine mit sechs Durchgängen versehene Lampe gleicher Größe, bei der jedoch eine Teilungsanordnung vorgesehen war, die trapezförmige Entladungskanäle und eine hexagonal geformte, 50 %ige Kernkammer lieferte, einen Lichtausgang von ungefähr 1800 Lumen bei 40 Watt. Wie durch die Kurve 36 angedeutet wird, erhöhte sich der Lichtausgang progressiv in einer Weise, daß er für 70 Watt bei mehr als 2700 Lumen lag. Die zur Erlangung der in Fig. 5 dargestellten Daten verwendeten Fluoreszenzlampen waren beide von der einendigen Bauart und besaßen zylindrische Kolben mit einem Durchmesser von annähernd 10 cm, wobei die Teilungsanordnungen etwa 15 cm lang waren und in einer Weise konstruiert waren, wie sie in Fig. 2 und 4 dargestellt ist.

Dem Durchschnittsfachmann wird somit deutlich geworden sein, daß die verbesserte Lampe eine Teilungsanordnung besitzt, die eine geschlossene Kernkammer C von sorgfältig gesteuerter Größe

630051/0823

aufweist, welche die Einladung zwingt/ einem Weg zu folgen, der gegenüber der Kolbenachse in Richtung auf die Kolbenwände versetzt ist, wodurch eine deutliche Verbesserung der Lampenwirkungsweise erreicht wird, indem Lichteinfangverluste beseitigt und die erzeugte ultraviolette Energie in einer wirksameren Weise verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf trapezförmige Entladungskanäle und hexagonalförmige Kernkammer, wie sie bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Lampe 10 verwendet werden. Beispielsweise, siehe in Fig. 6A, kann eine Kernkammer C. von kreisförmiger Form in einer sechs Durchgänge aufweisenden Lampe 10b dadurch hergestellt werden, daß die Teilungsanordnung 14b aus sechs planaren Segmenten 15b hergestellt werden, die an ein Rohr 38 von kreisförmigem Querschnitt angebracht sind und sich radial zur Wand des rohrförmigen Kolbens 12b erstrecken. Natürlich würden die mit UV-Licht bestrahlten Oberflächen der Teilungsanordnung und der Kolben einer jeden der alternativen Lampenkonstruktionen mit einem Leuchtstoff beschichtet sein, obwohl dieses Leuchtstoffmaterial in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.

Alternativ können scharfe "innere" Kanten bei den Entladungskanälen vollständig vermieden werden, indem die Plattensegmente 40 der Teilungsanordnung 14c aus Metallblech oder dergleichen hergestellt werden, das gekrümmt oder im Querschnitt gebogen ist, wodurch sich eine Reihe von konkaven Kanalelementen ergibt, die dann an ein zentral angeordnetes hohles Rohr 42 sich anschließen, welches eine kreisförmige Kernkammer C₂ bildet. Die "mit Ansätzen" versehenen Längskanten der entsprechend gebogenen Segmente 40 liegen gegen die innere gebogene Wand des rohrförmigen Kolbens 12c und liefern somit eine Fluoreszenzlampe 10c mit "sechs Durchgängen", wobei die Lampe eine Serie von konkav geformten Kolbensektoren für die Entladung aufweist.

Eine Kernkammer von größeren Abmessungen könnte leicht durch Konstruktion einer einendigen Lampe 10d mit "vier Durchgängen"

030051/0823

hergestellt werden, die eine Teilungsanordnung 14d mit Plattensegmenten besitzt, die aus inneren ebenen Teilen 44, die eine im Querschnitt quadratische Kernkammer C₃ bilden, bestehen und von äußeren Teilen 46 begrenzt werden, die sich von den Ecken der Kammer bis zu den Wänden des rohrförmigen Kolbens 12d radial erstrecken.

Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf Fluoreszenzlampen der einendigen Bauart beschränkt, sondern umfaßt auch Lampen, die von doppelendiger Konstruktion sind. Solch eine Lampe 1Oe ist in Fig. 7 dargestellt und benutzt einen herkömmlichen rohrförmigen Glaskolben 12e von kreisförmigem Querschnitt, der eine innere Beschichtung 32e aus Leuchtstoff aufweist und an jedem Ende durch herkömmliche, mit zwei Zuführungen versehene Glasstilanordnungen 37 und 39 abgeschlossen ist. Die Zufuhrdrähte 18e und 19e erstrecken sich durch die entsprechenden Stile und stützen die Elektroden 16e und 17e an entgegengesetzten Enden des Kolbens 12e. Die äußeren Enden der Zuführdrähte sind mit geeigneten Anschlüssen wie Metallstiften 2Oe versehen, die in Basisgliedern 22e verankert sind, welche an den abgedichteten Enden des Kolbens 12e angebracht sind. Wie im Falle der einendigen Fluoreszenzlampe 10, die vorher beschrieben wurde, ist der Kolben 12e evakuiert und dann mit einem geeigneten ionisierbarem Medium (wie ein Füllgas und eine Dosis Quecksilber) gefüllt, bevor der Kolben hermetisch abgedichtet wird.

Das Innere des Kolbens 12e ist in fünf miteinander verbundene Sektoren durch eine Teilungsanordnung 14e aufgeteilt, die in den Kolben 12e eingeschoben ist. Die Anordnung ist so dimensioniert, das sie eine satte Passung mit den Kolbenwänden herstellt und so zwischen den Elektroden 16e und 17e reibend an Ort und Stelle festgehalten wird, wobei die Enden der Teilungsanordnung von den entsprechenden Elektroden im Abstand angeordnet und isoliert sind. Wie dargestellt, besteht die Teilungsanordnung 14e aus fünf Plattensegmenten 15e, die miteinander verbunden sind und fünf Lichtbogenkanäle oder Sektoren liefern, die sich

§300 51/0823

längs dem Kolben 12e erstrecken und eine zentrale Kernkammer C. umrunden, welche sich entlang der Kolbenachse erstreckt und von pentagonalem Querschnitt ist. Die Enden der Teilungsanordnung 14e sind an transversalen Gliedern befestigt, wie an Kappen und 49, die gegen die Enden der Teilungsplatte 15e sitzen und somit die Kernkammer C. schließen und jeden der Kolbensektoren abschließen. Die Endkappen 48, 49 besitzen geflanschte Kanten und umfassen nachgiebige Sitzkissen (nicht dargestellt), die den Lichtbogen daran hindern, die Teilungsanordnung oder irgendeine ihrer Plattensegmente zu umgehen.

Wie zu erkennen ist, ist bei der Endkappe 48 ein Winkelsegment entfernt, um eine Öffnung 50 zu schaffen, die einen Verbindungsweg von der Elektrode 16e in den zugehörigen Kolbensektor liefert. Die andere Endkappe 49 besitzt eine ähnliche Öffnung 51. Alternierend angeordnete Enden der Plattensegmente 15e sind mit öffnungen (nicht dargestellt) versehen, die der Lichtbogenentladung ermöglichen, durch die Kolbensektoren in retrovertierter und aufeinanderfolgender Weise von einer der Elektroden zur anderen zu laufen. Natürlich ist das Plattensegment 15e, das angrenzend zu den Endkappenöffnungen 50, 51 liegt, von insgesamt undurchbrochener Konstruktion, um die Elektroden voneinander zu isolieren. Die Lampe 1Oe besitzt somit "fünf Durchgänge". Wie bei der vorherigen Ausführungsform ist die innere Oberfläche des Kolbens 12e mit Leuchtstoff 32e beschichtet und die Oberflächen der Teilungsanordnung 14e, die der Entladung ausgesetzt sind, sind ebenfalls mit Leuchtstoff beschichtet.

Ein wichtiges und kritisches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß für optimale Lampenwirkungsweise die Teilungsanordnung innerhalb des Kolbens nicht nur modifiziert werden mußte, um eine abgeschlossene Kernkammer C zu liefern, sondern auch, daß die Größe einer derartigen Kammer relativ zur Kolbengröße so gesteuert werden muß, daß sie innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Es wurde gefunden, daß dann, wenn die relative Größe der Kernkammer zu groß ist, die elek-

630051/0823

trischen Eigenschaften der Entladung derartig werden, daß die Stromdichte sowie auch die Startspannung übermäßig groß werden. Wenn andererseits die relative Größe der Kernkammer zu klein gemacht wird, wird der Lichtverlust im Lichtausgang aufgrund des "Lichteinfangeffektes¹¹ wie auch aufgrund des weniger wirksamen Gebrauchs der ültraviolettenergie bis auf einen Pegel erhöht, der die Gesamtverbesserung der Lampenwirkungsweise zu klein macht, um noch die zusätzlichen Aufwendungen für die Anordnung der Teilung mit "hohlem Kern" zu rechtfertigen.

Die vorgenannte kritische Beziehung wurde bei der Herstellung von vier Testlampen von doppelendiger Konstruktion mit fünf Durchgängen gefunden, die von gleicher Größe (Teilungsanordnungen ungefähr 115 mm lang in rohrförmigen Kolben mit etwa 53 mm Durchmesser) und die in jeder Hinsicht identisch waren, mit der Ausnahme, daß sie Teilungsanordnungen mit Kernkammern aufwiesen, welche in ihrer Größe von O % bis 76 % reichten. Wie in den Fig. 8A - 8D zu erkennen ist, enthielt eine der Testlampen 1Of eine Teilungsanordnung 14f, die Plattensegmente 15f aufwies, die sich radial von der Achse des rohrförmigen Kolbens 12f bis zu den Kolbenwänden erstreckten und somit das Innere des Kolbens in fünf gleiche dreieckförmige Sektoren aufteilte. Diese Lampe besaß demzufolge keine Kernkammer, da die Plattensegmente sich einander längs der Kolbenachse schnitten (Anteil der Kernkammer O %).

Die Testlampe 10g (in Fig. 8B dargestellt) war mit einer Teilungsanordnung 14g versehen, die Plattensegmente 15g aufwies, welche daß Kolbeninnere in fünf Sektoren aufteilte und einen zentralen Kern C von pentagonaler Form lieferte, der eine maximale Querschnittsabmessung aufwies, die äquivalent zu 24 % des Kolbendurchmessers war (24 % Kern).

Die in Fig. 8C dargestellte Testlampe 10h besaß eine Teilungsanordnung 14h, deren Plattensegmente 15h von kürzerer Dimension waren und eine pentagonal geformte Kernkammer C bildeten, die

030051/0823

302151?

eine maximale Quersciuiittsdimension aufwies, die äquivalent zu 52 % des Kolbendurchmessers war (52 % Kern).

Die letzte Testlampe 1Oi ist in Fig. 8D dargestellt und enthielt eine Teilungsanordnung 14i, die Plattensegmente 15i aufwies, welche fünf sehr flache Kolbensektoren und eine große Kernkammer C von pentagonaler Form lieferte, welche Kammer eine maximale Querschnittserstreckung aufwies, die äquivalent zu 76 % des Kolbendurchmessers war (7 6 % Kern).

Jede der Testlampen wurde über einen Bereich von Strömen und Leistungseingängen betrieben, um den Effekt unterschiedlicher Belastungen und verschiedenen Kerngrößen auf die Lichtausgänge in Lumen bzw. Lumen pro Watt der Lampen unter diesen Betriebsbedingungen zu ermitteln.

Der Effekt auf den Lumenausgang bei einem gegebenen Leistungseingang oder Wattbelastung ist in Fig. 9 dargestellt. Wie durch die Kurven 52, 53, 54 und 55 angedeutet wird, erhöhte sich der Lumenausgang für jede der Testlampen mit Erhöhung des Leistungseinganges, und die Rate der Erhöhung war ungefähr die gleiche für jede der Lampen (wie durch die Tatsache bewiesen wird, daß die Kurven im wesentlichen zueinander parallel liegen). Während jedoch die Größe der Kernkammer von O % auf 24 %, 52 % und 76 % des Kolbendurchmessers erhöht wurde, wurde ein entsprechender Anstieg im Lumenausgang bei jedem Leistungseingang erzeugt. Wie in Fig. 9 angedeutet wird, besaß bei einem Leistungseingang von 35 Watt die Testlampe mit einem 0 % Kern einen Lichtausgang von geringfügig weniger als 1200 Lumen, einen Ausgang von etwa 1260 Lumen bei 24 % Kern, einen Ausgang von annähernd 1340 Lumen bei 52 % Kern und etwa 1400 Lumen bei 76 % Kern. Der Lumenausgang stieg somit erheblich an, während die relative Größe der Kernkammer erhöht und Entladungskanäle geschaffen wurden, die fortschreitend flacher wurden und somit die Entladung näher an die Kolbenwände "drückte".

630051/082 3

Der Effekt auf den Lumenausgang, der von den verschiedenen Kerngrößen erzeugt wird, wenn die Testlampen bei einer gegebenen Stromlast betrieben werden, ist in Fig. 10 dargestellt. Wie durch die Kurven 56, 57 und 58 angedeutet wird, erhöhte sich der Lumenausgang wiederum, während die Strombelastung von 400 Milliamper auf 600 Milliamper und schließlich auf 800 Milliamper erhöht wurde. Wiederum war der Lichtausgang am niedrigsten bei der Testlampe, die 0 % Kerngröße aufwies, und der Lichtausgang stieg progressiv bei den Lampen an, die Kerngrößen besaßen, die 24 %, 52 % und 76 % des Kolbendurchmessers betrugen. Wie durch die verhältnismäßig scharfe Aufwärtsumschwenkung einer jeden der Kurven angedeutet wird, wird die Rate der Lichtausgangerhöhung stärker, wenn die Kerngröße von 52 % auf 76 % erhöht wird.

Die Testlampen zeigten jedoch, daß für optimalen Wirkungsgrad bei jedem gegebenen Strom oder Leistungsbelastung die Kerngröße innerhalb eines Bereichs von etwa 25 % bis 85 % des Kolbendurchmessers gehalten werden sollte. Dies wird durch die Kurven 60, 61 und 62 graphisch gezeigt, die in Fig. 11 dargestellt sind und die Änderung des Lichtausgangs in Lumen pro Watt für die verschiedenen Testlampen zeigen, während die Strombelastung und die Kerngröße verändert wurden. Wie durch Kurve 60 angedeutet wird, erreicht der Wirkungsgrad bei einer Strombelastung von 800 Milliamper ein Maximum, wenn die Kerngröße ungefähr 50 % betrug. Bei 600 Milliamper war der Gesamtwirkungsgrad stark verbessert oder gab einen Maximalwert, wenn die Kerngröße ungefähr 55 % ausmachte. Bei 400 Milliamper verbesserte sich der Gesamtwirkungsgrad zu einem noch größeren Ausmaß und erreichte ein Maximum, wenn die Kerngröße etwa 60 % ausmachte. Während somit eine deutliche Verbesserung im Wirkungsgrad bei jeder der Strombelastungen, die bei dem vergleichenden Lampentest verwendet wurden, erreicht wurde, wobei Teilungsanordnungen mit Kerngrößen Verwendung fanden, die etwa 25 % bis 85 % des Kolbendurchmessers ausmachten, ergab sich die größte Verbesserung im Wirkungsgrad bei Kerngrößen im Bereich von etwa 50 %

030051/0823

bis 60 %t wie von dem schraffierten Bereich der in Fig. dargestellten Graphik angedeutet wird.

SS/mi 3

030051/0823

Claims

Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

püsseldorf, 6. Juni 1980

47,645
8030

,Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

■ Patentanspruch e :

Elektrische Niederdruckentladungslampe, bestehend aus einem rohrförmigen, lxchtdurchlässigen, abgedichteten Kolben, der ein ionisierbares Medium sowie ein paar im Abstand angeordnete Elektroden, Leitungseinrichtungen, die sich in den Kolben erstrecken und mit den entsprechenden Elektroden verbunden sind, sowie eine langgestreckte Teilungsanordnung innerhalb des rohrförmigen Kolbens enthält, die aus einer Vielzahl von Plattensegmenten besteht, die einen ununterbrochenen Entladungskanal bilden, der sich zwischen den Elektroden erstreckt und den Kolben mit vorbestimmter Häufigkeit retrovertiert durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattensegmente (15) der Teilungsanordnung (14) sich longitudinal entlang der Wände und des Kolbens (12) und von diesen nach innen erstrecken und so geformt und angeordnet sind, daß sie das Kolbeninnere in eine Vielzahl von miteinander verbundene Sektoren aufteilen und auch eine langgestreckte zentral angeordnete Kammer (C) bilden, die gegenüber der Entladung geschlossen ist und den Kern der Teilungsanordnung (14)

030051/0833

Postscheck: BERLIN west (BLZ 1OO 1OO 10) 1327 36- 109 · deutsche bank (BLZ 3OO 700 10) 6 16Ο253

bildet/ wobei die Größe der Kernkammer (C), die von der Teilungsanordnung (14) gebildet wird, zu der Größe des Kolbens (12) korreliert und so gewählt ist, daß die maximale Querschnittserstreckung der Kernkammer (C) an einer gegebenen Stelle 25 % bis 85 % der maximalen Querschnittserstreckung des Kolbens (12) an der gleichen Stelle ausmacht, so daß die Entladung in Richtung auf die Kolbenwände nach außen verschoben ist, während die Entladung die entsprechenden Kolbensektoren traversiert, die von den Plattensegmenten (15) der Teilungsanordnung (14) gebildet werden.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) und die Kernkammer (C) von im wesentlichen gleichförmiger Querschnittskonfiguration und - abmessung entlang der Länge der Teilungsanordnung (14) sind.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Teilungsanordnung (14) und des Kolbens (12), die der Entladung ausgesetzt sind, mit einem Leuchtstoff (32, 33) beschichtet sind und die Lampe (10) somit eine Fluoreszenzlampe darstellt.
4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 17) und Leitungseinrichtungen (18, 19) am gleichen Ende des rohrförmigen Kolbens (12) angeordnet sind und die Lampe (10) somit eine einendige Fluoreszenzlampe bildet, und daß einer der Plattensegmente (15) der Teilungsanordnung (14) sich zwischen den Elektroden (16, 17) erstreckt und diese voneinander isoliert und daß die verbleibenden Plattensegmente (15) alternierend angeordnete Enden aufweisen, die der Entladung ermöglichen, die Kolbensektoren aufeinanderfolgend zu durchlaufen.

03005170821
5. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 17) an entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Kolbens (12) angeordnet sind und die Lampe (10) somit eine doppelendige Fluoreszenzlampe darstellt, daß die Teilungsanordnung (14) an jedem Ende durch ein Querglied (48, 49) abgeschlossen wird, welches die Kernkammer (C) gegenüber der Entladung abschließt und einen Durchgang für die Entladung zu der zugehörigen Elektrode (16, 17) liefert, und daß ausgewählte Plattensegmente (15) jeweils eine öffnung (30) besitzen, die der Entladung ermöglicht, die Kolbsnsektoren aufeinanderfolgend zu durchlaufen.
6. Lampe nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Texlungsanordnung (14) aus Metallblech besteht und eine Komponente in passend gleitender Beziehung zu dem rohrförmigen Kolben (12) umfaßt und so demensioniert ist, daß die longitudinalen Kantenteile der entsprechenden Plattensegmente (15) gegen die Kolbenwand sitzen.
7. Lampe nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Kolben (12) von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt über die gesamte Länge der Teilungsanordnung (14) ist und daß 6. e von der Teilungsanordnung

(14) gebildete Kernkammer (C) sich im wesentlichen längs der Kolbenachse erstreckt.
8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattensegmente (15) der Teilungsanordnung (14) von im wesentlichen planarer Konfiguration sind und eine Kernkammer (C) von poligonalem Querschnitt bilden (Fig. 6C)„
9. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattensegmente (15) der Texlungsanordnung (14) von im wesentlichen planarer Konfiguration und ar. einem rohrförmigen Stützglied (38) befestigt sind und von diesem

Ö30Q51/0823

radial sich erstrecken, welches Stützglied (38) eine Kernkammer (C) von gebogener Querschnittskonfiguration bildet (Fig. 6A) .
10. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattensegmente (15) der Teilungsanordnung (14) von gebogener Querschnittskonfiguration sind (Fig. 6B).

Beschreibung:

ES/mi 3

630051/0823