DE3048524C2 - Niederdruckentladungslampengerät - Google Patents

Description

7,98OX + 0,007 > Y > 8.379ΑΓ - 0,002, fX > 0, Y > 0),

und zwar unter der Bedingung einer Umgebungstemperatur der Entladungsröhre von 0° C und einer tatsäch-Hch angelegten Versorgungsspannung von 90% der Nennversorgungsspannung, bzw. daß der Wert X [Pa-' · cm-³] und der Wert K[T] in einer Beziehung stehen, die definiert ist durch

7,980* + 0,007 > K > 8.379Λ" - 0,005, (X > 0, K > 0),

und zwar unter der Bedingung einer Umgebungstemperatur der Entladungsröhre von 0⁰C und einer tatsächlieh angelegten Versorgungsspannung von 100% der Nennversorgungsspannung.

2. Niederdruckentladungslampengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugende Vorrichtung an einer Leuchte zum Halten der Niederdruckcntladungsröhre in Längsrichtung entlang im wesentlichen der gesamten Länge einer Oberfläche der Entladungsröhre angeordnet ist.

3. Niederdruckcntladungslampengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugende Vorrichtung auf einem Teil der Außenoberflächc der Entladungsröhre und in Längsrichtung entlang im wesentlichen der gesamten Länge der Entladungsröhre angeordnet ist.

4. Niederdruckentladungslampengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugende Vorrichtung ein streifenförmigcr Permanentmagnet ist, dessen Breite und Dicke im Verhältnis von 1 :2 zueinander stehen.

5. Niederdruckentladungslampengerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre eine Reflektorröhre (Fig. 11a, b) ist, die auf der Innenoberfläche im wesentlichen entlang der gesamten Länge des oberen Teils eine reflektierende Schicht (r) und auf der gesamten Innenoberfläche einschließlich des Teils der reflektierenden Schicht (r) eine Leuchtstoffschicht (50) aufweist, und daß die magnetfelderzeugende Vorrichtung ein Permanentmagnet in Form einer gekrümmten Platte (11) ist, der entlang der Außenoberfläche der Entladungsröhre (40) auf im wesentlichen einer Rückseite der reflektierenden Schicht ^befestigt ist.

Die Erfindung betrifft ein Niedcrdruckentladungslampengcrät gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einer herkömmlichen Niederdruckentladungslampc, wie einer Leuchtstofflampe, ist außer Quecksilber noch Argon als Edelgas enthalten. In jüngster Zeit wird jedoch eine neue Art einer Niederdruckentladungslampe vorgeschlagen, die eine Entladungsröhre kleineren Durchmessers aufweist, in der sich Quecksilber und ein Edelgas wie Krypton oder Xenon, das ein höheres Atomgewicht als Argon aufweist, befindet. Da Edelgas mit höherem Atomgewicht ein niedrigeres lonisationspotential aufweist, ist die Beweglichkeit eines geladenen Teilchens in der Entladungsröhre verringert. Demgemäß ist der Kathodenfall verringert und die Effektivität der Lampe verbessert. Bei der erwähnten Art von Leuchtstofflampen tritt jedoch unter der Bedingung einer niedrigen Umgebungstemperatur eine Flackererscheinung merklich in Erscheinung, und daraus resultierend wird die Lampenstrahlung niedrig, und ferner erhöhen sich die Verluste im Vorschaltgerät aufgrund einer Erhöhung des Laststroms.

Generell gesagt gibt es die folgenden zwei Arten von Flackererscheinungen, die bei einer Quecksilber und Edelgas enthaltenden Niederdruckentiadungsröhre auftreten. Die erste Art dieser Flackererscheinung ist ein Flackern, das in der Nähe der Elektroden auftritt und durch das Flackern des Kathodendunkelraums mit einer Frequenz, die doppelt so hoch ist wie die Netzfrequenz, verursacht wird. Diese in der Nähe der Elektroden auftretende Flackererscheinung wird Endflackern genannt, und man kann es leicht durch Verwenden einer flackerlosen Schaltung verhindern. Die zweite Art der Flackererscheinung ist ein Flackern, das über der gesamten positiven Säule auftritt und daher entlang nahezu der gesamten Länge der Entladungsröhre in Erscheinung tritt. Diese Flackererscheinung wird durch eine sich bewegende Streifenbildung erzeugt, die für eine Edelgasent-

b5 ladung in der positiven Säule eigentümlich ist. Je schwerer das Atomgewicht des Edelgases ist, um so mehr erscheint sie bei höherer Temperatur. Als Grund wird folgendes angenommen: Wenn die Umgebungstemperatur der Entladungsröhre abfällt, fällt der Quecksilberdampfdruck exponentiell ab, und folglich geht die loncnmchrheit in der Entladungsröhre graduell von den Quecksilberionen zu den Edelgasionen über, und demgemäß

tritt die durch die Edelgasentladung verursachte sich bewegende Streifenbildung in Erscheinung. Wenn Krypton (mit einem lonisationspotential von 13,99 V), dessen Atomgewicht größer ist als das von Argon (mit einem Ionisationspotential von 15,76 V), in der Entladungsröhre als Edelgas eingeschlossen wird, ändert sich aufgrund von dessen geringem Ionisationspotentiai gegenüber dem von Quecksilber (mit einem lonisationspotential von 10,43 V) die Mehrheit der Ionen in der Entladungsröhre graduell von Quecksiiberionen zu Edelgasionen, selbst unter der Bedingung einer vergleichsweise hohen Temperatur. Falls das in der Entladungsröhre eingeschlossene Edelgas ein Mischgas ist, das verschiedene Edelgase enthält, wird die Flackererscheinung durch das schwerste Edelgas der Gasmischung bewirkt, und je größe- der Mischungsanteil des Gases ist, um so herausragender erscheint die durch die sich bewegende Streifenbildung verursachte Flackererscheinung der Edelgasentladung unter der Bindung einer vergleichsweise hohen Temperatur.

Aus der US-PS 24 11 510 ist ein Gerät bekannt, das eine Niederdruckentladungsröhre aufweist, die an beiden Enden mit Elektroden versehen ist und die ein Gas enthält. Die Füllung der Entladungsröhre besteht aus einem geeigneten Gas unter geeignetem Druck, z. B. in üblicher Weise aus einer Mischung aus Quecksilber und Edelgas. Zwischen den Elektroden ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet, das das die Entladung erzeugende elektrische Feld kreuzt. Das Magnetfeld dient zur Verlängerung des Weges der Entladung und somit zur Vergrößerung des Spannungsgradienten in der Röhre, unabhängig von der Länge der Röhre. Dies ermöglicht die Verwendung kürzerer Röhren. Maßnahmen zur Behebung der störenden Flackererscheinungen in der positiven Säule sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung Lt es, das geschilderte Problem des Flackerns in der positiven Säule hinsichtlich einer Niederdruckentladungslampe zu lösen.

Diese Aufgabe ist bei einem Niederdrucklampengerät der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung ist die wirksame Unterdrückung von Flackererscheinungen in der positiven Säule ermöglicht worden.

Die magnetfelderzeugende Vorrichtung, die beispielsweise ein Permanentmagnet sein kann, kann auf der Entladungsröhre selbst oder an einer Leuchte zum Halten der Entladungsröhre angeordnet sein.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel weist eine gerade Leuchtstoffentladungsröhre als Niederdruckentladungsröhre und einen streifenförmigen Ferrit-Permanentmagneten auf, der in Längsrichtung entlang im wesentlichen der gesamten Länge der Entladungsröhre angeordnet und in Richtung eines Durchmessers des Querschnitts der Entladungsröhre magnetisiert ist.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die gerade Leuchtstofflampe einen langgestreckten Ferrit-Permanentmagneten in Form einer gekrümmten Platte auf, der auf der Oberfläche der Entladungsröhre und dieser entsprechend gebogen ist, der in Richtung des Durchmessers der Entladungsröhre magnetisiert ist und sich längs im wesentlichen der gesamten Länge der geraden Leuchtstoffentladungslampe erstreckt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist, sind weiteren Unteransprüchen cninchmbar.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nun anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. l(a) eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampengerätes;

F i g. l(b) eine Querschnittsvorderansicht des in F i g. 1(a) gezeigten Gerätes längs der Schnittlinie L-L:

Fig. 2(a) eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampengerätes;

F i g. 2(b) eine Querschnittsvorderansicht, längs der Schnittlinie L'-L'des in F i g. 2(a) gezeigten Gerätes;

F i g. 3 Kennlinien, welche die genereilen Beziehungen zwischen der Umgebungstemperatur der Entladungsröhre und der Flackerbeendigungszeit zeigen, wobei als Parameter die der Entladungsröhre aufgeprägte Magnetflußdichte gewählt ist;

Fig.4 Kennlinien, welche den Anstieg der Lampenstrahlung bei Vorhandensein eines Magnetflusses (500 · 10-⁴T)im Vergleich zum Anstiegim herkömmlichen FaII(O T)/.eigen;

F i g. 5 Kennlinien, welche die generellen Beziehungen zwischen der Umgebungstemperatur der ohne Aufprägen eines Magnetfeldes zum Leuchten gebrachten Entladungsröhren und der Flackerbeendigungszeit zeigen, wobei als Parameter die tatsächlich zugeführte Versorgungsspannung gewählt ist;

F i g. 6 Kennlinien, welche die Beziehungen zwischen der Magnetflußdichte im Mittelteil der Entladungsröhre und der Flackerbeendigungszeit zeigen, wobei als Parameter die Umgebungstemperatur gewählt worden ist;

Fig. 7(a), (b) und (c) Darstellungen zur Erläuterung der Verteilung der elektrischen Ladung, der Verteilung der Magnetflußdichte und der Meßpunkie in der Entladungsröhre;

Fig. 8 Kennlinien zur Erläuterung der kritischen Grenzen verschiedener Größen bei der Erfindung;

F i g. 9 eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen der Form des Magneten und der Magnetflußdichte an einem Punkt Pmit einem Vorbestimmten Abstand von der Mitte der Oberfläche des Permanentmagneten zeigt;

Fig. 10 eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen der Form des Magneten und der Flackerbeendigungszeit zeigt;

Fi g. 11(n) bis 19 verschiedene Ausführungsformen des Niederdruckentladungslampengerätes nach der Erfindung.

Fig. 1(a) zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfin- t>5 dungsgemi'ßen Niederdruckentladungslampengerätes. I·" i g. l(b) ist eine Vorderansicht eines Schnittes längs L-L der Fig. l(^;i). In Fig. 1(a) ist ein in Richtung seiner Dicke magnetisicrtcr parallel geformter Ferritmagnet 10 iian?cs;ellt- der an einer unteren Oberfläche eines l.ichtreflcktors 30 befestigt ist, der über einer geraden

Leuchtstoffentladungslampe 20 vorgesehen ist. Die Miignetpoloberfläche (d. h., die unlere Fläche) des Ferritmagneten tO ist der oberen Oberfläche der geraden Lcuchtstoffentladungsröhre 20 gegenüberliegend angeordnet, mit einem Spalt dazwischen über einen Bereich von im wesentlichen dessen gesamter Länge. Die Leuchtstoffentladungsröhre 20 enthält Edelgas und Quecksilber, und auf die Innenoberfläche ihrer Glasrohre 40 ist eine Leuchtstoffmaterialschicht 50 aufgebracht. In den Innenraum der Röhre 40 sind beiden Endes Stopfen 60 eingesetzt und Elektrodenfäden 80 werden von Zuleitungsdrähten 70 gehalten, welche die Stopfen 60 durchdringen. Die Elektrodenfäden 80 sind mit einer elektronenemittierenden Substanz beschichtet und bilden die Elektroden. Metallkappen 91 mit Kappenstiften 90 sind beiden Endes der Glasröhre 40 befestigt. F i g. 2(a) zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

ίο Niederdruckentladungslampengerätes. F i g. 2(b) ist ein Schnitt längs der Linie L'-L·' der Fig. 2(a). In den F i g. 2(a) und 2(b) ist eine detaillierte Beschreibung von Teilen, die zu Teilen in den F i g. l(a) und (b) äquivalent sind, dadurch abgekürzt worden, daß man dieselbe Bezugsziffer genommen hat. Ein Ferrit-Permanentmagnet 10' nach Art einer gekrümmten Platte ist in Richtung seiner Dicke magnetisiert, wie in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt ist. Der Ferritmagnet 10' ist entlang der geraden Leuchtstoffentladungsröhre 20 befestigt, und zwar im wesentlichen über die gesamte Lange der oberen Oberfläche der Entladungsröhre, !nden Fig. 1(b)und 2(b)sind Magnetflußverteilungen mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Erfinder untersuchten die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur und einer Zeit, bis zu welcher bei einer geraden Lcuchtstoffentladungsröhre mit einem Durchmesser von 26 mm und einer Länge von 1200 mm, die ein Edelgasgemisch von 75% Krypton und 25% Argon bei einem Druck von 200 Pa enthält und unter einem Magnetfeld betrieben wird, das Flackern aufhört. Und die Erfinder untersuchten die Beziehung zwischen der Zeitdauer, die vom Beginn des Leuchtens bis zum Ende des Flackerns über der gesamten Länge der Röhre erforderlich ist, und der Umgebungstemperatur dieser Entladungslampe, wobei als Parameter die Magnetfeldstärke an einem Teil der Außenoberfläche der Entladungsröhre, der den geringsten Abstand vom Magneten aufweist, genommen wurde und diese Magnetfeldstärke von 300 · 10-" T bis 1200 · 10-⁴T geändert wurde. Die in F i g. 3 gezeigten Kurven zeigen das Ergebnis dieser Untersuchung. Wie F i g. 3 zeigt, hörte das Flackern bei einer Umgebungstemperatur von weniger als 5°C nie auf, wenn die auf die Entladungsröhre wirkende Magnetfeldstärke 300 ■ 10~⁴ T war. Wie F i g. 3 zeigt, könnte bei einer herkömmlichen Vorrichtung ohne Anlegen eines Magnetfeldes (OT) das Flackern bei einer Umgebungstemperatur der Entladungsröhre von etwa 10⁰C oder weniger nie beendet werden. Und es sind immer noch 5 bis 10 Minuten erforderlich, um das Flackern bei einer Umgebungstemperatur der Entladungsröhre zu beenden, die gleich einer Raumtemperatur (15⁰C) ist. Dagegen hörte unter einer Magnetflußdichte von beispielsweise 800 · 10-" T das Flackern unmittelbar nach der Startaktion auf, und zwar trotz einer Umgebungstemperatur von unter 10⁰C. Ferner hörte das Flackern bei einer Umgebungstemperatur von etwa 5⁰C in 3 bis 4 Minuten gänzlich auf. Bei Verwendung eines Magneten mit einer Flußdichte von 1200 · 1O^-4T hörte das Flackern nach einer Startaktion selbst unter sehr kalter Bedingung auf.

Wie Tabelle 1 zeigt, ist der Wirkungsgrad der Lampe stark verbessert. Beim Vergleich der herkömmlichen Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, an die ein Magnetfeld von 500 · 10~⁴T angelegt wird, verringert sich der Lampenstrom der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung um etwa 7%, und folglich fällt der Verlust am Vorschaltgerät um etwa 15% ab. Überdies verbessert sich die Intensität der Lampenstrahlung um etwa 10%. Daher sind der Lampenwirkungsgrad und der Gesamtwirkungsgrad stark verbessert. Als Grund für den hohen Wirkungsgrad wird folgendes angenommen: Die Entladungswege in der Entladungsröhre werden zur Innenoberfläche der Entladungsröhre hin abgelenkt, und folglich wird die Rekombination von Ionen mit Elektronen an der inneren Oberfläche der Entladungsröhre beschleunigt, und demgemäß ist der Potentialgradient der positiven Säule verbessert, wodurch sich die Intensität des Leuchtens der Entladungsröhre verbessert.

Tabelle 1

I lerkömmlich Erfindungsgemäß

(OT) (500 · 10-⁴T)

Lampensirom	100%	92,6%
Lampenspannung	100%	1U6%
Lampenleistung	100%	105,1%
Lampenausgangsstrahlung	100%	109,5%

Das Anstiegsverhalten der Lampenstrahlung im vorliegenden Fall (500 · 10-⁴T? ist im Vergleich mit demjenigen des herkömmlichen Falls (0 T) durch die in F i g. 4 gezeigte graphische Darstellung von Kennlinienkurven gezeigt. Wie man in F i g. 4 leicht beobachten kann, dauert es im herkömmlichen Fall, bei dem kein Magnetfluß zugeführt wird, etwa 10 Minuten, um einen eingelaufenen Zustand zu erreichen (bei dem die Lampenstrahlung

100% beträgt). Im vorliegenden Fall dauert es jedoch lediglich 3 bis 4 Minuten, um den eingelaufenen Zustand zu erreichen. Das heißt, die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sehr viel bessere Anstiegs- bzw. Einlaufeigenschaften.

Wie im Zusammenhang mit F i g. 3 erwähnt worden ist, führten die Erfinder zahlreiche Untersuchungen durch und kamen zu dem Wissen, daß bei einer solchen Vorrichtung, bei der ein Magnetfeld verwendet wird, das mit dem elektrischen Feld in der Entladungsröhre in Wechselwirkung tritt, um die Flackererscheinungen zu unterdrücken, gilt: Je größer die Magnetflußdichte des angelegten magnetischen Feldes ist, umso schneller hört das Flackern auf. Andererseits hat man das Problem erkannt, daß die Entladungsröhre wegen des Anstiegs der Startspannung der Entladungsröhre nicht starten kann oder die Entladung erlischt, wenn die die Entladung

aufrecht haltende Spannung aufgrund eines Anstieges der Magnetflußdichte des angelegten magnetischen Feldes zu stark ansteigt. Dafür wird folgender Grund angenommen: Wenn das Magnetfeld an die Entladungs- ^

röhre angelegt wird, und zwar entlang ihrer Längsrichtung unter einem rechten Winkel zur Mittelachse der Ii

Entladungsröhre, wird die Rekombination der Ionen mit Elektronen an der Innenoberfläche der Entladungsröh- '

re verbessert, wenn die Magnetflußdichte des angelegten Magnetfeldes größer wird.

Man findet, daß generell der Wert der Magnetflußdichte in einer bestimmten Grenze gewählt werden muß, um das Flackern innerhalb einer gewünschten Zeit zu beenden und ein leichtes Starten sicherzustellen, und zwar unter verschiedenen Bedingungen, die bestimmt sind durch die Umgebungstemperatur, die Versorgungsspannung, die Art des in der Entladungsröhre enthaltenen Edelgasgemisches, das Mischungsverhältnis der Edelgase und den Innendruck der Entladungsröhre. Die entsprechenden Untersuchungen und ihre Ergebnisse werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Was das Beispiel einer Leuchtsloffentladungsröhre (d.h. Röhre 1) der Klasse 40 Watt, bei der als in der Entladungsröhre enthaltenes Edelgas 100% Krypton verwendet wird, und ein weiteres Beispiel (d. h. Röhre 2) einer energiesparenden Leuchtstoffentladungsröhre der Klasse 40 Watt, bei der als in der Entladungsröhre f

enthaltenes Edelgas 60% Argon und 40% Krypton verwendet werden, betrifft, erhält man folgende experimenteile Ergebnisse.

Die Beziehungen zwischen der Umgebungstemperatur der Entladungsröhre und der Zeitdauer vom Start der Entladung bis zum Ende des Flackerns (d.h., die Flackcrbeendigungszeit) bei einem Magnetfeld Null sind in charakteristischen Kurven der Fig. 5 dargestellt. Fi g. 5 zeigt: Für dieselbe Entladungsröhre gilt bei derselben tatsächlich zugeführten Versorgungsspannung: Je niedriger die Umgebungstemperatur ist, umso langer ist die Flackerbeendigungszeit; und für dieselbe Entladungsröhre gilt bei derselben Umgebungstemperatur: Je niedriger die Versorgungsspannung ist, umso langer ist die Flackerbeendigungszeit. ,

Dann zeigt es sich für die gleiche Art Entladungsröhre, daß die Beziehung zwischen der Magnetflußdichte im |

bezüglich des Querschnitts gesehen mittleren Teil der Entladungsröhre und der Flackerbeendigungszeit, wenn |

man die Umgebungstemperatur Trder Entladungsröhre als Parameter nimmt und ein Beispiel einer Leuchtstoffentladungsröhre der Klasse 40 Watt betrachtet, den charakteristischen Kurven der F i g. 6 entspricht. Je höher die Magnetflußdichte des Mittelteils der Entladungsröhre ist, umso kürzer ist die Flackerbeendigungszeit; je niedriger jedoch die Umgebungstemperatur ist, umso höher ist die Magnetflußdichte des Mittelteils der Entladungsröhre, die für die gleiche Flackerbeendigungszeit erforderlich ist.

Zudem hat es sich gezeigt, daß die erwähnte Magnetflußdichte des Mittelteils der Entladungsröhre im wesentlichen gleich ist dem Mittelwert der Magnetflußdichten in einem Querschnitt der Entladungsröhre. Und nach vielen Untersuchungen dieser Lampen sind die Erfinder auf experimentelle Weise zu der wichtigen Kenntnis gelangt, daß ein Wert der Magnetflußdichte im Mittelteil des Querschnitts der Entladungsröhre für U

praktische Zwecke anstelle des Wertes der durchschnittlichen Magnetflußdichte in einem Querschnitt der Entladungsröhre verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung fußt auf dieser Kenntnis.

Man kann die Verteilung der elektrischen Ladungsdichte in Richtung des Durchmessers der Entladungsröhre durch die Nullgrad-Bessel-Funktion ausdrücken. Die Verteilung der Dichte der elektrischen Ladung weist generell ein Muster auf, bei dem der Spitzenwert der Dichte in der Mitte Beines Querschnittes der Entladungsröhre liegt, und die Dichte wird geringer, wenn man sich der inneren Oberfläche der Entladungsröhre nähert, wie es in der Kurve von F i g. 7(a) gezeigt ist, die eine Darstellung der Verteilung der Dichte der elektrischen Ladung in der Entladungsröhre ist. Mit anderen Worten, die elektrische Ladung konzentriert sich auf den Mittelteil der Entladungsröhre. Folglich ist es zur Unterdrückung des Flackerns erforderlich, das Magnetfeld an den Mittelteil und ein darum liegendes Gebiet der Entladungsröhre anzulegen, wo die elektrische Ladung konzentriert ist. Generell ist die Dichte des Magnetflusses, der von der magnetfelderzeugenden Vorrichtung M erzeugt wird, umgekehrt proportional zum Abstand von der Oberfläche der magnetfelderzeugenden Vorrichtung M, wie es in F i g. 7(b) gezeigt ist die eine Darstellung der Verteilung der Magnetflußdichte in der Entladungsröhre zeigt. Die Erfinder maßen die Magnetflußdichte folgender in Fig. 7(c) gezeigter Punkte: An einem Punkt B in der Mitte eines Querschnitts der Röhre, an einem Punkt D, der am dichtesten an der magnetfelderzeugenden Vorrichtung Mund auf der Innenoberfläche der Röhre liegt, an einem Punkt £ der am weitesten von der magnetfelderzeugenden Vorrichtung M entfernt ist und auf der Innenoberfläche der Röhre liegt, an Punkten A und C₁ die beiden Endes auf einem Durchmesser liegen, der senkrecht zum Durchmesser DE verläuft, auf einem Punkt F, der einen Mittelpunkt eines Segmentes ΊΪΑ darstellt, auf einem Punkt G", der ^inen Mittelpunkt eines Segmentes 5C darstellt, auf einem Punkt H, der einen Mittelpunkt eines Segmentes ~BD darstellt, und auf einem Punkt /, der einen Mittelpunkt auf einem Segment fJfi¹ darstellt. Der Mittelwert der gemessenen Werte der Magnetflußdichte am Punkt Bist im wesentlichen gleich dem Mittelwert der Magnetflußdichten an den Punkten A bis /.

Es zeigt sich somit, daß für praktische Zwecke die Verwendung des Wertes der Magnetflußdichte im Mittelteil des Querschnitts der Entladungsröhre effektiv gleichwertig ist zur Verwendung des Mittelwertes der Magnetflußdichten eines Querschnittes der Entladungsröhre. Demgemäß wird im obigen Sinn zur Vereinfachung die Magnetflußdichte im Mittelteil des Querschnitts der Entladungsröhre verwendet.

Wie im Zusammenhang mit den F i g. 5 und 6 erwähnt worden ist, besteht folgende Tendenz: Je niedriger die Versorgungsspannung und je niedriger die Umgebungstemperatur ist umso strenger wird die Bedingung zur Beendigung des Flackerns. Und außerdem besteht generell folgende Tendenz: Je niedriger die Versorgungsspannung und die Umgebungstemperatur sind, umso strenger wird die Bedingung für das Starten der Entladung.

Die Erfinder führten zahlreiche Versuche unter einer Umgebungstemperatur der Entladungsröhre von Ta = 0°C durch, wobei die tatsächlich zugeführte Versorgungsspannung ν_Λ<-90% der Nennversorgungsspannung war. Diese Bedingung wird als die strengste Bedingung zum Beenden des Flackerns und zum Starten der Entladung angenommen und wurde als die Grenze der Bedingungen zum Beenden des Flackerns innerhalb 10 Minuten und die Grenze der Bedingungen zum Starten der Entladung geprüft. Es ergaben sich dann bemer-

kenswerte Ergebnisse, die durch die charakteristischen Kurven der F i g. 8 dargestellt sind.

Die Grenzbedingungen zum Beenden des Flackerns innerhalb 10 Minuten sind gewählt worden, da sie auf folgender empirischer Erkenntnis beruhen: Wenn das Flackern nicht nach einer Zeitdauer von 10 Minuten seit dem Start der Entladung aufhört, hört das Flackern letztendlich überhaupt nicht auf.

Die Daten der bei den oben erwähnten Versuchen geprüften Entladungslampen, die Magnetflußdichte in der Mitte B eines Querschnittes der Entladungsröhre bei der Grenzbedingung (obere Grenze) für das Starten der Entladung und die Magnetflußdichte in der Mitte B bei der Grenzbedingung (untere Grenze) für das Beenden des Flackerns innerhalb von 10 Minuten sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle

Röhre

Einzelheiten

MagnclflulJdiehic

obere Grenze untere Grenze

(10-⁴T) (10-⁴T)

Edelgas in der Röhre: Krypton (100%) Druck in der Röhre: 200 Pa Länge der Röhre: 1198 mm, Innenradius der Röhre: 12,5 mm

LX

L2

Z.3

140

50

100 80

15

Edelgas in der Röhre:

Neon (21%)

Argon (38%)

Krypton (41%)

Druck in der Röhre: 307 Pa

Länge der Röhre: 1198 mm

Innenradius der Röhre: 13,5 mm

Edelgas in der Röhre:

Argon (60%)

Krypton (40%)

Druck in der Röhre: 173 Pa

Länge der Röhre: 2367 mm

Innenradius der Röhre: 19 mm

Edelgas in der Röhre: Argon (100%) Druck in der Röhre: 267 Pa Länge der Röhre: 2367 mm Innenradius der Röhre: 19 mm

Röhre L 1: Standardtyp der Klasse 40 Watt. Röhre L 2: Energiesparender Typ der Klasse 40 Walt. Röhre L 3: Energiesparender Typ der Klasse 110 Watt. Röhre L 4: Standardtyp der Klasse 110 Watt.

F i g. 8 ist eine graphische Darstellung von charakteristischen Kurven, beruhend auf den Daten in Tabelle 2. In F i g. 8 ist Xder Wert eines Quotienten, den man erhält, wenn man den gewichteten Mittelwert des Atomgewichtes der Edelgasatome in der Entladungsröhre durch das Produkt aus dem Wert des Druckes in der Röhre, dem quadratischen Wert des Innenradius der Röhre und der Länge der Röhre dividiert. Das heißt:

250

170

„ gewichteter Mittelwert des Atomgewichtes der Edelgasatome in der Röhre [Pa
(Röhrendruck) χ (Inneniadius der Röhre)² χ (Länge der Röhre)

-ι.

cm"³]

Die physikalische Bedeutung der Größe X sei wie folgt betrachtet:
Mit den Definitionen:

P_g: Druck in der Röhre

Viampi Volumen in der Röhre

N_g: Gesamtzahl der Edelgasatome in der Röhre

R: Gaskonstante

T: Temperatur des in der Röhre dicht eingeschlossenen Edelgases [° K]

r. Innenradius der Röhre

/: Länge der Röhre

ergibt sich aus dem Boyle-Charleschen Gesetz die folgende Gleichung:
65 P^ ■ V_hmp = Ng- R ■ Γ,

und folglich

P ■ V

κι _ 'κ ^r lamp

"' RT

oo ρ . V

* g lamp

= />_g · /r · r² I

°°P_gr*l. (2)

Aus den Gleichungen (1) und (2) ist erkennbar, daß der Nenner in Gleichung (1) eine Größe ist, die proportional zur Gesamtzahl der Edelgasatome in der Röhre ist. Demgemäß ist der Wert X ein (proportional zu einem) Mittelwert des Atomgewichtes der Edelgasatome in der Entladungsröhre. Und Y ist der Wert der Magnetflußdichte des angelegten Magnetfeldes in der Mitte eines Querschnitts der Entladungsröhre. Der Wert Y ist im wesentlichen gleich dem Mittelwert der Magnetflußdichte in einem Querschnitt der Entladungsröhre, wie zuvor erläutert worden ist. Bei Betrachtung der F i g. 8 erkennt man, daß unter der Bedingung einer Umgebungstemperatur Tr — 0°C und bei einer tatsächlich angelegten Versorgungsspannung, die 90% der vorgesehenen Nennversorgungsspannung ist, die Grenzbedingungen zum Starten der Entladung auf der geraden Linie 1 liegen, die ausgedrückt wird durch

Y = 7,980 X + 0,007

In F i g. 8 kann in einer Zone, die unter der geraden Linie 1 liegt, die Entladungsröhre sicher gestartet werden. Und die Grenzbedingungen zum Beendigen des Flackerns innerhalb von 10 Minuten liegen auf der geraden Linie 2, die man ausdrücken kann durch

Y = 8,379 X - 0,002

In einer Zone oberhalb der geraden Linie 2 (das heißt, einer Zone, in welcher die Magnetfiußdichte höher ist als die Magnetflußdichte auf der geraden Linie 2) hört das Flackern sicher auf. In einer Zone, die definiert ist durch

7,980 X + 0,007 > Y > 8,379 X - 0,002 (X > 0, Y > 0), (3)

kann die Entladung sicher starten und kann das Flackern innerhalb von 10 Minuten aufhören, wenn dies auch unter der Bedingung einer Umgebungstemperatur von Tr = 0°C und der tatsächlich angelegten Versorgungsspannung V^c von 90% der vorgesehenen Nennversorgungsspannung nicht der Fall ist.

Wie man aufgrund der F i g. 5 und 6 annehmen kann, erstreckt sich die Zone, in der das Flackern innerhalb von 10 Minuten beendet werden kann, unter der Bedingung, daß die Umgebungstemperatur Tr höher als 0⁰C ist und die Versorgungsspannung im wesentlichen 100% der Nennspannung beträgt, von der geraden Linie 2 nach unten.

Die Erfinder erhielten experimentell die in Tabelle 3 gezeigten Daten und fanden die zuvor erwähnte Zone, in welcher bei einer Umgebungstemperatur von Tr = 0^cC und für eine Versorgungsspannung V^- von 100% der Nennspannung die Flackerbeendigungszeit innerhalb von 10 Minuten liegt.

45 Tabelle 3

Röhre Einzelheiten Untere Grenze der

Magnctflußdichte

Li wieinTabelle2 14010-⁴T

Ll wie in Tabelle 2 20 10-⁴T

In Fi g. 8 ist diejenige Zone, welche auf den Daten der Tabelle 3 beruht, als eine Zone oberhalb der geraden Linie 3 von

Y = 8379 X - 0,005

gezeigt, das heißt,

Y > 8379 X - 0,005 (X > 0, Y > 0).

Die Bedingung einer Umgebungstemperatur von Tr = 0⁰C und einer tatsächlich zugeführten Versorgungsspannung Vac von 100% der vorgesehenen Nennvcrsorgungsspannung ist weniger streng als die Bedingung einer Umgebungstemperatur von Tr = 0⁰C und einer tatsächlich angelegten Versorgungsspannung V,u-,die auf 90% der vorgesehenen Nennversorgungsspannung abgesenkt ist, nicht nur im Hinblick auf das Beenden des Flackerns sondern auch auf das Starten der Entladung. Somit ist es offensichtlich, daß in der Zone unter der

geraden Linie 1. in welcher die Entladungsröhre selbst bei einer derart strengen Bedingung einer Umgebungstemperatur von Tr = 0⁰C und einem V_M von 90% der Nennspannung starten kann, die Entladungsröhre unter der Bedingung vor Tr = 0⁰C und von V« gleich 100% starten kann.
Folglich kann in einer Zone von

7,980 X + 0.007 > Y > 8379 X - 0,005 (X > 0, Y > 0) (4)

die Entladung sicher starten und das Flackern wird innerhalb von 10 Minuten beendet, und zwar unter der Bedingung einer Umgebungstemperatur von Tr = 0°C und einer tatsächlich angelegten Versorgungsspannung

ίο V_AC von 100% der vorgesehenen Nennversorgungsspannung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt eine magnetfelderzeugende Vorrichtung, durch welche im Mittelteil der Entladungsröhre eine Magnetfelddichte entsprechend der Ungleichung (3) erzeugt wird

Die Erfinder untersuchten die wirksamste Form des Permanentmagneten für den Fall der Verwendung eines Permanentmagneten als magnetfelderzeugende Vorrichtung, wie es in den F i g. 1(a) und (b) gezeigt ist.

Generell führt eine Erhöhung der Magnetflußdichte im Mittelteil der Entladungsröhre zu einer Verkürzung der Flackerbeendigungszeit (der Zeitdauer vom Start des Leuchtens bis zum Ende des Flackerns). Zugleich verbessert sich die Gesamteffektivität. Die Kennzahl für die Verbesserung der Gesamteffektivität ist der Prozentsatz der Erhöhung der Effektivität der Entladungsröhre gegenüber ihrer Effektivität ohne die Verwendung des magnetischen Flusses.

Eine Beziehung zwischen der Form des Magneten und der Magnetflußdichte an einem Punkt P mit einem vorbestimmten Abstand von der Mitte der Oberfläche des Permanentmagneten ist durch eine Kennlinie in Fig.9 dargestellt. In Fig.9 ist die Form des Magneten ausgedrückt durch das Verhältnis der Breite Wrfdes Magneten zur Dicke Th des Magneten, wobei Volumen und Querschnittsfläche des Magneten konstant gehalten sind.

Es wurden verschiedene Experimente an der Entladungslampe L 2 mit den zuvor angegebenen Einzelheiten und einem Permanentmagneten mit einer Querschnittsfläche von 100 mm² und einer Länge von 1000 mm durchgeführt. Die Experimente wurden mit einer Änderung der Form des Magneten, der Magnetflußdichte im Mittelteil der Entladungsröhre, der Flackerbeendigungszeit und der Kennzahl der Verbesserung der Gesamteffektivität durchgeführt. Man erhielt dann die in Tabelle 4 gezeigten Daten.

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Tabelle 4

Form der Magneten Flußdichte im Mittelteil Flackerbeendigungszeii Kennzahl der

(Dicke) χ (Breite) der Röhre Verbesserung der

Gesamteffektivität

6,5 mm χ 15,4 mm	83 ·	10-4T	6 Minuten	5%
8 mm χ 12,5 mm	92 ·	10-4T	4 Minuten	7%
10 mmx 10 mm	87 ■	10-4T	5 Minuten	6%

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In Tabelle 4 sind die Flackerbeendigungszeiten bei einer Umgebungstemperatur von Tr= 0°C und einer tatsächlich angelegten Versorgungsspannung V_A(- von 90% der vorgesehenen Nennversorgungsspannung gemessen. Und die Kennzahlen der Verbesserung der Gesamteffektivität sind bei Tr ■= 25°C und bei einem V_Ac von 100% der vorgesehenen Nennversorgungsspannung gemessen.

Fig. 10 zeigt eine Kennlinie, die auf der Grundlage der Daten der Tabelle 4 gezeichnet worden ist.

Aus der in Fig. 10 gezeigten Kennlinie ist entnehmbar, daß der Permanentmagnet für das Beenden des Flackerns bei einer Form am wirksamsten wird, bei welcher das Verhältnis von seiner Breite zu seiner Dicke 1 : 2 beträgt. Und die genannte Form des Magneten ist optimal, um die höchste Kennzahl der Verbesserung der Gesamteffektivität zu erhalten.

Da die erwähnten Untersuchungen der Form des Permanentmagneten mit konstant gehaltener Querschnittsfläche und mit konstant gehaltener Länge des Permanentmagneten durchgeführt worden sind (das heißt, mit einem konstanten Volumen), kann man aus einem anderen Gesichtspunkt heraus sagen, daß die optimale Form des Magneten zur Minimalmachung seiner Kosten gefunden worden ist.

Man kann als Niederdruckentladungslampe eine Niederdruckentladungslampe mit einer Reflektorbeschichtung (nachfolgend Reflektorröhre genannt) verwenden. Eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Reflektorröhre ist in Fig. ll(a) gezeigt, und Fig. 11(b) zeigt eine Querschnittsansicht hiervon. In den Fig. 11(a) und (b) isi ein Ferrit-Permanentmagnet 11 nach Art einer gekrümmten Platte, der in Richtung seiner Dicke magnetisiert ist entlang der Oberfläche einer geraden Reflektorröhre 21 befestigt, und zwar über im wesentlichen die gesamte Länge der oberen Oberfläche der Reflektorröhre. Die Reflektorröhre 21 weist auf der Innenoberfläche einet Glasrohre 40 eine reflektierende Schicht r auf, und zwar im wesentlichen entlang der gesamten Länge des oberen Teils der Röhre 40, der von dem Ferrit-Permanentmagneten in Form der gekrümmten Platte bedeckt ist Die Reflektorröhre 21 weist auf der gesamten Innenoberfläche der Röhre 40, einschließlich des Teils dei reflektierenden Schicht r, eine Leuchtstoffschicht 50 auf.

Eine die Reflektorröhre verwendende Vorrichtung kann einen Lichtverlust verringern, der ansonsten durch

t>3 das Abschirmen der Emission durch den befestigten Permanentmagneten verursacht wird. Bei einer kreisförmi gen Entladungsröhre kann ebenfalls die vorliegende Erfindung angewandt werden. Eine Draufsicht auf eine kreisförmige Entladungsröhre ist in F i g. 12(a) ge/.cigt. und F i g. 12(b) zeigt eine Querschnittsansicht längs dci Schnittebene N-N in Fig. 12(a). In den Fig. 12(a) und (b) weist die kreisförmige Leuchtstofflampe 22 einer

kxeisplattenförmigen Permanentmagneten 12 auf, der längs der Krümmung der Röhre 22 gekrümmt ist und auf der oberen Oberfläche der Röhre befestigt ist, das heißt, die magnetfelderzeugende Vorrichtung ist auf einem Teil der Außenoberfläche der Entladungsröhre und im wesentlichen längs der gesamten Länge der Entladungsröhre angeordnet

Es kann auch eine U-förmige Entladungsröhre verwendet werden. Eine Draufsicht auf eine U-förmige Entladungsröhre ist in F i g. 13(a) gezeigt, und F i g. 13(b) zeigt eine Querschnittsansicht längs einer Schnittebene W-N'der Fig. 13(a). In den Fig. 13(a) und (b) weist die U-förmige Entladungsröhre 22 zwei parallelförmige Permanentmagneten 13, 13 auf, die auf den innenliegenden Oberflächen der geraden Teile der Röhre 23 befestigt sind.

Ferner kann man auch eine parallel geformte Entladungsröhre verwenden. Eine Draufsicht auf die parallel geformte Entladungsröhre ist in Fig. 14(a) gezeigt, und Fig. 14(b) zeigt eine Frontansicht hiervon. In den Fig. 14(a) und (b) weist die parallel geformte Entladungsröhre 24 einen flachen plattenartigen Permanentmagneten 14 auf, der auf der mittleren oberen Oberfläche der Entladungsröhre 24 befestigt ist

Eine weitere Art der magnetfelderzeugenden Vorrichtung ist in F i g. 15 gezeigt In F i g. 15 sind zwei Reihen von Permanentmagneten 15,15,... und 15', 15'... mit bestimmten Abständen beidseits der Entladungsröhre 25 angeordnet wobei sich die Permanentmagneten 15, 15 ... und 15', 15'... einander gegenüberliegen und dabei mit ihren entgegengesetzten Magnetpolen zueinander zeigen.

Eine weitere Art einer magnetfelderzeugenden Verrichtung ist in Fig. 16 gezeigt In Fig. 16 sind mehrere Permanentmagneten 16, 16 in einer einzigen Reihe mit bestimmten Abständen angeordnet, wobei deren Magnetpole zur Oberfläche der Entladungsröhre 26 weisen und einander benachbarte Magneten entgegengesetzte Magnetpolung aufweisen.

Eine weitere Art einer magnetfelderzeugenden Vorrichtung ist in F i g. 17 dargestellt. In F i g. 17 sind mehrere Elektromagneten 17,17 in einer einzigen Reihe mit bestimmten Abständen angeordnet wobei ihre Magnetpole mit derselben Polart zur Oberfläche der Entladungsröhre 27 weisen. Als eine alternative Ausführungsform können benachbarte Magneten mit umgekehrter Magnetpolung angeordnet sein. In diesem Fall ist die Magnetflußverteilung der in F i g. 16 gezeigten gleich.

In den Fig. 15, 16 und 17 ist die Magnetflußverteilung schematisch durch gestrichelte Linien und Kurven dargestellt.

Eine weitere Art einer magnetfelderzeugenden Vorrichtung, für die ein Permanentmagnet verwendet wird, ist in den Fig. 18 und 19 gezeigt. In Fig. 18 ist ein gurtartiger Permanentmagnet 18 an einer Außenoberfläche eines Reflektors 31 befestigt, der auch als Abdeckung für ein Vorschaltgerät verwendet wird, und das vom Permanentmagneten 18 erzeugte Magnetfeld wird auf eine Entladungsröhre 28 gegeben. In F i g. 19 ist ein strcifenförmiger Permanentmagnet 19 an einer als reflektierende Oberfläche dienenden unteren Fläche an einer kastenartigen Leuchte 32 befestigt. Diese weist Röhrenhalter für zwei Röhren auf und der Permanentmagnet 19 wird von der Leuchte 32 zwischen den beiden Röhren 29,29 gehalten.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Niederdruckentladungslampengerät, mit einer Niederdruckentiadungsröhre kleinen Durchmessers, die an beiden Enden mil Elektroden versehen ist und Quecksilber und Edelgas, das wenigstens zum Teil aus Krypton und/oder Xenon besteht, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Niederdruck-

entladungsröhre (40; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29} über nahezu die gesamte Länge einer in der Enlladungsröhre erzeugten positiven Säule eine magnctfelderzeugende Vorrichtung (10; 10'; ί 1; 12; 13; 14; 15,-15'; 16; 17; 18; 19) zum Aufprägen eines statischen Magnetfeldes vorgesehen ist. derart, daß das Magnetfeld das in der positiven Säule vorhandene elektrische Feld kreuzt und daß ein Wert -Y[Pa-" · cm-¹] eines Quotienten, ίο der durch Dividieren des gewichteten Mittelwertes des Atomgewichtes der Edelgasatome in der Entladungs-

röhre durch das Produkt aus dem Wert des Druckes in der Entladungsröhre, dem quadratischen Wert des Innenradius der Entladungsröhre und der Länge der Entladungsröhre erhältlich ist, und ein Wert K[T] der Dichte des aufgeprägten Magnetflusses in der Mitte eines Querschnittes der Entladungsröhre in einer Seziehung stehen, die definiert ist durch