DE3119223C2

DE3119223C2 - Entladungslampenvorrichtung

Info

Publication number: DE3119223C2
Application number: DE19813119223
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Takasago Hyogo Arakawa; Yoshiki Himeji Hyogo Mimura; Tomohiro Takasago Hyogo Yamamoto
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1980-05-15
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1984-03-15
Also published as: JPS56160755A; GB2076218A; GB2076218B; CA1162593A; DE3119223A1; FR2482781A1

Abstract

Bei einer Entladungslampenvorrichtung sind zwei Elektrodengruppen in die Enden eines Kolbens eingesetzt, und zwar eine Gruppe jeweils an jedem Ende, wobei jede Gruppe aus einer Anode und einer Kathode besteht und wobei die Anode und die Kathode einer ersten Gruppe jeweils mit der Kathode und der Anode eines ersten Halbleitergleichrichters verbunden sind und wobei die Anode und die Kathode einer zweiten Gruppe jeweils mit der Kathode und der Anode eines zweiten Halbleitergleichrichters verbunden sind. Die Entladung wird abwechselnd zwischen der Anode der ersten Gruppe und der Kathode der zweiten Gruppe und zwischen der Anode der zweiten Gruppe und der Kathode der ersten Gruppe über ein in dem Kolben enthaltenes Entladungsmedium bewirkt. Die Entladungslampenvorrichtung ist eine kleine Mehrzweckvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad, die eine große Lumineszenzleistung ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungslampenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verschiedene Entladungslampenvorrichtungen für private und industrielle Anwendungen sind auf dem Markt erhältlich und diese unterscheiden sich notwendigerweise voneinander in der Leistung, dem Aufbau, der Form und den Abmessungen in Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung.

Für industrielle Anwendungen werden Lampenvorrichtungen üblicherweise in Verbindung mit gewerblicher Herstellung und Verarbeitung von Gebrauchsartikeln verwendet und deshalb ist auch eine Wirtschaftlichkeit bei der Verwendung der Lampenvorrichtungen notwendig, die als Teil der verwendeten Herstellungseinrichtungen betrachtet werden.

Auch wenn eine bestimmte Lampenvorrichtung einen sehr guten Leistungsgrad bei einer besonderen Anwendung zeigt, kann sie dennoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht empfehlenswert sein. Entladungslampen für Sterilisiervorrichtungen sind beispielsweise im Handel erhältlich, die Strahlung im Bereich zwischen 0,2 μΐη bis 0.3 μηι mit einem guten Wirkungs- M) grad der Sterilisierung ausstrahlen. Typische Lampen für diese Anwendung haben einen Leistungsverbrauch von etwa 20 W. Es gibt Lampen mit einem Leistungsverbrauch von etwa 200 W, die eine Lampenlänge von 2 m benötigen. Dies erfordert die Verwendung von ver- b5 schiedenen Entladungslampenvorrichtungen bei praktischen industriellen Anwendungen, was zu einer großen Kombination von Ausstattungen führt. Wenn eine schnelle Sterilisierung unter Verwendung großer Dosierungen mit Strahlung von 0,2 μπι bis 03 μΐη mit einem Leistungsverbrauch von 1 kW beabsichtigt ist, ist insbesondere eine Kombination von Fünf großen Entiadungslampenvorrichtungen erforderlich, was wirschaftlich nachteilig ist

Bekannt ist eine Metalldampfentladungslampe, bei der eine Mehrfachentladung in einem Entladungsgefäß ausgeführt wird und bei der ein großer Strom durch mehrere Elektroden erzeugt wird (DE-PS 6 76 424). Des weiteren ist eine Gasentladungslampe mit mehreren Elektroden bekannt, mit der eine gleichförmige Strahlung bezweckt wird (US-PS 22 64 081). Diese beiden bekannten Lampen haben den Nachteil, daß vorgespannte Metallionen zur Kathode gezogen werden, was zu einer ungleichmäßigen Lumineszenz führt.

Es ist bei Gasentladungslampen auch bekannt, eine Diode zu verwenden, um einen Strom nur in einer Richtung fließen zu lassen bzw. den Strom zu regein (FR-PS 13 20 547, DE-AS 27 49 861).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kleine Entladungslampenvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, die relativ einfache Form und einfachen Aufbau hat.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eignet sich insbesondere für eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampenvorrichtung für industrielle Anwendungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, in der ist

F ig. 1 eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Quecksilberentladungslampenvorrichtung mit den wesentlichen Merkmalen der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltbild einer. Hoch jpannungs-Überlagerungskreises, der bei einem Transformator der Vorrichtung angewendet wird,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teils einer weiteren Entladungslampenvorrichtung mit den wesentlichen Merkmalen der Erfindung,

Fig.4 ein Schnitt zur Darstellung des Aufbaus der Elektroden.

Fig. 5 ein Schnitt eines Teils einer weiteren Entladungslampenvorrichtung mit den wesentlichen Merkmalen der Erfindung und

Fig.6 eine Darstellung eines Teils einer weiteren Entladungslampenvorrichtung mit den wesentlichen Merkmalen der Erfindung.

In F i g. 1 bezeichnen 1a eine direkt geheizte Kathode. 2a eine Anode und 3a einen Halbleitergleichrichter, die zu einer ersten Gruppe von Elektroden gehören, und \b eine direkt geheizte Kathode, 2b eine Anode und 36 einen Halbleitergleichrichter, die zu einer zweiten Elektrodengruppe gehören. Dip Anode und die Kathode jeder Gruppe sind mit der Kathode 4 und der Anode 5 des Halbleitergleichrichters verbunden. Die Anoden 2» und 2b und die Kathoden la und 16sind in die Enden 6.7 und 66 des Kolbens 6 dicht eingeschlossen. Der Kolben 6 enthält eine geringe Menge von Quecksilber oder von Quecksilber und Argon. 7 ist eine Drosselspule zum Begrenzen des Stromflusses. 8 ist ein Transformalor. der Sekundärwicklungen 8a, 86 und 8c enthält. Die Sekundärwicklungen 8a und 86 wirken jeweils als Stromversorgungen für die direkt geheizten Kathoden la und 16. Die Sekundärwicklung 8c ist jeweils mit den Anoden 2a und 26 der ersten und der /weiten Gruppe

für die Entladung verbunden. Die Primärwicklung Sd des Transformators 8 ist mit einer üblichen 100 oder 200 V-Wechselspannungsquelle 9 verbunden.

Die gewünschte Entladung in der Lampenvorrichtung wird wie folgt bewirkt.

Der Strom fließt in Richtung des Pfeils 10 während der ersten Halbwelle und in Richtung des Pfeils 11 in der nächsten Halbweiie des Wechselstroms. Die Entladung wird durch Wiederholung des Stromflusses aufrechterhalten. Die Richtung des Stroms ist der Richtung des Elektronenflusses entgegengesetzt.

Die Entladung wird somit abwechselnd zwischen der Anode der ersten Gruppe und der Kathode der zweiten Gruppe und zwischen der Anode der zweiten Gruppe und der Kathode der ersten Gruppe über dasselbe ^ Entladungsmedium bewirkt.

Die grundlegenden Vorteile der Entladungslampenvorrichtung sind wie folgt.

1. Üblicherweise werden die Anode und die Kathode auf der Basis unterschiedlicher Ausgestaltung hergestellt. Nun können die Anode und die Kathode allein aufgrund des jeweiligen Aufbaus der Anode und der Kathode entworfen werden, was beispielsweise zu einer Hochstrotn-Nieder- 2") druck-QuecksilberentladungsIampenvorrichtung
führt. Die Ausbildung einer Elektrode mit langer Lebensdauer oder niedriger Zündspannung wird des weiteren erleichtert.

2. Die Metalldampfentladungslampe mit langem *, Lichtbogen — die als übliche Gleichstromlampe ausgebildet wird — tendiert dazu, daß vorgespannte Metallionen zur Kathode gezogen werden, was zu einer ungleichmäßigen Lumineszenz führt. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil der bekann- ;·. ten Vorrichtung.

Die Vorteile der Vorrichtung der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen.

Ein Kolben mit einem Innendurchmesser von 10 mm :<·, und einer Bogenlänge von 300 mm wurde aus ozonfreiem Quarz hergestellt, in den eine Quecksilbermenge, die einen Dampfdruck von 800 Pa während der Entladung ergeben würde, zusammen mit 40 000 Pa Argongas dicht eingeschlossen wurde. Die erhaltene Entladungslampenvorrichtung hatte Niederdruck mit einem Leistungsverbrauch von etwa 200 W bei einer Spannung von etwa 59 V iind einem Strom von 4 A. Die Kathode wurde so ausgebildet, daß die bestmögliche Emission der Elektronen unter Verwendung eines -,u Wolframfadens erhalten wurde, der mit Bariumstrontiumcalziumberyliat (BaSrCa)BeO2 überzogen war. Die Anode wurde ausreichend beständig und widerstandsfähig gegen Impulse eines großen Elektronenstroms unter Verwendung eines Wolframstabs ausgebildet. Die v> Entladungslampenvorrichtung der Erfindung führte somit zu einer verringerten Länge von itwa '/t> der Länge einer bekannten Vorrichtung und zu einer wesentlich erhöhten ultravioletten Strahlung,

Es ist bekannt, daß eine in einer Niederdruck-Quecksilberentladungslampe verwendete erhöhte Stromstärke einen Anstieg der ultravioletten Strahlung verursacht, jedoch war keiner der bekannten Entwürfe zur Entwicklung einer kleinen, langlebigen Niederdruck-Quecksilberentladungslamoenvorrichtung erfolgreich. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß alle im Handel erhältlichen fluoreszenten Niederdruck-Quecksilber-SterilisierlamDen eine Strrmstärke von weniger als 2 A haben.

Ein Vergleich der Niederdruck-Quecksilberentladungslampenvorrichtung der Erfindung mit einer bekannten 200 W-Sterilisierlampe in der Dosierung mit 1 cm Lichtbogenlänge bei 0,2537 μΐη zeigt, daß die Vorrichtung der Erfindung eine 20fache Emissionsintensität im Vergleich mit einer bekannten Lampe hat und daß die Vorrichtung in wirtschaftlicher Hinsicht bei industriellen Anwendungen meist noch über diesen Vergleich hinaus hochwertiger ist

Wie sich aus dem oben beschriebenen Beispiel ergibt, sind weitere Vorteile der Niederdruck-Quecksilberent-Iadungslampenvorrichtung der Erfindung:

3. Eine kleine, langlebige Vorrichtung, die in der Lage ist, bei 20 A zu arbeiten, kann leicht erhalten werden.

4. Eine leistungsfähige Entladungslampenvorrichtung zur Ozonherstellung kann unter V*; wendung eines Küibens aus Quarzglas erhalten werden, der eine gute Durchdringung von Strahlen bei 0,1849 μπι erlaubt.

5. Eine leistungsfähige Entladungslampenvorrichtung ohne Ozonerzeugung kann unter Verwendung eines Kolbens aus ozonfreiem Quarzglas oder hartem Sterilisierlampenglas erhalten werden.

Quarzglas, ozonfreies Quarzglas und Sterilisierlampenglas sind alle im Handel erhältlich und deren Spektralübertragungseigenschaften sind aus einer Anzahl von Literaturstellen bekannt. Zusätzlich zu den oben erwähnten Materialien, können lichtdurchlässige Keramiken, wie polykristallines Aluminiumoxid für den Kolben verwendet werden.

Der Quecksilberdampfdruck während'der Entladung kann durch die Menge des Quecksilbers gesteuert werden, das in dem Kolben bei dem Herstellungsverfahren der Entladungslampe dicht eingeschlossen wird, oder durch Aufrechterhaltung eines Quecksilberreservoirs, das an dem Kolben bei einer vorbestimmten Temperatur angelagert sein kann. Die heiße Kathode kann direkt geheizt sein.

Eine Leuchtstofflampenvorrichtung, die eine intensive Lumineszenz ergibt, kann verwendet werden, wobei deren Kolben innen oder außen mit einem Leuchtstoff bedeckt ist.

Die oben beschriebene Niederdruck-Quecksilberentladungslampenvorrichtung hat nicht so gute Zündeigenschaften wie die bekannte Vorrichtung, jedoch kann dieser Nachteil durch Verwendung einer bekannten Technik eliminiert werden. Die neue Vorrichtung erforde t eine hohe Spannung von 600 bis 800 V zum Zünden. Der Transformator fl kann so aufgebaut sein, daß er die Anforderungen an Leistung, Strom und Spannung für den Normalbetrieb erfüllt, wobei an dessen Sekundärwicklung 8c ein Hochspannungs-Überlagerungskreis, v/h er in F i g. 2 gezeigt ist, angeschlossen ist. Der angeschlossene Kreis ist so ausgebildet, daß sein Schalter SVK nur beim Zünden der Vorrichtung geschlossen sein soll. Das Zünden der Entladungslampenvorrichtung kann beispielsweise durch eine Triggerelektrode bewirkt werden, die nahe der Außenfläche des Kolbens wie im Falle einer bekannten Blitzentladungslampe angebracht ist. Als eine solche Triggerelektrodeneinrichtung mit der oben beschriebenen Vorrichtung verwendet wurde, hat sich herausgestellt, daß die erforderliche Triggerspannung 5 bis 10 kV war. Dabei kann eine beKannte Züncltechnik verwendet werden.

Gemäß Fig. 2 sind 12 ein Transformator zur Hochspannungserzeugung, 13 ein Kondensator, 14 eine Spannungsquelle, 15 ein Widerstand und 28 ein Hochspannungsspalt.

Gemäß F i g. 3 sind die Anode und die Kathode nahe , aneinander angeordnet, so daß beim Anstieg der Temperatur der Anode während der Entladung die Kathode ausreichend durch Wärmestrahlung von der Anode erhitzt wird, um Thermionen zu emittieren.

In Fig. 3 sind 16a eine Gleichspannungsquelle, 17a _!0 ein erster Schalter, 18a ein zweiter Schalter und 19a ein Widerstand einer ersten Gruppe und sind 166. 176, 186 und 196 die entsprechenden Elemente einer zweiten Gruppe. Beim Zünden der Vorrichtung mit dem ersten geschlossenen Schalter und dem zweiten offenen _!5 Schalter wird die Gleicbspannungsentladung zwischen

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gefolgt von dem öffnen des ersten Schalters und dem Schließen des zweiten Schalters, wenn die Kathode ausreichend erhitzt ist. Die Entladung wird in derselben Weise, wie in F i g. I gezeigt ist. aufrechterhalten.

Das in Fig. 3 gezeigte Beispiel ergibt die folgenden Vorteile:

6. Trotz der Verwendung der Triggerspannung beim ■>-, Zünden in Verbindung mit dem angeschalteten Hochspannungs-Überlagerungskreis ist eine relativ niedrige Spannung erforderlich.

7. Die Elektroden und die Teile des Kolbens, in dem diese dicht eingeschlossen sind, werden in einfacher _!0 Form hergestellt, womit der Entwurf und die Herstellung erleichtert werden.

Gemäß Fig.4, die den für das Beispiel der Fig. 3 geeigneten Elektrodenaufbau zeigt, besteht die Anode u 2a aus einem Wolframdraht, der eng in Hohlzylinderform gewickelt ist. in welchem die Kathode la angeordnet ist. In dem Ende 20 des Kolbens 6. in den ein Ende jeder Elektrode dicht eingeschlossen ist. sind ein Paar Metallplättchen 21 als Zwischenleiter eingesetzt, ^o Wenn der Kolben so ausgebildet ist. daß der Abstand / zwischen der Kathode la und der Anode 2a etwa 1 mm beträgt und daß das Entladungsmedium einige 133 322Pa Argongas enthält, kann die Spannung von der Gleichspannungsquelle 16a nicht mehr als einige 20 V sein. Es ist selbstverständlich, daß die erforderliche Gleichspannung aus einer gleichgerichteten Wechselspannung erhalten werden kann.

Verschiedene zusätzliche Ausbildungen der Vorrichtung sind in Kombination mit anderen bekannten Techniken möglich. Der Kolben kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß der Niederdruck-Quecksilberdampf einen Druck von 133 322Pa oder weniger während der Entladung erzeugt und daß die Lampe bei 2 A oder mehr leuchtet, wobei die sich ergebende Emissionsintensität bei 0.2537 um ein Mehrfaches der Emissionsintensität einer bekannten Quecksilberlampe beträgt, welche einen gleichartigen Druck von 133 322Pa oder weniger während der Entladung aufweist. Beim Entwerfen einer Niederdruck-Quecksilberdampfiampenvorrichtung ergibt die Auswahl des Quecksilberdampfs mit seinem Druck von 133 322Pa oder weniger als Entladungsmedium sofort die praktischen Vorteile der Vorrichtung. Argongas kann erforderlichenfalls in einer Spurenmenge beigegeben werden.

Zwei weitere Anwendungen der Erfindung werden anhand der F i g. 5 und 6 beschrieben.

Gemäß F i g. 5 ist der Kolben 6 in einem Außenkolben 23 angeordnet, der durch Stützen 22 gehalten ist. Der Außenkolben 23 hat an jedem Ende einen Sockel 24 mit daran befestigten Einführungsstiften 25. Die Einführungsstifte 25 sind elektrisch mit der Anode und der Kathode in dem Kolben 6 verbunden.

Die Entladungslampenvorrichtung des dargestellten Beispiels ist eine sogenannte »Doppelko!ben«-Art und der Kolben 6 wird üblicherweise als »Innenkolben« im Gegensatz zu dem Außenkolben 23 bezeichnet.

»Doppelkolben«-Entladungslampen vorrichtungen sind auf dem Gebiet der Hochdruck-Quecksilberdampflampen und Niederdruck-Natriumdampflampen bekannt. Einige der in einer solchen bekannten Vorrichtung verwendeten Techniken können auch bei der Entladungslampenvorrichtung der Fig.5 angewendet

8. Der Außenkolben kann insgesamt oder teilweise mit einem Leuchtstoff überzogen sein, so daß die Vorrichtung als Leuchtstofflampenvorrichtung verwendet werden kann.

9. Ein Teil des Außenkolbens kann als Reflektor ausgebildet sein, der wirkt, um die Strahlung des Lichts in einer gewünschten Richtung zu intensivieren, um die Wirksamkeit des erzeugten Lichts zu verbessern.

10. Die Fläche des Innen- oder Außenkolbens kann mit einem Leuchtstoff in Streifen oder in Punkten überzogen sein, so daB die Vorrichtung für Dekorationszwecke oder für Mehrfachzwecke verwendet werden kann. Einige Leuchtstoffe, die grüne, orange und andere Lumineszenz erzeugen, sind im Handel erhältlich.

F i g. 6 zeigt ein weiteres Beispiel der Vorrichtung, bei dem Schirme 26a und 266 über dem Kolben 6 an den Sockeln 24 angebracht sind, die an beiden Enden des Kolbens 6 befestigt sind. Fig.6A ist eine Seitenansicht mit den im Schnitt gezeigten Schirmen des Teils der Vorrichtung gesehen von einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Kolbens 6. Fig. 6B ist eine Endansicht des Teils der Vorrichtung gesehen von dem Ende des Kolbens 6, an dem der Schirm 266 über eine Stütze 27 angebracht ist.

Bei diesem Beispiel besteht der Kolben 6 aus einem ozonfreien Quarzteil 6a. der über eine abgestufte Naht 6c mit einem üblichen Quarzteil 66 verbunden ist. Die in diesem Beispiel gezeigte Vorrichtung hat eine Anzahl von Vielzweckanwendungen.

11. Die Vorrichtung ist sowohl zum Sterilisieren als auch zum Desodorieren mittels Ozon geeignet. Wenn ein Leuchtstoff auf dem Schirm 26a angebracht wird, vereint die Vorrichtung auch die Leuchtfunktion.

12. Mit den Schirmen 26a und 266, die als Reflektoren wirksam für ultraviolette oder sichtbare Strahlung ausgebildet sind, und mit nur dem ozonfreien Quarzkolben 6a, der mit einem Leuchtstoff bedeckt ist, ist diese Vorrichtung sowohl für Beleuchtungsals auch für Desodorierungszwecke geeignet. Falls im Gegensatz dazu der Quarzkolben 66 mit einem Leuchtstoff überzogen ist, ist die Vorrichtung zum Sterilisieren und Beleuchten wirksam. Somit können verschiedene Vielzweckanwendungen erreicht werden.

13. Zum Erreichen von Vielzweckanwendungen der

oben in 12. beschriebenen Vorrichtung können verschiedene Einrichtungen hergestellt werden, wobei beispielsweise der gesamte Kolben 6 aus einem Material hergestellt sein kann und die Schirme 26;i und 266 so ausgebildet sein können, daß sie die Wirkung besitzen, in einer bestimmten R'i'iuing ausgestrahlte Strahlen zu unterbrechen. Des weiteren kann ein geeigneter Leuchtstoff auf einem besonderen Teil des Schirms und/oder des Kolbens in Abhängigkeit von der Verwendung, für welche die Vorrichtung bestimmt ist. angebracht werden.

Die Erfindung ergibt eine neue Entladungslampenvorrichtung, die nicht nur für industrielle Anwendungen, sondern auch für private Anwendungen, bei denen ein von den industriellen Zwecken abweichendes Entladungsmedium verwendet wird, zweckvoll ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Entladungslampenvorrichtung mit einem Kolben, in dem zwei Elektrodengruppen, von denen jede Gruppe aus einer Anode und einer Kathode besteht, vorgesehen sind, und in dem wenigstens Quecksilber als Entladungsmedium in einer Menge eingefüllt ist, die erforderlich ist, um einen Druck von 133 332 Pa oder weniger während des Betriebs zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2a) und die Kathode (\a) der ersten Gruppe jeweils mit der Kathode (4) und der Anode (5) eines ersten Halbleitergleichrichter^ (3a) verbunden sind und die Anode (2b) und die Kathode (ib) der zweiten Gruppe jeweils mit der Kathode (4) und der Anode (5) eines zweiten Halbleitergleichrichters (3b) verbunden sind, wobei die Entladung abwechselnd zwischen der Anode (2a) der ersten Gruppe und der Kathode (\b) der zweiten Gruppe und zwischen der Anode (2b) der zweiten Gruppe und der Kathode (\a) der ersten Gruppe über das im Kolben (6) enthaltene Entladungsmedium erfolgt.

2. Entladungslampenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2a) der ersten Gruppe mit der positiven Klemme einer ersten Gleichspannungsquelle (i6a) verbunden ist, daß die Kathode (ladder ersten Gruppe mit der negativen Klemme der ersten Gleichspannungsquelle (16a,/ v'-bunden ist, daß die Anode (2b) der zweiten Gruppe mit der positiven Klemme einer zweiten Gleichspannungsquelle (166,/ verbunden ist und daß die Kathode (ίο) der zweiten Gruppe mit der negativen Klemme der zweiten Gleichspannungsquelle (166,7 verbunden ist.