DE69309417T2 - Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Leuchtstofflampe, die eine Vorrichtung zur Senkung der Aufwärmzeit aufweist.
• Bei Leuchtstofflampen wird die von einem Gemisch aus Quecksilberdampf und einem Edelgas emittierte Ultraviolett(UV)- Strahlung durch eine Leuchtstoffbeschichtung auf der Innenfläche einer Lampenhülle in sichtbares Licht umgewandelt. Die Lampenhülle ist abgedichtet und enthält Quecksilberdampf unter einigen Millitorr und ein inertes Startgas, wie beispielsweise Argon, Krypton, Neon, Helium oder ein Gemisch aus diesen und anderen Gasen. Ein Paar innerhalb der Hülle angeordnete Elektroden sendet während des Startens Elektronen aus und liefert elektrische Energie für eine Entladung während des Betriebs der Lampe. Elektrische Leitungen (Zuleitungsdrähte), die durch die Hülle hindurch mit jeder der Elektroden verbunden sind, führen den Elektroden elektrische Energie zu. Gewöhnlich ist eine Drosselspule mit der Kathodenelektrode in Reihe geschaltet, um den der Lampe zugeführten Strom zu begrenzen. Der Quecksilberdampf emittiert UV-Strahlung, die wiederum die Leuchtstoffbeschichtung veranlaßt, sichtbares Licht zu emittieren.
• Kompakte Leuchtstofflampen sind zum Einsetzen in eine übliche Glühlampenfassung gestaltet. Einige kompakte Leuchtstofflampen verwenden Amalgam, das in einem Pumpstengel innerhalb der Lampenhülle enthalten ist, um den Quecksilberdampfdruck zu steuern und dadurch die Lichtaussendung der Lampe zu erhöhen. Doppelrohr-Leuchtstofflampen weisen zwei im wesentlichen parallele Rohrabschnitte auf, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Am anderen Ende jedes Rohrabschnitts befinden sich Elektroden und zwischen den Elektroden wird durch die volle Länge jedes Rohrabschnitts hindurch eine Entladung erzeugt. Vierfachrohr-Lampen weisen vier im wesentlichen parallele Rohrabschnitte auf, einschließlich zwei durch eine Einengung verbundener Doppelrohrabschnitte. In diesen Lampen wird zwischen den Elektroden durch die vier Rohrabschnitte hindurch ein kontinuierlicher Bogen erzeugt.
• Ein bekannter Nachteil, der mit derartigen kompakten Hochleistungs-Leuchtstofflampen (d.h. jenen, die Amalgam verwenden) verbunden ist, ist die lange Aufwärmzeit, die Zeit, die die Lampe benötigt, um gleichmäßig hell zu werden. Wenn die Lampe anfangs eingeschaltet wird, glüht für einen Zeitraum nur ein Ende der Lampe und die Lampe wird nach und nach gleichmäßig hell. Dieser Nachteil tritt auf, da sich der innerhalb der Lampenhülle enthaltene Quecksilberdampf mit dem Amalgam an einem Ende der Lampenhülle wieder verbindet, wenn die Lampe ausgeschaltet ist. Wenn der Lampe Strom zugeführt wird, befindet sich der Quecksilberdampf anfänglich in dem Bereich des Amalgams und veranlaßt die Aussendung von Licht nur aus diesem Bereich, bis sich der Quecksilberdampf danach gleichmäßig über die gesamte Lampenhülle ausbreitet. In Abhängigkeit von der Bogenlänge und der Umgebungstemperatur der Lampe kann es bis zu zehn Minuten oder länger dauern, bis sich der Quecksilberdampf über die gesamte Lampenhülle einer kompakten Hochleistungs- Leuchtstofflampe ausbreitet.
• Demgemäß wurden Versuche unternommen, um die Aufwärmzeit von kompakten Hochleistungs-Leuchtstofflampen durch Verbessern der Ausbreitung des Quecksilberdampfes über die Lampenhülle zu senken. Eine solche Methode beinhaltet die Verwendung von kleinen Zündfahnen, die innerhalb der Lampenhülle in unmittelbarer Nähe der Lampenelektroden angeordnet sind. Die Fahnen sind aus einer dünnen Folie, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt und sind mit Indium beschichtet, so daß sich der Quecksilberdampf mit dem Indium auf den Fahnen verbindet, wenn die Lampe ausgeschaltet wird. Wenn die Lampe eingeschaltet wird, verdampft die Wärme der Elektroden das Quecksilber von den Fahnen und das Quecksilber verteilt sich in der Lampenhülle. Obwohl sich ein zuverlässiges Starten und verringerte Aufwärmzeiten ergeben, bestehen immer noch das anfängliche Glühen an einem Ende (in der Nähe der Zündfahnen und des Amalgams) und langdauernde Aufwärmzeiten.
• Eine weitere Methode beinhaltet die Verwendung von Amalgam auf kleinen Metallplatten, die an Verbindungsdrähten an einer Zwischenstation längs des Entladungsweges angeordnet sind, wie beschrieben in "Neues aus der Technik", Vogel Verlag K.G. Würzburg, DE, Nr. 2, 20.5.88, Seite 3: "Niederdruck- Quecksilberdampf-Entladungslampe", und entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Unter einem Gesichtspunkt wird eine Leuchtstofflampe bereitgestellt mit einer einen kontinuierlichen Entladungsweg definierenden Hülle und mit einem Element, das einen Abschnitt aufweist, der an einer Zwischenstation längs des Entladungswegs angeordnet und dafür eingerichtet ist, während des Aufwärmens der Lampe Quecksilberdampf freizusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Element langgestreckt und mit einem Amalgam enthaltenden Napf verbunden ist.
• Das langgestreckte Element oder die Sonde ist vorzugsweise in oder nahe dem Zentrum des Entladungsweges angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Napf in einem Pumpstengel der Lampenhülle angebracht, so daß sich das langgestreckte Element in die Lampe hineinerstreckt. Das langgestreckte Element ist vorzugsweise mit Indium beschichtet. Das langgestreckte Element erstreckt sich vorzugsweise axial längs eines Teils des Entladungsweges.
• FIG. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Stabilisierungsvorrichtung zur Verringerung der Aufwärmzeit einer bevorzugten kompakten Leuchtstofflampe gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen eine Legierung enthaltenden Napf und eine daran befestigte Sonde aufweist;
• FIG. 2 zeigt die Vorrichtung von FIG. 1 innerhalb einer Doppelrohr-Leuchtstofflampe montiert;
• FIG. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vierfachrohr- Leuchtstofflampe, die die Vorrichtung von Fig. 1 enthält, und veranschaulicht deren Wirkungsweise;
• FIG. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Stabilisierungsvorrichtung, die eine an einem Ende einer Sonde befestigte Zündfahne aufweist;
• FIG. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Stabilisierungsvorrichtung, bei der ein Ende einer Sonde U- förmig ausgebildet ist; und
• FIG. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Stabilisierungsvorrichtung, die eine verlängerte Sonde aufweist.
• Eine Stabilisierungsvorrichtung zur Verwendung in einer kompakten Hochleistungs-Leuchtstofflampe kann eine Sonde oder ein langgestrecktes Element aus Metall, das mit einem Amalgam enthaltenden Napf verbunden ist, umfassen. Die Vorrichtung ist innerhalb einer kompakten Leuchtstofflampe in oder nahe dem Zentrum des Entladungsweges angebracht. Die Sonde ist vorzugsweise mit Indium beschichtet und wirkt während des Aufwärmens der Lampe als Quecksilberdampfquelle. Da die Sonde nahe dem Zentrum des Entladungsweges angeordnet ist, breitet sich der Quecksilberdampf schnell über die Lampenhülle aus.
• FIG. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Starthilfe, die in die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, umfassend eine Sonde 10, die mit einem Napf 12 verbunden ist, der an seinem oberen Ende 14 offen ist. Der Napf 12 bewahrt ein Amalgam 16 auf. Die Sonde 10 besteht vorzugsweise aus Nickel, doch auch andere Metalle oder Metallegierungen, wie beispielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung, sind geeignet. Die Sonde 10 weist vorzugsweise die Form eines Drahtes mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) bis 0,51 mm (0,020 Zoll) auf. Die Sonde ist vorzugsweise mit Indium beschichtet, doch auch andere Amalgamationsmetall-Beschichtungen sind geeignet. Alternativ kann die Sonde selbst aus einem Amalgamationsmetall oder einer Amalgamationslegierung bestehen.
• Die Sonde wird vorzugsweise durch Schweißen an dem Napf befestigt, jedoch kann auch ein kleines Loch in den Boden des Napfes gemacht werden, durch das ein Ende der Sonde eingeführt wird. Anschließend wird eine geschmolzene Amalgamationslegierung in den Napf gegossen, die man rund um das Sondenende hart werden läßt, wodurch die Sonde am Napf befestigt wird. Weitere Befestigungsmethoden sind geeignet, die den Fachleuten bekannt sein werden.
• FIG. 2 zeigt einen Lampenaufbau, der die Sonde 10 und den Napf 12 innerhalb einer kompakten Doppelrohr-Leuchtstofflampe 18 montiert enthält. Der Napf wird innerhalb eines Pumpstengels 20 an einem Ende 22 eines Rohrabschnitts 24 mechanisch gehalten. Der Napf 12 und die Sonde 10 sind am der Elektrode (nicht dargestellt) gegenüberliegenden Ende des Rohrabschnitts 24 angebracht. Folglich sind der Napf 12 und die Sonde 10 nahe dem Zentrum des Entladungsweges innerhalb der Lampe 18 angeordnet und der Quecksilberdampf breitet sich von dem Napf 12 und der Sonde 10 in Richtung beider Enden der Lampe 18 aus. Der Napf ist im wesentlichen zylindrisch und seine Wand 26 berührt die Innenfläche des Pumpstengels 20. Die Sonde erstreckt sich nach unten in den Rohrabschnitt 24 und das Ende 36 der Sonde ist vorzugsweise in der Nähe einer Kußverbindung oder Einengung 38 zwischen den Rohrabschnitten 24 und 40 angeordnet.
• Während des Betriebs, wenn die Lampe eingeschaltet ist, wird die Sonde durch die Lampenentladung aufgeheizt und Quecksilber wird von der Sonde freigesetzt, damit es sich über die gesamte Lampe verteilt. Aufgrund des kleinen Durchmessers und der geringen Masse der Sonde wird die Sonde schnell aufgeheizt und das Quecksilber verdampft schnell. Es wird bevorzugt, daß der Großteil des Indiums auf der Sonde nahe deren Ende 36 in der Nähe der Einengung 38 konzentriert ist, da die Temperatur in diesem Bereich der Lampenhülle höher ist. Beispielsweise ist eine typische Temperatur im Bereich der Einengung 140ºC, verglichen mit einer Temperatur von 85ºC innerhalb der Lampenhülle. Des weiteren breitet sich der von der Sonde 10 in der Nähe der Einengung 38 abgegebene Quecksilberdampf wahrscheinlich durch die Einengung 38 hindurch in den Rohrabschnitt 40 aus.
• Bei bevorzugten Leuchtstofflampen, die mehr als eine Einengung 38 aufweisen, kann eine Sonde 10 in der Nähe jeder Einengung 38 angeordnet sein. Dies bedeutet, daß eine Sonde im allgemeinen zwischen 25-75% der Strecke längs des Entladungsweges angeordnet sein wird. Im allgemeinen sollte die Sonde einen Abschnitt aufweisen, der zwischen etwa 25-75% der Strecke längs des Entladungsweges, vorzugsweise etwa der halben Strecke längs des Weges angeordnet ist.
• FIG. 3 zeigt einen Lampenaufbau, der die Sonde 10 und den Napf 12 innerhalb eines Pumpstengels 44 einer Vierfachrohr-Lampe 42 montiert enthält. Der Quecksilberdampf 46 ist während des Aufwärmens der Lampe aus der Sonde 10 freigesetzt dargestellt. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mit oder ohne in der Nähe der Elektroden 48 und 50 angeordneten Zündfahnen (in FIG. 3 nicht dargestellt) verwendet werden. Wenn in der Nähe der Elektroden 48 und 50 Zündfahnen angeordnet sind, wird das Quecksilber während des Aufwärmens aus der Sonde 10 und dem Amalgam innerhalb des Napfes 12 sowie aus den Zündfahnen ausdünsten, wodurch eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des Quecksilberdampfes bewirkt wird.
• Wie in FIG. 4 dargestellt, weist eine zweite Ausführungsform der Sonde eine kleine Zündfahne 52 auf, die an einem Ende 54 der Sonde 58 derart befestigt ist, daß die Fahne in einer Doppelrohr- oder Vierfachrohr-Lampe in der Nähe der Einengung 38 angeordnet ist, um die relativ hohe Temperatur in diesem Bereich auszunutzen. Die Zündfahne 52 kann aus einer dünnen Folie oder Scheibe aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, vorzugsweise etwa 2 mm x 2 mm und 0,5 bis 3 mm dick. Die Fahne 52 wird vorzugsweise durch Schweißen am Sondenende befestigt, obwohl auch andere Befestigungsmittel geeignet sind.
• Die Fahne ist mit einer Amalgamationslegierung oder einem Amalgamationsmetall, vorzugsweise Indium, mit einer bevorzugten Dicke im Bereich von 1-2 mm beschichtet. Die Sonde und die Fahne können unter Verwendung eines Ultraschallöttopfes gleichzeitig beschichtet werden. Ein Tauchverfahren kann verwendet werden, um die Beschichtungen aufzutragen, was den Fachleuten bekannt sein wird. Die Beschichtungsdicken können durch Verändern der Entnahmegeschwindigkeit der eingetauchten Teile verändert werden. Aufgrund ihrer geringen Größe und Dicke heizt sich die Fahne schnell auf und stellt eine gute Quelle für Quecksilberdampf bereit.
• In FIG. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Sonde dargestellt. Wie gezeigt, ist das Ende 60 der Sonde 62 gebogen, vorzugsweise U-förmig (dennoch ist jede beliebige Bogenform geeignet), um eine Ablagerung von Indium aufzunehmen. Wie bei der in FIG. 4 dargestellten Ausführungsform sollte das Ende 60 in der Nähe der Einengung 38 angeordnet sein, um die relativ hohe Temperatur in diesem Bereich auszunutzen.
• In FIG. 6 ist eine vierte Ausführungsform der Sonde dargestellt. Eine Sonde 64 erstreckt sich fast über die volle Länge des Rohrabschnitts 24 der Doppelrohr-Lampe 18. Die Sonde ist vorzugsweise mit Indium beschichtet und wirkt während des Aufwärmens der Lampe als Quelle für Quecksilberdampf. Da sich die Sonde 64 fast über die volle Länge des Rohrabschnitts 24 erstreckt, breitet sich das Quecksilber während des Aufwärmens im wesentlichen gleichmäßig über die volle Länge der Lampe aus.
• Die nachstehende Tabelle 1 führt die Aufwärmzeiten einer bei einer Umgebungstemperatur von 25ºC gestarteten kompakten Leuchtstofflampe auf, die (1) keine Zündfahnen und keine Sonde aufweist, (2) Zündfahnen in der Nähe der Elektroden, aber keine Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, und (3) eine Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Zündfahne an deren Ende, jedoch keine Zündfahnen in der Nähe der Elektroden aufweist. Die jeweiligen Aufwärmzeiten waren 12 Minuten, 7 Minuten und 2 Minuten. Die an ihrem Ende eine Zündfahne aufweisende Sonde ergab die kürzeste Aufwärmzeit von 2 Minuten. Fachleute werden verstehen, daß die Verwendung einer Sonde mit einer Zündfahne an deren Ende in Verbindung mit in der Nähe der Elektroden angeordneten Zündfahnen die Aufwärmzeit weiter verringern würde und deshalb vorzuziehen ist. TABELLE 1
• Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, die eine mit Indium beschichtete Sonde aufweisen, welche an einem eine Legierung enthaltenden Napf befestigt ist, der innerhalb eines Pumpstengels einer kompakten Leuchtstofflampe mechanisch gehalten wird, stellt man sich vor, daß die Sonde innerhalb eines Rohrabschnitts einer kompakten Leuchtstofflampe durch Quetschung eingesiegelt sein kann. Die Sonde kann auch in einer U-förmigen kompakten Leuchtstofflampe verwendet werden. Außerdem wird nicht beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung auf Leuchtstofflampen mit Elektroden beschränkt ist, sondern daß sie sich auf Situationen erstreckt, in denen die Leuchtstofflampe aus der Vielfalt ohne Elektroden stammt.
• Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine verbesserte kompakte Hochleistungs-Leuchtstofflampe mit einer verringerten Aufwärmzeit und eine Vorrichtung zur Verringerung von örtlichem Glühen während des Aufwärmzeitraums der kompakten Leuchtstofflampe bereitstellen.

Claims (10)

1. Leuchtstofflampe mit einer einen kontinuierlichen Entladungsweg definierenden Hülle (18) und mit einem Element (10; 58; 62; 64), das einen Abschnitt (10; 52, 60; 64) aufweist, der an einer Zwischenstation längs des Entladungswegs angeordnet und dafür eingerichtet ist, während des Aufwärmens der Lampe Quecksilberdampf freizusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Element langgestreckt und mit einem Amalgam (16) enthaltenden Napf (12) verbunden ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe Rohrabschnitte (24) aufweist, die durch eine Einengung (38) verbunden sind, und daß der genannte Abschnitt des langgestreckten Elements (10; 52; 60; 64) in der Nähe einer Einengung angeordnet ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt des langgestreckten Elements (10, 52; 60, 64) mit Indium beschichtet ist.

4. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Element (10; 58; 62; 64) mit Indium beschichtet ist und daß das Indium nahe dem Abschnitt des langgestreckten Elements (10; 52; 60; 64) in der Nähe der Einengung (38) konzentriert ist.

5. Lampe nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der Einengung benachbarte Abschnitt des langgestreckten Elements (62) zur Bewahrung von Indium gebogen ist.

6. Lampe nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Indium beschichtete Zündfahne (52) in der Nähe der Einengung (38) am langgestreckten Element (58) befestigt ist.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahne (52) aus einer Folie aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.

8. Lampe nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Element sich im wesentlichen über die volle Länge eines Rohrabschnitts (24) erstreckt.

9. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Napf (12) in einem Pumpstengel (20) der Lampe montiert ist, derart, daß sich das langgestreckte Element in die Lampenhülle hineinerstreckt.

10. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Element (10; 58; 62; 64) aus einer Nickel-Eisen-Legierung hergestellt ist.