DE69529008T2

DE69529008T2 - Elektrodenlose Leuchtstofflampe

Info

Publication number: DE69529008T2
Application number: DE69529008T
Authority: DE
Inventors: Mohamed Hanif Girach; David Osborne Wharmby
Original assignee: GE Lighting Ltd; GE Lighting Operations Ltd
Current assignee: GE Lighting Ltd; GE Lighting Operations Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2015-02-15
Also published as: US5808414A; CA2144260A1; DE69529008D1; EP0673057B1; KR950034396A; EP0673057A3; JPH07282784A; GB9405371D0; EP0673057A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrodenlose Leuchtstofflampe.
Eine derartige Lampe ist in US-A-4727294 (US Philips Corporation) beschrieben. Die Lampe gemäß der US-A-4727294 enthält einen äußerlich kugelförmigen Lampenbehälter, der gekapselt ist und der eine Füllung enthält, die eine Entladung aufrecht erhalten kann, wenn sie in geeigneter Weise angeregt wird. Die Entladung regt einen Leuchtstoffüberzug auf der Innenseite von dem Behälter an. Die Füllung wird durch eine Wicklung angeregt, die durch einen hochfrequenten, z. B. HF-, Oszillator erregt wird. Gemäß der US-A-4727294 umgibt die Wicklung einen Kern aus magnetischem Material. Der Kern und die Wicklung ragen in ein zylindrisches Dichtungsteil des Behälters hinein, das in einer zurückspringenden Art und Weise in den kugelförmigen Behälter hineinragt. Der Lampenbehälter ist ferner mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schicht in dem Behälter versehen, um das elektrische Feld im wesentlichen einzuschließen, das durch den Kern und die Wicklung in dem Behälter erzeugt wird. Um die geleitete Interferenz in US-A-4727294 weiter zu verringern, ist ein Teil von der äußeren Oberfläche des Behälters auch mit einem leitfähigen Überzug versehen, der mit der leitfähigen Schicht auf der Innenseite des Behälters kapazitiv gekoppelt ist. Der äußere Überzug ist durch einen Leiter mit einer Lampenkappe, d. h. einem Netzleitungsanschluss der Lampe, verbunden.
In der US-A-4727294 trägt ein elektrisch isolierendes, im allgemeinen zylindrisches Gehäuse den kugelförmigen Lampenbehälter und das zurückspringende Dichtungsteil. Das Gehäuse hat einen Durchmesser, der kleiner als der kugelförmige Lampenbehälter ist. Das Gehäuse enthält die Oszillatorschaltung und verbindet mechanisch den Lampenbehälter mit der Lampenkappe. Derjenige Abschnitt der äußeren Oberfläche des Behälters, der mit dem leitfähigen Überzug versehen ist, befindet sich auf der Innenseite des Gehäuses für eine elektrische Sicherheit und begrenzt die Fläche, die für die kapazitive Kopplung zur Verfügung steht, und begrenzt somit die Impedanz der Kopplung auf einen unerwünscht hohen Wert.
Die Ausbildung des leitfähigen Überzuges auf der inneren Oberfläche des Lampenbehälters erzeugt zwei Probleme. Erstens ist der tatsächliche Beschichtungsprozess schwierig und zweitens ist es schwierig, eine zufriedenstellende elektrische Kopplung zwischen der HF-Masse und der inneren leitfähigen Schicht anzuordnen.
EP-A-0512622 beschreibt eine elektrodenlose Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe, deren Entladungsbehälter mit einem Kern aus magnetischem Material und einer Spule versehen ist, die den Kern umgibt und die mit einer Hochfrequenz-Versorgungseinheit verbunden ist. Eine Interferenz unterdrückende, lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Schicht ist auf der Außenseite des Entladungsbehälters vorhanden, wobei diese Schicht mit den Versorgungsleitungen durch eine elektrische Kopplung verbunden sein kann. Die elektrische Kopplung weist einen oder mehrere Kondensatoren auf, die in Reihe geschaltet sind, um die leitfähige Schicht während des Betriebs sicher gegenüber Berührung zu halten.
Die Ausbildung des leitfähigen Überzuges auf der äußeren Oberfläche des Behälters vermindert die Schwierigkeit des Beschichtungsprozesses und vermeidet das Problem der elektrischen Kopplung mit einer inneren leitfähigen Schicht. Jedoch kann mit der Anordnung gemäß der EP-A-0512622 ein übermäßiger Kontaktstrom von der Lampe zu einem Benutzer fließen, der sie berührt. Zusätzlich kann der Überzug einfach beschädigt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine elektrodenlose Leuchtstofflampe bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 offenbart ist.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Mittel vorgesehen zum elektrischen Koppeln des äußeren Überzuges mit einem elektrischen Massepunkt innerhalb der Lampe, um geleitete Interferenz zu vermindern.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine netzgespeiste Vorrichtung zum Erzeugen des elektrischen Feldes vorgesehen ist, ist ein Netzentkopplungskondensator vorgesehen, der elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen, äußeren Überzug verbunden ist.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht von einem Beispiel einer elektrodenlosen Leuchtstofflampe gemäß der Erfindung ist;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild von der Lampe gemäß Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht von einer anderen elektrodenlosen Leuchtstofflampe gemäß der Erfindung ist und
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht von einer noch weiteren Lampe gemäß der Erfindung ist.
Gemäß Fig. 1 enthält die als Beispiel dargestellte elektrodenlose Lampe einen gekapselten Glasbehälter G, der als im allgemeinen kugelförmig gezeigt ist, der aber irgendeine geeignete Form haben kann. Ein zurückspringender Zylinder 3, der ebenfalls aus Glas besteht, ist mit dem Behälter G verschmolzen. Der Behälter enthält eine Füllung (nicht gezeigt), beispielsweise aus Quecksilber und einem Edelgas, die, wenn sie angeregt wird, eine Entladung von Ultraviolett(UV)-Licht erzeugt. Auf der inneren Oberfläche von dem Behälter befindet sich eine Leuchtstoffschicht P, die das UV Licht in sichtbares Licht wie in einer üblichen Leuchtstofflampe wandelt. Der Leuchtstoff P überdeckt nicht nur die innere Oberfläche von dem Behälter G, sondern auch die Oberfläche des Zylinders 3.
Ein weiterer Überzug bzw. eine Beschichtung (nicht gezeigt) kann zwischen der Leuchtstoffschicht und dem Glas vorgesehen sein, um die Schwärzung des Behälters mit wachsendem Alter zu verringern, wie es in der Technik bekannt ist.
Die Füllung wird durch ein elektromagnetisches Feld angeregt, das durch eine Wicklung erzeugt wird, die Windungen aus Kupferdraht aufweist. Die Windungen sind vorzugsweise um einen Magnetkern aus beispielsweise Ferrit angeordnet. Die Wicklung und Kern 4 sind in dem zurückspringenden Zylinder 3 angeordnet.
Die Wicklung wird bei hoher Frequenz, z. B. 2,65 MHz, durch eine HF Erregungsvorrichtung erregt, die beispielsweise einen Oszillator 5 aufweist, der aus den Netzleitungen über einen Gleichrichter 6 und einen Glättungskondensator 6a (in Fig. 2 gezeigt) gespeist wird.
Die HF Erregungsvorrichtung ist in einem elektrisch isolierenden Gehäuse H untergebracht, an dem eine Lampenkappe C befestigt ist.
Um das Hochfrequenzfeld in dem Lampenbehälter im wesentlichen einzuschließen, ist ein lichtdurchlässiger, elektrisch leitfähiger Überzug FTO über der gesamten äußeren Oberfläche von dem Lampenbehälter vorgesehen, aber nicht über der Oberfläche von dem Zylinder 3. Der Überzug bzw. die Beschichtung hat einen ausreichenden Widerstand, z. B. wenigstens 10 Ohm pro Quadrat, so dass er keinen Kurzschluss für die Wicklung 4 darstellt. Es können 300 Ohm pro Quadrat verwendet werden. Der Überzug FTO ist vorzugsweise aus Fluor-dotiertem Zinnoxid, kann aber auch aus anderen Materialien bestehen, die in der Technik als geeignet bekannt sind.
Um geleitete Interferenz zu reduzieren oder zu eliminieren, ist der Überzug FTO mit HF-Masse über einen Entkopplungskondensator 7 mit einer Kapazität Cp gekoppelt, der eine hohe Impedanz gegenüber Netzfrequenz darstellt, aber eine kleine Impedanz gegenüber der HF. Der Wert von Cp ist so, dass die Reaktanz bei der HF Frequenz viel kleiner als der Widerstand des Überzuges ist (so dass er eine insignifikante Impedanz gegenüber dem Stromfluss darstellt im Vergleich zu dem Überzug selbst). Es muss auch eine hohe Impedanz bei 50 Hz sein, so dass die Netzkontaktströme auf weniger als 500 uA begrenzt sind [National Radiological Protection Board (NRPB) - Board Statement on Restrictions on Human Exposure to standard time varying electromagnetic fields and radiation) Documents of NRPB, Band 4, Nr. 5 1993].
Zusätzlich muss der Kondensator 7 Klasse Y (Versorgungsspannung kleiner als 250 V) oder Klasse U (Versorgungsspannung kleiner als 125 V) sein. Derartige Kondensatoren sind in IEC 384-14 (1981) definiert als "von einem Typ, der zur Verwendung in Situationen geeignet sind, wo ein Versagen des Kondensators zur Gefahr eines elektrischen Schlages führen könnte".
Es gibt viele Wege, eine Verbindung zwischen dem Kondensator und dem äußeren Überzug FTO herzustellen. Beispiele sind:
- ein Metallstreifen, der an dem Überzug FTO mit leitendem Zement befestigt ist, an dem der Kondensator angeschweißt, angelötet oder gequetscht ist.
- Federfinger, die über die Dichtungsflächelippe (in Fig. 3) gleiten. Der Federfinger wird dazu verwendet, den Lampenbehälter in dem Gehäuse zu haltern.
- Ein leitfähiger Überzug auf dem Gehäuse. Ein Kontakt wird durch Schnapppassung des Lampenbehälters in das Gehäuse hergestellt.
Der Kondensator 7 wird mit einem Ansatzstück auf dem Gehäuse verbunden oder gequetscht.
Die Ausbildung des Überzuges FTO auf der äußeren Oberfläche von dem Behälter G macht die Verbindung des Entkopplungskondensators 7 mit dem Überzug einfacher. Weiterhin kann der Entkopplungskondensator 7 dann nach seinen elektrischen Anforderungen ohne andere Einschränkungen gewählt werden.
Die Ausbildung des Überzuges FTO auf der äußeren Oberfläche des Behälters verringert auch die Schwierigkeit des Überziehungs- bzw. Beschichtungsprozesses. Der Überzug wird jedoch leicht beschädigt. Ferner ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der Überzug FTO mit HF Null über den Kondensator 7 verbunden, an den aufgrund der Verwendung einer Gleichrichterbrücke eine Netzspannung von 50 Hz angelegt ist.
Um dem Benutzer eine zusätzliche Isolation vom Netz zu geben und den Überzug FTO zu schützen, ist der äußere FTO Überzug durch eine transparente isolierende Schicht 2 geschützt. Die Schicht kann ein Überzug sein, der gewählt ist aus: anorganischem Material; einer Glasfritte; Kunststoff; Polytetrafluoräthylen (PTFE); Silikon; und Latex; ein Beispiel ist "Modified Silicone Conformal coating". Das gewählte Material kann gesprüht, gestrichen, getaucht oder auf andere Weise auf den Lampenbehälter abgeschieden werden.
Eine bevorzugte transparente Isolierschicht ist eine Überdeckung oder Mantel aus flüssigem spritzgegossenem Silikon, der während der Lebensdauer der Lampe gemäß dem IEC Standard 968 eine Isolation von mehr als 4kV liefert. Die Überdeckung ist vorgeformt und wird über den Glasbehälter gestreift. Sie kann eine Dicke von 0,5 mm haben.
Das Silikonmaterial der Abdeckung wird von GE Plastics (eine Division der General Electric Company) unter dem Handelsnamen LIM verkauft.
Geeignete Abdeckungen sind in WO88/03327 von Colourcover Limited beschrieben und von Colourcover Limited erhältlich.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel von einer Lampe gemäß der Erfindung. Die Lampe gemäß Fig. 3 weist einen Glasbehälter G, einen zurückspringenden Zylinder 3, eine Wicklung und Kern 4, einen Oszillator 5, einen Gleichrichter 6, einen Kondensator 7, ein Gehäuse H und eine Kappe C auf, im allgemeinen wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben. Der Behälter G enthält eine Füllung und hat auf seiner inneren Oberfläche wenigstens eine Leuchtstoffschicht P, wie es in Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Der Behälter G hat auf seiner äußeren Oberfläche einen lichtdurchlässigen Überzug bzw. eine Beschichtung FTO aus elektrisch leitfähigem Material, überdeckt durch eine lichtdurchlässige Schicht 2 aus elektrisch isolierendem Material, wie es allgemein unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde. Vorzugsweise ist die Schicht 2 die Überdeckung aus flüssigem spritzgegossenem Silikon.
Der Netzentkopplungskondensator 7 ist elektrisch zwischen dem Überzug FTO und einem HF Nullpunkt auf der Gleichrichterkarte innerhalb des Gehäuses H verbunden.
Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein im wesentlichen geschlossenes Metallkästchen, das einen im allgemeinen zylindrischen Seitenwandabschnitt S1 zwischen oberen und unteren Endwänden E1 und E2 und eine Verlängerung S2 von der Seitenwand aufweist, die sich in Richtung auf die Lampenkappe erstreckt. Das geschlossene Kästchen S1, E1, E2 enthält den Oszillator 5, bildet eine elektrische Abschirmung für den Oszillator und wirkt auch als eine Wärmesenke. Die Verlängerung S2 trägt den Gleichrichter 6. Anschlüsse T, die sich durch die Endwand E1 erstrecken, verbinden den Oszillator 6 mit der Wicklung und dem Kern 4, deren Schaltkarte 41 durch die Endwand E1 getragen wird.
Der Lampenbehälter G wird durch die Schaltkarte 41 von dem Kern und der Wicklung gehaltert und ist daran angeklebt, obwohl auch andere Halterungsanordnungen verwendet werden können.
Der Kern und Wicklung 4 bildet einen hohlen Zylinder, durch den sich eine Röhre 8 erstreckt, die sich zurückspringend durch den Zylindern 3 erstreckt. Die Röhre 8 erstreckt sich in das Kästchen S1, E1, E2 hinein. Die Röhre 8 enthält ein Quecksilber-Amalgam 10, das durch eine Kröpfstelle 12 in dem Endabschnitt von der Röhre innerhalb des Kästchens gehalten wird.
Die vorstehend beschriebene Lampe gemäß Fig. 3 kann abgewandelt werden, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, um als eine Reflektorlampe zu wirken, durch den Zusatz von einer reflektierenden Schicht R unter einem Teil der Leuchtstoffschicht P. Die reflektierende Schicht kann beispielsweise aus Titandioxid (TiO&sub2;) sein.
Komponenten der Lampe gemäß Fig. 4, die durch Bezugszahlen bezeichnet sind, die auch in Fig. 3 verwendet sind, sind äquivalent zu den Komponenten der Lampe gemäß Fig. 3.
Das elektrisch isolierende Gehäuse gemäß Fig. 4 weist zwei lichtundurchlässige Teile H' und H" auf. Das Teil H' ist ähnlich zu dem Gehäuse H gemäß Fig. 3 und enthält das im wesentlichen geschlossene Metallkästchen S1, S2, E1, E2, den Oszillator 5 und den Gleichrichter 6 und haltert die Schaltkarte 41 und die Wicklung und den Kern 4. Das Teil H" ist mit dem Teil H' durch eine Schnapppassung 16 verbunden, kann aber durch irgendwelche anderen geeigneten Mittel verbunden sein. Das Teil H" erstreckt sich von dem Teil H' zu der einen maximalen Durchmesser aufweisenden Zone Z des pilzförmigen Glasbehälters G. Die reflektierende Schicht R erstreckt sich auch von der benachbarten Schaltkarte 41 zu der einen maximalen Durchmesser aufweisenden Zone Z, um Licht zu der Stirnfläche 40 des Glasbehälters zu reflektieren.
Der leitfähige transparente Überzug FTO erstreckt sich über die gesamte äußere Oberfläche von dem Glasbehälter G einschließlich seiner Stirnfläche 40. Das elektrisch isolierende Gehäuseteil H" schützt und isoliert elektrisch einen Teil des Überzuges FTO. Um den Teil des Überzuges FTO auf der Stirnfläche 40 des Behälters G zu schützen und elektrisch zu isolieren, ist eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht 2' über der Stirnfläche 40 vorgesehen und erstreckt sich teilweise entlang der Zone Z in Richtung auf den Gehäuseteil H', so dass das Teil H" die Schicht 2' überlappt. Die Schicht 2' ist unter Bezugnahme auf die Schicht 2 in den Fig. 1 bis 3 beschrieben. Vorzugsweise ist die Schicht 2' die Überdeckung aus flüssigem spritzgegossenem Silikon.
Die vorstehend beschriebenen Lampen können auf verschiedenen Wegen abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Vorschaltanordnung, d. h. der Kern und die Wicklung 4, der Oszillator 5 und der Gleichrichter 6, getrennt von dem Lampenbehälter gefertigt und betrieben werden, und in diesem Fall müssen geeignete Mittel zum Verbinden des Lampenbehälters mit der Vorschaltanordnung vorgesehen sein. Derartige Mittel liegen innerhalb des fachmännichen Könnens.
Der Entkopplungskondensator kann, in der Theorie, weggelassen werden, und in diesem Fall ist der Überzug FTO direkt mit der HF Null verbunden, und die Isolierschicht 2 oder 2' muss zur elektrischen Sicherheit vorgesehen sein. In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist jedoch die HF Null mit der Netzversorgung über den Gleichrichter 6 verbunden und an die HF Null ist somit Netzspannung angelegt. In dieser Situation erfordert die Sicherheit, dass die Isolierschicht 2 oder 2' so ausgelegt sein muss, dass sie die Lampe überdauert und unter allen Bedingungen der Benutzung isolierend bleibt. Vorzugsweise wird die flüssige spritzgegossene Silikonabdeckung in dieser Situation verwendet.
Es ist möglich, einen Trenntransformator zwischen den Netzleitungen und dem Gleichrichter zu verwenden, der einen HF Nullpunkt bildet, der von den Netzleitungen isoliert ist.
Die lichtdurchsichtige, elektrisch isolierende Schicht 2 oder 2' kann durch eine lichtdurchscheinende oder auf andere Weise lichtdurchlässige, elektrisch isolierende Schicht ersetzt sein.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten lichtdurchlässigen, elektrisch isolierenden Überzügen 2, 2' sind geeignete Silikonüberzugsmaterialien auch beschrieben in:
US-A-4,382,057
US-A-4,379,902
US-A-4,328,137 und
US-A-5,034,061
die alle auf die General Electric Company übertragen sind. US-A-5,034,061 beschreibt Überzüge bzw. Beschichtungen, die für elektrische Glühlampen geeignet sind. Wenn derartige Überzüge auf Lampen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden, müssen sie mit den oben erwähnten Sicherheitserfordernissen übereinstimmen.
Der FTO Überzug in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dick genug, um allein für einen niedrigen Widerstand für HF nach Erde bzw. Masse zu sorgen. Der FTO könnte dünner gemacht und in einem feinen Gitter aus leitfähigem Material, z. B. Metalldraht, überdeckt sein, um einen kleinen Widerstand ohne Behinderung der Lichtabgabe zu bilden.

Claims

1. Elektrodenlose Leuchtstofflampe enthaltend einen gekapselten Lampenbehälter (G), der eine Leuchstoffschicht (P) und eine Füllung, die eine Entladung aufrecht erhalten kann, wenn sie durch ein elektrisches Feld in geeigneter Weise angeregt wird, und einen Überzug (FTO) auf der äusseren Oberfläche des Behälters aus einem elektrisch leitfähigen, lichtdurchlässigen Material aufweist zum Einschliessen des elektrischen Feldes innerhalb des Behälters, gekennzeichnet durch elektrisch isolierende Mittel (2; 2'; H; H'; H") enthaltend

ein elektrisch isolierendes Gehäuse (H; H'; H"), das einen Teil der äusseren Oberfläche des Lampenbehälters aufnimmt, und eine lichtdurchlässige, elektrisch isolierende Schicht (2; 2'), die über dem elektrisch leitfähigen Überzug über wenigstens dem Rest der äusseren Oberfläche des Lampenbehälters liegt.

2. Lampe nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Vorrichtung (4) zum Erzeugen des elektischen Feldes.

3. Lampe nach Anspruch 2, wobei die Felderzeugungsvorrichtung netzgespeist ist und ferner einen Netzentkopplungskondensator (7) aufweist, der elektrisch mit dem äusseren elektrisch leitfähigen Überzug (FPO) verbunden ist.

4. Lampe nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes

Mittel zum Erzeugen eines elektrischen HF Feldes und

Mittel enthält zum Koppeln des elektrisch leitfähigen Überzuges mit einer HF Masse der Felderzeugungsvorrichtung.

5. Lampe nach Anspruch 4, wobei ein Netzentkopplungskondensator (7) das Mittel zum Koppeln des elektrisch leitfähigen Überzuges mit einer HF Masse bildet.

6. Lampe nach Anspruch 4, wobei das Mittel zum Koppeln des elektrisch leitfähigen Überzuges mit der HF Masse eine leitfähige Verbindung des Überzuges mit der HF Masse aufweist.

7. Lampe nach Anspruch 4, enthaltend einen Netzisolierenden Transformator zum Speisen der das HF Feld erzeugenden Vorrichtung.

8. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die lichtdurchlässige Schicht (2; 2') ein Silikonmantel oder eine Glasmasse oder eine Schicht aus Polytetrafluorethylen ist.