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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK 1. Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Lichtbogenentladungslampen und insbesondere eine queckcsilberfreie
Leuchtstofflampe.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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In der Technik sind Lichtbogenentladungslampen,
wie etwa Leuchtstofflampen, bekannt, und sie enthalten üblicherweise
eine Lichtbogenröhre,
die mit einem Edelgas und Quecksilber gefüllt ist. Wenngleich derartige
Lampen häufig
eingesetzt werden und im allgemeinen gut funktionieren, können sich durch
das Vorliegen von Quecksilber in der Lampe Umwelt- und Sicherheitsprobleme
ergeben. Quecksilber ist ein toxisches Schwermetall, und die Entsorgung
der Lampe kann gefährlich
sein. Die Kosten der sicheren Entsorgung kommen zu den Kosten der Lampe
hinzu. Dementsprechend wird es als für die Umwelt, für die Sicherheit
bei der Herstellung derartiger Einrichtungen und für die Kostenreduktion
als vorteilhaft erachtet, eine Lichtbogenentladungslampe bereitzustellen,
die kein Quecksilber enthält,
aber mindestens so gut wie die traditionelle Quecksilberlampe funktioniert.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
deshalb in der Bereitstellung einer Lichtbogenentladungslampe bei
der der Inhalt der Lichtbogenröhre
im wesentlichen kein Quecksilber aufweist.
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Angesichts der obigen und weiterer
Aufgaben, wie sie sich nachfolgend ergeben, besteht ein Merkmal
der Erfindung in der Bereitstellung einer Lichtbogenent- ladungslampe, die
folgendes umfaßt: eine
Lichtbogenröhre
aus einem Material ausgewählt aus
einer Gruppe von Materialien bestehend aus Yttriumoxid, Gadoliniumoxid
und Terbiumoxid ist, wobei die Lichtbogenröhre eine Füllung aus einem Edelgas und
metallisches Barium enthält.
Eine Lichtbogenröhrenhalterung
stützt
die Lichtbogenröhre
an beiden Enden. Die Lichtbogenröhre
und die Lichtbogenröhrenhalterung
sind in einem äußeren Glasmantel
angeordnet, und ein Sockelglied schließt den äußeren Glasmantel.
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Die obigen und weitere Merkmale der
Erfindung, einschließlich
verschiedener neuer Einzelheiten hinsichtlich Aufbau und Kombinationen
von Teilen, werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
eingehender beschrieben und in den Ansprüchen hervorgehoben. Es versteht
sich, daß die
die Erfindung verkörpernde
besondere Einrichtung nur zur Veranschaulichung und nicht als eine Einschränkung der
Erfindung gezeigt ist. Die Grundlagen und Merkmale der vorliegenden
Erfindung können
in unterschiedlichen und zahlreichen Ausführungsformen eingesetzt werden,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen, in denen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt ist, aus dem seine neuartigen Merkmale und Vorteile
hervorgehen.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Form einer Lichtbogenentladungslampe,
die eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
schematische Darstellung eines die Lampe ansteuernden Stromkreises;
und
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3 eine
graphische Darstellung, die die Intensität der Bariumemission bei verschiedenen Wellenlängen in
einer Bariumentladungslampe zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen kann
man sehen daß eine
beispielhafte Lampe eine Lichtbogenröhre 10 zur Aufnahme
eines Füllgases enthält. Die
Lichtbogenröhre 10 besteht
bevorzugt aus Yttriumoxid (Y2O3),
kann aber auch aus Gadoliniumoxid oder Terbiumoxid bestehen, die
alle erwiesenermaßen
mit Barium nicht reagieren. Ersteres wird in dem am 41. September
1979 an William H. Rhodes et al. erteilten US-Patent Nr. 4,166,831
beschrieben. Das Dotieren der Lichtbogenröhrenmaterialien, beispielsweise
mit Aluminiumoxid oder Lanthanoxid, verbessert die Sinterbarkeit.
Während
der Bearbeitung können
die Lichtbogenröhren
auf eine hohe Dichte (etwa 95% oder mehr der theoretischen Dichte)
und eine hohe Lichtdurchlässigkeit
(mindestens 85% der Gesamttransmission) gebracht werden, indem sie
in einer Atmosphäre
mit einem geringen Sauerstoffpartialdruck bei etwa 2100°C gesintert werden.
Typische Gesamttransmissionswerte für die Lichtbogenröhrenliegen
bei etwa 95%. Wenngleich Größen und
Formen derartiger Röhren
dem gewünschten
Einsatz entsprechen können,
weist eine besondere Konfiguration, die sich als annehmbar herausgestellt
hat, eine zylindrische Form und eine Länge von etwa 51,9 mm von einem
Ende zum anderen und einen Durchmesser von 6,4 mm auf.
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Die Lichtbogenröhre 10 enthält ein Füllgas, das
ein Edelgas enthält,
und sie enthält
außerdem
5 bis 20 Milligramm metallisches Barium. Bei dem Edelgas kann es
sich um Neon oder Xenon oder dergleichen handeln, und es kann im
Druckbereich von 133,3–13
332,2 Pa (1-100
Torr) vorliegen. Die Lichtbogenröhre 10 kann weiterhin
Zusätze
wie etwa metallisches Natrium und/oder Calcium und/oder Strontium
enthalten, um die Farbe abzugleichen. Es hat sich gezeigt, daß Barium
so strahlt, daß weißes Licht erzeugt
wird, was nachfolgend näher
erörtert
wird.
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Eine elektrisch leitende Lichtbogenröhrenhalterung 12 stützt die
Lichtbogenröhre 10 auf
bekannte Weise. Die Lichtbogenröhrenhalterung 12 besteht
aus einem starren Material, wie etwa rostfreiem Stahl, Nickel, Molybdän oder dergleichen.
Die Lichtbogenröhrenhalterung 12 enthält einen
oberen Querstab 14 und einen unteren Querstab 16.
Mehrere federartige Glieder 18 sind an der Lichtbogenröhrenhalterung 12 befestigt,
um einen Glasmantel 20 zu kontaktieren.
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Der Glasmantel 20 ist an
einem Sockelglied 22 befestigt, in der Regel ein schraubenartiges
Sockelglied aus vernickeltem Messing, um in eine mit einem Gewinde
versehene elektrische Fassung (nicht gezeigt) eingeführt zu werden.
Ein Fußglied 24 aus
Glas ist in den Mantel 20 eingeschmolzen und ragt in diesen
hinein. Elektrische Anschlußteile 26, 28 sind
in das Fußglied 24 eingeschmolzen
und verlaufen durch dieses hindurch, um elektrische Verbindungen
von dem Äußeren zum
Inneren des Glasmantels 20 bereitzustellen.
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Die Lichtbogenröhrenhalterung 12 ist
an einem der elektrischen Anschlußteile 26 befestigt.
Ein Paar Getter 30, 32 sind an der Lichtbogenröhrenhalterung 12 angebracht
und dienen dazu, die Integrität des
evakuierten Mantels 20 sicherzustellen, indem sie aus dem
Inneren des Mantels etwaig vorliegenden Sauerstoff absorbieren.
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Die Lichtbogenröhre 10 enthält an ihren
beiden Enden eine Elektrode 34, 36. Eine Elektrode 34 ist
an dem Querstab 14 der Lichtbogenröhrenhalterung 12 befestigt
und wird von diesem gestützt,
während
die andere Elektrode 36 von dem anderen Querstab 16 auf
isolierende Weise gestützt
wird, aber elektrisch mit dem elektrischen Anschlußteil 28 verbunden
ist, das durch das Fußglied 24 hindurch
verläuft.
Die Elektroden 34, 36 bestehen bevorzugt aus Wolfram,
das mit einer Emitterverbindung beschichtet ist, um die Elektrodenarbeitstemperatur
zu reduzieren. Bei einer Ausführungsform
ist der Emitter eine Barium-Calcium-Wolfram-Zusammensetzung von dem
Typ, der in Hochdrucknatriumlampen verwendet wird.
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Um den Wärmeunterschied zwischen den Enden
der Lichtbogenröhre 10 und
der Mitte der Lichtbogenröhre 10 zu
reduzieren, sind bevorzugt wärmekonservierende
Endabdichtungen oder Bänder 38 um
die Lichtbogenröhre 10 an
ihren Enden in der Nähe
der Elektroden 34, 36 gewickelt. Die Bänder 38 können eine
axiale Länge
(d. h. Breite des Bands) von etwa 6,0 mm aufweisen.
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Der Glasmantel 20 wird evakuiert
und kann mit einer Innenbeschichtung 40 aus Leuchtstoff
versehen werden.
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Bei Betrieb wird eine Spannung an
die elektrischen Anschlußteile 26, 28 und
von dort durch die Elektrode 36 und die Lichtbogenröhrenhalterung 12 und
die Elektrode 34 an beide Enden der Lichtbogenröhre 10 angelegt,
wodurch das Edelgas in der Lichtbogenröhre 10 ionisiert wird,
was die Lichtbogenröhre 10 schnell
aufheizt. Die Lampenfarbe wird anfangs von der Spektralemission
des Edelgases dominiert, doch beginnt das Barium zu strahlen, wenn
sich die Röhre
erwärmt.
Die Lampe bezieht ihre weiße
Farbe von der atomaren und ionischen Spektralemission des Bariums
bei 455, 493, 553, 614 und 650 Nanometer. 3 zeigt ein typisches Spektrum für eine Lampe,
die mit einer mit Aluminiumoxid dotierten Yttriumoxidlichtbogenröhre hergestellt
ist, die mit 10 Milligramm Barium und 4 400 Pa (33 Torr) Xenon gefüllt ist,
bei einem Strom von 2,5 A und einer Temperatur in der Mitte der
Lichtbogenröhre
von 900°C.
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Bei einer alternativen Ausführungsform scheinen
die Emissionen im Nahultraviolettbereich von dem neutralen Bariumatom
die Leuchtstoffschicht 40 auf der inneren Oberfläche des äußeren Mantels
anregen zu können,
was die Farbe der Lampenemission verbessern würde.
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Weil sich in der Lichtbogenröhre 10 gesättigter
Dampf befindet, muß die
Lampe mit Wechselstrom betrieben werden, um eine Kataphorese zu vermeiden,
das heißt
eine Wanderung aller aktiven Ionen zum einen oder anderen Ende der
Lichtbogenröhre.
Eine Baugruppe aus Wechselspannungsquelle und Vorschaltimpedanz
ist erforderlich. Unter Bezugnahme auf 2 kann
man sehen, daß zum
Ansteuern der Lampe ein geschalteter Gleichstrom verwendet werden
kann. Eine Ausgabe einer strombegrenzten Gleichstromversorgung 50 wird über eine Vorschaltimpedanz 54 zu
einem "H-Brücken"--Schaltkreis
52 geleitet. Der Schaltkreis 52 enthält einen Umschalter 56,
wobei die Umschaltfrequenz von einem Taktgeber 58 angesteuert
wird. Die an der Impedanz 54 aufrechterhaltene geringe
Spannung schützt
die umschaltende Schaltung vor Einschwingvorgängen.
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Es versteht sich, daß die vorliegende
Erfindung keineswegs auf die hier offenbarte und/oder in den Zeichnun-
gen gezeigte besondere Konstruktion beschränkt ist, sondern auch alle
Modifikationen oder Äquivalente
innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche umfaßt. Beispielsweise ist zwar
ein schraubenartiges Sockelglied gezeigt und beschrieben worden,
doch ist für
den Fachmann ersichtlich, daß andere
Sockelglieder verwendet werden und ohne weiteres in der vorliegenden
Lampe verwendet werden können.