DE838801C

DE838801C - Low pressure type electric discharge device

Info

Publication number: DE838801C
Application number: DEI1657A
Authority: DE
Inventors: Clifton G Found; Wilford J Winninghoff
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1948-01-09
Filing date: 1950-07-26
Publication date: 1952-05-12
Also published as: GB667070A; BE486748A

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 12. MAI 1952ISSUED MAY 12, 1952

11657 VIII c121f11657 VIII c121f

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Niederdruckentladungseinrichtungen mit positiver Säule, wie etwa Fluoreszenzlampen und Niederdruckentladungseinrichtungen mit positiver Säule für die Erzeugung einer ultravioletten Strahlung sowie auf Maßnahmen zum Betrieb solcher Lampen und Einrichtungen.The invention relates to electrical low-pressure discharge devices with positive Column, such as fluorescent lamps and positive column low pressure discharge devices for the generation of ultraviolet radiation and for measures to operate such lamps and facilities.

Ein Ziel der Erfindung l>esteht darin, verbesserte Niederdruckentladuiigseinric'htungen mit positiver Säule, wie Fluoreszenzlampen und Generatoren für Ultraviolettstrahlung, zu schaffen, die im Betrieb höhere Wirkungsgrade als die früheren Einrichtungen dieser Art ergeben.An object of the invention is to provide improved Low pressure discharge devices with positive Pillar, such as fluorescent lamps and ultraviolet radiation generators, to create that operate result in higher efficiencies than previous devices of this type.

Ferner 'bezweckt die Erfindung die Schaffung von Entladungseinrichtungen; die bei kleineren Abmessungen die gleiche Strahlungsleistung wie die bisher l>ekanntcn Entladungseinrichfungen ergeben, was eine Senkung der Herstellungskosten und damit eine Herabsetzung des Verkaufspreises der Lampen ermöglicht. aoAnother object of the invention is to provide discharge devices; those with smaller dimensions result in the same radiation power as the previously known discharge devices, what a lowering of the manufacturing costs and thus a lowering of the selling price of the Lamps. ao

Bei den gegenwärtig im Handel befindlichen Fluoreszenzlampen und Ultraviolettlampen, wie etwa bei den keimtötenden Lampen, wird allgemein als Füllgas Argon mit einem Quecksilberzusatz verwendet, um das Zünden der Einrichtung zu er- »5 leichtern und es zu ermöglichen, die Einrichtung mit einem Karhodenspannungsäbfall zu betreiben, der unterhalt) der Zerstäutmngsspannung liegt. Der Nenndruck des Argons der Gasfüllung beträgt beispielsweise bei vielen, bisher üblichen Einrichtungen etwa 3,5 mm Quecksilbersäule. Setzt man den Druck stark unter diesen Wert herunter, dann wird die Lebensdauer der Lampe infolge eines Anwachsens des Kathodenspannungsabfalls beimIn the fluorescent lamps and ultraviolet lamps currently on the market, such as In the case of germicidal lamps, for example, argon with an added mercury is generally used as the filling gas used to facilitate the ignition of the device and to enable the device to operate with a Karhodenspannungsabfall, which is the maintenance) of the atomization voltage. Of the The nominal pressure of the argon of the gas filling is, for example, in many devices that have been customary up to now about 3.5 mm of mercury. If the pressure is reduced significantly below this value, then the life of the lamp due to an increase in the cathode voltage drop at

Zünden unter so niedrigem Gasdruck verkürzt. Wenn anderseits der Gasdruck über 3,5 mm erhöht wird, nimmt der Wirkungsgrad ab; diese Abnahme des Wirkungsgrades "bei einer Röhre mit vorgegebenen Abmessungen beruht auf der Erhöhung des Spannungsabfalles in der Einrichtung, die mit der Erhöhung des Gasdruckes verbunden ist.Ignition shortened under such low gas pressure. If, on the other hand, the gas pressure increases above 3.5 mm the efficiency decreases; this decrease in efficiency "given a tube with Dimensions is based on the increase in the voltage drop in the device, which is with the increase in gas pressure is associated.

Um die Erklärung der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile gegenüber den Lampen der bisher üblichen Bauart zu erleichtern, sei auf eine gegenwärtig übliche 40-W-Fluoreszenzlampe mit Glühelektroden Bezug genommen, die eine Betriebsspannung von etwa 108 V und einen Betriebsstrom von etwa 0,4 Amp. hat. Es versteht sich, daß diese Bezugnahme auf eine bestimmte Lampe die Anwendungsmöglich'keit der Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern nur als zweckmäßige Vergleichsbasis dient. An Hand der üblichen Niederdruckfluoreszenzlampe mit positiver Säule für 40 W, deren Hüllgefäß eine Länge von 122 cm und einen Durchmesser von 3,8 cm hat und deren ionisierbares Medium aus Quecksilber und Argon unter einem Druck von 3,5 mm Quecksilbersäule besteht, soll gezeigt werden, in welcher Weise bei elektrischen Niederdruckentladungseinrichtungen mit positiver Säule die zugeführte Leistung verbraucht wird. Eine Aufgliederung ergibt, daß die zugeführte Leistung von 40 W' folgendermaßen umgesetzt wird:In order to explain the present invention and its advantages over the lamps of the previous To facilitate the usual design, it is possible to use a 40 W fluorescent lamp that is currently in use Reference is made to glow electrodes, which have an operating voltage of approximately 108 V and an operating current of about 0.4 amps. It goes without saying that this reference to a specific lamp makes the application possible the invention is not limited to this example, but only serves as a useful basis for comparison. Based on conventional low-pressure fluorescent lamp with a positive column for 40 W, the envelope of which has a length of 122 cm and 3.8 cm in diameter and its ionizable medium consists of mercury and If argon exists under a pressure of 3.5 mm of mercury, it will be shown in which way in the case of electrical low-pressure discharge devices with a positive column, the power supplied is consumed. A breakdown shows that the input power of 40 W 'is as follows is implemented:

i. Energieverlust an den Elektroden, der bei der betrachteten Lampe etwa 6 W beträgt;i. Energy loss at the electrodes, which is about 6 W for the lamp under consideration;

2. Verluste infolge der einen kontinuierlich verlaufenden Ergänzungsvorgang bildenden Wiedervereinigung von Elektronen und Ionen an der Hüllenwandung. Dieses ist der Energieverbrauch, der für die Ermöglichung eines Stromdurchganges durch die Entladungssäule wesentlich ist; er beträgt bei der 40-W-Lampe etwas weniger als 1 W. Die Energie der am Entladungsvorgang beteiligten Elektronen regelt sich selbst auf einen Wert ein, der gerade zur Kompensation der Ionen- und Elektronenverluste an der Hüllenwandung ausreicht;2. Losses as a result of the reunification, which forms a continuous complementary process of electrons and ions on the shell wall. This is the energy consumption needed to enable electricity to pass through is essential by the discharge column; with the 40 W lamp it is a little less than 1 W. The energy of the electrons involved in the discharge process adjusts itself to a value which is just sufficient to compensate for the loss of ions and electrons on the shell wall;

3. ungefähr 20°/o der zugeführten 40 W, also etwa 8 W, gehen in der positiven Säule des Quecksilber und Argon enthaltenden ionisierbaren Mediums verloren. Dieser Verlust kann allgemein als Gasverlust !bezeichnet werden.3. About 20 per cent of the 40 watts supplied, that is to say about 8 watts, go in the positive column of mercury and ionizable medium containing argon is lost. This loss can generally be called Gas loss!

Sobald das Gleichgewicht »wischen den Wandverlusten und Erzeugung von Ionen erreicht ist, liegt die Energie des größeren Teils der Elektronen unterhalb des minimalen Anregungs- und Ionisierungspotentials des Füllgases. Diese Elektronen sind jedoch in der Lage, den Quecksilberdampf anzuregen und folgende Strahlung zu erzeugen:As soon as the equilibrium between the wall losses and the generation of ions is reached, the energy of the larger part of the electrons is below the minimum excitation and ionization potential of the filling gas. However, these electrons are able to excite the mercury vapor and to generate the following radiation:

4. eine Strahlung mit der Leistung von 22 W und der Wellenlänge von 2537 Angström-Einheiten, welche den Fluoreszenz stoff anregt, um eine sichtbare Strahlung zu erzeugen;4. a radiation with a power of 22 W and a wavelength of 2537 Angstrom units, which stimulates the fluorescent substance to generate visible radiation;

5. eine Strahlung mit der Leistung von 2 W und der Wellenlänge von 1847 Angström-Einheiten;5. a radiation with a power of 2 W and a wavelength of 1847 Angstrom units;

6. etwa ι W unmittelbar sichtbare Strahlung. Es ist zu beachten, daß in der Fluoreszenzlampe die 24 W starke Ultraviolettstrahlung (vorstehende Punkte 4 und 5) durch den Fluoreszemzstoff bei einem Wirkungsgrad von weniger ale 50% in siehtbares Licht umgewandelt wird.6. about ι W directly visible radiation. It should be noted that in the fluorescent lamp the 24 W strong ultraviolet radiation (points 4 and 5 above) through the fluorescent substance an efficiency of less than 50% in the visible Light is converted.

Neben den Lampen mit Argonfüllung wurden schon früher verschiedene Versuche unternommen·, an Stelle von Argon in Niederdruckentladungslampen, Ultraviolettgeneratoren und keimtötenden Lampen Krypton als Füllgas zu verwenden, doch waren diese Versuche vergeblich oder praktisch nicht ausführbar. Der Grund für das Scheitern dieser früheren Bemühungen liegt darin, daß man in jedem Fall versuchte, eine Einrichtung mit vorgegebenen Abmessungen und mit gleichem Wattverbrauch wie mit Argon herzustellen. Die Strahlungsleistung einer Niederdruckentladungseinrichtung oder die Lichtmenge einer Niederdruckfluoreszenzlampe wächst aber nicht linear mit dem Strom an, sondern strebt bei Erhöhung des Stromes einem Grenzwert zu. Wenn man daher versucht, den gleichen Wattverbrauch wie bei einer Lampe mit Argonfüllung bloß durch Erhöhung des Stromes zu erhalten,, dann ist die Zunahme an Lichtmenge (in Lumen) infolge der nicht linearen Beziehung zwischen Lichtmenge und Strom verschwindend klein.In addition to the lamps filled with argon, various attempts have been made earlier instead of argon in low-pressure discharge lamps, ultraviolet generators and germicides Lamps to use krypton as a filling gas, but these attempts were in vain or practical not executable. The reason for the failure of these earlier efforts is that one in each case tried a device with given dimensions and with the same wattage how to make it with argon. The radiant power of a low-pressure discharge device or the amount of light from a low-pressure fluorescent lamp does not grow linearly with the Current, but tends towards a limit value when the current is increased. So if you try the same watt consumption as a lamp filled with argon simply by increasing the To obtain current, then the increase in the amount of light (in lumens) is due to the non-linear Relationship between the amount of light and electricity is negligible.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden sprunghafte Verbesserungen bei elektrischen Niederdruckentladungseinrichtungen mit positiver Säule erreicht, indem man als ionisierbares Medium, welches die Entladung trägt, Quecksilber und Krypton oder Xenon oder eine Mischung dieser Gase verwendet und die Wandbelastung des Hüllgefäßes mit dem Druck des indifferenten Gases in eine Beziehung bringt, die ein Maximum der Strahlung ergibt. In diesem Sinn werden die Betriebstemperaturen der Einrichtung und der Druck des ionisierbaren Mediums derart eingeregelt, daß der Betrieb der Einrichtung innerhalb desjenigen Bereiches der durch Auftragen der erzielten Strahlung über der Hüllentemperatur gebildeten Charakteristik erfolgt, in dem dje albgehende Strahlung nicht. mehr als 5 °/o vom Maximalwert dieser Charakteristik abweicht.In accordance with the present invention, there are leaps and bounds in electrical Low-pressure discharge devices with a positive column are achieved by using, as an ionizable medium, which carries the discharge, mercury and krypton or xenon or a mixture of these Gases used and the wall loading of the envelope vessel with the pressure of the inert gas in brings a relationship that gives a maximum of radiation. In this sense, the operating temperatures the device and the pressure of the ionizable medium regulated such that the operation of the device within that range of radiation obtained by applying the radiation Characteristic formed over the envelope temperature takes place in the dje irradiating radiation not. deviates more than 5% from the maximum value of this characteristic.

Insbesondere wurde gefunden, daß man bei Niederdruckentladungseinrichtungen mit positiver Säule, die vorgegebene elektrische Daten bezüglich der zugeführten Leistung, also vorgegebene Spannung und vorgegebenen Strom an den Klemmen der Einrichtung haben, in einer Einrichtung, die den gleichen oder vorgegebenen Hüllendurchmesser, aber um 50% größere Hüllenlänge 'hat, im wesentlichen den gleichen Strahlungsbetrag je Längen- .115 einheit und damit eine beträchtliche Vergrößerung des Wirkungsgrades erzielen kann. Anderseits kann man unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lehren eine elektrische Niederdruckentladungseinriehtung mit festgelegtem Spannung?- und Stromverbrauch herstellen, die bei gleicher Länge, aber kleinerem Durchmesser als die Vergleichseinrichtung die gleiche Strahlungsleistung ergibt; es ist also möglich, eine Einrichtung gleicher oder sogar größerer Strahlungsleistung infolge der Verminderung von Größe oder Durchmesser der Röhre mitIn particular, it has been found that with low-pressure discharge devices with positive Column, the specified electrical data relating to the power supplied, i.e. the specified voltage and have a predetermined current at the terminals of the device, in a device which has the the same or predetermined shell diameter, but 50% greater shell length ', essentially the same amount of radiation per unit of length .115 and thus a considerable increase the efficiency can achieve. On the other hand, using the inventive Teach a low-pressure electrical discharge device with a fixed voltage? - and power consumption that are the same length, but smaller diameter than the comparison device results in the same radiation power; it is thus possible, a device of the same or even greater radiation power as a result of the reduction of the size or diameter of the tube with

geringerem Kostenaufwand zu erzeugen. Schließlich kann gemäß der Erfindung eine elektrische Niederdruckentladungseinrichtung mit positiver Säule hergestellt werden, die vorgegebene Maximaldaten für Strom und Spannung hat und einen größeren Wirkungsgrad ergibt.to generate lower costs. Finally, according to the invention, an electrical Low-pressure discharge device with positive pillar can be produced, the predetermined maximum data for current and voltage and results in greater efficiency.

Bei allen vorstehend beschriebenen Variationen der vorliegenden Erfindung werden die angegebenen Ergebnisse dadurch erhalten, daß man den DruckWith all of the above-described variations of the present invention, those are indicated Results obtained by applying the pressure

ίο des Kryptons, Xenons oder des Gemisches dieser Gase in eine bestimmte Beziehung zu der Wandbelastung der Hüllenfläche bringt. Beispielsweise werden nach den erfindungsgemäßen Lehren die angegebenen Verbesserungen erhalten, wenn der Druck der indifferenten Gasfüllung 12 mm Quecksilbersäule nicht überschreitet und die Wandbelastung der Hüllenfläche im Bereich von 7 bis einschließlich 21 mW/cm² liegt.ίο brings the krypton, xenon or the mixture of these gases into a certain relationship with the wall loading of the envelope surface. For example, according to the teachings of the invention, the indicated improvements are obtained when the pressure of the inert gas filling does not exceed 12 mm of mercury and the wall loading of the envelope surface is in the range from 7 to 21 mW / cm ² inclusive.

Die Bezeichnung Wandbelastung, die hier verwendet wird, !bedeutet die Verlustleistung je Flächeneinheit der Hüllenfläche, die etwa in mW/cm² angegeben wird, und schließt die Elektrodenverluste nicht ein. Die der positiven Säule einer elektrischen Niederdruckentladungseinrichtung zugeführte Leistung wird durch die der Lampe zugeführte Leistung abzüglich der Elektiodenverluste gebildet. Die Wandbelastung ist der Differenzl >etrag zwischen der eben definierten Eingangsleistung der positiven Säule und der von der Lampe tatsächlich ausgestrahlten Leistung, dividiert durch die Fläche jenes Teils der Lampe, der die positive Säule umgibt; in den meisten Fällen ist dies im wesentlichen die gesamte röhrenförmige Hüllenfläche. Im Fall einer Fluoreszenzlampe der Niederdrucktype mit positiver Säule ist beispielsweise die tatsächlich ausgestrahlte Leistung gleich dem Wattbetrag der sichtbaren Strahlung oder des Lichtes, das von der Lampe emittiert wird, und beträgt bei einer 40-W-Kryptonlampe gemäß der Erfindung etwa 9,3 W im Vergleich zu weniger als 8 W bei entsprechenden Argonlampen. Im Fall einer Ultraviolettbestrahlungslampe, etwa einer keimtötenden Lampe, die eine Strahlung mit der Wellenlänge von ²537 Angström-Einheiten erzeugt, entspricht die von der Lampe abgestrahlte Leistung natürlich der Wattzahl dieser Strahlung mit 2537 Angström-Einheiten. Auf diese Weise berücksichtigt die Bezeichnung Wandbelastung alle Umwandlungsverluste, die jedoch nicht die Elektrodenverluste einschließen.The term wall load, which is used here, means the power loss per unit area of the envelope surface, which is given in approximately mW / cm ² , and does not include the electrode losses. The power supplied to the positive column of an electrical low-pressure discharge device is formed by the power supplied to the lamp minus the electrode losses. The wall load is the difference between the just defined input power of the positive column and the power actually emitted by the lamp, divided by the area of that part of the lamp that surrounds the positive column; in most cases this will be substantially the entire tubular envelope area. In the case of a fluorescent lamp of the low pressure type with a positive column, for example, the power actually emitted is equal to the amount of watts of visible radiation or of the light emitted by the lamp, and for a 40 W krypton lamp according to the invention is about 9.3 W im Compared to less than 8 W with corresponding argon lamps. In the case of an ultraviolet irradiation lamp, such as a germicidal lamp which generates radiation having the wavelength of ²⁵³⁷ Angstrom units, radiated from the lamp power, of course, corresponds to the wattage of this radiation with 2537 Angstrom units. In this way, the term wall loading takes into account all conversion losses, which, however, do not include the electrode losses.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung eine genauere Erläuterung gegeben werden.For a better understanding of the invention, a more detailed explanation will now be given with reference to the drawing are given.

Fig. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf eine Niederdruckfluoreszenzlampe mit positiver Säule;Fig. Ι shows an embodiment of the invention in application to a low pressure fluorescent lamp with positive column;

Fig. 2 ist eine Kurvenschar, welche den Zusammenhang zwischen. Strahlungsleistung und Lebensdauer einer erfindungsgemäß aufgebauten Fluoreszenzlampe bei verschiedenen Drucken des als Füllgas verwendeten Kryptons zeigt;Fig. 2 is a family of curves showing the relationship between. Radiant power and Lifespan of a fluorescent lamp constructed according to the invention at different pressures of the shows kryptons used as fill gas;

Fig. 3 stellt die Strahlungsleistung einer solchen Lampe in Abhängigkeit von der Hüllentemperatur dar;3 shows the radiant power of such a lamp as a function of the envelope temperature dar;

Fig. 4 ist schließlich eine Charakteristik, die den Zusammenhang zwischen Strahlungsleistung (Lumen) und Lampenstrom für verschiedene konstante Werte des- Quecksilberdampfdruckes wiedergibt. Finally, FIG. 4 is a characteristic showing the relationship between radiant power (Lumen) and lamp current for various constant values of the mercury vapor pressure.

Fig. ι zeigt eine Niederdruckfluoreszenzlampe mit positiver Säule als Vertreter jener Entladungseinrichtungen, bei denen die Erfindung anwendbar ist. Die Lampe besteht aus einem Hüllgefäß 1, das aus Glas, Quarz oder einem anderen, die emittierte Strahlung durchlassenden Material hergestellt ist und in dem sich die im Abstand voneinander angeordneten Elektroden 2 und 3 befinden, welche als Glüheleiktroden oder Heizfäden dargestellt sind, wenn auch die Erfindung nicht auf die Anwendung dieser Elektrodenart 'beschränkt ist, vielmehr die Verwendung von beliebigen Elektrodenarten und Elektrodenanordnungen zuläßt, wobei die Elektroden entweder heiß oder kalt betrieben und aktiviert sein können oder auch nicht. Die Elektroden 2 und 3 sind aus schwer schmelzbarem Material hergestellt, wie etwa aus Wolfram, und mit einer aktiven Schicht aus Erdalkalimetall, etwa mit Oxyden oder Carbonaten davon, überzogen. Die Elektroden 2 und 3 werden von den Zuführungsdrähten 4, 5 bzw. 6, 7 gehalten, die auch als elektrische Verbindungen der außen zugänglich an den Sockeln 8 bzw. 9 montierten Kontaktstifte 10, 11 bzw. 12, 13 mit den Elektroden dienen. Die Verwendung von zwei Kontaktstiften für den Elektrodenanschluß an jedem Ende der Lampe ist natürlich nur als Beispiel zu werten, da sich die jeweils erforderliche Konstruktion nach der Art der verwendeten Elektroden richtet.Fig. Ι shows a low-pressure fluorescent lamp with a positive column as a representative of those discharge devices, where the invention is applicable. The lamp consists of a cladding vessel 1, which made of glass, quartz or some other material that allows the emitted radiation to pass through and in which the spaced apart electrodes 2 and 3 are located, which as Glow electrodes or filaments are shown, although the invention does not apply to the application this type of electrode 'is limited, rather the use of any types of electrodes and Allows electrode arrangements, the electrodes being operated either hot or cold and may or may not be activated. The electrodes 2 and 3 are made of difficult to melt Material made such as tungsten and having an active layer of alkaline earth metal, such as coated with oxides or carbonates thereof. The electrodes 2 and 3 are from the lead wires 4, 5 and 6, 7 held, which are also accessible as electrical connections to the outside on the bases 8 and 9 mounted contact pins 10, 11 and 12, 13 are used with the electrodes. the Use of two contact pins for electrode connection at each end of the lamp of course only to be considered as an example, since the construction required in each case depends on the type of electrodes used.

Im Innern der Hülle 1 sind als ionisierbares Medium eine durch das Kügeldhen 14 angedeutete Quecksilbermenge und ein Füll- oder Zündgas vorgesehen, welches ein indifferentes Gas ist und aus Krypton^· Xenon oder einem Gemisch davon besteht. Die verwendete Quecksilbermenge kann diejenige Menge etwas übersteigen, die während des normalen Betriebes der Lampe erforderlich ist; der Druck des Quecksilberdampfes kann während des Betriebes zwischen 3 und 20 Mikron Quecksilbersäule liegen und im kalten Zustand etwa 1 bis 3 Mikron 'betragen. Der angegebene Bereich des betriebsmäßigen Quecksilberdampfdruckes entspricht no ungefähr dem bevorzugten Bereich für die Betriebstemperatur der Hülle, der von 30 (bis 50⁰ C reicht, wie das in Fig. 3 angedeutet ist.Inside the envelope 1, an amount of mercury, indicated by the bullet hole 14, and a filling or ignition gas, which is an inert gas and consists of krypton ^ xenon or a mixture thereof, are provided as the ionizable medium. The amount of mercury used can slightly exceed that amount that is required during normal operation of the lamp; the pressure of the mercury vapor can be between 3 and 20 microns of mercury during operation and about 1 to 3 microns when cold. The specified range of the operational mercury vapor pressure corresponds approximately to the preferred range for the operating temperature of the casing, which ^{ranges from 30 (to 50 °} C., as indicated in FIG. 3).

Um diesen bevorzugten Arbeitsbereich zu erhalten, soll der Druck des Kryptons oder des Xenons "5 oder des Gemisches dieser Edelgase nicht größer als 12 mm Quecksilbersäule sein und in solcher Beziehung zur Belastung der Wandung stehen, daß diese im Bereich von 7 bis einschließlich i2mW/cm⁸ liegt. Bei dieser Beziehung werden die schon ange- »a° führten Vorteile erhalten, insbesondere eine wesentliche Verbesserung im Wirkungsgrad bei der Erzeugung der Strahlung, ob diese nun eine Ultra- < violettstratilung oder eine Strahlung sichtbaren Lichtes ist. Zwischen der Wechselstromquelle und den Lampenanschlüssen wird zur Regelung desIn order to obtain this preferred working range, the pressure of the krypton or xenon "5 or the mixture of these noble gases should not be greater than 12 mm of mercury and should be related to the load on the wall in such a way that it is in the range from 7 to 12 mW / cm inclusive ^8. With this relationship, the advantages already mentioned are obtained, in particular a substantial improvement in the efficiency of the generation of radiation, whether this is an ultraviolet stratification or a radiation of visible light Lamp connections is used to regulate the

Speisestromes der Lampe ein geeigneter Stromoder Spannungsregler, etwa ein zur Spannungsreglung dienender, eine hinreichende Streuung aufweisender Autotransformator eingeschaltet.
Beim Betrieb einer Fluoreszenzlampe kann man feststellen, daß das den Entladungsvorgang unterhaltende Quecksilber hauptsächlich als Quelle der ultravioletten Strahlung von der Wellenlänge 2537 Angström-Einheiten dient, die ihrerseits einen Leuchtstoffbelag oder einen fluoreszierenden Stoff 15 anregt, welcher vorzugsweise an der Innenfläche der Hülle angebracht ist und die unsichtbare Ultraviolettstrahlung (die Strahlung mit der Wellenlänge 2537 Angström-Einheiten) in eine sichtbare Strah- »5 lung verwandelt.For the supply current of the lamp, a suitable current or voltage regulator, for example an autotransformer which is used for voltage regulation and has sufficient spread, is switched on.
When operating a fluorescent lamp, it can be seen that the mercury, which maintains the discharge process, mainly serves as a source of ultraviolet radiation with a wavelength of 2537 Angstrom units, which in turn excites a fluorescent coating or a fluorescent substance 15, which is preferably attached to the inner surface of the envelope and the invisible ultraviolet radiation (radiation with a wavelength of 2537 Angstrom units) is transformed into visible radiation.

Als !besonderes Beispiel für gemäß der ErfindungAs a particular example of according to the invention

mit Krypton gefüllte Lampen ikann man eine 40-W-Lampe mit einem Leuchtstoffbelag, der ein einer Temperatur von 3500⁰ C entsprechendes weißes Licht liefert, mit folgenden Werten herstellen:with krypton lamps filled ikann to a 40 W lamp with a phosphor coating, which provides a a temperature of 3500 ⁰ C corresponding to white light, produced with the following values:

Zugeführte Leistung 40 W,Supplied power 40 W,

Strom 0,42 A,Current 0.42 A,

Spannung 115 V,Voltage 115 V,

Röhrenlänge i8ö cm,Tube length 18ö cm,

Rollendurchmesser 3,8 cm,Roll diameter 3.8 cm,

Wandbelastung je cm⁸ 0,013 W/cm²,Wall load per cm ⁸ 0.013 W / cm ² ,

Lichtstrom in Lumen 2800 L,Luminous flux in lumens 2800 L,

Lumen je Längeneinheit ... 17,5 L/cm,Lumen per unit of length ... 17.5 L / cm,

Lichtausbeute 70 L/W,Luminous efficacy 70 L / W,

Kryptondruck 2 mm.Krypton print 2 mm.

Zum Vergleich von Lampen oder Entladungseinrichtungen (kann man.eine der folgenden vier Größen als Basis benutzen: gleicher Wattverbrauch, gleiche Strahlungsleistung oder Lichtergiebigkeit, gleiche Ströme und gleiche Abmessungen. Die gemäß der vorliegenden Erfindung gebauten Einrichtungen zeigen unabhängig von der verwendeten Vergleichsbasis die vorstehend beschriebenen Vorteile. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Lehren in elektrischen Entladungseinrichtungen, wie etwa in Fluoreszenzlampen, erreicht man eine Erhöhung der Lichtergiebigkeit gegenüber bekannten Niederdruckleuchtröhren gleicher Abmessung, einen erhöhten Wirkungsgrad oder geringere Herstellungskosten der Lampen und höheren Wirkungsgrad bei gleicher Lichtergiebigkeit. Um zu zeigen, auf welche Weise diese Vorteile beim Aufbau von Lampen gemäß der Erfindung erhalten werden, seien drei Fälle betrachtet: 1. Der Aufbau einer Lampe mit bestimmtem Strom- und ^Spannungsverbrauch; 2. der Aufbau einer Lampe mit vorgegebener Länge und einem 'bestimmten Strom- und Spannungsverbrauch; 3. der Aufbau einer Lampe mit einer bestimmten, festgelegten Größe, also mit festgelegter Länge und festgelegtem Durchmesser. To compare lamps or discharge devices (one can use one of the following four sizes Use as a basis: same wattage, same radiant power or light yield, same Currents and same dimensions. The devices constructed in accordance with the present invention show the advantages described above regardless of the basis of comparison used. By Application of the teachings of the invention to electrical discharge devices such as in Fluorescent lamps, one achieves an increase in the light output compared to known low-pressure fluorescent tubes same dimensions, increased efficiency or lower manufacturing costs the lamps and higher efficiency with the same light output. To show up how these advantages are obtained in the construction of lamps according to the invention, consider three cases: 1. The structure of a lamp with a certain current and voltage consumption; 2. the structure of a lamp with a given length and a certain current and power consumption; 3. the structure of a lamp with a certain, fixed size, that is, with a fixed length and fixed diameter.

Wenn es erwünscht ist, eine Lampe für eine bestimmte Stromstärke zu bauen, dann kann die Lichtergiebigkeit für diesen Strom aus Charakteristiken entnommen werden, von denen eine in Fig. 4 dargestellt ist, deren Kurven bei konstantem Quecksilberdruck als Parameter die Beziehung zwischen der relativen Lichtergiebigkeit und dem Strom zeigen. Für. den Betrieb innerhalb des Bereiches links vom Maximalwert der in Fig. 3 dargestellten Kurve sind den Kurven A und B in Fig. 4 Quedksilberdampfdrucke zugeordnet, deren Höhe in der angegebenen Buchstabenfolge zunimmt. Für den Betrieb rechts vom Maximalwert in Fig. 3 kehrt sich die Beziehung für den Quecksillberdampf um, d. h. der Kurve A nach Fig. 4 ist dann ein höherer konstanter Quecksilberdampfdruck als der Kurve B zugeordnet. Wählt man die von den Verlusten in der positiven Säule herrührende Wandbelastung der Hülle im Bereich von 7 bis einschließ-Hch 21 mW/cm² und verwendet man als Gasfüllung Krypton oder Xenon oder ein Gemisch davon mit einem Druck, der 12 mm Quecksilbersäule nicht übersteigt, dann erzielt man einen Betrieb der Röhre innerhalb des Maximalbereiches der Charakteristik nach Fig. 3, also innerhalb des zwischen 30 und 50⁰ C dieser Charakteristik liegenden Bereiches, in dem sich die Lichtergiebigkeit bei einer Umgebungstemperatur von etwa 25⁰ C gegenüber dem Maximalwert nicht mehr als 5 °/o ändert. Baut man in diesem Sinn eine Lampe so, daß sie die angegebenen Merkmale durch Vergrößerung der Länge des Hüllgefäßes auf den zur Erzielung einer gewünschten Spannung erforderlichen Wert erhält, dann wird die Lampe um etwa 50% länger als die bisher üblichen Lampen mit gleichem Strom- und Spannungsvenbrauch, und sie ergibt nahezu die gleiche Anzahl von Lumen je Längeneinheit und überdies eine Erhöhung der Lichtausbeute, die etwa 15 °/o oder mehr beträgt.If it is desired to build a lamp for a certain amperage, then the light yield for that current can be inferred from characteristics, one of which is shown in FIG show the stream. For. Operation within the range to the left of the maximum value of the curve shown in FIG. 3 is assigned to curves A and B in FIG. For operation to the right of the maximum value in FIG. 3, the relationship for the mercury vapor is reversed, ie curve A according to FIG. 4 is then assigned a higher constant mercury vapor pressure than curve B. If one chooses the wall load of the envelope resulting from the losses in the positive column in the range from 7 to 21 mW / cm ² inclusive and uses krypton or xenon or a mixture thereof with a pressure not exceeding 12 mm of mercury column as the gas filling, the tube then operates within the maximum range of the characteristic according to FIG. 3, i.e. within the range between 30 and 50 ^° C. of this characteristic, in which the light output at an ambient temperature of about 25 ^° C. is no more than the maximum value 5 ° / o changes. In this sense, if a lamp is built in such a way that it obtains the specified features by increasing the length of the envelope vessel to the value required to achieve a desired voltage, then the lamp is about 50% longer than the previously usual lamps with the same current and voltage Voltage consumption, and it gives almost the same number of lumens per unit length and, moreover, an increase in the light output which is about 15% or more.

In jenen Fällen, wo die Erfindung bei einer Lampe mit festgelegter Länge und vorgegebenen Maximaldaten für Strom und Spannung angewendet werden soll, können die gleichen Merkmale hinsichtlich der Wandbelastung und des Druckes der Gasfüllung in der Lampe verkörpert werden, indem man die Fläche oder den Durchmesser der Hülle derart bemißt, daß die Spannung den vorgegebenen Wert annimmt und die Wandbelastung innerhalb des angegebenen Bereiches von 7 bis einschließlich 21 mW/cm² Hegt. Wenn Krypton oder Xenon oder Gemische davon bei den angegebenen Drucken angewendet werden, dann wird der Hüllendurchmesser im Vergleich zu Lampen der bisher üblichen Bauart vermindert, doch ist die Lichtmenge oder die Gesamtzahl der Lumen zumindest gleich derjenigen der Lampe bisher üblicher Bauart, und man erhält den weiteren Vorteil eines zumindest gleich großen oder größeren Wirkungsgrades und verminderter Herstellungskosten der Lampe infolge der wesentliehen Herabsetzungen von Fläche und Durchmesser der Lampenhülle und der benötigten Menge an Fluoreszenzstoff.In those cases where the invention is to be applied to a lamp with a fixed length and predetermined maximum data for current and voltage, the same characteristics with regard to the wall load and the pressure of the gas filling in the lamp can be embodied by the area or the diameter of the The envelope is dimensioned such that the voltage assumes the specified value and the wall load is within the specified range of 7 to 21 mW / cm ² inclusive. If krypton or xenon or mixtures thereof are used at the specified pressures, then the envelope diameter is reduced compared to lamps of the conventional type, but the amount of light or the total number of lumens is at least equal to that of the conventional lamp type, and one obtains the Another advantage of at least the same or greater efficiency and reduced production costs of the lamp as a result of the substantial reduction in the area and diameter of the lamp envelope and the required amount of fluorescent substance.

Schließlich wird es durch Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale der Wandibelastung und des Gasdruckes von Krypton, Xenon oder des Gemisches davon ermöglicht, Lampen zu bauen, die bei vorgegebenen Maximaldaten für Spannung und Strom die vorstehend angeführten Verbesserungen in bezug auf Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit der Herstellung aufweisen.Finally, it is achieved through application of the wall loading features according to the invention and the gas pressure of krypton, xenon or a mixture thereof enables lamps to be built that with given maximum data for voltage and current, the improvements mentioned above have in terms of efficiency and economy of manufacture.

Wenn man als Füllgas Krypton anwendet und den Druck der Krvptongasfüllung vorzugsweise im Bereich von ι bis einschließlich örnm Quecksilbersäule wählt, dann haben die so aufgebauten Lampen eine gute Haltbarkeit, wie dies aus den in Fig. 2 dargestellten Kurven für verschiedene, angegebene Druckwerte hervorgeht. Diese Kurven sind nicht so aufzufassen, daß sie den in Betracht zu ziehenden und auswertbaren Druckbereich einschränken, sondem sollen bloß den Einfluß von Druckänderiingen zeigen.If you use krypton as the filling gas and the pressure of the Krvptongas filling preferably in Range from ι up to and including örnm mercury column selects, then the lamps constructed in this way have a good durability, as shown in FIG. 2 curves shown for various specified pressure values. These curves are not like that to be understood that they limit the pressure range to be considered and evaluated, special should only show the influence of pressure changes.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile, die sich aus der Anwendung von Krypton oder Xenon ergeben, beeinträchtigen ansonsten die Wirkungsweise der Lampe nicht. Wenn es auch möglich ist, im Vergleich zu den bei Argon angewendeten Drucken (bei Krypton oder Xenon geringere Drucke zu verwenden, wird doch infolge des höheren Atomgewichtes von Krypton und Xenon der gleiche Schutz der Kathode erreicht. Da es möglich ist, Krypton bei so niedrigen Drucken wie etwa 2 mm Quecksilbersäule und weniger zu verwenden, im Gegensatz zum üblichen Argondruck von 3,5 mm, ergibt die Anwendung geringerer Mengen von Krypton einen Ausgleich für die gegenwärtig höheren Kosten von Krypton gegenüber Argon.The advantages described above that result from the use of krypton or xenon, otherwise do not affect the operation of the lamp. If it is also possible compared to the pressures used with argon (lower pressures with krypton or xenon to use, is due to the higher atomic weight of krypton and xenon the same Protection of the cathode achieved. Since it is possible to use krypton at pressures as low as about 2mm Mercury column and less to use, as opposed to the usual argon pressure of 3.5mm, the use of lesser amounts of krypton compensates for the current higher cost of krypton versus argon.

Es wurde beobachtet, daß bei Lampen der beschriebenen Bauart, bei denen Krypton verwendet ist, keine Bänder (Verfärbung an den Enden) auftreten. Obgleich die Zündspannung von Kryptonlampen etwas höher als diejenige von Argonlampen ist, bildet dieser Umstand keinen wesentlichen Nachteil, insbesondere dann nicht, wenn eine ü'b-Iiehe Zündvorrichtung angewendet wird. Anderseits ergibt die geringere Betriebsspannung von Kryptonlampen unter jenen Umständen einen beachtlichen Vorteil, in denen die Leerlaufspannung der verwendeten Ballasteinrichtungen von Bedeutung ist. Die Befolgung der vorstehend angegebenen Prinzipien bei Niederdruckfluoreszenzlampen mit positiver Säule führt stets zu einer Verminderung der Gasverluste der positiven Säule und daher natürlich auch zu einem verbesserten Wirkungsgrad sowie zu einem wesentlichen Anwachsen der erzielbaren Menge von sichtbarer Strahlung. Das Anwachsen der sichtbaren Strahlungsmenge wird natürlich infolge des erhöhten Wirkungsgrades bei der Erzeugung der Strahlung mit der Wellenlänge von 2537 Angström-Einheiten erzielt,, welche den Leuchtstoff (Phosphor) anregt. Beispielsweise wurden l>ei einer untersuchten Type von Argon-It has been observed that lamps of the type described using krypton there is no ligament (discoloration at the ends). Although the ignition voltage of krypton lamps is slightly higher than that of argon lamps, this fact is not essential Disadvantage, especially not if you are about to rent Ignition device is applied. On the other hand, the lower operating voltage of krypton lamps results a considerable advantage in those circumstances in which the open circuit voltage of the used Ballast facilities is important. Following the principles outlined above low-pressure fluorescent lamps with a positive column always lead to a reduction in gas losses the positive pillar and therefore of course also to an improved efficiency as well a substantial increase in the achievable amount of visible radiation. The growth the visible amount of radiation is of course due to the increased efficiency in generation of radiation with a wavelength of 2537 Angstrom units achieved, which the Stimulates fluorescent substance (phosphor). For example, one examined type of argon

Quecksilber-Dampflampen, bei der die Gasverluste in der positiven Säule 8 W betrugen, diese Gasverluste durch Anwendung von Krypton mit einem Druck von etwa 2 mm Quecksilbersäule auf 2 W herabgesetzt. Als weiteres Beispiel sei eine Argon-Quecksilber-Fluoreszenzlampe für 100 W angeführt, bei der durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Prinzipien die gleiche Lichtmenge, also die gleiche sichtbare Strahlung erhalten wurde, wobei der Lampe nur 85 W zugeführt werden mußten, was einer sehr erheblichen Steigerung des Wirkungsgrades entspricht.Mercury vapor lamps in which the gas losses in the positive column were 8 W, these gas losses by applying krypton with a pressure of about 2 mm of mercury to 2 W. degraded. Another example is an argon-mercury fluorescent lamp for 100 W, when applying the principles described above, the same amount of light, so the same visible radiation was obtained with only 85 W supplied to the lamp, which corresponds to a very considerable increase in efficiency.

Claims

Patent claims:

1. Electrical discharge device of the low pressure type with a positive column and a tubular envelope vessel in which there are spaced electrodes and an ionizable atmosphere which consists of mercury vapor and an inert gas of the group consisting of krypton and xenon or a mixture thereof, characterized in that that the pressure of the indifferent gas is within the range from ι up to and including 12 mm of mercury and the tube is dimensioned in terms of its length and diameter such that the wall load of the envelope is within the range from 7 to 21 mW / cm ² inclusive.

2. Electrical discharge device according to claim 1, characterized in that as indifferent gas krypton with a pressure between 1 and 6 mm of mercury is used is.

3. Electrical discharge device according to claim 1 or 2, characterized in that the dimensions of the envelope vessel and the nominal current intensity are coordinated in such a way that the temperature of the tube wall at the nominal current and nominal voltage of the tube at an ambient temperature of about 25 ⁰ C between 30 and 50 ⁰ C lies.

4. Electrical discharge device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the power supplied to the tube by means of a ballast to a value is regulated in which the amount of light supplied by the lamp does not exceed 5V0 of deviates from its maximum value.

1 sheet of drawings

O 5115 5.52O 5115 5.52