DE9018110U1

DE9018110U1 - Niederdruckentladungslampe

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Publication number: DE9018110U1
Application number: DE9018110U
Authority: DE
Original assignee: GTE Licht GmbH
Current assignee: GTE Licht GmbH
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2000-01-20
Also published as: DE68920155T2; EP0454665B1; WO1990008399A1; DE4001526C2; DE68920155D1; JPH04504481A; DE4001526A1; US5498930A; EP0454665A1

Description

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GTE Licht GmbH

Niederdruckentladungslampe

Die Neuerung betrifft eine Niederdruckentladungslampe mit zuvor festgelegter externer Heizleistung, insbesondere eine Leuchtstofflampe mit zwei Elektroden, zwischen denen die Entladung stattfindet und von denen zumindest eine Elektrode eine Erdalkalioxid-Beschichtung aufweist und so ausgelegt ist, daß sie eine ständig beheizte Kathode bildet, insbesondere für die Verwendung in Videomatrix-Anzeigetafeln.

In Niederdruckentladungslampen wird die Entladung zwischen Elektroden gebildet. Diese arbeiten abwechselnd jeweils als Anode oder Kathode, wenn die Lampe mit Wechselstrom betrieben wird, oder dauernd als Anode oder Kathode bei Gleichstrombetrieb. Im allgemeinen bestehen Kathoden aus einer Wolframwendel, die zur Erhöhung der thermischen Elektronenemission mit einer Mischung aus Erdalkalioxiden beschichtet ist.

Die Lebensdauer einer Leuchtstofflampe wird hauptsächlich durch die Lebensdauer der Kathode bestimmt.

Das physikalische Verhalten einer oxidbeschichteten Kathode ist kompliziert. Grob dargestellt befindet sich die Kathode in einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen thermischer

Elektronenemission und Verdampfung von Emittermaterial. Es gibt eine optimale Temperatur des Emittermaterials, bei der die Elektronenemission groß genug ist, um die Entladung aufrechtzuerhalten, und die Verdampfung gering genug ist, um eine ausreichende Lebensdauer zu gewährleisten.

Sofortiges Zünden von Niederdruckentladungslampen wird durch Heizung der Kathode - oder der beiden Elektroden bei Wechselstrombetrieb - mittels direkten Stromdurchgangs bis zu einer Temperatur erreicht, bei der eine ausreichende thermische Elektronenemission gewährleistet ist. Es handelt sich um eine Dauerheizung, d.h., die Wendel wird extern ohne Unterbrechnung beheizt. Der externe Heizstrom wird normalerweise so gewählt, daß er dem Betrag nach gleich dem Entladungsstrom ist.

Beim Betrieb von Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen mit extern beheizter(n) Kathode(n), ist der Entladungsstrom dem Heizstrom überlagert. Dadurch entsteht ein örtlich überhitzter Bereich. Aufgrund des Temperaturunterschieds von etwa 400 - 500⁰K, der bei den bekannten Lampen bei der oben beschriebenen Betriebsweise auftritt, erhöht sich die Verdampfungsrate der emittierenden Oxide um Größenordnungen. Dies wiederum führt zu verstärkter Abschwärzung an der Innenwand des Lampenkolbens und letzten Endes zu einer geringeren Lebensdauer der Lampe. Ziel der vorliegenden Neuerung ist es, eine Niederdruckentladungslampe der in Absatz 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der die funktioneile Lebensdauer erhöht und die Abschwärzungen an den Lampenenden bzw. die Entfärbung an denselben reduziert werden können.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß zur Erhöhung des Heizstromes von I auf &eegr; . I, wobei &eegr; eine positive rationale Zahl ist, und zur Verringerung der Heizspannung von U auf — der Radius r des jeweils die Kathode oder die Elektrode bildenden Drahtes auf &eegr; . r bemessen, der Querschnitt A des Drahtes auf &eegr; . A erhöht und die Drahtlänge L auf — reduziert, sowie

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entsprechend der Widerstand R auf — reduziert ist.

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Dabei ist der externe Heizstrom ca. 1,5 bis 5 mal höher als der Entladungsstrom, die an der Wendel anliegende Spannung durch entsprechende Elektrodendimensionierung ca. 33 % bis 80 % niedriger als bei konventionell betriebenen Elektroden, und die aufgenommene Leistung des Heizschaltkreises bleibt erhalten.

Zwar ist es aus CH. Sturm: "Vorschaltgeräte und Schaltungen für Niederspannungs-Entladungslampen", 5. Auflage 1974, Verlag W. Girardet, Essen, S. 49-51, 71, 74, 281-291, bereits bekannt, solche Niederspannungs-Entladungslampen mit einem externen Heizstrom zu betreiben, der etwa das Zweifache des Entladungsstroms beträgt, doch werden deren Elektroden nach Eintritt der Zündung eben nicht mehr beheizt. Eine ständige Heizung findet somit gerade nicht statt.

Der Hauptvorteil der neuerungsgemäßen Niederdruckentladungslampe liegt in der Tatsache, daß zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Kontrolle der gewünschten optimalen Kathodentemperatur und damit zur Erzielung erhöhter Lebensdauer und geringerer Enden-Abschwärzung der Beitrag des Entladungsstroms zur Erwärmung möglichst gering gehalten werden kann, während der Beitrag des

externen Heizstroms zur Erwärmung möglichst groß ist. Dadurch wird die Wendeltemperatur nicht ständig in einem Maß steigen und fallen, das die oben aufgeführten, nachteiligen Wirkungen, einschließlich der Entstehung von überhitzten Bereichen zur Folge hat.

Die Dimensionierung des externen Heizstromes auf der einen Seite und der an der Wendel anliegenden Spannung auf der anderen Seite bedingen die neuerungsgemäße Erhöhung des Durchmessers des zur Wendelherstellung verwendeten Drahtes und/oder eine Verringerung der gesamten Wendellänge, damit die Wendelerwärmung bei stärkerem Strom und niedrigerer Spannung erreicht werden kann.

Der geringere Wendelwiderstand reduziert die direkte Widerstandsheizung durch die Entladung. Die größere Wärmeleitfähigkeit des dickeren Drahtes leitet die durch Ionenbeschuß erzeugte Wärme im überhitzten Bereich besser ab und reduziert damit dessen Übertemperatur. Dadurch wird diese Temperatur weniger abhängig von dem Betriebszustand der Bogenentladung und wird statt dessen durch die Heizleistung der Wendel gesteuert.

Um zuverlässig eine gleichförmige Lebensdauer bei Leuchtstofflampen zu erzielen, muß die Betriebstemperatur der Kathode zuverlässig gesteuert werden. Werden Kathoden entsprechend dem Stand der Technik konstruiert, bei dem ein wesentlicher Teil der von der Kathode aufgenommenen Leistung aus der Bogenentladung zugeführt wird, ist es offensichtlich, daß eine ausreichende Steuerung der Temperatur des überhitzten

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Bereichs bei unterschiedlichen Entladungsstrombedingungen unmöglich zu erreichen ist. Dies ist von besonderer Bedeutung für Leuchtstofflampen, die in Videomatrix-Anzeigetafeln eingesetzt werden. Bei dieser Anwendung kann jede Lampe bei einem von z.B. 32 verschiedenen Entladungsströmen im Dauerbetrieb bei Maximalstrom und Impulsbetrieb von nur wenigen Hundertstel Sekunden bei niedrigem Strom eingesetzt werden.

Die Neuerung wurde in der Praxis mit einer Ausführungsform '" bestätigt, bei welcher ein externer Heizstrom, der 3,2 mal höher, und eine Heizspannung, die 3,2 mal niedriger waren als bei einer konventionell betriebenen Kathode, verwendet wurden. Es wird auf die Fig. I und II Bezug genommen. Fig. I zeigt eine Kathode mit einem überhitzten Bereich mit einer Übertemperatur von 450 K, während Fig. II eine Kathode ohne überhitzten Bereich und mit einer optimalen Temperatur für thermische Elektronenemissionen zeigt.

Bezeichnet man die Kathode gem. Fig. I als Typ I und die Kathode gem. Fig. II mit Typ II, zeigen die nachfolgenden Angaben die Unterschiede zwischen den beiden Typen auf, wobei Typ I und Typ II mit Ausnahme von Heizspannung, Heizstrom und Heißwiderstand der Wendel identisch sind. Nachfolgend die Daten im Vergleich:

Type I

U-förmiges Entladungsrohr Eine Elektrode: oxidbeschichtete Wolframwendel als Kathode Eine Elektrode: Anode Füllgas: Argon, Quecksilber Fülldruck: 3,5 mbar Keine Leuchtstoffbeschichtung Entladungsstrom: 125 mA Gleichstrom Bogenspannung: 25 V Heizspannung: 8 V Gleichstrom Heizstrom: 125 mA Gleichstrom Heißwiderstand der Wendel: 64 Ohm Heizleistung: 1 W

Type II

identisch mit Typ I, mit Ausnahme von:

Heizspannung: 2,5 V Gleichstrom Heizstrom: 0,4 A Gleichstrom Heißwiderstand der Wendel: 6,25 Ohm Heizleistung: 1 W

Gemessene Temperatur der thermischen Elektronenemission;

Typ I : 1350 ⁰C (Temperatur des überhitzten Bereichs) Typ II: 900 ⁰C (ohne überhitzten Bereich)

Daraus folgt, daß bei wesentlich höherem Heizstrom - im Vergleich zum Entladungsstrom - bei einer konstant geheizten Leuchtstofflampe die örtliche Überhitzung der Wendel, bzw. die Bildung eines überhitzten Bereichs, reduziert oder ausgeschlossen wird. Dies hat eine erhöhte Lebensdauer der Lampe und geringere Enden-Abschwärzung zur Folge.

Besonders im Fall von intensitätsmodulierten Leuchtstofflampen, wie bei Lampen für die obengenannten Videomatrix-Anzeigetafeln, kann die Kathode mit Wechselstrom anstelle von Gleichstrom betrieben werden.

Darüber hinaus wird die Schwingungsbeständigkeit der Lampe verbessert.

Claims

'»•7/Tebrliar* L-ul 223-15 GTE Licht GmbH Ansprüche

1. Niederdruckentladungslampe mit zuvor festgelegter externer Heizleistung, insbesondere eine Leuchtstofflampe mit zwei Elektroden, zwischen denen die Entladung stattfindet und von denen zumindest eine Elektrode eine Erdalkalioxid-Beschichtung aufweist und so ausgelegt ist, daß sie eine ständig beheizte Kathode bildet, insbesondere für die Verwendung in Videomatrix-Anzeigetafeln, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Heizstromes von I auf &eegr; . I, wobei &eegr; eine positive rationale Zahl ist, und zur Verringerung der Heizspannung von U auf —

&eegr; der Radius r des jeweils die Kathode oder die Elektrode bildenden Drahtes auf &eegr; . r bemessen, der Querschnitt A des Drahtes auf &eegr; . A erhöht und die Drahtlänge L auf — reduziert, sowie entsprechend der Widerstand R auf R_ reduziert ist.

2. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet , daß ein externer Heizstrom verwendet wird, der 3,2 mal höher ist als der Entladungsstrom.