DE974434C

DE974434C - Elektrische Niederdruck-Entladungslampe

Info

Publication number: DE974434C
Application number: DES20260A
Authority: DE
Inventors: Gerald Watson Keilholtz; Erwin F Lowry; Eric Lowell Mager
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1947-06-05
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1960-12-22
Also published as: GB655123A; US2530394A; BE482916A; FR966907A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Überzug für Elektroden von elektrischen Niederdruck-Entladungslampen und insbesondere auf solche von Leuchtstofflampen. Hierbei ist es das Ziel der Erfindung, die Lebensdauer von elektrischen Niederdruck-Entladungslampen zu verlängern und auch die Entstehung der verschiedensten Verfärbungen zu vermindern, 'die des öfteren während der Lebensdauer von Leuchtstofflampen auftreten.

Es wurde nämlich gefunden, daß die Lebensdauer einer elektrischen Niederdruck-Entladungslampe mit Quecksilberdampffüllung und Elektroden aus Wolframdraht, deren aktivierender Überzug ausschließlich aus Oxyden von mindestens einem der Erdalkalimetalle und Zirkondioxyd besteht, bedeutend verlängert wird, wenn erfindungsgemäß die Menge des in dem Überzug befindlichen Zirkondioxyds mehr als 1 Gewichtsprozent bis höchstens 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aller vorhandenen Oxyde, beträgt. Außerdem ver- ao mindert sich die Neigung, während des Betriebes Flecke zu bilden. Man hat zwar bereits mehrfach vorgeschlagen, dem elektronenemittierenden Überzug von Elektroden Zirkondioxyd zuzusetzen. Die für Entladungslampen mit Elektroden, die ausschließlich mit Oxyden der Erdalkalimetalle aktiviert waren, vorgeschlagenen Mengen des Zusatzes waren jedoch nie kleiner als 10%.

009 665/21

Es war nicht vorauszusehen, daß das Zirkondioxyd in so hervorragendem Maße geeignet ist, die Fleckenbildung auf Leuchtstofflampen zu vermindern, wenn es gerade in dem erfindungsgemäßen Anteil den Emissionsoxyden zugesetzt wird. Es werden weiter unten die Ergebnisse umfangreicher Brenndäuerversuche an solchen Lampen mitgeteilt die die überraschende Wirkung der Erfindung erkennen lassen.
ίο In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtstofflampe nach der Erfindung, teilweise im Schnitt, dargestellt. Hierbei bedeutet das rohrförmige Entladungsgefäß aus Glas oder einem ähnlichen Stoff, auf dessen Innenseite Leuchtstoffe 2, z. B. Wolframate oder Silikate, wie Magnesiumwolframat oder Zinkberylliumsilikat, aufgebracht sind. Das Entladungsgefäß ist an jedem Ende mit einem Fuß 3 verschlossen, durch den die Stromzuführungsdrähte 4 und 5 geführt sind. Eine mit einem elektronenemittierenden Überzug versehene Wolframdrahtelektrode 6 ist innerhalb des Entladungsgefäßes an den Enden der Stromzuführungsdrähte 4 und 5 befestigt. Die äußeren Enden der Stromzuführungsdrähte 4 und 5 sind mit den Stiften 7 und 8 des Sockels 9 verbunden, der an den Enden des Entladungsgefäßes in bekannter Weise^? angekittet ist. Das Entladungsgefäß ist mit Edelgas unter geringem Druck, z. B. Argon bei einem Druck von ungefähr 3 mm und einer kleinen Menge Quecksilber 11 für die Erzeugung von Quecksilberdampf gefüllt. Eine solche Leuchtstofflampe wird bei Niederdruck, der gewöhnlich zwischen ι und 20 Mikron liegt, betrieben. Die Wolframdrahtelektroden solcher Leuchtstofflampen können beispielsweise in 'der Art ausgebildet sein, wie in dem USA.-Patent 2258158 gezeigt wird. Der auf den Wolframdrahtelektroden angebrachte elektronenemittierende Überzug besteht gewöhnlich aus einem Oxyd eines oder mehrerer Erdalkalimetalle. Die Überzüge werden bekanntlich vorteilhafterweise in Form von Karbonaten aufgebracht, die im Verlauf des Fertigungsganges der Leuchtstofflampe in die entsprechenden Oxyde umgewandelt werden. Während der Lebensdauer einer Leuchtstofflampe erscheinen zumeist in der Nähe der Elektroden und an den Enden der Lampe Verfärbungen verschiedener Arten und Formen. Es sind dies die sogenannten Elektrodenflecke, Endbänder und Vielfachflecken. Die Elektrodenflecke sind dunkelgraue oder schwarze Flecken, die an der Innenwand nahe den Enden der Leuchtstofflampe auftreten und gewöhnlich ungefähr gegenüber den Elektroden vorgefunden werden. Endbänder sind Verfärbungsringe, die gewöhnlich mehr gelb, bräunlich oder schwarz sind und sich meistens völlig um die Innenwandung der Lampe erstrecken. Die Endbänder zeigen gewöhnlich einen scharfen Rand auf der nach der Elektrode zugelegenen Seite und einen verwischten Rand nach der Lampenmitte. Gewöhn-Hch werden die Endbänder vor den Elektroden festgestellt, wobei der scharfe Rand gegenüber dem Ende der positiven Entladungssäule liegt. Vielfachflecken sind schmale, halbmondförmige Verfärbungserscheinungen, gewöhnlich von hellgelber, brauner oder schwarzer Farbe, die nahe den Enden der Lampe auf beiden Seiten der Elektroden auftreten.

Es wurde nun gefunden, daß der geringe Zusatz von Zirkondioxyd entsprechend der Erfindung zum elektronenemittierenden Überzug die Lebensdauer der Lampen verlängert und gleichzeitig die Häufigkeit des Auftretens und die Stärke der oben beschriebenen Verfärbungen herabmindert. Die Lichtausbeute der Lampen bleibt dadurch auch gegen Ende der Lebensdauer hoch.

Zur Herstellung des elektronenemittierenden Überzuges auf den Elektroden wird eine Mischung von den drei Erdalkalikarbonaten, d.h. von Ba C O₃, SrCO₃ und CaCO₃ bevorzugt, jedoch können auch einzelne oder zwei dieser Karbonate verwendet werden, ohne daß von dem Sinn der Erfindung abgewichen wird. Die Karbonate können auf irgendeine geeignete und allgemein bekannte Art hergestellt werden. Bei der Herstellung der Dreifachmischung hat sich folgende Zusammenstellung als sehr günstig gezeigt: ungefähr 58% BaCO₃, ungefähr 35% SrCO₃ und ungefähr 7% CaCO₃ (Angaben in Gewichtsprozent), jedoch können diese Prozentsätze in weitem Umfang abgewandelt werden. Eine kleine Menge Zirkondioxyd wird zu den Erdalkalikarbonaten hinzugefügt. Die Menge des Zirkondioxyds beträgt mehr als 1 Gewichtsprozent bis höchstens 6 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgewicht aller im Überzug enthaltenen Oxyde. Es wurde festgestellt, daß ein Zusatz von 6 Gewichtsprozent Zirkondioxyd außergewöhnlich gute Ergebnisse zeigt. Würden größere Mengen Zirkondioxyd hinzugefügt werden, so würden dadurch die Häufigkeit und die Stärke der Verfärbungserscheinungen gesteigert, und es wird schwieriger, die Lampen mit den normalen Einschaltspannungen in Betrieb zu setzen. Die unten angeführten Tabellen I, II und III zeigen, in welchem Umfang der Zusatz von Zirkondioxyd zu dem Elektrodenüberzugsmaterial die Verfärbungserscheinungen herabsetzt, die Lichtausbeute gegen Ende der Lebensdauer hochhält und die Lebensdauer der Lampen verlängert. Die Lampen, an denen diese Versuche durchgeführt wurden, waren genau die gleichen, wie sie in der Normalproduk- no tion hergestellt wurden, mit der einzigen Ausnahme, daß dem Elektrodenüberzugsmaterial Zirkondioxyd zugesetzt wurde. Es wurde sonst der gleiche Leuchtstoff, die gleiche Quecksilbermenge, der gleiche Gasfülldruck usw. verwendet. Die Lampen wurden zur gleichen Zeit auf dem gleichen Pumpautomaten hergestellt. Spätere Versuche haben die Ergebnisse bestätigt, die unten angeführt werden.

Tabelle I zeigt in Prozentangaben die Anzahl der Lampen (es wurden hunderte geprüft), die bei 100, und 500 Betriebsstunden keinerlei Verfärbung aufwiesen. Die Versuche A₁ B und C beziehen sich auf 40-Watt-Leuchtstofflampen, deren Elektrodenüberzug kein Zirkondioxyd enthält. Im Versuch D wurde dem Elektrodenüberzugsmaterial ungefähr % Zirkondioxyd zugesetzt.

Tabelle I

	100	A	500	100	B	Vers	uch	C	500	100	D	500
5	8o	300	20	83	300	Stunde 500	.nzahl 100	300	43	93	300	87
% nicht ver- färbter ¹⁰ Lampen ....	46		63	33	75	52		90

Die Tabelle II zeigt die durchschnittliche Lichtausbeute der Lampen gegen Ende ihrer Lebensdauer. Bei diesem Versuch hatten fünf Lampen kein Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug, fünf Lampen enthielten 6% Zirkondioxyd und fünf Lampen hatten 12% Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug.

	Tabelle	II	12VoZrO₂ Lumen pro Watt
	OVoZrO₂ Lumen pro Watt	6VoZrO₂ Lumen pro Watt	41,6 40,4
2544 Stunden.. 4040 Stunden .. 6131 Stunden ..	40,8 38,8	41.6 38,'δ

Tabelle III gibt den Zeitpunkt an, an dem die Lampen aus dem in Tabelle II ausgewerteten Versuch versagten.

Tabelle III

OVoZrO₂	6VoZrO₂	12VoZrO₂
Stundenzahl	Stundenzahl	Stundenzahl
3978	keine Versager	5989
4I16	bis 7068	6503
4116		6645
4422
4742

Aus der Tabelle I ist zu entnehmen, daß nicht nur eine Abnahme der Verfärbungen der Lampen eintritt, sondern daß auch der Umfang, in dem die Verfärbungen z. B. bei 300 und 500 Stunden eintreten, außerordentlich niedrig ist im Vergleich zu dem raschen Auftreten der Verfärbung von Leuchtstofflampen, deren Elektrodenüberzug kein Zirkondioxyd enthält. Die zusätzliche günstige Auswirkung des Zirkondioxyds auf die Lichtausbeute gegen Ende der Lebensdauer ist aus der Tabelle II deutlich zu erkennen. Zum Beispiel weisen Lampen ohne Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug nach 4040 Stunden eine Lichtausbeute von 38,8 Lumen pro Watt auf, während dieser gleiche Wert bei Lampen mit 6°/o Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug erst nach 6131 Stunden erreicht wurde. Der bei 12% erhaltene Wert liegt um 1 Lumen/Watt niedriger. Die in der Tabelle III dargestellte Auswirkung des Zusatzes von Zirkondioxyd auf die Lebensdauer ist außerordentlich groß. Die durchschnittliche Lebensdauer von Lampen ohne Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug liegt bei ungefähr 4200 bis 4300 Stunden. Bei einem Zusatz von 12% Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug trat das erste Versagen der Lampen bei etwa 6000 Stunden ein, während bei den fünf Versuchslampen mit 6^fl/o Zirkondioxyd im Elektrodenüberzug die 7000-Stunden-Grenze ohne einen einzigen Versager überschritten wurde. Es ist also aus den Tabellen der bedeutende technische Fortschritt zu entnehmen, der sich bei Verwendung eines Zirkondioxydzusatzes im Rahmen der erfindungsgemäßen Grenze von mehr als ι Gewichtsprozent bis höchstens 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im Überzug enthaltenen Oxyde, erzielen läßt.

Claims

Patentanspruch:

Elektrische Niederdruck-Entladungslampe mit Quecksilberdampffüllung und Elektroden aus Wolframdraht, deren aktivierender Überzug ausschließlich aus Oxyden von mindestens einem der Erdalkalimetalle und Zirkondioxyd besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in dem Überzug befindlichen Zirkondioxyds mehr als 1 Gewichtsprozent bis höchstens 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Oxyde, beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 597 580, 627 617,

624620, 696 506, 627 520, 581 872, 606407;
USA.-Patentschriften Nr. 1925648, 2097261,

2258 158, 2249672;

britische Patentschriften Nr. 334 460, 356 234,

389 795;

Dissertation von G. He r r m a η η : »Der Einfluß von nichtmetallischen Zusätzen auf die Elektronenemission einer Erdalkalioxydkathode«, Techn. Hochschule Berlin, 1938;

Buch von Hermann Wagner: »Die Oxydkathode«, 2. Teil, Leipzig, 1944, S. 10/11, 22, 27, 103 bis 105, 110 bis 112, 175 und 185/186;

Buch von Espe und K η ο 11: »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, 1936, S. 276/277, Anmerkung b).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 665/21 12.60