EP0560063A1 - Niederdruckentladungslampe - Google Patents

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EP0560063A1
EP0560063A1 EP93101955A EP93101955A EP0560063A1 EP 0560063 A1 EP0560063 A1 EP 0560063A1 EP 93101955 A EP93101955 A EP 93101955A EP 93101955 A EP93101955 A EP 93101955A EP 0560063 A1 EP0560063 A1 EP 0560063A1
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EP
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electrode
low
pressure discharge
discharge lamp
metal cylinder
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Reinhard Dr. Weitzel
Klaus-Dieter Bauer
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Osram GmbH
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Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/067—Main electrodes for low-pressure discharge lamps
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    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/09—Hollow cathodes

Definitions

  • the invention relates to a low-pressure discharge lamp according to the preamble of protection claim 1.
  • Such a lamp is known for example from FR-PS 1 152 572.
  • This lamp is a fluorescent lamp with so-called cold start electrodes.
  • the electrodes here each consist of a triple-coiled electrode coil provided with an electron emitter, each of which is enveloped by a metal cylinder which is open at its ends.
  • the electrode filaments also each have a feedback, which makes it possible to form the electron emitter on the filaments by means of a heating current through the electrode filament.
  • This electrode system has the disadvantage that it cannot guarantee a defined starting point for the discharge arc, so that a fluorescent lamp with such an electrode system will tend to flicker.
  • the discharge arc can also be applied, for example, to the return line or to the power supply below the filament.
  • the open metal cylinder cannot suppress blackening of the lamp bulb to the desired extent.
  • triple spiral instead of a single spiral also has a disadvantageous effect. Because the triple spiral has a higher heat capacity than a comparable one Has a single filament, the transition from the glow discharge harmful to the electrodes into the arc discharge is delayed when using a triple filament.
  • US Pat. No. 3,883,764 discloses a low-pressure discharge lamp which works as a UV lamp and also has two electrodes which can be started from cold.
  • the electrodes here each consist of an electrode coil provided with an electron emitter, which is enveloped by an open metal cylinder.
  • the electrode filaments also have a feedback which makes it possible to form the electron emitter on the filaments by means of a heating current through the electrode filaments.
  • the return runs along the inner wall of the metal cylinder and is welded to the axially arranged electrode coil at the discharge end thereof. This welding point has a disadvantage because it will form the preferred starting point for the discharge arc instead of the electrode filaments, which can lead to premature failure of the electrode.
  • cup electrodes are known from CH-PS 449 117. They consist of a cup-like electrode vessel in which an electron emitter is arranged is. These electrodes do not have an electrode coil and cannot guarantee a stable discharge arc approach to the desired extent.
  • the electrodes of the low-pressure discharge lamp according to the invention each consist of an electrode coil which is arranged axially in a metal cylinder.
  • the metal cylinders are closed at one end, so that they offer better protection against blackening of the lamp bulb than the electrode shields in the cited prior art.
  • This closed end of the metal cylinder is advantageously squeezed, the power supply for the electrode coil being clamped in this pinch and thereby holding the metal cylinder.
  • the electrode coil is preferably only coiled and has a low heat capacity, so that it heats up relatively quickly due to the discharge current and the thermal electron emission sets in. This shortens the transition phase from the glow discharge, which is harmful to the electrodes, into the arc discharge and also reduces the sputtering of spiral material. Furthermore, the electrodes according to the invention ensure that the discharge arc preferably attaches to the heated electrode filaments.
  • the electrode filaments advantageously consist of tantalum or niobium, to which the emitter material (barium peroxide, barium tantalate or another standard fluorescent lamp emitter) adheres better than to a tungsten filament. Since the formation of the electron emitter is not carried out by direct current passage through the electrode coil, but preferably by inductive, high-frequency heating of the coil, a single, common supply of current is sufficient for the electrode coil and its surrounding metal cylinder. Further returns which, as described in the cited prior art, can influence the discharge arc approach are superfluous.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through an electrode according to the invention for a rod-shaped fluorescent lamp with a power consumption of approximately 18 W.
  • the electrode consists of a niobium cylinder 1 with an open 1a and a closed 1b end.
  • the niobium cylinder 1 In the area of the open end 1a, the niobium cylinder 1 has an almost circular cylindrical shape with a diameter of approximately 3.3 mm. Its wall thickness is approximately 0.1 mm and its depth is approximately 3 mm.
  • a single-helix electrode coil 2 made of tantalum is arranged axially symmetrically, which is supplied with electrical energy by a power supply 3.
  • the closed end 1b of the niobium cylinder 1 is created by squeezing its side walls together.
  • the power supply 3 is clamped between the walls of the niobium cylinder 1 and thus also serves as a holding pin for the niobium cylinder 1.
  • the squeezing process naturally removes the circular cylindrical shape of the niobium cylinder 1 in the region of the closed end 1b.
  • the electrode coil 2 and its power supply 3 are preferably made in one piece.
  • Barium peroxide which is formed by means of inductive, high-frequency heating of the electrode coil 2, serves as the electron emitter 4 for the electrode coil 2.
  • the electrodes are melted into the lamp bulb - before the emitter 4 is formed in the usual way Wise and therefore will not be explained here.
  • FIG. 2 schematically shows a cross section through an electrode according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment.
  • the electrode of the second embodiment is almost identical to that of the first. However, it additionally has a cover 5 made of a thin sheet of iron, which covers the open end 1 a of the niobium cylinder 1.
  • This cover 5 has a central opening 6 through which the discharge arc attached to the electrode coil 2 can reach.
  • the two exemplary embodiments are the same in all further details.
  • the electrode coils can also consist of niobium, tungsten or molybdenum.
  • Barium carbonate, barium tantalate, barium niobate or another standard emitter can also be used as the electron emitter.
  • the emitter material can also be formed, for example, by heating the electrode filaments by means of a laser or by the discharge current.
  • the electrode cups can also be made of molybdenum or another metal.
  • the dimensions of the metal cylinders are not critical. For example, they can also have a depth of approximately 5 mm and a wall thickness of approximately 0.3 mm.
  • the power supply and the uncoiled End of the electrode coil must not necessarily be squeezed into the bottom of the associated metal cylinder, as described in the preferred embodiment.
  • the power supply to the electrode coil can, for example, also be connected to the closed end of the metal cylinder by means of a welding spot.
  • the power supply and the electrode coil do not have to be made in one piece, but can also be connected to one another by a welding spot.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Niederdruckentladungslampe. Die Elektroden bestehen jeweils aus einer mit einem Elektronenemitter (4) versehenen Elektrodenwendel (2), die axial in einem Metallzylinder (1) angeordnet ist, wobei der Metallzylinder (1) an einem Ende geschlossen ist. Der Metallzylinder (1) und die Elektrodenwendel (2) besitzen eine gemeinsame Stromzuführung (3), die auch zur Halterung dieser beiden Lampenteile dient. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Niederdruckentladungslampe gemäß des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1.
  • Eine derartige Lampe ist beispielsweise aus der FR-PS 1 152 572 bekannt. Bei dieser Lampe handelt es sich um eine Leuchtstofflampe mit sogenannten kaltstartfähigen Elektroden. Die Elektroden bestehen hier aus jeweils einer dreifach gewendelten, mit einem Elektronenemitter versehenen Elektrodenwendel, die jeweils von einem an seinen Enden offenen Metallzylinder umhüllt werden. Außerdem besitzen die Elektrodenwendeln neben einer Stromzuführung noch jeweils eine Rückführung, die es ermöglicht, den Elektronenemitter auf den Wendeln mittels eines Heizstromes durch die Elektrodenwendel zu formieren.
  • Dieses Elektrodensystem hat den Nachteil, daß es keinen definierten Ansatzpunkt für den Entladungsbogen gewährleisten kann, so daß eine Leuchtstofflampe mit einem derartigen Elektrodensystem zum Flackern neigen wird. Anstatt an der Elektrodenwendel kann der Entladungsbogen beispielsweise auch an der Rückführung oder an der Stromzuführung unterhalb der Wendel ansetzen. Außerdem kann der offene Metallzylinder eine Schwärzung des Lampenkolbens nicht im gewünschten Maße unterdrücken.
  • Nachteilig wirkt sich auch die Verwendung einer Tripelwendel anstelle einer Einfachwendel aus. Da die Tripelwendel eine höhere Wärmekapazität als eine vergleichbare Einfachwendel besitzt, wird der Übergang von der für die Elektroden schädlichen Glimmentladung in die Bogenentladung bei Verwendung einer Tripelwendel verzögert.
  • In der US-PS 3 883 764 ist eine Niederdruckentladungslampe offenbart, die als UV-Strahler arbeitet und ebenfalls zwei kaltstartfähige Elektroden besitzt. Die Elektroden bestehen hier aus jeweils einer mit einem Elektronenemitter versehenen Elektrodenwendel, die von einem offenen Metallzylinder umhüllt wird. Neben einer Stromzuführung zur Energieversorgung weisen die Elektrodenwendeln auch eine Rückführung auf, die es ermöglicht, den Elektronenemitter auf den Wendeln mittels eines Heizstromes durch die Elektrodenwendeln zu formieren. Die Rückführung verläuft entlang der Innenwand des Metallzylinders und ist am entladungsseitigen Ende der axial angeordneten Elektrodenwendel mit dieser verschweißt. Dieser Schweißpunkt wirkt sich nachteilig aus, weil er anstelle der Elektrodenwendeln den bevorzugten Ansatzpunkt für den Entladungsbogen bilden wird, was zu einem frühzeitigen Ausfall der Elektrode führen kann.
    Außerdem kann der offene Metallzylinder eine Schwärzung des Lampenkolbens durch absputterndes Emittermaterial nicht im gewünschten Maße verhindern. Das in der US-PS 3 883 764 offenbarte Elektrodensystem ist auch aufgrund seiner relativ großen Abmessungen für kompakte Niederdruckentladungslampen ungeeignet.
  • Aus der CH-PS 449 117 sind sogenannte Becherelektroden bekannt. Sie bestehen aus einem becherartigen Elektrodengefäß, in welchem ein Elektronenemitter angeordnet ist.
    Diese Elektroden besitzen keine Elektrodenwendel und können einen stabilen Entladungsbogenansatz nicht im gewünschten Maße gewährleisten.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Niederdruckentladungslampe mit verbesserten kaltstartfähigen Elektroden und verminderter Lampenkolbenschwärzung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgefäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Elektroden der erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe bestehen jeweils aus einer Elektrodenwendel, die axial in einem Metallzylinder angeordnet ist.
    Die Metallzylinder sind an einem Ende verschlossen, so daß sie einen besseren Schutz vor einer Schwärzung des Lampenkolbens bieten als die Elektrodenabschirmungen im zitierten Stand der Technik. Vorteilhafterweise ist dieses verschlossene Ende der Metallzylinder zugequetscht, wobei die Stromzuführung für die Elektrodenwendel in dieser Quetschung eingeklemmt ist und dadurch den Metallzylinder haltert.
  • Versuche haben gezeigt, daß sich die Kolbenschwärzung im Elektrodenbereich noch weiter reduzieren läßt, wenn das offene Ende der Metallzylinder zusätzlich mit einer Abdeckung, die eine zentrale Öffnung für den Entladungsstrom besitzt, versehen wird.
  • Die Elektrodenwendel ist vorzugsweise nur einfach gewendelt und besitzt eine geringe Wärmekapazität, so daß sie sich durch den Entladungsstrom relativ schnell aufheizt und die thermische Elektronenemission einsetzt. Dadurch verkürzt sich die Übergangsphase von der für die Elektroden schädlichen Glimmentladung in die Bogenentladung und außerdem wird das Absputtern von Wendelmaterial erheblich reduziert. Ferner gewährleisten die erfindungsgemäßen Elektroden, daß der Entladungsbogen bevorzugt an den aufgeheizten Elektrodenwendeln ansetzt.
  • Die Elektrodenwendeln bestehen vorteilhaft aus Tantal oder Niob, an denen das Emittermaterial (Bariumperoxid, Bariumtantalat oder ein anderer Standardleuchtstofflampenemitter) besser haftet als an einer Wolframwendel. Da das Formieren des Elektronenemitters nicht mittels direktem Stromdurchgang durch die Elektrodenwendel, sondern vorzugsweise durch induktives, hochfrequentes Aufheizen der Wendel erfolgt, genügt eine einzige, gemeinsame Stromzuführung für die Elektrodenwendel und ihren sie umgebenden Metallzylinder. Weitere Rückführungen, die, wie beim zitierten Stand der Technik beschrieben, den Entladungsbogenansatz beeinflussen können, sind überflüssig.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode für eine Niederdruckentladungslampe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels
    Figur 2
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode für eine Niederdruckentladungslampe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode für eine stabförmige Leuchtstofflampe mit einer Leistungsaufnahme von ca. 18 W. Die Elektrode besteht aus einem Niobzylinder 1 mit einem offenen 1a und einem geschlossenen 1b Ende. Im Bereich des offenen Endes 1a weist der Niobzylinder 1 eine nahezu kreiszylindrische Form mit einem Durchmesser von ungefähr 3,3 mm auf. Seine Wandstärke beträgt ca. 0,1 mm und seine Tiefe etwa 3 mm. Innerhalb des Niobzylinders 1 ist eine einfach gewendelte Elektrodenwendel 2 aus Tantal axialsymmetrisch angeordnet, die von einer Stromzuführung 3 mit elektrischer Energie versorgt wird.
    Das geschlossene Ende 1b des Niobzylinders 1 entsteht durch Zusammenquetschen seiner Seitenwände. Dabei wird die Stromzuführung 3 zwischen den Wänden des Niobzylinders 1 eingeklemmt und dient somit auch als Haltestift für den Niobzylinder 1. Durch den Quetschvorgang wird die kreiszylindrische Form des Niobzylinders 1 im Bereich des geschlossenen Endes 1b natürlich aufgehoben.
  • Die Elektrodenwendel 2 und ihre Stromzuführung 3 sind vorzugsweise einteilig ausgeführt. Als Elektronenemitter 4 für die Elektrodenwendel 2 dient Bariumperoxid, das mittels induktivem, hochfrequentem Heizen der Elektrodenwendel 2 formiert wird.
    Das Einschmelzen der Elektroden in den Lampenkolben erfolgt -vor dem Formieren des Emitters 4- auf übliche Weise und soll daher hier nicht näher erläutert werden.
  • Die Figur 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Die Elektrode des zweiten Ausführungsbeispiels ist nahezu identisch mit dem des ersten. Sie besitzt allerdings zusätzlich eine Abdeckung 5 aus einem dünnen Eisenblech, die das offene Ende 1a des Niobzylinders 1 abdeckt.
  • Diese Abdeckung 5 weist eine zentrale Öffnung 6 auf, durch welche der an der Elektrodenwendel 2 ansetzende Entladungsbogen hindurchgreifen kann.
    In allen weiteren Details stimmen die beiden Ausführungsbeispiele überein.
  • Die Erfindung beschränkt sich allerdings nicht auf die beiden geschilderten Ausführungsbeispiele.
    So können beispielsweise die Elektrodenwendeln auch aus Niob, Wolfram oder Molybdän bestehen. Als Elektronenemitter kommen auch Bariumkarbonat, Bariumtantalat, Bariumniobat oder ein anderer Standardemitter in Frage. Das Formieren des Emittermaterials kann beispielsweise auch durch Aufheizen der Elektrodenwendeln mittels eines Lasers oder durch den Entladungstrom erfolgen. Außerdem können die Elektrodenbecher auch aus Molybdän oder einem anderen Metall gefertigt werden. Die Abmessungen der Metallzylinder sind nicht kritisch. Sie können beispielsweise auch eine Tiefe von ca. 5 mm und eine Wandstärke von ungefähr 0,3 mm aufweisen.
  • Ferner müssen die Stromzuführung und das ungewendelte Ende der Elektrodenwendel nicht unbedingt im Boden des zugehörigen Metallzylinders eingequetscht sein, wie es im bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Die Stromzuführung mit der Elektrodenwendel kann beispielsweise auch mittels eines Schweißpunktes mit dem verschlossenen Ende des Metallzylinders verbunden sein. Außerdem müssen Stromzuführung und Elektrodenwendel nicht einteilig ausgeführt sein, sondern können ebenfalls durch einen Schweißpunkt miteinander verbunden sein.

Claims (7)

  1. Niederdruckentladungslampe bestehend aus einem Entladungsgefäß mit einer ionisierbaren Füllung sowie zwei Elektroden zum Erzeugen einer Gasentladung, wobei jede Elektrode aus jeweils einer mit einem Elektronenemitter versehenen Elektrodenwendel besteht, die axial in einem Metallzylinder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    - die Metallzylinder (1) jeweils an einem Ende (1b) geschlossen sind,
    - jeder Metallzylinder (1) und die darin befindliche Elektrodenwendel (2) eine einzige, gemeinsame Stromzuführung (3) besitzen, die die Elektrodenwendel (2) und ihren Metallzylinder (1) trägt.
  2. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzylinder (1) jeweils an einem Ende (1b) zugequetscht sind.
  3. Niederdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (3) im geschlossenen Ende (1b) eingequetscht ist.
  4. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenwendel (2) und die entsprechende Stromzuführung (3) einteilig ausgeführt sind.
  5. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenwendeln (2) aus Tantal oder Niob bestehen.
  6. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzylinder (1) aus einem hochschmelzenden Metall bestehen.
  7. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende (1a) der Metallzylinder (1) mit jeweils einer Abdeckung (5) versehen ist, die eine zentrale Öffnung (6) aufweist.
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