LÁM PARA FLUORESCENTE COMPACTA DE LONGITUD REDUCIDA Y MÉTODO DE FORMAR LA MISMA Antecedentes de la Invención Esta invención pertenece a la técnica de lámparas de descarga y de manera más particular a lámparas de descarga de baja presión. La invención es aplicable específicamente a una lámpara fluorescente compacta que tiene una configuración embobinada, preferiblemente en la forma de una doble hélice, y será descrita con referencia a la misma. Sin embargo, será apreciado que la invención tiene aplicaciones más amplias y puede ser empleada en ambientes y aplicaciones relacionadas con las modalidades preferidas abajo descritas. En años recientes, ha habido un tremendo incremento en el uso de lámparas fluorescentes compactas en lugar de lámparas incandescentes convencionales. Los consumidores, así como los establecimientos comerciales están cambiando a lámparas fluorescentes compactas, debido a la vida más larga y a la eficiencia de energía mejorada de la lámpara fluorescente compacta sobre la de la lámpara incandescente convencional. Un ejemplo de dicha lámpara fluorescente compacta se muestra y describe en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 4,503,360 expedida a D. E. Bedel el 5 de marzo de 1985. Como se describe generalmente en esa patente y como es bien conocido en la técnica, una lámpara fluorescente compacta común forma un envolvente de la lámpara continuo o tubo de descarga mediante la unión de una pluralidad de porciones de tubo. Las porciones de tubo están usualmente orientadas para extenderse hacia afuera una longitud predeterminada desde una base o alojamiento. A fin de comparar favorablemente a las lámparas incandescentes, se deben obtener niveles de salida de lumen mayores a fin de que una lámpara fluorescente compacta logre substancialmente la misma salida de lumen que, por ejemplo, una lámpara incandescente de cien (100) wats. La salida de luz promedio para una lámpara incandescente de cien (100) wats es de mil setecientos (1700) lumens en cien (100) horas. Una lámpara fluorescente compacta en la cual el tubo de descarga tiene un diámetro interno de diez (10) milímetros (mm) y presión de carga de gas argón de tres a cuatro (3-4) Torrs operando a aproximadamente veinticuatro (24) wats, requerirá una longitud de arco de aproximadamente 610 mm para lograr esta misma salida de fumen.
Se requiere una longitud de tubo de descarga adicional para acomodar los electrodos y extremos, dando como resultado una longitud de tubo de descarga general de aproximadamente 670 mm. Los fabricantes de lámparas han usado múltiples tubos doblados conectados en porciones de puente en intentos para lograr longitudes de tubo de descarga extendidas en una área relativamente compacta. Un arco ondula entre los electrodos, hacia arriba y hacia abajo, a través y alrededor del carrusel de tubos doblados. Alternativamente, una configuración embobinada o helicoidal ha sido propuesta como otro diseño preferido para acomodar una longitud de tubo de descarga extendida en una área compacta. La configuración helicoidal proporciona una longitud general más compacta, aproximadamente 75 mm por 60 mm , por ejemplo. Por ejemplo, las configuraciones embobinadas se muestran y describen en la Solicitud Alemana publicada No. DE 4133077 presentada el 2 de octubre de 1991 , y cedida a Narva Berliner Gluhlampenwerk GmbH . Otro ejemplo de una configuración embobinada en un conjunto de lámpara fluorescente compacta, se muestra y describe en la solicitud de PCT WO 9429895 cedida a Lee O Y. Tanto en la solicitud de patente alemana como en la publicación PCT, los extremos o patas que se extienden hacia abajo del tubo de descarga configurado helicoidalmente, contribuyen a la longitud general de la lámpara. Además, un conjunto de balastra, el cual proporciona el potencial eléctrico para excitar la carga de gas a un estado de descarga, también se agrega a la longitud general de la lámpara, dando como resultado un conjunto de lámpara fluorescente compacta que no entra dentro del área definida por las "arpas" de las lámparas de mesa comercialmente disponibles que acomodan una lámpara incandescente de 100 ó 150 wats. Aunque el desarrollo continuo en los conjuntos de balastra ha dado como resultado un tamaño reducido, estos diseños más compactos todavía fallan en considerar adecuadamente varias consideraciones de transferencia de calor. Los electrodos calentados en el tubo de descarga pueden dañar un alojamiento plástico usado para soportar la lámpara fluorescente compacta. Adicionalmente, los electrodos son la fuente principal de calor transmitido a los componentes electrónicos de la balastra. Una solución propuesta a estas consideraciones de transferencia de calor, es aumentar la altura de los electrodos en lámparas fluorescentes compactas que tienen patas que se extienden verticalmente. Esto coloca a los electrodos más allá del alojamiento y el conjunto de balastra a fin de que el efecto de temperaturas elevadas sea contrarrestado. Desafortunadamente, esta solución aumenta la altura general de la lámpara. Como una meta principal de los diseñadores actuales es mejorar la aceptación y el uso más difundido de la lámpara fluorescente compacta reduciendo la altura del conjunto de lámpara, esta solución a los problemas de transferencia de calor simplemente complica el objetivo de altura reducida del conjunto de lámpara. Han sido propuestas otras soluciones adicionales para fabricar un tubo de arco fluorescente más compacto que disipa aproximadamente 24 wats. Sin embargo, estas propuestas tienen sus desventajas concurrentes. Por ejemplo, la longitud del tubo de descarga puede ser reducida mediante la operación de la lámpara a una corriente mayor. Debido a las características voltio-amperios negativas de la descarga , se requieren corrientes mucho mayores para incrementar el wataje de la lámpara. Por otro lado, las pérdidas de electrodos se incrementan en proporción directa a la corriente. Por consiguiente, las lámparas operando a corrientes mayores sufren un mayor porcentaje de pérdidas de electrodo y pared. Además, el incrementar la corriente, incrementa la carga de pared lo cual lleva a temperaturas de pared de envolvente mayores. Esto, a su vez, hace más difícil lograr una temperatura de punto frío óptimo para control de presión de vapor de mercurio. Entonces, la salida de luz óptima requiere el uso de una amalgama de temperatura alta. Adicionalmente, los niveles de corriente mayores dan como resultado que más energía sea disipada mediante los resistores de balastra y las bobinas de inducción incrementando así las temperaturas de componentes electrónicos y plásticos y disminuyendo la eficiencia de la balastra. Otra solución propuesta para reducir la longitud del tubo de descarga es incrementar el campo eléctrico en el plasma. Generalmente, esto se lleva a cabo agregando neón al gas impulsor, o disminuyendo el diámetro del tubo de descarga. Ambas soluciones dan como resultado un campo eléctrico incrementado en el plasma pero un incremento en la carga de pared y lleva a una vida de cátodo más corto. Otra consideración con las lámparas fluorescentes compactas es proporcionar un buen soporte mecánico del tubo de descarga en el alojamiento. Comúnmente, un cemento proporciona la única manera de resistir fuerzas de jalón hacia afuera ejercidas en las patas orientadas verticalmente que entran en la base. Eliminar el cemento del conjunto de lámpara sería benéfico porque entonces el tiempo de fabricación para la lámpara fluorescente compacta sería reducido a ahorros de costo deseados. Por consiguiente, una lámpara fluorescente compacta que tiene cualquiera de las siguientes características de (i) altura reducida sin incrementar la carga de pared, (ii) características térmicas reducidas al reducir la temperatura de la pared de la lámpara en la base del conjunto, y reducir la transferencia de calor a los componentes de balastra, (iii) resistencia a fuerzas de jalón hacia afuera, y (iv) la forma y rendimiento de una lámpara incandescente convencional de línea A es deseada. Resumen de la Invención La presente invención proporciona una lámpara de descarga de baja presión que tiene una altura reducida que proporciona una salida de luz equivalente de una lámpara incandescente de 100 wats. De conformidad con los principios de la presente invención, se proporciona una lámpara fluorescente compacta que tiene un envolvente formado en una configuración embobinada y conteniendo una carga de gas energizable a un estado de descarga. Los extremos del envolvente embobinado, o tubo de descarga, son recibidos a través de la primera y segunda aberturas en la base en una dirección generalmente no paralela a un eje longitudinal o central de la lámpara para reducir la altura general. De conformidad con otro aspecto de la invención, los extremos del tubo son doblados radialmente hacia adentro desde la configuración embobinada para proporcionar resistencia a fuerzas de jalón hacia afuera impuestas a lo largo de la dirección axial central, y adicionalmente optimizar las características de transferencia de calor de la lámpara. Adicionalmente otras ventajas y beneficios de la invención serán evidentes a los expertos en la técnica mediante una lectura y comprensión de la siguiente descripción detallada. Breve Descripción de los Dibujos La invención puede tomar forma física en ciertas partes y configuraciones de partes, modalidades preferidas las cuales serán descritas con detalle en esta especificación e ilustradas en los dibujos que la acompañan. Estos incluyen: La Figura 1 , es una vista elevada de una lámpara fluorescente compacta preferida, formada de conformidad con la presente invención; La Figura 2, es una vista tomada generalmente a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1 ; La Figura 3, es una vista elevada tomada generalmente a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 1 ; La Figura 4, es una vista elevada de una lámpara fluorescente compacta con clavija formada de conformidad con las enseñanzas de la presente invención; La Figura 5, es una vista tomada generalmente a lo largo de la línea 5-5 de la Figura 4; La Figura 6, es una vista elevada tomada generalmente a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 4;
La Figura 7, es una vista elevada de una lámpara fluorescente compacta usada con un alojamiento de balastra cilindrica; La Figura 8, es una vista tomada generalmente a lo largo de la línea 8-8 de la Figura 7; La Figura 9, es una vista elevada de una lámpara fluorescente compacta integral con clavija, formada de conformidad con las enseñanzas de la presente invención; La Figura 10, es una vista tomada generalmente a lo largo de la línea 10-10 de la Figura 9; y La Figura 1 1 , es una vista tomada generalmente a lo largo de la línea 1 1 -11 de la Figura 9. Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Con referencia a los dibujos en donde las demostraciones son para el propósito de ilustrar las modalidades preferidas de la invención únicamente, y no para propósitos de limitar las mismas, las Figuras muestran un conjunto de lámpara de descarga de baja presión A, particularmente, un conjunto de lámpara fluorescente compacta, que tiene un envolvente B y una base o alojamiento C. De manera más particular, y pasando primero a la modalidad de las Figuras 1 -3, se muestra una lámpara fluorescente compacta con una lámpara de balastra integral. El envolvente B está definido mediante un tubo alargado 20 teniendo primer y segundo extremos 22, 24. Como se conoce generalmente en la técnica, el envolvente está sellado desde el ambiente externo y contiene una carga de gas la cual es energizada a un estado de descarga aplicando y manteniendo un potencial eléctrico desde una fuente de energía. Los electrones libres desde los electrodos son acelerados mediante la diferencia de potencial y la energía cinética de los electrones es transformada en energía interna de átomos en la carga de gas a la colisión con los electrones libres. Conforme los átomos se relajan a un estado de energía menor, la energía interna de los átomos es disipada como radiación. Comúnmente, la carga de gas incluye mercurio y un gas noble, como argón, sellado de una manera hermética de gas en el tubo de descarga. Los conjuntos de electrodos son proporcionados en los extremos cerrados del tubo de descarga en donde las puntas eléctricas 26, 28 se extienden hacia afuera desde los extremos sellados. Las puntas 26, 28 tienen una primera porción dispuesta dentro del tubo sellado y una porción externa exterior del tubo sellado para conexión con el circuito energizado. Las conexiones adecuadas se hacen a las puntas desde un circuito de excitación o balastra 40, cuyos detalles son conocidos en la técnica. Un recubrimiento de fósforo 42 está provisto en la pared interna del tubo de descarga. Ei recubrimiento convierte la radiación ultravioleta del aditivo de mercurio excitado en el gas de la carga de argón en luz visible. Una vez más, los detalles particulares del recubrimiento son bien conocidos en la técnica, de manera que la discusión adicional en la presente es considerada innecesaria para una comprensión plena y completa de la presente invención.
En lugar de incrementar la carga de pared, como requieren otras soluciones para reducir la altura general del conjunto de luz, la presente invención reduce la longitud general de la lámpara doblando los extremos 22, 24, radialmente hacia adentro. En los documentos citados en la porción de los Antecedentes de la Invención de esta solicitud, se muestra la manera de la técnica anterior de terminar el primero y segundo extremos de la lámpara de descarga. Específicamente, las patas del tubo de descarga están orientadas en una dirección generalmente vertical la cual, como se describe arriba, contribuye a una longitud extendida de la lámpara fluorescente compacta que puede no ser compatible con tamaños de "arpa" de lámparas de mesa convencionales. Aquí, el tubo de descarga está formado en una configuración embobinada, preferiblemente una configuración de doble hélice, en donde el primer y segundo extremos están dispuestos en un extremo del envolvente terminado. La doble hélice forma una trayectoria de espiral continua sobre una longitud predeterminada 44, la cual es suficiente para proporcionar una salida de lumen equivalente a una lámpara incandescente de 100 wats. Como se muestra en la Figura 1 , el tubo de descarga tiene un diámetro generalmente constante 46, sobre toda su extensión longitudinal 44. Es decir, el tubo está formado en la doble hélice alrededor de un eje central o longitudinal 48. Como se muestra en la Figura 1 , el tubo completa aproximadamente una y media vueltas en cada hélice, aunque un número mayor o menor de vueltas se puede requerir para obtener diferentes longitudes de envolvente para una salida de lámpara preseleccionada. La configuración de bobina es la estructura más compacta para cualquier longitud y diámetro dado de tubo estrecho. De manera que, la habilidad para reducir adicionalmente la longitud o altura del envolvente para una estructura ya compacta se hace significativa. Como se ilustra mejor en la Figura 2, cada uno de los extremos 22, 24, es girado radialmente hacia adentro en las áreas 52, 54, respectivamente. En lugar de continuar la configuración helicoidal de diámetro generalmente constante, las porciones de extremo opuestas diametralmente, son dobladas radialmente hacia adentro en 52, 54, de manera que los extremos entran a las aberturas correspondientes 62, 64 en la base. De manera que, como se representa en las Figuras 2 y 3, los extremos entran en la base en porciones opuestas de manera generalmente diametral de la misma. Además, el doblez radial orienta los extremos generalmente perpendicular al eje 48. De esta manera, las fuerzas de jalón hacia afuera ejercidas en el envolvente en una dirección generalmente paralela al eje 48, serán resistidas por el montaje radial del envolvente en la base. Incluso se contempla que la abertura 62, si está formada como una hendidura en forma de C, puede estar definida por una estructura de embonamiento representada mediante la línea punteada 64, 66 para contemplar la conexión periférica alrededor de los extremos del envolvente. Tal configuración estructural puede eliminar la necesidad de cualquier cemento para asegurar el envolvente a la base, o, si se desea, se puede usar en conjunción con una cantidad reducida de cemento, esto, a su vez, llevaría a costos y tiempo disminuidos asociados con la fabricación de la lámpara fluorescente compacta, de conformidad con las técnicas conocidas. Como se muestra en la Figura 2 , un par de paredes o placas verticales 70, 72 sirven como lados de la porción superior del alojamiento de balastra. Cada placa tiene una abertura radial 62, 64 que recibe un extremo dirigido hacia adentro del envolvente. Además, cada placa sirve como un tope para limitar la inserción continua de la pata opuesta más allá de la otra pata como se representa generalmente por las regiones 76, 78 (Figura 2). Como también está representado en la Figura 2, los electrodos 82, 84 están separados hacia afuera de las paredes 72, 74 de la base. Esta es la región de mayor temperatura asociada con la lámpara de descarga. Como la base está formada generalmente de un material plástico, es deseable maximizar la distancia de los electrodos desde el alojamiento y proporcionar suficiente disipación de calor para proporcionar buen intercambio de calor con el ambiente externo. La pared plástica funciona como un escudo de calor en su propio derecho para limitar el calor radiado por los electrodos de que entre directamente al área del alojamiento de balastra. Además, los extremos doblados radialmente están dispuestos en una dirección generalmente horizontal y son fácilmente divididos en compartimientos para evitar que el calor generado en los electrodos entre en la región de balastra de la base. Como los extremos del envolvente están situados óptimamente para transferencia de calor con el ambiente externo, convenientemente los extremos del tubo de descarga proporcionan un punto frío que fija la presión de vapor del mercurio o amalgama en la lámpara. El alojamiento o base de las Figuras 1 -3 también está provisto con una mirilla 92 y un casco roscado externamente 94, en un extremo de la base para cooperación con un receptáculo roscado de una lámpara asociada (no mostrada). Las conexiones eléctricas apropiadas son establecidas entre la mirilla y el casco 92, 94, y los circuitos asociados de la balastra, de manera que la energía de una fuente externa es regulada por la balastra para operar la lámpara de descarga. La modalidad de las Figuras 4-6, ilustra la aplicación de la presente invención a una configuración de lámpara con clavija. Mucho de la estructura es similar a la de la modalidad de las Figuras 1 -3, de manera que los números similares se refieren a elementos similares, y la descripción previa es aplicable a esta modalidad. Sin embargo, como será evidente, la balastra no está formada integralmente en el alojamiento, sino que es un componente separado. Las conexiones tipo perno 100, 102 , y 104 se extienden desde la base para un recibo cooperativo en un alojamiento de balastra (no mostrado).
En la modalidad de las Figuras 7 y 8, se ilustra un alojamiento de balastra más compacto, tal como el que usa circuitos integrados. Se contempla que la escala y tamaño de este tipo de alojamiento se hará cada vez más pequeño conforme se desarrolle la tecnología de balastra. Si, de hecho, un alojamiento de balastra es miniaturizado para que no sea mayor que una base Edison estándar usado en lámparas incandescentes, puede ser posible una conexión entre los extremos dirigidos radialmente del envolvente del alojamiento de balastra. Mientras tanto, es necesaria una configuración ahusada, como la representada en 106, para completar la transición entre la región de balastra del alojamiento y la base estilo Edison. La modalidad de las Figuras 9-1 1 , representa un hibridación de conceptos incorporados en las modalidades previas. Un par de placas 72', 74' proporcionan facilidad de conexión del envolvente de la lámpara a la base. Además, las placas forman en compartimientos los extremos del tubo de descarga para proporcionar beneficios convenientes de transferencia de calor de una manera arriba descrita. Adicionalmente, una porción cilindrica o región inferior 1 10 de la base, proporciona área adicional para el alojamiento de los componentes de balastra a la proporcionada en la modalidad de las Figuras 1 -3. Los componentes de balastra están físicamente separados del envolvente mediante las placas en forma de compartimientos que reciben los extremos de los envolventes. Además, los electrodos todavía están colocados radialmente hacia afuera del alojamiento de manera que un efecto de temperatura en la base es minimizado. U na lámpara fluorescente compacta formada de conformidad con las enseñanzas arriba enumeradas da como resultado una lámpara que entrega aproximadamente mil setecientos (1700) lumens a cien (100) horas disipando aproximadamente (24) wats. El tubo de descarga tiene un diámetro interno promedio de aproximadamente diez (10) m en carga de gas argón presurizado a tres o cuatro (3-4) Torrs. La longitud general del envolvente es aproximadamente seiscientos setenta (670) mm dirigiendo los extremos radialmente hacia adentro, y la longitud de pata no esencial común en modalidades anteriores es eliminada para reducir la altura general del conjunto de lámpara. El alojamiento de balastra esencialmente traslapa la longitud de la primera bobina de la lámpara, al ser comparada con modalidades anteriores debido al montaje radial de los extremos de envolvente al alojamiento en lugar de formar patas que se extiendan verticalmente. Estos efectos combinados dan como resultado una reducción general en la altura de la lámpara de alrededor de trece (13) mm. De manera que, la lámpara fluorescente compacta aproxima el rastro de la lámpara incandescente de ciento cincuenta (150) wats, de manera que embona dentro de la mayoría de las "arpas" de lámparas de mesa y artefactos reflectores. Al colocar los electrodos cerca del doblez de pata, una fuente principal de calor transmitido al alojamiento y componentes de balastra está colocada muy alejada del alojamiento plástico. Esto se logra sin tener que aumentar la altura general de los electrodos, como es necesario en patas orientadas verticalmente usadas en la técnica anterior. La división en compartimientos del calor radiado por los electrodos, evita que el calor entre directamente en el alojamiento de balastra. Esto se puede lograr sin la adición de un escudo de calor entre los extremos del envolvente y el tablero de componente de balastra, una solución común de la técnica anterior, que aumenta la longitud general de la lámpara. El espaciamiento de los electrodos de los extremos del tubo, también proporciona un punto frío que fija la presión de vapor de mercurio o amalgama. Por consiguiente, en resumen, se proporciona una lámpara fluorescente compacta en la cual ambos extremos de la doble hélice o bobina están dispuestos en el mismo extremo de la lámpara. La geometría general de la lámpara proporciona la altura reducida de la lámpara dirigiendo los extremos del envolvente radialmente hacia adentro, en lugar de verticalmente hacia abajo, para montaje en la base. Además, esta geometría es igualmente aplicable a lámparas en las cuales la base está formada integralmente con los componentes de balastra en la misma, o en donde la balastra está contenida en un alojamiento separado, y en donde el alojamiento puede adoptar un número de configuraciones diferentes.
La invención ha sido descrita con referencia a las modalidades preferidas. Obviamente, se les ocurrirán modificaciones a otros a partir de la lectura y comprensión de esta especificación, y esta invención tiene la intención de incluir las mismas, siempre y cuando estén dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y los equivalentes de las mismas.