NO168976B - Kompaktlysroer og fremgangsmaate til dets fremstilling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et såkalt kompaktlysrør, det vil si en gassut-ladningslarape bestående av to eller flere parallelle rør forbundet nær sine ender slik at der dannes et felles utladningsrom mellom to elektroder plassert i de lengst fra hverandre beliggende ender av utladningsrommet. Disse ender er gasstett tilsluttet en felles sokkel som inneholder tennere og nødvendige koblingsorganer og er utstyrt med kontaktstifter for strøm-tilførsel.

Til kompaktlysrørets fremstilling er der skaffet en hensikts-messig fremgangsmåte.

Kompaktlysrør er tidligere kjent i flere ulike former, idet det for utførelsene med bare to rette rør forekommer to dominerende utforminger. Den ene av disse kan lettest beskrives som en opp-og nedovervendt U med lysrørets elektroder plassert i rørets frie ender og med disse ender festet i en felles sokkel. Den andre utformingen ligner en H med den horisontale broen svært høyt plassert. Ved dette lysrør er elektrodene anbragt i de rør som ligger lengst borte fra broen. Her er likedan de med elektroder utstyrte rørender plassert i en felles sokkel inneholdende tennere og koblingsorganer. Ved begge utformingene er rørene belagt innvendig med et lyspulver av valgfri sammensetning. Dette lyspulver forvandler det av utladningen dannede ultrafiolette lys til synlig lys.

Varianter av kompaktlysrør med flere enn to rette rørstykker

har vanligvis fire av dette slaget. Disse kan beligge i et plan eller være plassert i hjørnet på et kvadrat, idet de utgjør et tenkt tverrsnitt vinkelrett på rørenes symmetriakser. Tverr-forbindende sammenkoblinger mellom de rette rør er anbragt vekselvis mellom rørenes lengst fra sokkelen beliggende ender og de ender som ligger nærmest denne. Bare det første og siste røret er forbundet med lampens sokkel, og det er i de til denne tilsluttede rørender som elektrodene er anbragt i. På dette vis dannes et sammenhengende utladningsrom som elektronstrømmen mellom elektrodene ved lampens drift gjennomløper. At elektron-

strømmen må endre retning ved overgang fra et rett rør via et sammenbindingsrør til et annet rett rør er uvesentlig for lys-utbyttet, så fremt sammenbindingsrøret ikke har mindre diameter enn de rette rør.

Ved kompaktlysrør som ved andre lavtrykks-gassutladningslamper dannes der mellom elektrodene en positiv lysbuesøyle, som i lampen går gjennom en edelgass blandet med kvikksølvdamp. Gass-trykket i et kompaktlysrør holdes under 500 Pascal (Pa), og ved driftstemperatur utgjør kvikksølvets partialtrykk mindre enn 1 Pa av dette.

Edelgassens funksjon er å lette lampens tenning ved en aksep-tabel startspenning og å høyne sansynligheten for kollisjoner mellom elektronene og kvikksølvatomer ved lampens drift. Ved det lave kvikksølvdamptrykket som forekommer ved 4 0°C, oppståre et optimum for dannelse av kvikksølvets resonanslinje, som ligger i det ultrafiolette området, nemlig ved 253,7 og 185 nanometer (nm). Av det således dannede lys svarer det av den lengre bølge-lengde for 85% av intensiteten, mens den kortere bølgelengden bidrar med 15%. Om det bare fantes kvikksølvdamp i et lysrør ville elektronene praktisk talt bare kollidere med rørets vegger og kvikksølvatomer, hvorved elektronenergien ved fraværet av lyspulver ville bli omformet til varme og ikke til lys.

Et kompaktlysrør av den ovenfor beskrevne H-form og en frem-stillingsmetode for dette er beskrevet i EP-Al-0094133 (søknads-nummer 83200640.7). Den deri beskrevne oppfinnelse har til hensikt å frembringe en pålitelig lukning av de rette rørs ender, i hvis nærhet tverrforbindelsesrøret dem i mellom blir utformet i et senere fremstillingstrinn. En ikke uttalt hensikt er at de tynnveggede overgangene mellom de rette rør og disses endeflater skal kjøles såpass av omgivende luft at kondensasjon av i lys-røret inneholdt kvikksølv finner sted her. På denne måte opp-retteholdes et balansert kvikksølvdamptrykk i lysrøret fordi ingen opphetende utladning forekommer i de rette rørs ender bortenfor tverrforbindelsesrøret.

I henhold til artikkel 54, § 3, EPC, bør EP-A-2-0184214 anses å vise lysrør med et antall forsnevringer i rørveggen og som tjener til å presse utladningsgassen sammen slik at lampespen-ningen øker. Disse forsnevringene gir et meget lite fritt tverrsnittsareal i røret, hvorgjennom den positive søylen passerer mellom lampens elektroder.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et kompaktlysrør med en slik utforming at kvikksølvets partialtrykk i utladningsrommet under lysrørets drift holdes på det nivå som gir maksimal effekt med hensyn til utladningens dannelse av stråling ved kvikksølvets resonanslinjer.

Et ytterligere formål er å avskjerme lysrørets eletroder slik at der av disse frembragte varme får en begrenset forplantning. Derved sikrer man at en større del av de rette rørene med sine lengst fra lysrørets sokkel beliggende ender får en temperatur som ikke overstiger 40°C. Dette er av særlig stor betydning,

da kompaktlysrør plasseres i armaturer med reflektorer eller i kupler. Ved slike plasseringer ventileres ikke den av lysrøret avgitte varme bort i tilstrekkelig grad, slik at temperaturen overstiger 40°C inni lysrøret. Derved stiger kvikksølvdamtrykket i dette, hvilket fører til lavere intensitet i dannelsen av stråling ved kvikksølvets resonanslinjer.

For å oppnå de angitte hensikter er oppfinnelsen gitt de i de etterfølgende patentkrav viste trekk.

Oppfinnelsestanken baserer seg på at det i et utladningsrom

med den utførelse som anvendes ve.d kompaktlysrør konsentreres den negative romladningen til rørets vegger, og en posivtiv søyle dannes mellom elektrodene med romladningen 0 langsetter aksen. I hvert øyeblikk etter at lysrøret er tent er utladningen mellom katode- og anodeområdene enhetlig i aksialretningen. Ved utladningen dannes samtidig positive ioner og elektroner. Disse konsentreres gjennom diffusjon til rørveggen. Ettersom søylen er enhetlig i aksialretningen, skjer intet partikkeltap i denne retning. Ved diffusjon beveger elektronene seg meget hurtigere enn de positive ionene på grunn av elektronenes mindre masse, hvorved der utvikles en positiv romladning fra rørets sentrum

og utetter. Dette forbedrer forutsetningen for utladning i den positive søylen og øker dermed effekten av ultrafiolettstrålingen•

Den metode som er valgt for å begrense varmeforplantingen fra elektrodene innebærer at de rette rørene innsnevres foran elektrodene. Det har derved overraskende vist seg at lysrørets levetid mangedobles. Årsaken til dette er vist å være at forsnevringen av glassrørene foran elektrodene i utladningsstrømmens vei innebærer at elektrontettheten øker under den halvperiode elektrodene fungerer som anode. Herav følger at anodefallet reduseres, hvilket medfører redusert temperatur på emisjons-massen som elektrodene er belagt med. Denne reduserte temperatur minsker fordampingshastigheten for emisjonsmaterialet. Dette fører til øket levetid for elektroden og dermed for kompaktlys-røret.

Et vesentlig bidrag til økning av levetiden for elektroden gir den refleksjon av fordampet emisjonsmateriale som skjer fra det forsnevrede rommet rundt elektroden, hvilket begrenses av forsnevringen av glassrøret foran elektroden. De ioner av emisjonsmaterialet som under en halvperiode frigjøres fra elektrodeoverflaten har meget begrensede muligheter for å bevege seg i den i lysrøret dannede positive søylens aksialretning. Forsnevringen medfører at den positive søylen sammentrykkes radi-elt, hvorved bare en minimal negativ romladning eksisterer langs rørveggen i selve forsnevringen. Derved blir de frigjorte ionene tilbake i det forsnevrede rommet nærmest elektroden for under neste halvperiode å falle tilbake til elektrodeoverflaten.

Ionene som frigjøres fra emisjonsmaterialet har betydelig større masse enn elektronene omkring elektroden og beveger seg derfor langsommere. Derav følger at ionene ikke i nevneverdig grad når fram til rørveggen innen utladningsstrømmen forandrer retning, og at de altså ikke utfelles på glassveggen, noe som ellers innebærer at denne svertes.

Foruten at forsnevringen av rørveggen foran elektroden fører

til refleksjon av emisjonsmaterialet og derigjennom sterkt beg-renser nedbrytningen av dette, minsker det forekomstene av ioner fra emisjonsmaterialet i utladningsrommet. Da en del av dette

kan holdes på en temperatur på 40°C, blir kvikksølvets damptrykk under 1 Pa eller omtrent 0,5 x 10 3 torr, hvilket er det trykk hvorved den relative virkningsgraden for lysbues dannelse av resonansstråling i kvikksølvdamp kuliminerer. Ved lavere partialtrykk -av kvikksølvdampen blir det for spredt mellom kvikksølv-atomene, slik at der blir færre kollisjoner mellom disse og elektroner og således færre eksiterte fotoner eller lavere intensitet av ultrafiolett strålingen. Ved høyere partialtrykk av kvikksølvdampen blir det så tett mellom kvikksølvatomene at alt for mange kollisjoner mellom disse og elektroner blir elastiske, noe som også fører til færre eksiterte fotoner. Den lave mengden av ioner fra emisjonsmaterialet fører således til at meget få elektroner går tapt i kollisjoner med slike ioner. Altså kol-liderer et stort antall elektroner med kvikksølvatomer, hvilket fører til høy virkningsgrad, det vil si høyt lysutbytte pr. tilført watt. Målinger har vist at et kompaktlysrør i henhold til oppfinnelsen gir 3,5 lumen pr. watt større lysutbytte enn hittil kjente lysrør av denne art.

Lengden på de rette rørene er mellom 4 og 25 ganger deres innerdiameter, idet dette forholdet avhenger av lampens wattstyrke.

Det er en fordel om innerdiameteren i forsnevringene er 3 0-80% av innerdiameteren i de rette rørene og fortrinnsvis 40-50% av denne diameter.

I det følgende vil det bli beskrevet en foretrukken utførelses-form av kompaktlysrøret, samt en fremgangsmåte til å fremstille dette med henvisning til etterfølgende tegning, på denne viser

Fig. 1 kompaktlysrøret delvis gjennomskåret,

Fig. 2 et rett glassrør som er utgangsmaterialet for kompakt-lysrøret,

Fig. 3 glassrøret innvendig belagt med lyspulver,

Fig. 4 glassrøret ferdig til å forsynes med forsnevringer og Fig. 5 glassrøret med forsnevringer, elektroder og pumperør.

Kompaktlysrøret 1 består av to rette rør 2, 3 innvendig belagt med et lyspulver av 2- eller 3-båndstype, og et rør som for-binder dem, beliggende ved de rette rørs første ender 5, 6. De rette rørs andre ender 7, 8 er gasstettet tilsluttet en felles sokkel 9. Denne er på sin av rørene 2, 3 motstående side utformet med et i tverrsnitt rektangulert hus 10, inneholdende tennere og koblingsorganer. På begge sider av huset 10 finnes kontaktstifter 11, 12 til kompaktlysrørets 1 strømforsyning.

Rørene 2, 3 er nær sine andre ender 7, 8 utformet med forsnevringer 13, 14. Ved en innvendig rørdiameter på 10 mm kan forsnevringene 13, 14 ha en innvendig diameter på 4 mm. Herigjennom avgrenses et rom ved den annen ende 8 av røret 3, i hvilket en elektrode 15 er anbragt. Denne bæres av to tilførsels-ledninger for strøm 16 som er innsmeltet i en klemmfot 17 og som står i forbindelse med kontaktstiften 12 og tenneren i huset 10. Tilsvarende deler finnes i den annen ende 7 av røret 2.

Vanligvis er lysrør fylt med edelgassen argon med omtrent 3 torrs trykk. Om man minsker diameteren på forsnevringene 13, 14 øker kompaktlysrørets 1 driftsspenning, hvilket ikke er ønske-lig. En måte å motvirke dette på har vist seg å være å tilsette krypton i edelgassfyllingen. Da denne gass er meget kostbar vil man minimere tilsetningen. En kryptontilsetning mellom 50 og 90% gir merkbar virkning, mens høyere kryptontilsetninger i edelgassfyllingen ikke innebærer at man ytterligere kan minske diameteren på forsnevringene 13, 14.

Gjennom forsnevringen 14 dannes der omkring elektroden 15 et rom i hvilket av elektrodens emisjonsmaterialet frigjorte ioner, fremfor alt bariumioner, forekommer med relativt høy konsentra-sjon. Forsnevringen 14 fører til at den mellom kompaktlysrørets 1 begge elektroder dannede positive søyle fyller godt ut det rette rørets tverrsnitt i forsnevringen 14. således forhindrer i høy grad mulighetene for at ionene fra emisjonsmaterialet kan komme ut av rommet omkring elektroden 15. Da strømmen i neste halvperiode skifter fase, faller disse ionene så godt som full-stendig til overflaten av elektroden 15, hvorigjennom elektroden 15 kan benyttes i minst 15 000 timer.

Fremgangsmåten som benyttes til fremstilling av kompaktlysrøret

1 kan beskrives som følger.-

Man starter med et rett glassrør av standard kvalitet, f.eks. med utvendig diameter 12 mm og innvendig diameter 10 mm (fig. 2). Dette belegges på kjent måte innvendig med et lyspulver, inneholdende fluorescensstoffer av valgfri sammensetning. Deretter avbrennes lyspulveret og det dannes et stabilt fluorescens-sjikt (fig. 3). Neste skritt i fremstillingen innebærer at glass-røret festes i en glassdreiebenk og bringes til å rotere, hvoretter gassflammer 20 holdes nær rørets ender, hvilke i det fer-dige kompaktlysrøret vil utgjøre de andre ender 7, 8. Når glass-røret har nådd mykningstemperatur i de ringformede partier hvor gassflammene 20 varmer det, presses to mot gassflammene 20 motstående formingshjul 21 mot røret. Hjulene fører til faste stopper på glassdreiebenken og disse bestemmer dybden på forsnevringene 13, 14. Deretter varmes rørets ender utvendig og klem-føtter med elektroder 15 båret av strømledningene 16 fastsmeltes på i og for seg kjent måte. Et pumperør er tilsluttet en gjennom-føring i klemfoten 17 (fig. 5). Dette utnyttes først ved ferdig-gjørelsen av glassrøret i den form det skal ha innen glassrøret monteres i sokkelen 9. Før selve sokkelmonteringen spyles glass-røret rent gjennom pumperørene 21, 23 med inertgass, hvoretter det ene pumperøret 23 smeltes av. Deretter evakueres glassrøret, edelgassen fylles til ønsket trykk og nødvendig mengde kvikksølv innføres. Til slutt avsmeltes det annet pumperør 2, og glass-røret monteres på kjent måte i sokkelen 9 ved hjelp av sokkel-kitt.

Kompaktlysrøret er her beskrevet på sin enkleste form, det vil

si med to parallelle rør. Det er dog mulig å fremstille et kom-pakt lysrør i henhold til oppfinnelsen med valgfritt antall rette rør. Ettersom det dominerende ønskemål dog er å ha sokkel bare i den ene enden av lampen, må det bli spørsmål om et jevnt antall parallelle, rette rør til dannelse av en lampe. Derved forsynes de rette rør med rør svarende til forbindelsesrør 4, vekselvis plassert mellom de ender til to rette rør som ligger lengst borte fra sokkelen 9 henholdsvis de ender som ligger

nærmest denne sokkel. De rette rørene gis en lengde som er til-passet lysrørets wattverdi.

Claims (6)

1. Kompaktlysrør bestående av to eller flere parallelle, rettede rør, side om side, hvert dannet med en første (5,6) og en annen (7,8) ende, hvor rørene er sammenkoblet i nærheten av sine første ender (5,6) og dermed danner et sammenhengende, bøyd utladningsrom som strekker seg mellom to elektroder (15) plassert i utladningsrommets respektive ytre ender som utgjøres av de andre ender (7,8) av de to rør ^2,3), hvor disse andre ender (7,8) er forbundet til en felles sokkel (9) som inneholder tennere og forkoblingsanordninger, karakterisert ved at de rette rør (2,3) har forsnevringer (13,14) i området nær sine andre ender (7,8) som er forbundet med sokkelen, idet forsnevringene (13,14) delvis avgrenser volumet av utladningsrommet nærmest lysrørets elektroder (15) og er innrettet til å konsentrere den positive søyle som dannes mellom elektrodene (15) når lampen er i drift, og at beregnet mellom forsnevringene (13,14) og de første rørender (5,6), er de rette rørs (2,3) lengde mellom 4 og 25 gangers rørenes innerdiameter.

2. Kompaktlysrør i henhold til krav 1, karakterisert ved at forsnevringenes (13,14) innerdiameter er 30-80% av innerdiameteren til de rette rør (2,3), fortrinnsvis 40-50% derav.

3. Kompaktlysrør i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det har en edel-gassfylling som består av inntil 90 % krypton.

4. Kompaktlysrør i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at dets elektroder (15) er belagt med et emisjonsmateriale som avgir bariumioner under, lampens bruk.

5. Fremgangsmåte til fremstilling av et kompaktlysrør i henhold til krav 1, omfattende et bøyd utladningskammer bestående av to deler, hvert dannet av et rett glassrør (2,3), hvilke rør (2,3) som utgjør de nevnte deler, er innvendig belagt med et lyspulver som brennes av innen endene (7,8) forbindes med lampesokkelen, karakterisert ved at fremgangsmåten dessuten omfatter å rotere glassrøret omkring dets lengdeakse, å varme opp røret omkring ringformede avsnitt i nærheten av de nevnte ender, idet formingshjul (21) presses mot de oppvarmede ringformede avsnitt av røret for å danne forsnevringer (13,14), hvoretter endene (7,8) oppvarmes slik at klemføtter (17) inneholdende elektroder (15) og et pumperør (22,23) kan innsmeltes gasstett i utladningsrommets ender, hvoretter utladningsrommet på i og for seg kjent måte gis sin endelige form.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at glassrøret under dannelsen av forsnevringene (13,14) er oppspent i en glassdreiebenk, at oppvarmingen av endene (7,8) skjer ved hjelp av gassflammer, og at formingshjulene (21) med konstant hastighet føres mot stopper som hindrer deres forskyvningsbevegelse.