BR0305423B1 - lámpada elétrica, haste para uma lámpada elétrica, invólucro de lámpada, lámpada de descarga de vapor de mercúrio, e, vidro. - Google Patents

Description

"LÂMPADA ELÉTRICA, HASTE PARA UMA LÂMPADA ELÉTRICA,INVÓLUCRO DE LÂMPADA, LÂMPADA DE DESCARGA DE VAPORDE MERCÚRIO, E, VIDRO"

A invenção relaciona-se a uma lâmpada elétricacompreendendo um componente de vidro possuindo uma composição.

A invenção também se relaciona a uma haste para umalâmpada elétrica possuindo uma porção de vidro fabricada a partir de umvidro possuindo tal composição.

A invenção também se refere a um invólucro de lâmpadafabricado a partir de um vidro possuindo tal composição.

Em adição, a invenção relaciona-se a uma lâmpada dedescarga de vapor de mercúrio compreendendo um invólucro de lâmpadas, oinvólucro de lâmpada abrangendo de modo estanque a gás, um espaço dedescarga provido de um preenchimento de mercúrio e um gás raro, oinvólucro de lâmpada compreendendo meio de descarga para manter umadescarga no espaço de descarga.

Em lâmpadas de descarga de vapor de mercúrio, o mercúrioconstitui o componente primário para a geração (eficiente) de luz ultravioleta(UV). Uma camada luminescente compreendendo um material luminescente(por exemplo, um pó fluorescente) pode estar presente em uma parede internado invólucro de lâmpada, também conhecida como vaso de descarga, paraconverter UV para outros comprimentos de onda, por exemplo, para UV-B eUV-A para finalidades de bronzeamento (lâmpadas de painel solar) ou pararadiação visível para fins de iluminação geral. Tais lâmpadas de descarga sãoportanto, também referidas como lâmpadas fluorescentes. Alternativamente, aluz ultravioleta gerada pode ser usada para fabricar lâmpadas germicidas(UV-C). O invólucro de lâmpada de uma lâmpada de descarga de vapor demercúrio de baixa pressão é usualmente tubular e de seção circular ecompreende ambas realizações alongada e compacta. Geralmente, o invólucrode lâmpada tubular de uma assim chamada lâmpada fluorescente compactacompreende uma coleção de partes retas relativamente curtas possuindo umdiâmetro relativamente pequeno, cujas partes retas são conectadas juntas pormeio de partes em ponte ou partes em forma de arco. Lâmpadas fluorescentescompactas são usualmente providas de uma cobertura de lâmpada (integrada).

O invólucro de lâmpada de uma lâmpada de descarga de vaporde mercúrio por exemplo, uma lâmpada fluorescente, é geralmente feito deum tipo de vidro barato assim chamado cal de soda. Lâmpadas fluorescentescompactas são geralmente feitas de vidro sem chumbo rico em Ba-Sr.Independente de partes retas ou curvas, o invólucro de lâmpada pode tambémcompreender (duas) hastes de vidro assim chamadas as porções deextremidade onde o invólucro de lâmpada é hermeticamente selado, citadasporções de extremidade habilitando a passagem dos condutores defornecimento de corrente.

No relatório descritivo da patente americana US 5.925.582 édada uma descrição de um vidro possuindo um baixo teor de sódio para usoem lâmpadas fluorescentes. O vidro conhecido contém menos de 0,1% porpeso de Na2O. Entretanto, a temperatura líquida (Tiiq) é ainda relativamentealta, o que torna o processamento de lâmpadas elétricas com um invólucro delâmpada feito deste vidro conhecido, relativamente difícil.

E um objetivo da invenção eliminar a desvantagem acima totalou parcialmente. Deveria ser possível fundir o vidro em formas existentes e ovidro deveria ser facilmente processável para formar, entre outros, tubos devidro e, subseqüentemente, invólucros de lâmpada. O vidro deveria tambémser livre de PbO e outros componentes voláteis, tóxicos ou corrosivos taiscomo Sb2O3, As2O3 e F. Como os vidros conhecidos, o vidro de acordo com ainvenção é preferivelmente livre de B2O3 e ZrO2. B2O3 é desvantajoso porqueé caro e agressivo em relação ao material refratário do forno de vidro. ZrO2afeta negativamente o comportamento de fusão do vidro. Um outro objetivoda invenção é prover um vidro mais barato.

A invenção também objetiva prover uma lâmpada de descargade vapor de mercúrio compreendendo um invólucro de lâmpada, emparticular uma haste ou invólucro de lâmpada tubular, que é feito de talcomposição de vidro, a lâmpada possuindo propriedades de processamentofavoráveis. As outras propriedades físicas deveriam coincidir com aquelas dosvidros contendo sódio usados habitualmente.

De acordo com a invenção, a lâmpada elétrica compreende umcomponente de vidro onde a composição do componente de vidro ésubstancialmente livre de PbO e compreende, expressa por uma porcentagempor peso (denotada por % em peso), os seguintes constituintes:

55-70% em peso de SiO2,

<0,1% em peso de Al2O3,

0,5-4% em peso de Li2O,

0,5-3% em peso de Na2O,

10-15% em peso de K2O,

0-3% em peso de MgO,

0-4% em peso de CaO,

0,5-5% em peso de SrO,

7-10% em peso de BaO.

O citado vidro possui uma temperatura de líquido (Tiiq) que épelo menos IOO0C mais baixa que a do vidro conhecido. Tal vidro possuipropriedades de fusão e processamento favoráveis. A composição do vidro émuito adequada para puxamento de tubo de vidro e para uso como uminvólucro de lâmpada em uma lâmpada fluorescente, em particular uminvólucro de lâmpada tubular para lâmpada fluorescente compacta (CFL), naqual a carga da parede é mais alta do que em uma lâmpada "TL" (lâmpadafluorescente tubular reta normal) devido ao menor diâmetro do invólucro delâmpada. O vidro pode também ser usado adequadamente para fabricarinvólucros de lâmpada em forma de bulbo para lâmpadas fluorescentes, taiscomo as assim chamadas lâmpadas de descarga de vapor de mercúrio semeletrodo ou "QL". O vidro pode também ser usado adequadamente parafabricar outras partes do invólucro de lâmpada, tais como hastes.

Esta composição de vidro não compreende os componentesprejudiciais acima mencionados PbO, F, As2O3 e Sb2O3.

O teor de SiO2 está limitado a 55-70% em peso. Emcombinação com os outros constituintes, o citado teor de SiO2 conduz a umvidro facilmente fundível. Conforme conhecido na técnica, SiO2 serve comoum formador de malha. Se o teor de SiO2 está abaixo de 55% em peso, acoesão do vidro e a resistência química são reduzidas. Um teor de SiO2 acimade 70% em peso impede o processo de vitrifícação, faz com que a viscosidadese torne alta demais e aumenta o risco de cristalização da superfície.

A ausência substancial de Al2O3 tem as seguintes vantagens. Atemperatura de líquido (Tliq) é reduzida de pelo menos IOO°C devido apropriedades de cristalização favoráveis. A ausência de Al2O3 na composiçãode vidro de acordo com a invenção, se comparada com aquela da composiçãode vidro conhecida, não tem uma influência prejudicial na resistência químicanem na resistência a desgaste do vidro. Em adição, o vidro de acordo com ainvenção apresenta uma baixa tendência de cristalização bem como umaviscosidade e temperatura de amolecimento (Tamol.) habilitando um bomprocessamento do vidro.

Os óxidos de metais alcalinos Li2O, Na2O, e K2O são usadoscomo agentes de fusão e conduzem a uma redução na viscosidade do vidro.Se ambos óxidos de metal alcalino são usados na composição acima, então oassim chamado efeito alcalino misto faz com que a resistência elétrica sejaaumentada e Tliq seja reduzida. Em adição, os óxidos de metais alcalinospredominantemente determinam o coeficiente de expansão α do vidro. Isto éimportante porque precisa ser possível selar o vidro ao vidro da haste e/oucondutores de fornecimento de corrente, por exemplo, de fio de ferro/níquelrevestido de cobre, de tal modo que o vidro esteja livre de esforços. Se o teorde óxido de metal alcalino estiver abaixo dos limites indicados, o vidroapresentará um valor de α baixo demais (coeficiente de expansão limiar), eTamoi. (ponto de amolecimento) será alto demais. Acima dos limites indicados,o valor de α será alto demais. Li2O causa uma redução maior de Tam0I. do queK2O5 o que é desejável para obter uma ampla assim chamada "Faixa deTrabalho" (= Ttrab. - Tam0I.). Um teor de Li2O alto demais conduz a umaumento excessivo de Tiiq. Em adição, Li2O é um componente caro, de talforma que, também do ponto de vista econômico, o teor de Li2O é limitado.

BaO apresenta a propriedade favorável de fazer com que aresistência elétrica do vidro aumente e Tam0L diminua. Abaixo de 7% em pesoa temperatura de fusão (Tfusao), Tam0I., e a temperatura de trabalho (Ttrab.)aumentam demais. Acima de 10% em peso, a temperatura do líquido (Tiiq) edaí a tendência de cristalização aumentam demais.

Os óxidos de metais alcalino terrosos SrO, MgO e CaOapresentam a propriedade favorável de conduzirem a uma redução de Tfusao.

Preferivelmente, a composição do vidro compreende: 65-70%em peso de SiO2, 1,4-2,2% em peso de Li2O, 1,5-2,5% em peso de Na2O, 11-12,3% em peso de K2O, 1,8-2,6% em peso de MgO, 2,5-5% em peso de CaO52-3,5% em peso de SrO, 8-9,5% em peso de BaO. O vidro de acordo com ainvenção tem um Tiiq < 800°C favorável e daí tende fortemente para acristalização durante a fabricação do vidro e durante o puxamento do tubo devidro a partir do citado vidro. Mantendo as concentrações na faixa preferida eem virtude de uma ampla Faixa de Trabalho de pelo menos 3IO0C e um baixoTam0L (700°C), o vidro pode ser conformado em um tubo, sem quaisquerproblemas, por meio, por exemplo, do processo Danner ou Vello conhecidosna técnica. Em adição, o preço de custo da composição de vidro preferida éreduzido.O citado vidro possui propriedades de fusão e processamentofavoráveis. O coeficiente de expansão linear pode ser sintonizado paracoincidir o vidro com outros vidros. Em adição, os outros parâmetros físicospodem ser escolhidos para serem aproximadamente iguais àqueles dos vidrosconhecidos (ver também Tabela II) abaixo. A composição do vidro de acordocom a realização preferida da invenção é muito adequada para puxamento detubo de vidro e para uso como um invólucro de lâmpada ou haste em umalâmpada fluorescente.

Preferivelmente, a soma das concentrações de Li2O, Na2O eK2O está na faixa de 14 a 16% em peso. Preferivelmente, a soma dasconcentrações de SrO e BaO está na faixa de 10 a 12,5% em peso. Mantendoas concentrações nas faixas preferidas, o coeficiente de expansão linear dacomposição de vidro preferida apresenta propriedades favoráveis.

A composição de vidro de acordo com a invenção pode serrefinada por meio de Na2SO4, de tal modo que o vidro pode conter até 0,2%em peso de SO3. O vidro pode conter adicionalmente uma impureza na formade aproximadamente 0,5% em peso de Fe2O3, preferivelmente menos de 0,2%em peso de Fe2O3, que se origina dos materiais brutos utilizados. Senecessário, até 0,5% em peso de CeO2, preferivelmente menos que 0,2% empeso de CeO2, é adicionado ao vidro para absorver radiação UV indesejável.

No sentido de obter uma manutenção luminosa satisfatória dalâmpada e manter o consumo de mercúrio baixo, é conhecido na técnicaprover a superfície interna do invólucro de lâmpada com um revestimentoprotetor, por exemplo, de Y2O3. Deficiências de tais revestimentos protetores,por exemplo, a perda na transmissão de luz, podem agora ser prevenidos. Nocaso de uma composição de vidro de acordo com a invenção, tal revestimentoe daí uma etapa de processo adicional, não são mais necessários, conduzindoa uma redução de custo na fabricação da lâmpada.

Estes e outros aspectos da invenção podem são aparentes eserão esclarecidos com referência às realizações descritas posteriormente.

Nos desenhos:

Fig. 1 é uma vista seccional em corte de uma lâmpada dedescarga de vapor de mercúrio de baixa pressão com um invólucro delâmpada feito de um vidro com uma composição de acordo com a invenção;

Fig. 2 é uma elevação lateral de lâmpada fluorescentecompacta com um invólucro de lâmpada feito de um vidro com umacomposição de acordo com a invenção;

Fig. 3 é uma vista em perspectiva de uma haste para umalâmpada elétrica feita de um vidro com uma composição de acordo com ainvenção, e

Fig. 4 mostra a manutenção luminosa (Iumens) como umafunção do peso de pó fluorescente de uma lâmpada de descarga de vapor demercúrio de baixa pressão com um invólucro de lâmpada feito de um vidrocomo uma composição de acordo com a invenção, se comparado com uminvólucro de lâmpada feito a partir do vidro conhecido.

As figuras são puramente diagramáticas e não são desenhadasem escala. Notadamente, algumas dimensões são mostradas em uma formafortemente exagerada para maior clareza. Componentes similares nas figurassão denotados tanto quanto possível pelos mesmos numerais de referência.

Fig. 1 mostra muito esquematicamente uma vista seccional deuma lâmpada de descarga de vapor de mercúrio de baixa pressão com um.invólucro de lâmpada tubular 10 que é de seção reta circular e é feito de umvidro possuindo uma composição de acordo com a invenção. Os condutoresde fornecimento de corrente 12 que estão conectados aos eletrodos 13 sãoprovidos de modo a passar através das paredes do invólucro de lâmpada 10.Cada um dos eletrodos 13 na Fig. 1 compreende um enrolamento detungstênio revestido com um material emissor de elétrons, aqui uma misturade óxido de bário, óxido de cálcio e óxido de estrôncio. Uma camada dematerial fluorescente (fósforos) 14 é provida na superfície interna doinvólucro de lâmpada 10. O mercúrio metálico 15, que evapora após a igniçãoda lâmpada, está presente dentro do invólucro de lâmpada 10. Antes de tallâmpada ser selada, esta é preenchida com argônio possuindo uma pressão deaproximadamente 700 Pa. Em uma realização alternativa da lâmpada dedescarga de vapor de mercúrio de baixa pressão, o invólucro de lâmpada éprovido de um amálgama.

A saída luminosa da lâmpada (em lumens) após 4000 horas defuncionamento diminuiu de cerca de 2% em relação à saída luminosa noinício do período de operação (ponto de referência = 100 horas). Amanutenção dos lumens da lâmpada é similar àquela de uma lâmpada feita deum vidro com a composição conhecida, provida de um revestimento internoprotetor de Y2O3.

Fig. 2 é uma elevação lateral esquemática de uma lâmpadafluorescente compacta. A lâmpada é composta de quatro invólucros delâmpadas paralelos 1 (somente dois dos quais são mostrados nos desenhos)que são feitos de um vidro possuindo uma composição de acordo com ainvenção. Os invólucros de lâmpadas são conectados um ao outro por umaponte 4. A lâmpada também compreende uma base de lâmpada 2 paraacomodar circuitos eletrônicos e um meio de fixação de lâmpada rosqueado 3que deve ser instalado em uma luminária, e através do qual a tensão principalé fornecida. Devido à carga de parede substancial, o uso de um vidro deacordo com a invenção é particularmente vantajoso.

Um vidro de uma composição de acordo com uma realizaçãoparticularmente favorável foi preparado, compreendendo 68% em peso deSiO2, 1,6% em peso de Li2O, 1,9% em peso de Na2O, 11% em peso de K2O,2,4% em peso de MgO, 4,5% em peso de CaO, 2,1% em peso de SrO, 8,3%em peso de BaO (ver Tabela I). A composição do vidro compreende também0,05% em peso de Fe2O3, aproximadamente 0,06% em peso de SO3, eaproximadamente 0,05% em peso de CeO2. Preferivelmente, a soma dasconcentrações de Li2O5 Na2O e K2O nesta realização da composição do vidroé aproximadamente 14,5% em peso, e a soma das concentrações de SrO eBaO é aproximadamente 10,4% em peso, dando ao vidro um preço de custorelativamente baixo. A operação de fusão é realizada em um cadinho deplatina em um forno aquecido a gás, a 1450°C. Para materiais básicos é feitouso de areia de quartzo, dolomita (CaCO3MgCO3) e os carbonatos de Li, Na,K, Sr e Ba. O agente refinador usado é Na2SO^ Durante a fusão eprocessamento adicional, não ocorrem problemas particulares. Paracomparação, a Tabela I mostra um exemplo de um vidro possuindo um baixoteor de sódio de acordo com o relatório descritivo de patente americana US4.925.582.

Tabela I: Composição de vidro de acordo com uma realização particularmentefavorável da invenção

<table>table see original document page 10</column></row><table>

A Tabela II apresenta as propriedades físicas da composiçãode vidro de acordo com coma a invenção, comparada à composição de vidroconhecida.Tabela II: Propriedades físicas das composições de vidro de acordo com aTabela I

<formula>formula see original document page 11</formula>

Os símbolos na Tabela II possuem os seguintes significados:α25-300..10-6/°C: coeficiente médio de expansão linear entre 25°C e 300°CTdeform.(°C):temperatura na qual n (viscosidade)=1014'5dPa.s,denominado ponto de deformação

Trecoz.(°C):temperatura na qual n (viscosidade)=1013'°dPa.s,denominado ponto de recozimento

Tamol.(°C):temperatura na qual η (viscosidade)=107'6dPa.s,denominado ponto de amolecimento

Ttrab.(°C):temperatura na qual η (viscosidade)=104'°dPa.s,denominado ponto de trabalho

Tfusao.(°C):temperatura na qual η (viscosidade)=102,0dPa.s,denominado ponto de fusão

rho (ohm.cm): resistência específica

Tk100(°C): temperatura na qual rho= 10 ohm.cmTkrho(°C): temperatura na qual rho= IO6'52 ohm.cmlog(rho)250: logaritmo na base 10 de rho a 250°Clog(rho)350: logaritmo na base 10 de rho a 250°CTliq(°C): temperatura acima da qual o vidro não cristaliza maiss.m. (kg/dm3): massa específica

W.R. (ºC): Faixa de Trabalho = T trab. - Tamol

O resultado notável da comparação das composições de vidrona Tabela II é que todas as propriedades físicas são aproximadamente asmesmas para a composição de vidro de acordo com a invenção, e para acomposição de vidro conhecida, exceto quanto à temperatura do líquido, queé aproximadamente 140°C mais baixa que aquela da composição de vidroconhecida. O citado Tliq baixo habilita o vidro a ser puxado em tubos que sãolivres de cristais. A ampla Faixa de Trabalho e a baixa Tamol. apresentam umefeito favorável no processo de conformação, por exemplo o processo deDanner ou Vello.

Surpreendentemente, o consumo das lâmpadas de descarga devapor de mercúrio feitas a partir do vidro com uma composição de acordocom a invenção, é aproximadamente o mesmo da lâmpada de descarga devapor de mercúrio feita do vidro conhecido. O uso do vidro de acordo com ainvenção, conduz a um consumo de mercúrio comparável na lâmpada. O usodo vidro de acordo com a invenção, faz com que um revestimento protetorinterno, por exemplo Y2O3 seja redundante. Uma vantagem adicional do vidroé que este possui uma Faixa de Trabalho relativamente larga, uma Tamol.relativamente baixa e uma Tliq favorável, de tal modo que o vidro pode serpuxado em um tubo de vidro sem quaisquer problemas.

Fig. 3 é uma vista em perspectiva diagramática de uma hastepara uma lâmpada elétrica, feita de um vidro com uma composição de acordocom a invenção. A citada haste compreende um refletor 23, condutores defornecimento de corrente 22 de fio revestido de cobre, um tubo de exaustão27 e um eletrodo 23. O refletor 23 e o tubo de exaustão 27 consistem de umvidro possuindo uma composição de vidro de acordo com a invenção. Quandoo invólucro da lâmpada (não mostrado na Fig. 3) é provido, a borda ouabertura do invólucro da lâmpada e a borda do refletor 23 são selados. Oinvólucro da lâmpada é esvaziado por vácuo através do tubo de exaustão 27 e,a seguir, gás inerte é introduzido no invólucro da lâmpada. O tubo deexaustão é aquecido e selado na localização do numerai de referência 28,formando deste modo um aperto à prova de vácuo.

Fig. 4 mostra a manutenção de lumens M (em %) como umafunção do peso de pó fluorescente Wfp (a quantidade de pó fluorescente porárea de superfície presente na parede interna do vaso de descarga) de umalâmpada de descarga de vapor de mercúrio de baixa pressão com uminvólucro de lâmpada feito de um vidro com uma composição de acordo coma invenção (quadrados na Fig. 4) comparada com um invólucro de lâmpadafeito a partir do vidro conhecido (triângulos na Fig. 4). As lâmpadas dedescarga de vapor de mercúrio de baixa pressão (ambas lâmpadas PL-C)foram mantidas acesas por aproximadamente 3000 horas em um assimchamado ciclo 165/15 conhecido na técnica. Levando em conta margens deerro de aproximadamente 3%, os resultados de manutenção para acomposição de gás de acordo com a invenção são ligeiramente melhores doque aqueles do vidro conhecido.

Será evidente que muitas variações dentro do escopo dainvenção podem ser concebidas por aqueles especialistas na técnica.

O escopo da invenção não está limitado às realizações. Ainvenção reside em cada nova característica e cada combinação de novascaracterísticas. Quaisquer sinais de referência não limitam o escopo dasreivindicações. A palavra "compreendendo" não exclui a presença de outroselementos ou etapas além daqueles listados em uma reivindicação. O uso dapalavra "um" ou "uma" precedendo um elemento, não exclui a presença dediversos de tais elementos.

Claims (11)

1. Lâmpada elétrica, caracterizada pelo fato de compreenderum componente de vidro, a composição do componente de vidro sendosubstancialmente livre de PbO e compreendendo, expressa como umaporcentagem em peso, os seguintes constituintes:55-70% em peso de SiO2,<0,1% em peso de Al2O3,0,5-4% em peso de Li2O,0,5-3% em peso de Na2O,10-15% em peso de K2O,0-3% em peso de MgO,0-4% em peso de CaO,0,5-5% em peso de SrO,7-10%) em peso de BaO.

2. Lâmpada elétrica de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a composição do vidro compreende:65-70% em peso de SiO2,1.4-2,2% em peso de Li2O,1.5-2,5% em peso de Na2O,11-12,3% em peso de K2O,1,8-2,6% em peso de MgO,2,5-5% em peso de CaO,2-3,5% em peso de SrO,8-9,5% em peso de BaO.

3. Lâmpada elétrica de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato de que a composição do componente de vidrocompreende em adição: 0,01-0,2% em peso de Fe2O3 ou 0,01-0,2% em pesode CeO2.

4. Lâmpada elétrica de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato de que a composição do componente de vidrocompreende em adição: 0,01 - 0,2% em peso de SO3.

5. Lâmpada elétrica de acordo com a reivindicação Iou 2,caracterizada pelo fato de que a soma das concentrações de Li2O5 Na2O e K2Oestá na faixa de 14 a 16% em peso.

6. Lâmpada elétrica de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato de que a soma das concentrações de SrO e BaO está nafaixa de 10 a 12,5% em peso.

7. Haste para uma lâmpada elétrica, caracterizada pelo fato depossuir uma porção de vidro, a porção de vidro possuindo uma composiçãocomo definida na reivindicação 1 ou 2.

8. Invólucro de lâmpada, caracterizado pelo fato de serfabricado a partir de um vidro possuindo uma composição como definida nareivindicação 1 ou 2.

9. Invólucro de lâmpada de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o invólucro de lâmpada é tubular.

10. Lâmpada de descarga de vapor de mercúriocompreendendo um invólucro de lâmpada, o invólucro de lâmpada incluindode maneira estanque a gás, um espaço de descarga provido de umpreenchimento de mercúrio e gás raro, o invólucro de lâmpadacompreendendo meio de descarga para manter uma descarga no espaço dedescarga, caracterizada pelo fato de que o invólucro de lâmpada é feito de umvidro possuindo uma composição como definida na reivindicação 1 ou 2.

11. Vidro, caracterizado pelo fato de ser para uso emcomponentes de vidro de lâmpadas elétricas, o vidro possuindo umacomposição como definida na reivindicação 1 ou 2.