DE3525888C1 - Leuchtstofflampe fuer unipolaren Betrieb - Google Patents
Leuchtstofflampe fuer unipolaren BetriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe für
unipolaren Betrieb, wie sie in "Lichttechnik", 30. Jahrg.
Nr. 3, 1978, Seiten 106 bis 108 beschrieben ist.
Eine solche Leuchtstofflampe ist vornehmlich mit
Quecksilberdampf gefüllt und die Innenfläche ihres
Glaskolbens ist mit Leuchtstoff beschichtet. Der unipolare
Betrieb ist eine Speisung mit Gleichstrom oder mit einer
getakteten Gleichspannung, nämlich einer nur mit einer
Polarität pulsierenden Spannung, wie einer
Sinushalbwellenspannung, einem Rechteckimpulszug, usw.
Gleichstrombetrieb, insbesondere von Niederdruck-Gasentladungslampen,
erbringt aus physikalisch plausiblen und
experimentell nachgewiesenen Gründen, sofern ohmsche
Stabilisierungswiderstände umgangen werden können,
eine um 20% und mehr verbesserte Lichtausbeute gegenüber
konventionellem Wechselstrombetrieb.
Bei Gleichstrombetrieb wandern jedoch Quecksilberionen
von der Anode zur Kathode, weshalb der Anodenbereich
nachteiligerweise eine Quecksilberverarmung erfährt, womit die
Lichtausbeute im Anodenbereich verringert wird. Diese
Erscheinung wird auch als Kataphorese bezeichnet.
Zur Verringerung der Kataphorese ist nun bei der eingangs
genannten, als Doppelrohrlampe aufgebauten Leuchtstofflampe
die Verwendung eines besonderen Diaphragmas, das
quecksilberdampfdurchlässig, jedoch gasentladungsdicht
ist, vorgeschlagen worden. Die Verwendung eines solchen
Diaphragmas und der Aufbau einer Doppelrohrlampe
stellen jedoch einen erheblichen Aufwand dar.
Aus "Technical Newsletter", Dezember 1984, Vol. 6, Nr. 6,
Seiten 1 und 2 ist eine Leuchtstofflampe bekannt, deren
Kathode dauernd beheizt ist, um ideale Bedingungen
für die Zündung der Bogenentladung und deren
Aufrechterhaltung, sowie einen genügend hohen
Hg-Dampfdruck zu schaffen, was bei hoher Schalthäufigkeit
von Vorteil ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Leuchtstofflampe für unipolaren Betrieb zu schaffen, bei
der mit einfachen Mitteln der Effekt der Kataphorese
weitgehend verringert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die
Kataphorese dadurch weitgehend verringert werden kann,
daß zwischen Kathode und Anode der Leuchtstofflampe ein
größerer Temperaturgradient erzeugt wird. Deshalb wird
gemäß der Erfindung die Anode möglichst großflächig
bemessen, damit sie bei Nennleistung eine geringe
Stromdichte, und zwar nur bis 10-5 A/cm², hat, wodurch die
Anode trotz ausreichendem Elektronenstrom nur wenig erwärmt
wird. Die Anordnung von Wärmeableitern unterstützt die
gewünschte niedrige Temperatur der Anode, die im
übrigen eine Schwärzung durch Elektrodenmaterial auf
der Anodenseite verhindert. Die großflächige Anode
ergibt einen kleineren Anodenfall, eine kleinere
Anodenverlustleistung und einen höheren Wirkungsgrad.
Die kleine Anodenstromdichte führt auch zu einer
Verringerung der Amplitude der Relaxationsschwingungen
im Anodenbereich, womit geringere Hochfrequenzstörungen
auftreten.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei dient die
Verwendung einer dauernd beheizten Kathode nicht nur der
Verhinderung der Kataphorese, sondern sie erhöht auch die
Steuerbarkeit der Leuchtstofflampe und vermindert den
Kathodenfall. Ganz allgemein ist eine externe Heizung der
Kathode zwingend erforderlich bei Helligkeitsregelung
der Lampe durch Variation des Anodenstromes und/oder durch
Impulsmodulation. Bei kleinem effektivem Lampenstrom
reicht dieser nämlich nicht aus, um die Kathode auf volle
Emissionstemperatur zu heizen. Die externe Kathodenheizung
auf konstante Emissionstemperatur kann mit Gleich- oder
Wechselstrom erfolgen. Bei Betrieb mehrerer Lampen können
die Heizer parallel geschaltet werden und mit lediglich einer
Konstant-Spannungsquelle versorgt werden. Daraus ergibt
sich, daß eine externe und darüber hinaus auch dauernde
Beheizung der Kathode vor allem bei Leuchtstofflampen
vorteilhaft ist, die für die Wiedergabe von alphanumerischen
Zeichen und Bildern im Rahmen einer Anzeigematrix, eines
Displays oder dergleichen Verwendung finden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform beschrieben, in der sind
Fig. 1 eine Draufsicht einer Leuchtstofflampe und
Fig. 2 ein Schnitt durch die Leuchtstofflampe längs
der Linie A-A in Fig. 1.
Die Leuchtstofflampe enthält ein U-förmig gebogenes
Entladungsgefäß 5 aus Glas, dessen Innenwand mit einem
Leuchtstoff beschichtet ist. Die Rohrenden sitzen in
zwei gleichförmigen Sockeln 11. Der eine Sockel trägt
über den Pumpstengel 3 die Kathode 4 in Form einer
oxidbeschichteten Wolframwendel, die über die
Kathodenheizungsanschlüsse 1 und 2 durch Energiezufuhr
von außen dauernd beheizt wird und dadurch Elektronen
emittiert. Der andere Sockel trägt die Anode 7 in
Form einer Scheibe oder Ronde, deren wirksame Oberfläche
73% der Querschnittsfläche des Entladungsgefäßes 5 beträgt.
Die Anode ist vorteilhaft mit einem Hg-Dispenser in
Form einer kreisförmigen Sicke 8 versehen, die mit
Quecksilber gefüllt ist. An der Anode 7 sind zwei
Wärmeableiter 9′ und 9″ angebracht, die gleichzeitig
als Anodenhalterung dienen. Die beiden Wärmeableiter 9′ und 9″
sind mit zwei nach außen führenden Lampenanschlußstiften 10
zur Abführung der Wärme aus der Lampe nach außen verbunden.
Die als Metallkörper mit relativ großer Oberfläche
ausgebildete Anode kann auch die Form eines Hohlzylinders,
einer Halbkugel oder eines Kegelstumpfs haben.
Die Anodenstromdichte bei Nennleistung beträgt
vorzugsweise 10-5 bis etwa 10-7 A/cm². Mehr als 10-5 A/cm²
sind nicht zweckmäßig.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem ein sogenanntes
Penninggemisch verwendet wurde, z. B. Ar-Hg (angeregte
Ar-Atome des metastabilen Niveaus von 11,5 eV ionisieren
Hg-Atome der Ionisationsenergie 10,4 eV), ergaben sich
folgende Werte:
- Gasdruck Ar: ca. 1 bis 10 mbar
Gasdruck Hg: ca. 10-3 bis 10-2 mbar
Menge Hg: 10 mg (0,7 mg/cm³)
Brennspannung: ca. 25 bis 30 V
Lampenstrom: 1 bis 200 mA
Lampenleistung: 3-5 W max
Heizleistung: ca. 0,5 bis 1 W
Zündimpuls: ca. 300 bis 400 V, 2 bis 20 µsec
Anodenstromdichte: ca. 1 mA/mm²
Lichtstrom:
(Farbe Grün) ca. 250 lm
Es ist zu betonen, daß die Form des Entladungsgefäßes
natürlich von der geschilderten Ausführungsform abweichen
kann. Insbesondere bei der Herstellung sogenannter Pixel
können langgestreckte, auch rechteckige bzw.
quaderförmige Entladungsgefäße verwendet werden, welche
Entladungsstrecken für die drei Farben Rot, Grün und
Blau aufweisen.
Claims (4)
1. Leuchtstofflampe für unipolaren Betrieb mit einem
Entladungsgefäß, mit einer Kathode und mit einer
Anode, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode eine für die Ausbildung des elektrischen
Feldes der Entladung wirksame Oberfläche von 60-100%
der maximalen Querschnittsfläche des Entladungsgefäßes,
senkrecht zur Entladungsachse gemessen, besitzt.
2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anode (8) mit mindestens zwei
Wärmeableitern (9′, 9″) aus einem Material mit
hoher thermischer Leitfähigkeit zum Abführen der Wärme
aus der Lampe nach außen verbunden ist.
3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 2 mit zwei
Wärmeableitern, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeableiter (9′, 9″) in zwei Lampenanschlußstifte (10)
übergehen.
4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode von außen und
dauernd beheizt ist.
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