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GASENTLADUNGSLAMPE UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
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Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Gasentladungslampe niedriger
Leistung mit Quecksilberfüllung in kompakter Ausführung, deren Entladungsgefäß aus
mindestens zwei parallel angeordneten geraden Rohrstücken besteht, die mit einer
Rohrverbindung verbunden sind und an deren einem Ende stromzuführende Elektroden
vorgesehen sind. Die Erfindung umfaßt auch die Herstellungsmethode der Gasentladungslampe.
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Im allgemeinen werden die derartigen Niederdruck-Gasentladungslampen
in einem kompakten Aufbau gefertigt: das EntladungsgeFäß und ein Teil oder das Ganze
des zur Betätigung erforderlichen Stromkreisanschlußelementes bilden eine Einheit.
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Derartige, sogenannte kompakte Lichtröhren vereinigen vorteilhaft
die guten Eigenschaften der Glühlampen und der Leuchtröhren. Sie sind daher zur
massenhaften Befriedigung der zeitgemäßen lichttechnischen Forderungen bestens geeignet.
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Demnach bezieht sich die Erfindung auf die Konstruktion eines Entladungsgefäßes
für eine Gasentladungslampe niedriger Leistung in kompakter Ausführung, ohne äußere
Glocke, sowie auf deren Herstellung.
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Eine Niederdruck-Gasentladungslampe in kompakter Ausführung ist aus
den DE-OSn 30 11 382 und 30 11 383 bekannt.
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Die bekannten Lichtröhren haben parallele, rohrförmige Leuchtkörperelemente,
die durch ein dünneres, die Gasentladung durchlassendes Kupplungsrohr verbunden
sind.
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Diese Lösungen sind dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der parallel
verlaufenden Rohrabschnitte der Entladungsgefäße eine domartige Kühizone ausgestaltet
wird, damit während der Funktion der Lampe der Partialdruck des Quecksilberdampfes
stabilisiert werden kann.
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Die Konstruktion weist jedoch den gravierenden Nachteil auf, daß bei
der erwähnten geometrischen Gestaltung bei den Enden der geraden Rohrstücke das
Licht in einem unzulässigen Maße an dem domartigen Teil über das Kupplungsrohr abnimmt,
da dieser an der Entladung nicht teilnimmt. Die in der DE-OS 33 04 857 beschriebene
Lösung hat das Ziel, diese Lichtabnahme zu verhindern, und zwar dadurch, daß die
Kühlzone an der Seite der Stromzuführung vorgesehen ist, wodurch diese entsprechend
dimensioniert werden kann. Der auf die Volumeneinheit entfallende Lichtstrom ist
jedoch noch geringer.
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Die DE-OS 31 13 878 bezieht sich auf eine Anordnung des Entladungsgefäßes,
bei der die nebeneinander rückkehrenden geraden Rohrabschnitte durch Biegen und
dem Biegen folgende Formgebung so ausgestaltet sind, daß der Querschnitt an den
Ecken größer wird, während die Verbindung im gesamten Querschnitt der Kopplungsstrecke
erfolgt.
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Während des Betriebes des Entladungsgefäßes weisen die Eckbereiche
mit dem vergrößerten Querschnitt die niedrigste Temperatur auf, wodurch der Quecksilberüberschuß
hier akkumuliert wird, was gleichzeitig den Dampfdruck des Quecksilberzuschlages
bestimmt.
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Diese Lösung weist den Nachteil auf, daß an den Eckbereichen unter
den üblichen Betriebsverhältnissen die Temperatur den Optimalwert übersteigt, wodurch
die Lichtverwertung des Leuchtkörpers den möglichen Wert unterschreitet. Übrigens
besteht der gemeinsame Nachteil der nach den beschriebenen Methoden hergestellten
Leuchtkörper darin, daß unter vom Optimum abweichenden üblichen Betriebsverhältnissen
der sich einstellende Partialdruck des Quecksilberdampfes die Realisierung der theoretisch
erreichbaren maximalen Lichtausbeute ausschließt. Dazu kommt noch der Umstand, daß
sich die lichttechnischen Parameter der Lampe in Abhängigkeit von der Brennposition
bedeutend ändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität von Niederdruck-Gasentladungslampen
mit einem Innendurchmesser von 6 bis 16 mm zu verbessern, insbesondere dadurch,
daß der Partialdruck des Quecksilberdampfes während des Betriebes auf einen Optimalwert
geregelt wird. Der mit der elektrischen Leistung der Entladungslampe erreichbare
maximale Lichtstrom soll durch den zweckmäßig ausgestalteten Aufbau verbessert werden,
ohne daß zusätzlich aufgesetzte Kühlelemente erforderlich sind.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde eine Niederdruck-Gasentladungslampe,
vorzugsweise eine Lichtröhrenkonstruktion niedriger Leistung entwickelt, bei der
das Beleuchtungsmittel kennzeichnende, wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende
gerade Rohrstücke durch einen zweckmäßig ausgestalteten Rohrabschnitt nicht nur
so verbunden sind, daß diese die Entladung durchlassen, sondern gleichzeitig die
Temperaturregelung der Kaltkammer gelöst wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei der Ausgestaltung
der thermischen Verhältnisse der den Partialdruck des Quecksilberdampfes beeinflussenden
Kühlzone eine entscheidende Rolle spielt, wie starl< sich die Rohrverbindung
zwischen den einzelnen Rohrabschnitten erhitzt, wenn die Kaltkammer so ausgestaltet
ist, daß sich die Rohrverbindung mit einem genügend großen Querschnitt anschließt.
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Das Maß der Erwärmung der Rohrverbindung kann verringert werden, indem
in der Glockenwand Rillen ausgebildet werden. Das Verhältnis der Querschnitte der
Rohrverbindung und der einzelnen Rohrabschnitte wird so gewählt, daß der Wert im
Bereich zwischen 0,5 und 1,1 liegt, wobei sich die Rohrverbindung dem oberen Punkt
der gewissermaßen vorspringenden Kaltkammer über einen sich ausbreitenden Mündungsteil
anschließt.
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Bei derart konstruierten Niederdruck-Gasentladungslampen hat sich
überraschenderweise gezeigt, daß die Rohrverbindung die thermischen Verhältnisse
des Entladungsgefäßes ohne Anwendung großdimensionierter Dome gewährleistet, und
zwar so, daß sich ein hinsichtlich der Lichtverwertung günstigster optimaler partialer
Quecksilberdruck ausbildet. Auf diese Weise ist es gelungen, Lampen zu entwickeln,
die hinsichtlich des Lichtstromes viel besser sind als die bisher bekannten.
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Überraschenderweise ist die erfindungsgemäße Niederdruck-Entladungslampe
gegenüber der Brennposition keineswegs ebenso empfindlich wie die bekannten, zum
selben Zweck entwickelten Niederdruck-Gasentladungslampen. Obwohl bei den bekannten
Lösungen aufgrund verschiedener Überlegungen nach einem Optimum gestrebt wird, wird
bei keiner der bekannten Lösungen die Forderung befriedigt, daß un-
abhängig
von der Brennposition ein hoher Lichtstrom erreicht wird.
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Die Rohrverbindung wird durch einen aus dem Rohrmaterial ausgebildeten,
vorteilhaft "bogenförmigen Halsteil" gebildet. Es kann mit Hilfe der an der Oberfläche
ausgebildeten Rillen die von der Brennposition weniger abhängige Temperaturkonstanz
bei den mit der Kühizone in Berührung stehenden Flächenteilen erhöhen. Auf diese
Weise kann erreicht werden, daß der hinsichtlich der Lichtverwertung günstig eingestellte
partiale Quecksilberdampfdruck auf einem Optimalwert gehalten wird.
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Schließlich bezieht sich die Erfindung auf eine Niederdruck-Gasentladungslampe
mit Quecksilberfüllung mit niedriger Leistung in kompakter Ausführung, deren Entladungsgefäß
aus mindestens zwei parallel angeordneten, geraden Rohrstücken besteht, die mit
einer Rohrverbindung miteinander gekoppelt sind, wobei an dem einen Ende stromzuführende
Elektroden vorgesehen sind.
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Die erfindungsgemäße Gasentladungslampe kann dadurch gekennzeichnet
werden, daß die Enden der einzelnen Rohrabschnitte in Richtung der Längsachse des
Entladungsgefäßes von der Rohrverbindung hervorragen, wobei das Maß des Vorsprunges
t = (0,15 T 0,6) D ausmacht; D ist der Durchmesser des geraden Rohrstückes.
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Das Herstellungsverfahren der Gasentladungslampe bildet ebenfalls
den Gegenstand der Erfindung. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil
eines auf Maß geschnittenen Glasrohres bis zum Erweichungspunkt erhitzt wird, durch
geringes Zusammenpressen der beiden Rohrenden der Mittelteil verstaucht und darauffolgend
in eine U-Form gebogen wird; das U-förmige Rohr wird in eine Kokille
eingelegt
und durch Gaseinblasen auf das Format der Kokille geformt; der derart ausgestaltete
Glasbestandteil wird in bekannten Arbeitsgängen zu einer Gasentladungslampe umqestaltet.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Niederdruck-Gasentladungslampe
sowie eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe,
Fig. 2 und 3 Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Glocke
der erfindungsgemäß ausgebildeten Gasentladungslampe.
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Die in Fig. 1 gezeigte Gasentladungslampe enthält ein Entladungsgefäß
(1) mit geraden Rohrstücken 2, einer Rohrverbindung 3, Elektroden 4, einer Kaltkammer
5, einem Halsteil 6 und Rillen 7.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Entladungsgefäß 1 aus zwei geraden
Rohrstücken 2 zusammengesetzt, zwischen denen die Rohrverbindung 3 die Gasentladung
durchläßt.
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Die Gasentladung findet zwischen den Elektroden 4 statt.
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Die aus dem Werkstoff des geraden Rohrstücks 2 geformte, mit den Rillen
7 versehene Rohrverbindung 3 regelt die Temperatur der Kaltkammer 5.
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An den obersten Punkt der Kaltkammer 5 schließt sich die Rohrverbindung
3 mit dem sich erweiternden Halsteil 6 an.
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Durch diese Maßnahme wird die Abmessung der Kaltkammer 5
auf
das Minimum herabgesetzt. Weil die Stelle der Ro.hrverbindung 3 näher an den Enden
der geraden Rohrstücke 2 angebracht ist, wird die Bogenlänge der Gasentladung verlängert,
wodurch die Lampenleistung besser ausgenutzt wird.
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Fig. 2 und 3 zeigen einzelne Stufen während der Herstellung des erfindungsgemäßen
Leuchtkörpers, dessen Konstruktion in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 2 und 3 sind
mit 13 die Rohrverbindung, mit 15 die Kaltkammer und mit 17 die Kokille bezeichnet.
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Als Ausgangsmaterial dient ein langes, gerades Glasrohr, das im voraus
auf Maß geschnitten wird. Darauffolgend wird das Glasrohr folgenderweise weitergeformt:
Der Mittelteil des Glasrohres wird bis zum Erweichungspunkt erhitzt. Währenddessen
wird der zur Gestaltung der Rohrverbindung 13 und der Kaltkammer 15 erforderliche
Glasüberschuß durch allmähliches Verstauchen der Rohrlänge sichergestellt. Das bis
zum Erweichungspunkt erhitzte gerade Glasrohr wird in einem den geraden Rohrstücken
des Entladungsgefäßes entsprechenden axialen Abstand in U-Form gebogen; darauffolgend
wird das Glasrohr unter Anwendung der in der Glasindustrie üblichen Formgebungsmethode
in eine zweckdienlich gestaltete Kokille 17 eingesetzt; durch Gaseinblasen werden
die Kaltkammer 15 des Entladungsgefäßes sowie die bogenförmige Rohrverbindung 13
ausgebildet. Im Laufe der Herstellung des Entladungsgefäßes folgen nun die aus der
Lampenverfertigung bekannten Arbeitsgänge: zuerst wird durch Überzug der Glocke
mit Leuchtstoff der das Entladungs-UV-Licht in sichtbares Licht umwandelnde Leuchtstoffüberzug
ausgebildet1 wonach das Gestell eingelötet und die Lampe ausgepumpt wird.
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Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Lampenkonstruktion
sollen anhand eines Ausführungsbei spiels demonstriert werden: Weiche Natronglasrohre
mit einem Außendurchmesser von D = 12,5 mm und einer Wanddicke von 1 mm werden auf
die Länge von 260 mm zugeschnitten. Die sich um ihre Achse drehenden Rohre werden
in einer Zone mit einer Länge von 40 mm, in einem Abstand von 110 mm von beiden
Enden gemessen, mit einer Gas-Luft-Sauerstoff-Flammenreihe auf eine Temperatur über
dem Erweichungspunkt erhitzt, während durch Stauchen in der geschmolzenen Zone die
Rohrlänge auf 250 mm verringert wird (Fig. 2). Das Rohr wird stillgesetzt, wonach
das Rohr in U-Form gebogen wird, und zwar derart, daß der Abstand zwischen den parallelen
Schenkeln 5 mm beträgt. Das gebogene Rohr wird in eine auf 4000C erhitzte, aus Graphit
gefertigte Kokille eingeschlossen und über die offenen Enden mit Luft mit einem
Druck von 1,6 bar aufgeblasen (Fig. 3); nach Öffnen der Kokille wird die Glocke
temperiert.
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Durch die Kokille und das Herstellungsverfahren wird gewährleistet,
daß die derart erzeugte Glocke die Charakteristiken nach Fig. 1 aufweist: der äußere
Dom der Kaltkammer 5 bildet eine Halbkugel mit einem Durchmesser von 12,5 mm, die
Rohrverbindung 3 fängt in einer Entfernung von 5 mm von dem äußeren oberen Punkt
des Domes gemessen an und erstreckt sich bis 20 mm. In der darauf senkrechten Ebene
beträgt die größte Außenabmessung 15 mm. Der kleinste Querschnitt des Innenkanals
der Rohrverbindung beträgt 80 mm2. Die Außenfläche der Rohrverbindung 3 besteht
aus einem Gebilde aus einander berührenden konkaven und konvexen Halbzylindern mit
einem Durchmesser von 1 mm.
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Die auf die beschriebene Weise hergestellte Glocke wird mit einem
Leuchtstoffüberzug versehen, in den freien Enden werden auf Perlgestell montierte,
mit Emitter versehene Elektroden und Saugrohre unter Anwendung des Abflachverfahrens
befestigt. Nach dem Pumpen und dem Zusammenbau mit dem Zünder und Sockel ist die
kompakte Lampe fertig. Die derart hergestellten kompakten Lichtröhren arbeiten unter
Zwischenschaltung einer induktiven Last bei einer Umgebungstemperatur von 300 K
mit den folgenden Charakteristiken: der Strom beträgt 170 mA, die effektive Brennspannung
60 V.
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Ein im Sinne des Ausführungsbeispiels gefertigtes kompaktes Lichtrohr
wurde der IEC-Vorschrift gemäß in Betrieb gehalten, wobei die wichtigsten elektrischen
und lichttechnischen Charakteristiken gemessen wurden. In der nachstehenden Tabelle
sind die Durchschnittswerte von an je 10 Lampen gewonnenen Meßergebnissen für zwei
Brennpositionen veranschaulicht (die günstigste Position ist, wenn der Sockel oben
ist, die ungünstigste, wenn der Sockel unten liegt), und zwar nach einer Betriebsdauer
von 60 Minuten und einer Umgebungstemperatur von 250C. In den beiden letzten Spalten
der Tabelle sind die Änderungen der Leistung und des Lichtstromes in Prozent angegeben.
Die Änderungen wurden von der fünften Minute von Inbetriebsetzung an bis zu Ende
der ersten Stunde in einem Temperaturbereich zwischen 150C und 400C, je 50C, registriert.
Die Bezeichnungen sind: U (V) Effektivwert der Brennspannung, e Iü (mA) Effektivwert
des durch das Lichtrohr fliessenden Stromes, N(W) Elektrische Leistungsaufnahme
des Lichtrohres, (Lm) der Lichtstrom des Lichtrohres, (Lm/W) Wirkungsgrad des Lichtrohres,
/N, relative Leistungsänderung (Nmin/Nmax ).l00 A (.°Ó) relative Lichtstromänderung
( i / ).100
Ue Iü N # # N ## Sockel 60 170 8,8 616 70 95 70 oben
Sockel 60 170 8,8 607 69 95 65 unten Verglichen mit bei bekannten Lichtröhren gemessenen
Werten sind die Lichtströme um 10 bis 20 % höher, auch die sonstigen Parameter sind
günstiger.
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