DD259281A5

DD259281A5 - Eine kompakte niederdruck-quecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DD259281A5
Application number: DD86290480A
Authority: DD
Inventors: Ake Bjoerkman
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1988-08-17
Also published as: FI862134A0; ATE48204T1; DK238286D0; NO862045L; SE457761B; SE8502560D0; US4689521A; CN1007474B; EP0204060B1; FI80809B; FI80809C; SE8502560L; FI862134L; DK238286A; JPS62115643A; DE3574432D1; EP0204060A1; CN86103477A; CA1269133A

Abstract

Eine kompakte Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslampe umfasst zwei oder mehrere gerade Entladungsroehren, die durch bogenfoermige Verbindungsteile miteinander verbunden sind und eine durchgehende Entladungskammer zwischen zwei Elektroden bilden. Diese Elektroden befinden sich in den aeussersten Roehrenenden der Lampe, und die Roehrenenden sind gasdicht mit einem Lampensockel verbunden, der die erforderlichen Kontaktstifte sowie die elektrischen Leiter enthaelt. Das Verbindungsteil weist einen Grat auf, der sich laengs des Verbindungsteils erstreckt. Im Querschnitt gesehen weist der Grat einen spitzen Winkel auf, der einen Kondensationsraum fuer die Kondensation des in der Lampe verwendeten Quecksilberdampfes abgrenzt. Aufgrund der Form von Grat kondensiert der Quecksilberdampf ausserhalb der kreisfoermigen Querschnittsflaeche, in der sich waehrend des Betriebs der Lampe die positive Saeule bildet, wobei der Entladungsstrom durch diese Saeule hindurchgeht. Fig. 2 b

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine sogenannte kompakte Quecksilber-NiederdrucKdampfentladungslampe, d. h. eine Gasentladungslampe, die zwei oder mehrere zueinander parallele Röhren umfaßt, die innen mit einem Leuchtstoff beschichtet sind und zur Bildung einer Entladungskammer zwischen zwei Elektroden in der Nähe ihrer Enden miteinander verbunden sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind viele Arten von kompakten Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslampen bekannt. Von diesen vielen bekannten Ausführungen gibt es zwei, die unter den Lampen mit lediglich zwei geraden Röhren vorherrschen. Die erste dieser Ausführungen kann einfach als umgekehrt U-förmig beschrieben werden, wobei sich die Lampenelektroden in den freien Enden der Röhre befinden, und diese freien Enden in einem gemeinsamen Lampensockel befestigt sind. Die zweite dieser meistverwendeten Lampen ist im wesentlichen H-förmig, wobei der horizontale Steg sehr weit oben zwischen den beiden Vertikalen angeordnet ist. Bei dieser Lampe sind die Elektroden in den sich am weitesten vom Steg entfernten Röhrenenden angeordnet. Die Röhrenenden, in denen sich die Elektroden befinden, sind ebenfalls an einem gemeinsamen Lampensockel befestigt, der eine Zündeinrichtung und eine Reihenimpedanz enthält. Die Röhren dieser beiden Ausführungen sind innen mit einem lumineszierenden Pulver einer beliebigen gewünschten Zusammensetzung beschichtet. Dieses lumineszierende Pulver wandelt die durch eine Entladung erzeugten ultravioletten Lichtstrahlen in sichtbares Licht um.

Jene Varianten kompakter Quecksilber-Niederdruckentladungslampe, die mehr als zwei gerade Röhren umfassen, besitzen gewöhnlich vier Röhren. Diese Röhren können in einer gemeinsamen Ebene liegen oder in den Ecken eines Quadrates so angeordnet sein, daß sie einen gedachten Querschnitt im rechten Winkel zu den Symmetrieachsen der Röhren bilden. Querverbindungen zwischen den geraden Röhren erfolgen zum einen zwischen den Röhrenenden, die am weitesten vom Lampensockel entfernt sind, und zum anderen an den Röhrenenden, die dem Sockel zugewendet sind. Nur die erste und die letzte Röhre sind mit dem Lampensockel verbunden, und die Elektroden sind in den mit dem Sockel verbundenen Röhrenenden angeordnet. Auf diese Weise wird eine durchgehende Entladungskammer gebildet, durch die der elektrische Strom zwischen

den Elektroden fließt, wenn die Lampe eingeschaltet wird. Die Tatsache, daß der elektrische Strom gezwungen ist, die Richtung zu ändern, wenn er über eine Verbindungsröhre von einer Röhre zur anderen fließt, hat für die Leuchtleistung keine große Bedeutung.

Bei kompakten Quecksilber-Niederdruckgasentladungslampen wie auch bei anderen Niederdruckdarnpfentladungslampen wird zwischen den Elektroden eine positive Lichtbogensäule gebildet, die in der Lampe ein mit Quecksilberdampf gemischtes Edelgas passiert. Der Gasdruck in einer solchen kompakten Lampe wird unter 500 Pascal (Pa) gehalten, und bei Betriebstemperaturen ist der Quecksilberteildruck kleiner als 1 Pa.

Die Funktion des Edelgases besteht darin, die Zündung der Lampe bei einer angemessenen Zündspannung zu erleichtern und die Wahrscheinlichkeit der Kollision zwischen den Elektroden und Quecksilberatomen beim Einschalten der Lampe zu erhöhen. Der niedrige Quecksilberdampfdruck bei 40⁰C stellt ein Optimum für die Erzeugung von Quecksilberresonanlinien dar, die innerhalb des ultravioletten Bereichs liegen, nämlich bei 253,7 und 185 Nanometer (nm). Wenn eine Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslarnpe lediglich Quecksilberdampf enthielte, wurden die Elektronen praktisch nur mit den Röhrenwandungen und den Quecksilberatomen zusammenstoßen und die Energie der Elektronen würde bei Fehlen des lumineszierenden Pulvers in Wärme und nicht in Licht umgewandelt.

Eine kompakte Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslampe der zuvor beschriebenen Η-Anordnung ist aus NL-B 7902572 bekannt, wogegen eine Lampe der U-Variante in EP-A-0061758 {Anmeldungs-Nr. 82102636.6) beschrieben wird. Es wird in der zuletzt genannten Veröffentlichung eindeutig angegeben, daß das Ziel der in ihr beschriebenen Erfindung darin besteht, eine kompakte Quecksilber-Niederdruckdampflampe zu schaffen, deren Glaswände so geformt sind, daß während des Betriebs eine gewünschte niedrige Temperatur innerhalb bestimmter Abschnitte zu dem Zweck erzielt werden kann, einen ausgeglichenen Quecksilberdampfdruck zu erreichen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Wärmeentwickjung zu verringern und die Lichtausbeute zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kompakte Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslampe von solcher Beschaffenheit zu entwickeln, bei der der Quecksilberteildruck in der Entladungskammer — im eingeschalteten Zustand der Lampe — auf einem Wert gehalten wird, der hinsichtlich der Strahlung, die durch die Entladung bei den Quecksilberresonanzlinien erzeugt wird, eine maximale Wirkung erzielt. Die Lampe soll auch so konstruiert werden, daß Energieverluste aufgrund von Verengungen des Entladungsstrompfads verhindert werden. Die Erfindung beruht auf dem Konzept, daß bei einer Entladungskammer der in kompakten Quecksilber-Niederdruckdampflampen verwendeten Ausführung die negative Raumladung an den Röhrenwänden konzentriert ist und einepositive Säule zwischen den Elektroden mit der Raumladung 0 längs ihrer Achse gebildet wird. Die Entladung zwischen dem Katoden- und Anodenbereich findet unmittelbar nach der Zündung der Lampe einheitlich in axialer Richtung statt. Gleichzeitig mit der Entladung werden positive Ionen und Elektronen gebildet. Diese werden durch Diffusion an den Röhrenwänden konzentriert. Da die Säule axial gleichmäßig ist, treten in axialer Richtung keine Teilchenverluste auf. Während dieses Diffusionsprozesses bewegen sich die Elektronen schneller als die positiven Ionen, was auf die kleinere Masse der Elektronen zurückzuführen ist, und daher wird eine positive Raumladung von der Mitte der Röhre nach außenhin entwickelt. Die verbessert die Bedingungen für die Entladung in der positiven Säule, und damit erhöht sich die Energie der ultravioletten Strahlung. Damit sich die Entladung in der Lampe auf natürliche Weise fortpflanzt, wobei diese Fortpflanzung in Form einer Wellenfront mit kreisförmigem Querschnitt erfolgt, wird die erfindungsgemäße neue Lampe so konstruiert, daß sie einen Quecksilberkondensationsabschnitt längs eines Teils der positiven Säule aufweist, ohne die Säule axial derart zu beeinträchtigen, daß die kreisförmige Fortpflanzungsfront in radialer Richtung zusammengedrückt wird, wobei diese radiale Fortpflanzung eine Voraussetzung für die optimale Fortpflanzung ist. Praktisch wurde dies dadurch erreicht, daß der Entladungskammer der Lampe eine U-förmige Gestalt gegeben wurde, wobei die Zylinderumfangsfläche des gebogenen Röhrenabschnittes zwischen den beiden geraden Schenkeln der Kammer aus ihrer kreisförmigen Querschnittsform zur Bildung eines Grates in ein Teil gezogen wurde, das den größten Krümmungsradius hat. Dieser Grat erstreckt sich im wesentlichen um den gesamten gebogenen Rötirenabschnitt herum. Der sich um den U-Bogen einer kompakten Entladungslampe erstreckende Grat hat zweckmäßigerweise einen Winkel von 90° oder weniger, wenn man in Richtung der Querschnittsebene der Röhre blickt.

Auf diese Weise wird in dem Röhrenbogen ein Raum gebildet, der sich neben der positiven Säule befindet und in dem sich die Quecksilberkondensationstemperatur bei dem in der Lampe vorherrschenden Druck konstant hält. Anders ausgedrückt kann man sagen, daß die Länge der kompakten Quecksilberdampfentladungslampe bei unterschiedlichen Watt-Leistungen so gewählt wird, daß die Temperatur, die in Bereichen nahe der Elektroden über 70⁰C erreichen kann, entlang des Grates dicht bei 40°C beträgt, wenn die Lampe bei normaler Raumtemperatur arbeitet. Folglich wird der Quecksilberteildruck kleiner als 1 Pa, oder etwa 5 χ 10"³ Torr betragen, was dem Druck entspricht, bei dem der relative Wirkungsgrad für die Erzeugung von Resonanzstrahlung in Quecksilberdampf mittels des Lichtbogens seinen höchsten Wert erreicht. Bei niedrigerem Quecksilberteildruck liegen die Quecksilberatome zu weit auseinander, was weniger Zusammenstöße zwischen den Atomen und Elektronen und daher auch weniger erregte Photonen bzw. eine geringere Intensität der ultravioletten Strahlung zur Folge hat. Bei höheren Quecksilberdampfteildrücken liegen die Quecksilberatome so dicht beieinander, daß die Anzahl der Zusammenstöße übermäßig stark wird, und die Elektronen zurückprallen, was ebenfalls weniger erregte Photonen zur Folge hat.

Im einzelnen ist die erfindungsgemäße Quecksilberdampflampe dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Verbindungsteil zwischen den geraden Röhren im Querschnitt einen Grat aufweist, der sich längs des Verbindungsteils von der vom Lampensockel abgewendeten Seite aus erstreckt, wodurch der kreisförmige Querschnitt der Entladungskammer längs des gekrümmten Verbindungsteils vergrößert wird.

Es ist von Vorteil, wenn der Grat längs des Hauptabschnitts des Verbindungsteils im Winkel zwischen 60° und 90°, vorzugsweise zwischen 70° und 80° zugespitzt ist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn sich der Grat in einer solchen Höhe über dem äußeren Umfang der kreisförmigen Querschnittsfläche befindet, die dem Zweifachen des Radius des inneren Bogens jener Krümmung entspricht, dem das Verbindungsteil zwischen den beiden geraden Röhren folgt. Die Länge der geraden Röhren ist der durch die Lampe verbrauchten Watt-Leistung angepaßt, so daß die Temperatur längs des Grats 40°C nicht überschreitet, wenn die Lampe eingeschaltet ist. Die Lampe ist Edelgas, vorzugsweise mit reinem Argon, bis auf einen Druck von etwa 500 Pa gefüllt. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn sie eine Edelgas'üllung besitzt, die 10%...20% Argon und 80%...90% Krypton umfaßt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn sie eine Edelgasfüllung mit 85% Argon und 15% Neon besitzt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung enthält die Lampe Quecksilber, das beim Einschalten der Lampe bis auf einen Teildruck im Bereich zwischen 4 χ 10~³ Torr und 7,5 χ 10~³ Torr verdampft wird. .

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Eine Teilschnittansicht einer kompakten Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslampe;

Fig. 2 a: eine schematische Darstellung des bogenförmigen Teils der Lampe, die einen denkbaren Gratwinkel zeigt; Fig. 2 b: eine schematische Darstellung des bogenförmigen Teils, die einen anderen Gratwinkel angibt; und

Fig. 3: ein Diagramm, das den relativen Wirkungsgrad zur Erzeugung von Resonanzstrahlung in Quecksilberdampf in

Abhängigkeit von der niedrigsten Temperatur innerhalb einer Entladungslampe (untere Skale) und dem entsprechenden Quecksilberdampfdruck (obepe Skale) darstellt.

In ihrer einfachsten Form umfaßt die kompakte Quecksilberdampfentladungslampe lediglich eine U-förmige Entladungsglasröhre 1, deren Enden 2 und 3 gasdicht mit einem Lampensockel 4 verbunden sind. Der Sockel umfaßt ein nichtkreisförmiges Gehäuse 5, das sich auf der von Glasrohre 1 abgewendeten Seite des Lampensockels befindet und das einen Zünder und die erforderliche Reihenimpedanz enthält. Der Lampensockel 4 ist außerdem mit zwei Kontaktstiften 6; 7 ausgestattet, um die Lampe elektrisch mit einer Lampenfassung zu verbinden.

Die Leiter 8 erstrecken sich von den Stiften 6 und 7 zu den Lampenelektroden 9. Diese Leiter 8 und entsprechende Rückführungsleiter werden in einer Glashalterung 10 an beiden Enden 2 und 3 eingeschmolzen, wobei diese beiden Glashalterungen 10 ihrerseits an den Enden 2 und 3 der Röhre 1 eingeschmolzen werden. Zumindest eine der Glashalterungen 10 ist für die Evakuierung von Röhre 1 mit einem Pumpenrohr (nicht dargestellten) ausgestattet, über das diese Entladungsröhre mit einem Inertgas gereinigt und mit einem Edelgas gefüllt wird.

Die Lampe oder Entladungsröhre 1 ist innen mit einer oder mehreren Fluoreszenzschichten 11 versehen, die die bei eingeschalteter Lampe durch den sich zwischen den Elektroden bewegenden Lichtbogen gebildete ultraviolette Strahlung in sichtbares Licht umwandelt. Bei der Fluoreszenzschicht 11 kann es sich um eine Zwei- oder Drei-Bandenspektrenschicht handeln, sie kann aber auch eine andere Zusammensetzung haben, die von der gewünschten Farbtemperatur abhängt, die das von der Lampe emittierte Licht haben soll. Die Zusammensetzung der Beschichtung kann innerhalb weit gesetzter Grenzen variiert werden, und die Edelgasfüllung kann reines Argon oder Argon im Gemisch mit verschiedenen Mengen verschiedener anderer Gase, zum Beispiel mit 85% Argon und'15% Neon, oder mit 20% Argon und 80% Krypton sein.

Die neuen kennzeichnenden Merkmale der Erfindung liegen in der Formgebung des Bereiches des Krümmungsteils 12 der Entladungsröhre 1, in welchem bei kontinuierlichem Lampenbetrieb die Temperatur auf einem so niedrigen Pegel (40⁰C) gehalten wird, daß das in die Entladungsröhre 1 eingeführte Quecksilber den gewünschten Teildruck gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm erreichten Fig. 1 werden die in unterschiedlichen Höhen im Krümmungsteil 12 der Röhre herrschenden Temperaturen gezeigt. In den Fig.2a und 2b wird gezeigt, daß die Querschnittsform des Krümmungsteils 12 von der kreisförmigen Querschnittsform der übrigen Röhre 1 abweicht, denn der nach außen gerichtete Teil der Röhrenwandung wurde in ihrem Krümmungsbereich zu einem Grat 13 herausgezogen.

Grat 13 wird bis zu einer bestimmten Höhe über dem kreisförmigen Feld 14, das der Querschnittsfläche von Röhre 1 entspricht, gebildet, wenn man sich diese Fläche in den gekrümmten Röhrenteil eingefügt und den Innenradius der Krümmung berührend vorstellt. Es wurde festgestellt, daß ein Vorteil erzielt wird, wenn die Höhe des Grates 13 über dem Feld 14 etwa das Zweifache des Krümmungsradius der gekrümmten Innenfläche des gebogenen Röhrenteils 12 beträgt. Dadurch wird ein leistungsfähiger Raum um das gesamte gebogene Röhrenteil 12 herum erzielt, in welchem eine Elektronenkonzentration eine günstige negative Raumladung gewährleistet. Auf diese Weise wird das gesamte kreisförmige Feld 14 für die positive Säule freigehalten, in der die Gasentladung stattfindet. j

Es wurde festgestellt, daß der Grat 13 eine vorteilhafte Lösung für das Problem der Begrenzung der Kondensation von Quecksilberdampf darstellt, insofern als sich die Kondensation über eine ausreichend lange Strecke parallel zu den positiven Säulen verteilt, so daß der optimale Quecksilberdampfdruck in der gesamten Gasentladungskammer erhalten bleibt. Es wurde festgestellt, daß der Winkel an der Spitze des Grates zwischen 60° und 90° liegen muß, wenn praktisch alle Störungen bei der Erzeugung ultravioletter Strahlung hinsichtlich der Quecksilberresonanzlinien verhindert werden sollen. Bei Winkeln größer als 90° beginnen in der positiven Säule Störungen aufzutreten, wogegen bei Winkeln kleiner als 60° Herstellungsprobleme technischer Art auftraten. Es ist nämlich schwierig, mittels der Herstellungsmaschinen einen spitzeren Grat herauszublasen. Bei den bisher verwendeten Glasqualitäten bzw. Glasgüteklassen stellte sich der Bereich von 70°C...80°Cals Optimum bezüglich der technischen Aspekte der Produktion heraus. Obwohl es bei anderen Glasgüten möglich ist, einen Grat 13 herzustellen, der einen Spitzenwinkel spitzer als 60° hat, liegt die Temperatur innerhalb der Spitze unter 4O⁰C, was nicht erwünscht ist. Im Falle von kompakten Quecksilberdampfentladungslampen, die mehr als zwei gerade Röhrenabschnitte umfassen, können die Röhrenteile, die sich an die geraden Abschnitte anschließen, alle die Form des Krümmungsteils 12 mit einem Grat 13 haben. Andererseits sind nur ein oder zwei der gekrümmten Verbindungsbereiche mit einem Grat 13 für die Kondensation von Quecksilberdampf ausgestattet.

Claims

1. Kompakte Quecksilber-Niederdruckdampfentladungslampen, die mindestens zwei zueinander parallele gerade Entladungsröhren umfaßt, die mittels eines Verbindungsteils an ihrem einen Ende miteinander verbunden und innen mit einer fluoreszierenden Substanz beschichtet sind und zusammen eine Gasentladungskammer zwischen zwei Elektroden bilden, die sich an den freien Enden der Röhren befinden, wobei die Enden gasdicht mit einem Lampensockel verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß das gekrümmte Verbindungsteil (12) zwischen den geraden Röhren im Querschnitt einen Grat (13) aufweist, der sich längs des Verbindungsteils von der vom Lampensockel (4) abgewendeten Seite aus erstreckt, wodurch der kreisförmige Querschnitt (14) der Entladungskammer längs des gekrümmten Verbindungsteils vergrößert wird.

2. Lampe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Grat (13) längs des Hauptabschnitts des Verbindungsteils (12) im Winkel zwischen 60° und 90°, vorzugsweise zwischen 70° und 80° zugespitzt ist.

3. Lampe nach Punkt 1 oder Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Grat (13) in einer solchen Höhe über dem äußeren Umfang der kreisförmigen Querschnittsfläche (14) befindet, die dem Zweifachen des Radius des inneren Bogens jener Krümmung entspricht, dem das Verbindungsteil (12) zwischen den beiden geraden Röhren folgt.

4. Lampe nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Länge der geraden Röhren der durch die Lampe verbrauchten Watt-Leistung angepaßt ist, so daß die Temperatur längs des Grats (13) 40°C nicht überschreitet, wenn die Lampe eingeschaltet ist.

5. Lampe nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Lampe mit Edelgas, vorzugsweise mit reinem Argon, bis auf einen Druck von etwa 500Pa gefüllt ist.

6. Lampe nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Edelgasfüllung besitzt, die 10%...20% Argon und 80%...90% Krypton umfaßt.

7. Lampe nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Edelgasfüllung mit 85% Argon und 15% Neon besitzt.

8. Lampe nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß sie Quecksilber enthält, das beim Einschalten der Lampe bis auf einen Teildruck im Bereich zwischen 4 χ 10~³Torr und 7,5 χ 10~³Torr verdampft wird.