DK158177B - Katodeenhed for lysstofroer - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en katodeenhed for lysstofrør, således som nærmere angivet i krav l’s indledning.

i

DK 158177 B

Levetiden for et lysstofrør regnet i brændetimer er i 5 hovedsagen bestemt af levetiden for rørets katoder. Når katoderne har tabt en vis del af sit af jordalkalioxider betående emissionsmateriale, er deres elektroemitterende evne mindsket i en sådan grad, at røret enten ikke kan starte eller også indtræder i en "blink-periode", som 10 hurtigt pulveriserer det resterende emissionsmateriale.

Det er velkendt, at overskudsbarium opløst i emissionsmaterialets blandingskrystaller gør jordalkalioxiderne halvledende og mindsker elektronernes frigørelsesarbejde. Dette overskudsbarium dannes ved en kemisk reaktion mellem 15 bariumoxid og wolfram ifølge følgende ligning: 6 BaO + W -» Ba3W0g + 3 Ba

Det dannede bariumwolframat forbliver i katodens levetid et mellemlag mellem wolfram og selve emissionsmassen, medens barium som damp diffunderer kontinuerligt gennem 20 massen. Bariumwolframlåget medfører en dæmpning af reaktionen ifølge ovenstående formel, dvs. mindsket dannelse af barium. Som følge heraf vil ved kontinuerlig brænding af et normalt lysstofrør al barium være fordampet først efter ca. 30.000 timer. Belastningen på rørets 25 katoder under startprocessen er dog så stor, at levetiden reduceres med faktor 2-3 ved normal anvendelse af lysstof rør, dvs. med en gennemsnitlig drift på 2-3 timer pr. gang.

Tabet af det som emissionsmasse tjenende katodemateriale 30 og dermed påfølgende forkortelse af lysstofrørets levetid forårsages i princippet af tre forskellige processer, nemlig

DK 158177 B

2 1) borttransport af emissionsmateriale på grund af ionbombardement, specielt i forbindelse med for lav katodetemperatur, 5 2) fordampning af emissionsmaterialet, og 3) kemiske reaktioner mellem emissionsmaterialet og gas-formige forureninger i røret.

Ved konstruktion af lysrør, der er bestemt til ekstra lang levetid i kombination med et betydeligt antal tændinger og 10 slukninger, skal rørets katoder konstrueres med størst hensyntagen til disse tre årsager til forkortet katodelevetid.

Borttransportering af emissionsmateriale på grund af ionbombardement forudsætter i princippet, at hvert atom, 15 som forlader katodeoverfladen, aldrig vender tilbage til katoden. Dette gælder dog kun i vakuum. I virkeligheden omgives katoden i en normal lysstofrørkonstruktion af én ædelgasatmosfære med tryk på omkring 2,5-102 Pa, hvorfor den frie middelvejlængde for fra overfladen frigjorte 20 atomer og molekyler er betydeligt kortere end afstanden mellem katoden og rørvæggen. Heraf følger, at mange af de frigjorte atomer og molekyler stødes tilbage og atter falder ind mod katodeoverfladen, hvilket medfører en betydelig formindskelse af materialetabet. Denne 25 formindskelse er dog utilstrækkelig, hvor det gælder katoder for lysstofrør med lang levetid.

Fordampning af emissionsmasse er forholdsvis konstant ved kontinuerlig drift, men sker med forhøjet hastighed efter hver start og inden for de derpå følgende minutter som 30 følge af den forøgede katodetemperatur. En katode for et lysstofrør med lang levetid skal derfor konstrueres således, at fordampede atomer og molekyler i stor udstrækning reflekteres tilbage til katodeoverfladen, og

DK 158177 B

3 således at katodetemperaturen forbliver moderat selv under selve startperioden.

Opfindelsens formål er at løse de ovenfor skitserede 5 problemer og derved tilvejebringe en katodeenhed for et lysstofrør, som forlænger rørets levetid betydeligt.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning. Med en katodeenhed af denne udformning opnås en kraftigt forøget tilbage-10 stødning til katodeoverfladen af fra denne overflade frigjorte atomer og molekyler, såvel sådanne som frigøres gennem ionbombardement som sådanne, som fordamper fra katodeoverf1aden.

For at reducere sværtningen af rørvæggens indvendige side 15 i størst mulig grad skal skivens hul have en så lille diameter som muligt. En alt for lille huldiameter medfører dog, at lysstofrørets startspænding stiger på ikke ønsket måde, hvorfor det er at foretrække, at skivens hul har en diameter, som er valgt så lille som muligt under samtidig 20 hensyntagen til, at rørets startspænding ikke må overskride en forudbestemt værdi. For et normalt lysstofrør med en rørdiameter på 38 mm har den mest hensigtsmæssige huldiameter vist sig at være 10-12 mm, dvs. ca. 25-32% af rørdiameteren.

25 Eftersom uønskede, kemiske reaktioner mellem emissionsmaterialet og gasformige forbindelser i røret helt kan ødelægge rørets levetid, er det af største vigtighed, at der ved rørets fremstilling anvendes en effektiv pumpeproces til fjernelse af alle spor af differente 30 gasser. Det vides erfaringsmæssigt, at den mest effektive pumpeproces opnås i en pumpeautomat, hvor vakuumpumpning under høj varme kombineres med "intern pumpning" tilveje-

DK 15 817 7 B

4 bragt ved, at kviksølvdråber doseres ned i det varme lysstofrør. Når kvivksølvdråberne rammer lysstofrøret, fordampes de eksplosionsagtigt og giver anledning til en 5 diffusionspumpevirkning i lysstofrøret, hvorved der sker en yderst effektiv borttransportering af forureninger. Forudsætningen for at dette skal finde sted i tilstrækkelig udstrækning er dog, at katodeskærmen ikke virker hæmmende på effektiviteten af den nævnte 10 pumpeproces. Af denne årsag foretrækkes det, at åbningen i katodeskærmens bund har et areal, som mindst er lige så stor som skivens hulareal.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved et udførelseseksempel under henvisning til tegningen, hvor 15 fig. 1 viser et snit gennem den ene ende af et lysstofrør forsynet med en ifølge opfindelsen udført katodeenhed, fig. 2a og b henholdsvis i lodret snit og set nedefra en ved katodeenheden anvendt katodeskærm, 20 fig. 3 set fra oven en glimmerskive, der er beregnet til at dække den åbne ende af den i fig. 2a og 2b viste katodeskærm og fig. 4 et kurvediagram, som illustrerer startspændingens og sværtningsgradens afhængighed af glimmerskivens 25 huldiameter.

I fig. 1 er vist i snit den ene ende af et lysstof rør udført i overensstemmelse med opfindelsen. Rørets glasvæg 1 er ved sin ende på konventionel måde lukket af en fod 2, som samtidig tjener som bæreorgan for katodestøtter 4, som 30 bærer rørets katode 3. Disse støtter, som er elektrisk ledende, er forbundet med tilledningstråde 5, der er indsmeltet i foden 2, gennem hvilke strøm kan bringes til at passere katoden 3 og opvarme denne. Katoden eller spi-

DK 158177 B

5 ralen 3 omgives af en katodeskærm 6, som fortrinsvis er af jern eller nikkel. Skærmen 6 bæres af en i foden 2 indsmeltet stift 7 og er elektrisk isoleret fra katoden 3.

5 Som det tydeligst fremgår af fig. 2a og 2b har katodeskærmen 6 form af et bæger, i hvis bund der er udformet en aflang åbning 8 til indføring af katoden 3 og dele af katodestøtterne 4. Katodeskærmens åbne ende er lukket af en glimmerskive 9, hvis tykkelse, som er stærkt 10 overdrevet i fig. 1, fortrinsvis andrager 0,10-0,15 mm.

Som det fremgår af fig. 3, er glimmerskiven 9 forsynet med et centralt hul 10 af fortrinsvis cirkulær form. For et normalt lysstofrør med rørdiameter 38 mm har hullet 10 er diameter på 10-12 mm. En mindre diameter formindsker 15 ganske vist sværtningen af rørvæggens indvendige side, men forøger samtidig startspændingen til uacceptable værdier, hvilket illustreres i fig. 4, som viser dels startspændingen U i volt, dels den relative sværtningsgrad S, som funktion af hullets diameter D^q i mm. Større 20 huldiametre sænker kun startspændingen ubetydeligt, men forøger rørvæggens sværtning betydeligt.

Det er vigtigt, at hulskiven 9 er af glimmer eller andet elektrisk isolerende, ikke gasafgivende materiale, eftersom ionbombardementet, hvis skiven var af f.eks.

25 jern, skulle frembringe yderligere forstøvet materiale og dermed forøge sværtning af rørvæggen.

Med den ovenfor beskrevne udformning opnås endnu en fordel, nemlig i de halvperioder, hvori spiralen 3 fungerer som anode. Ved at udladningen skal passere 30 gennem den med hul forsynede glimmerskive 9 opnås en kraftig forøgelse af elektrontætheden i nærheden af den som anode fungerende spiral 3, hvorved anodefaldet reduceres, hvilket medfører sænket katodetemperatur og dermed mindsket fordampningshastighed.

DK 158177 B

6

Som nævnt i indledningen er det ønskeligt, at røret evakueres ved hjælp af en pumpeproces, ved hvilken vakuumpumpning kombineres med "intern pumpning" 5 tilvejebragt ved, at kviksølvdråber rammer det varme rør.

En sådan dråbe er vist skematisk ved 11 i fig. 1. Når dråben rammer det opvarmede lysstofrør, væggen 1 og/eller foden 2, fordampes den eksplosionsagtigt, og der derved dannede kviksølvdamp strømmer hurtigt opad. Pilene 12 og 10 13 angiver skematisk de i denne sammenhæng væsentligste strømningsbaner for dampen. For at den kuldioxid, der befinder sig ved emissionslaget, og som opstår ved omdannelse af carbonater til oxider, effektivt skal kunne bortledes, ligesom for at den interne pumpning skal blive 15 effektiv, skal den kviksølvdamp, som følger den med pilen 13 markerede vej, ikke hindres af det af katodeskærmen 6 og glimmerskiven 9 dannede aggregat. Af denne årsag bør huldiameteren af glimmerskiven 9 overstige 10 mm for lysstofrør med rørdiameter 38 mm, hvorimod bundåbningen 8 20 i katodeskærmen 6 skal have et areal, som mindst er lige så stort som glimmerskivens hulareal, men fortrinsvis større.

Den ovenfor beskrevne udformning af katodeenheden gør det muligt med bibeholdelse af normal brændetid på 3 timer pr.

25 indkobling at opnå en levetid, som er 3-4 gange længere end ved konventionelle lysstofrør.

Claims (3)

1. Katodeenhed for lysstof rør med en i forhold til rørets væg (1) fast anbragt katode (3), som omgives af en 5 med katoden elektrisk ikke forbundet katodeskærm (6) af elektrisk ledende materiale, hvilken katodeskærm (6) mod rørets udladningsrum er delvis lukket af en med et centralt hul (10) forsynet skive (9) af elektrisk isolerende materiale, kendetegnet ved, 10 a) at katodeskærmen (6) udgøres af et bægerformet hylster, i hvis bund der er udformet en åbning (8) til katodens (3) indføring i bægerets indre, b) at hullet (10) i skiven (9) har en diameter, som er valgt så lille som muligt, fortrinsvis 25-32% af 15 rørets diameter, under samtidig hensyntagen til, at rørets startspænding ikke må overskride en forudbestemt værdi, samt c) at åbningen i katodeskærmens (6) bund har et areal, som er mindst lige så stort som hullets (10) areal.

2. Katodeenhed ifølge krav 1, kendetegnet ved, at katodeskærmen (6) består af jern eller nikkel.

3. Katodeenhed ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at skiven (9) består af glimmer.