DE3005052A1

DE3005052A1 - Elektrische entladungslampen

Info

Publication number: DE3005052A1
Application number: DE19803005052
Authority: DE
Inventors: Frederick William Hoeh
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB2044988B; GB2044988A; NL8000608A; JPS6021461B2; US4319162A; JPS55108162A

Description

48,105
8005

.Düsseldorf, 8. Feb. 1980

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Elektrisehe Entladungslampen

Die Erfindung betrifft elektrische Entladungslampen, insbesondere Fluoreszenzlampen von kompakter Größe und hoher Helligkeit, die in Lichtquellen verschiedener Art verwendbar sind, sei es im Privathause oder als kommerzielle Beleuchtungsarmatur, für die an sich Glühlampen vorgesehen sind.

Elektrische Entladungslampen mit röhrenförmigem Kolben, die "dreidimensionale" Lichtquellen ergeben, sind an sich wohlbekannt. Die US-PS 26 52 483 offenbart Fluoreszenzlampeneinheiten von gewendelter Konfiguration (siehe die in den Fig. 7 und 15 dargestellten Ausführungsformen) die dadurch gebildet sind, daß mehrere halbkreisförmige Lampen miteinander verkoppelt werden, um eine arbeitende Anordnung zu bilden. Andere Fluoreszenzlampen der dreidimensionalen Konfiguration, die durch vier Abschnitte von herkömmlichen Fluoreszenzlampenröhren gebildet werden, die zusammengebündelt und mittels geeigneten Öffnungen in den Seitenwänden von entsprechenden Röhren miteinander verbunden sind, werden in der US-PS 35 01 662 dargestellt.

Elektrische Entladungslampen mit rohrförmigem Kolben, der in verschiedene Formen gebogen ist, um konzentrierte Lichtquellen

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zu liefern, sind ebenfalls bekannt. Eine doppelendige Art von Natriumdampfentladungslampe mit einem Kolben, der aus einem einzigen Rohr geformt ist, das zweifach in sich selbst gefaltet oder gebogen wird, um drei gerade rohrfcrmige Abschnitte zu erhalten, die in paralleler Dreiecksform zueinander angeordnet sind, wird in der GB-PS 854 745 (siehe die Ausführungsformen der Fig. 3 und 4) offenbart. Eine Leuchtentladungsröhre, die zu Reklamezwecken und zu Darstellungszwecken (oder auch als Bakenlicht) Verwendung findet, und die einen aus Glasrohr gebildeten Kolben aufweisen, der elfmal in sich gebogen ist, um eine entsprechende Anzahl von U-förmigen Abschnitten zu liefern, wird in der US-PS 18 98 615 dargestellt. Gasförmige Entladungseinrichtungen, die aus einem wärmekonservierenden Gehäuse bestehen, das eine Lampe umschließt, die einen rohrförmigen Kolben besitzt, der dreimal in sich selbst gebogen ist, um vier gerade Abschnitte zu bilden, die voneinander einen Abstand aufweisen und so angeordnet sind, daß die die Elektrode enthaltenden Enden des Kolbens auf entgegengesetzten Seiten von einem der gebogenen Segmente und Verbiegungen angeordnet sind, werden in den US-PSen 20 01 511 und 22 OO 940 offenbart.

Erst kürzlich wurde vorgeschlagen, eine einschraubbare Fluoreszenz lampe von kompakter Größe dadurch zu schaffen, daß das Innere eines zylindrischen Kolbens in geeigneter Weise aufgeteilt wird oder indem der Kolben aus einem Rohr hergestellt wird, das in sich selbst gebogen wird, um eine U-förmige Birne zu erhalten. Die Lampe kann zusätzlich in eine Spiralform gedreht oder auch in sich selbst zurückgeführt sein, um eine im wesentlichen M-förmige Kolbenform zu erhalten. Eine auf diese Weise gestaltete Fluoreszenzlampe wird in der US-PS 35 51 736 offenbart. Die M-förmige Rohrkolbenform wird in Fig. 5 dargestellt und zusammen mit anderen vorstehend erwähnten Formen in den Zeilen 24 - 30 der Spalte 2 beschrieben.

Ein Verfahren zur Herstellung einer kreisförmigen Fluoreszenzlampe durch Biegen eines geraden rohrförmigen Glaskolbens um einen geeignet gebogenen Kern wird in der US-PS 39 93 465 be-

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schrieben.

Zwar sind die elektrischen Entladungslampen des Standes der Technik von der Funktion her insoweit zufriedenstellend, als sie die gewünschte physikalische Kompaktheit und Lichtkonzentration durch Anwendung von Kolben der dreidimensionalen Bauart ergeben, doch waren diese Lampen schwierig und teuer herzustellen, da sie entweder die Verwendung von mehreren getrennten Lampen- oder Kolbenbauteilen erforderten, die miteinander zu verbinden waren, oder indem sie Kolben verwendeten, die aus Rohr hergestellt werden, das in einer solchen Weise gebogen wird, daß die die Elektrode enthaltenden Enden der Röhre an entgegengesetzten Enden des gefalteten Kolbens oder auf gegenüberliegenden Seiten des einen seiner ü-förmigen Segmente angeordnet sind. Dies verkompliziert nicht nur die Fassungs- und Anschlußstrukturen, die erforderlich sind, um die Lampenelektroden mit einer geeigneten Leistungsquelle zu verbinden, es ist auch sehr schwer oder unmöglich, die Lampe mit einer Einschraubfassung zu versehen, die es ermöglichen würde, die Lampe in Beleuchtungsarmaturen zu benutzen, die für glühlampenartige Lampen vorgesehen sind. Zusätzlich ist es bei exogen bekannten Lampen auch notwendig, rohrförmige Kolben von derartig komplizierter Gestalt anzuwenden, daß deren Herstellung auf einer Massenproduktionsbasis unpraktisch ist und zwar sowohl vom kostenmäßigen Standpunkt wie auch vom Qualtitätsstandpunkt aus gesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lampe der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Herstellung wesentlich einfacher ist und insbesondere eine Massenproduktion ermöglicht und die zum anderen so gestaltet ist, daß auch, falls gewünscht, eine Schraubfassung für den Lampenanschluß vorgesehen werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine elektrische Lampe gelöst, die ein Paar von im Abstand angeordneten Elektroden sowie ein ionisierbares Medium enthält, das in der Lage ist, eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden aufrecht zu erhalten, wenn die Lampe erregt wird. Die Lampe besteht aus einem

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abgedichteten rohrförmigen Kolben aus lichtdurchlässigem Material, der vier im wesentlichen gerade Elemente besitzt, die über drei gebogene Segmente miteinander verbunden sind und die zusammen drei im wesentlichen ü-förmige Abschnitte bilden, welche einen einzigen Entladungskanal von gefalteter Konfiguration bilden, wobei jeder der aneinander anschließenden im wesentlichen U-förmigen Abschnitte des Kolbens in einer anderen Ebene angeordnet und so orientiert ist, daß sich vier im wesentlichen gerade Abschnitte in die gleiche allgemeine Richtung erstrecken und daß der Entladungskanal von zwei der im wesentlichen geraden Abschnitte abgeschlossen wird, die sich nahe zueinander befinden und in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die im wesentlichen geraden Abschnitte, die den Entladungskanal abschließen und die Enden des rohrförmigen Kolbens bilden, sind auch auf der gleichen Seite des im wesentlichen U-förmigen Abschnittes angeordnet, der den mittleren Teil des Kolbens bildet, so daß die im wesentlichen geraden Segmente des Kolbens in im wesentlichen rechteckiger Säulenanordnung vorliegen und eine Lichtquelle liefern, die von kompakter, dreidimensionaler Größe ist.

Vorzugsweise wird der Kolben der Entladungslampe aus einem einzigen Stück glasartigen Rohrs hergestellt, das in drei aneinandergrenzende U-förmige Abschnitte gebogen wird, die so orientiert werden, daß die Enden der Röhre, die die Elektroden enthalten, angrenzend zueinander in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden, die keine der U-förmigen Segmente des Kolbens schneidet. Dies wird dadurch erreicht, daß die U-förmigen Abschnitte des Kolbens in einer solchen Weise orientiert werden, daß zwei von ihnen in Seite an Seite liegender paariger Beziehung liegen und mittels eines dritten U-förmigen Abschnittes verbunden sind, der invertiert ist und in einer Ebene liegt, die parallel zur Ebene ist, die die freien Enden des Rohrs enthält. Die räumlichen Beziehungen der drei U-förmigen Abschnitte des neuartigen Kolbens sind derartig, daß zwei von den Abschnitten ein Paar von im Abstand angeordneten Haken bilden, die zueinander ausgerichtet sind und deren Spitzen seitlich zueinander gebogen sind und durch eine U-Biegung miteinander verbunden sind, die den dritten

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U-förmigen Abschnitt bildet. Die geraden rohrförmigen Beine der U-förmigen Abschnitte sind somit in einer rechteckigen Säulenanordnung orientiert und die freien Enden des Kolbens sind nahe und auf der gleichen Seite des U-förmigen Abschnitts angeordnet, die die Spitzen der gepaarten Haken miteinander verbinden.

Der sich ergebende dreifach ü-förmige Kolben ist somit von dreidimensionaler Konfiguration und liefert trotz seiner Kompaktheit trotzdem einen einzigen Entladungskanal, der mehr als viermal so lang ist wie die geraden Beine des gefalteten Kolbens. Die. neuartige Form des zwei Haken umfassenden Kolbens liefert somit einen gewundenen Entladungsweg, der nicht nur von ausreichender Länge ist, um die Lampe mit gutem Wirkungsgrad bei einer praktischen Leistung betreiben zu können, sie ist auch so konfiguriert, daß die Elektroden am gleichen Ende des Kolbens angeordnet sind und so ausgerichtet sind, daß der Kolben leicht mit einer Schraubfassung ausgestattet werden kann und trotzdem eine Lampe liefert, die klein genug ist, um in Lampenarmaturen Verwendung zu finden, die für Glühlampen gedacht sind.

Die neuartige Form des dreifach umgebogenen Kolbens liefert auch einen Luftraum zwischen jedem der U-förmigen Abschnitte und eine kaminartige Zentralöffnung, die verhindert, daß die Lampe überhitzt wird, besonders dann, wenn sie mit höheren Leistungen in einem engen Umgebungsraum betrieben wird. Die freistehende Orientierung der U-förmigen Abschnitte ermöglicht auch, den Kolben in einfacher Weise aus Glasrohr der Art zu erzeugen, die für herkömmliche Fluoreszenzlampen verwendet wird, indem das Glasrohr erhitzt wird, um es weich zu machen und dann die zwei Biegeoperationen auszuführen, die in schneller Weise alle U-Bögen bildet, während das Glasrohr noch weich und biegbar ist.

Da die Elektroden enthaltenden Enden des Kolbens angrenzend zueinander angeordnet sind und auf der gleichen Seite des mittleren U-förmigen Abschnitts liegen, können diese Teile des Kolbens auch leicht miteinander durch geeignete Verspannungseinrichtungen verkoppelt werden, um die Lampe zu versteifen und zu verhindern,

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daß der Kolben bricht, während die fertige Lampe gehandhabt oder versandt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer kompakten Fluoreszenzlampe, die den neuartigen dreifach U-gebogenen Kolben verwendet;

Fig. 2 eine vergrößerte Vorderansicht der Lampe der Fig. 1, wobei Teile des Kolbens zu Illustrationszwecken weggebrochen sind.

Fig. 3 und 4

vereinfachte perspektivische Ansichten zur Erläuterung der Art und Weise, in der ein gerades Stück von Glasrohr zu einem dreifach U-gebogenen Lampenkolben mit nur zwei aufeinanderfolgenden Biegeoperationen geformt wird.

Zwar kann die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise bei verschiedenen Arten von elektrischen Entladungslampen verwendet werden, die aufgrund ihrer kleinen physikalischen Größe und ihrer großen Helligkeit für die Beleuchtung von Häusern oder Büroräumen geeignet sind, ist jedoch besonders günstig anzuwenden in Verbindung mit Niederdruckentladungslampen wie beispielsweise Fluoreszenzlampen oder Leuchtstofflampen, so daß im folgenden ein derartiges Beispiel beschrieben wird.

Eine kompakte Fluoreszenzlampe L, die die Erfindung umfaßt, ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und besteht aus einem Kolben 10, der aus einem geeigneten lichtdurchlässigen glasartigen Material besteht, wie beispielsweise einem Glasrohr, das so geformt ist, daß es einen gewundenen Entladungsweg bildet, der sich zwischen

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zwei Elektroden 12 und 14 (siehe Fig. 2) erstreckt, die innerhalb der Enden des Kolbens dicht eingelagert sind. Es sei bemerkt, daß der rohrförmige Kolben 10 dreimal in sich gebogen ist, und zwar in einer solchen Weise, daß sich drei im wesentlichen U-förmige Abschnitte ergeben, die in drei unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und so orientiert sind, daß beide Abschnitte zueinander in paariger Seite-an-Seite-Beziehung ausgerichtet sind und durch den anderen ü-förmigen Abschnitt, der invertiert ist,, miteinander verbunden werden. Einer der gepaarten U-förmigen Abschnitte ist durch ein im wesentlichen gerades rohrförmiges Segment 16 definiert, das durch ein gebogenes Segment 17 mit einem anderen geraden Rohrsegment 18 verbunden ist. Das Rohrsegment 18 wiederum ist durch ein anderes gebogenes Segment 19 mit einem anderen geraden Segment 20 verbunden, wodurch ein zweiter U-förmiger Abschnitt gebildet wird, der in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des ersten ü-förmigen Abschnitts liegt. Das gerade Segment 20 ist durch ein drittes gebogenes Segment 21 mit einem anderen geraden Segment 22 verbunden und bildet dadurch einen dritten U-förmigen Abschnitt, der in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene des zweiten oder mittleren ü-förmigen Abschnitts liegt und im wesentlichen parallel zur Ebene des ersten U-förmigen Abschnitts angeordnet ist.

Wie am deutlichsten aus Fig. 1 hervorgeht, besitzen die einzelnen gebogenen Segmente 17, 19 und 21 des gefalteten Kolbens 10 U-Biegungen mit einer solchen Krümmung, daß die geraden rohrförmigen Abschnitte 16, 18, 20 und 22 sich in die gleiche Richtung erstrecken und im wesentlichen zueinander in einer rechteckigen und säulenartigen Anordnung liegen. Die geraden Abschnitte 16 und 22, die die Lampenelektroden enthalten (und somit den Entladungskanal sowie den Kolben 10 abschließen) sind nahe zueinander in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die im wesentlichen parallel zu der Ebene des invertierten U-förmigen Abschnitts liegt, die von den geraden Abschnitten 18 und 20 und dem mittleren U-Bogen 19 gebildet wird. Die geraden rohrförmigen Abschnitte 16, 18, 20 und 22 sind somit paarweise derart ange-

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ordnet, daß sie in vier unterschiedlichen Ebenen liegen, die so orientiert sind, daß angrenzende Ebenen jeweils zueinander senkrecht liegen. Infolgedessen ist die Gesamtkonfiguration des aus drei U-Bögen bestehenden Kolbens 10 derartig, daß er einen im wesentlichen kubischen oder tetrahedralen Charakter aufweist. Wenn die Fluoreszenzlampe L erregt wird, und der Kolben 10 somit eine dreidimensionale Lichtquelle liefert, die sehr kompakt ist, trotzdem aber einen einzigen Entladungskanal liefert, der wesentlich langer ist als das Vierfache der gesamten Höhendimension "h" des gefalteten Kolbens 10, ermöglicht dies einen sehr wirkungsvollen Betrieb der Lampe L.

Es sei auch bemerkt, daß in Fig. 1 die geraden Beinsegmente 16 und 22 den Kolben 10 abschließen und daß der Entladungskanal mit geeigneten Basisgliedern 24 und 25 versehen ist, die an den abgedichteten Enden des Kolbens mittels eines Zements oder einer anderen geeigneten Einrichtung befestigt sind und ein Paar von Anschlüssen tragen, wie beispielsweise Metallstifte 26 und 27, die mit entsprechenden Elektroden verbunden sind. Mittels der neuartigen Orientierung der drei U-förmigen Kolbenabschnitte sind die mit der Basis oder der Fassung versehenen Enden der geraden Segmente oder Beine 16 und 22 des Kolbens 10 auf der gleichen Seite des U-förmig gebogenen Segmentes 19 angeordnet, das einen Teil des invertierten U-förmigen Abschnitts des Kolbens bildet. Diese räumliche Anordnung gibt der Lampe nicht nur wirksam eine einendige Konstruktion (und vereinfacht somit hier den Anschluß der Lampe an eine geeignete Leistungsquelle), sondern ermöglicht auch, den Kolben 10 leicht zu versteifen und gegenüber Bruch dadurch zu schützen, daß eine geeignete Versteifungseinrichtung wie eine Verstrebung 28, die aus steifem Draht oder einem anderen geeigneten Material gebildet wird, vorgesehen wird. Die Verstrebung ist an den Basisgliedern 24 und 25 angebracht und erstreckt sich seitlich zu den U-Bogensegmenten 19, an die sie angekoppelt ist, beispielsweise durch eine aufschiebbare und verriegelnde Bauart einer Passung, die durch einen gebogenen Haken 29 bewirkt wird, der an dem Ende der Verstrebung vorgesehen ist und den U-Bogen 19 ergreift. Wie dargestellt ist,

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kann die Versteifungsstrebe 28 aus einem einzigen Stück Draht (oder einem anderen festen Material) hergestellt werden, der in sich selbst gebogen ist und durch ein Querstück 30 an einer Biegung gehindert wird, welches Querstück an den Enden der Strebe angebracht wird, die an den Basisgliedern 24, 25 befestigt ist.

Wie in der vergrößerten Darstellung einer Fluoreszenzlampe L gemäß Fig. 2 zu erkennen ist, ist der dreifach U-förmig gebogene Kolben 10 mit einer üblichen inneren Beschichtung 11 aus einem geeigneten Leuchtstoffmaterial versehen, das die von der Entladung erzeugte Ultraviolettstrahlung in sichtbare Strahlung umsetzt. Die Enden der Beine oder Segmente 16 und 22 des Kolbens sind mittels einer Stielanordnung 13 bzw. 15 von herkömmlicher Konstruktion hermetisch abgeschlossen, welche Anordnungen an dem Kolben angeschmolzen sind und die thermoionischen Elektroden 12 und 14 tragen. Die Elektroden bestehen aus den üblichen Wolframdrahtwendeln, die mit einem elektrodenemittierenden Material beschichtet sind und mittels Draht zu Führungen 35 und 36 an Stiftanschlüsse 26 und 27 des entsprechenden Basisgliedes 24, verbunden sind, das an den abgedichteten Enden des Kolbens angebracht ist. Gemäß üblicher Lampenherstellungspraxis enthält der Kolben 10 ein geeignetes ionisierbares Medium, wie ein Füllgas und eine Dosis Quecksilber, die in den Kolben durch ein Rohr 23 eingeführt werden, das sich innerhalb des Stiels 15 erstreckt und nachfolgend in der üblichen Weise abgeschmolzen und abgedichtet wird. Ein geeignetes Füllgas ist Argon mit einem Druck unterhalb von etwa 10 Torr, vorzugsweise etwa 3 Torr. Eine Quecksilberdosierung wird sich gemäß der physikalischen Größe des Kolbens 10 sowie der Leistung ändern, mit der die Lampe L betrieben werden soll. Die Quecksilberdosis ist ausreichend, um Quecksilberdampf mit einem Teildruck von etwa 6 bis 10 Millitorr zu liefern, wenn die Lampe mit der Nennleistung betrieben wird.

Zwar kann jeder geeignete Leuchtstoff oder Mischung von Leuchtstoffen benutzt werden, um die innere Lumineszenzbeschichtung 11 zu bilden, doch, werden für Beleuchtungsanwendungen, wo optimale Sichtklarheit und Farbwiedergabe der beleuchteten Objekte oder

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der beleuchteten Szene erforderlich sind, Beschichtungen angewendet, die eine Mischung von drei Leuchtstoffen enthalten, welche sichtbare Strahlungen in drei unterschiedlichen ausgewählten Bereichen des Spektrums zeigen, insbesondere die Wellenlängenbereiche von etwa 450 nm, 540 nm und 610 nm. Es ergibt sich damit eine sogenannte Primärfarbenfluoreszenzlampe, gemäß den Lehren von W. A. Thornton in dem Aufsatz mit dem Titel "Luminosity And Color-Rendering Capability Of White Light", Journal of the Optical Society of America, Band 61, Nr. 9 (September 1971), Seiten 1155 bis 1163. Als besonderes Beispiel wird eine geeignete Leuchtstoffmischung für eine Fluoreszenzlampe genannt, die eine derartige verbesserte Lichtabgabe zeigt und die manganaktiviertes Zinksilikat, europiumaktiviertes Strontiumchlorophosphat und europiumaktiviertes Yttriumoxid als Leuchtstoffe enthält, die alle dem Durchschnittsfachmann bekannt sind.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, besitzt die Drahtverstrebung 28 zwei seitlich sich erstreckende Beine 31 und 33, die sich durch geeignete öffnungen in den Basisgliedern 24, 25 erstrecken und durch gebogene Segmente 32 und 34 abgeschlossen sind, die sich passend innerhalb des Basiskragens abstützen und die Versteifung sicher mit den mit Fassungen versehenen Enden des Kolbens 10 verkoppeln. Die hakenförmigen Enden 29 der Versteifung 28 gleitet über das Ü-Bogen Segment 19 und verriegelt sich mit diesem, welches Segment gegenüberliegend zu den mit Basis versehenen Enden des Kolbens angeordnet sind, wie bereits beschrieben.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die Konfiguration des gefalteten Kolbens 10 derartig ist, daß er in einfacher Weise von einem geraden Stück Glasrohr hergestellt werden kann, und zwar mit nur zwei Biegeoperationen (in den Fig_e 3 und 4 dargestellt) und einer einzigen Erhitzungsoperation, was alles mittels automatischen Maschinen wirkungsvoll durchgeführt werden kann. Die erste Rohrbiegeoperation ist in Fig. 3 dargestellt und besteht darin, daß zunächst ein gerades Stück 10" von geeignetem Glasrohr mit vorbestimmter Länge in ein paar Halte-

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rungen 38, 40 angeordnet wird, die die Endsegmente des Rohrs ergreifen und dann zueinander entlang gebogener Wege (wie durch die Pfeile angedeutet) zueinander in einer Ebene verschwenken, die im wesentlichen zu der Röhrenachse ausgerichtet ist und diese enthält. Als besonderes Beispiel kann ein Sodakalkglasrohr derart verwendet werden, wie gewöhnlich für die Herstellung von Fluoreszenzlampen angewendet wird. Derartige Gläser sind dem Fachmann bekannt und besitzen typischerweise einen Erweichungspunkt in der Größenordnung von 693 C, einen Anlaßpunkt von etwa 515 C und einen Belastungspunkt von ungefähr 470 C.

Nachdem das Glasrohr 10' in die Halterungen 38 und 40 eingesetzt ist, wird der mittlere Teil des Rohrs, der sich zwischen den Halterungen 38 und 40 erstreckt, mittels Gasbrennern (oder anderen geeigneten Einrichtungen) auf eine gleichförmige Temperatur erhitzt, die das Glas ausreichend erweicht, um ein Biegen der Röhre ohne deren Brechen oder Zusammensinken zu ermöglichen. Eine Temperatur von ungefähr 780° C ist im Falle des vorerwähnten Sodakalkglases geeignet. Das Zentrum des Rohrs 10' wird dann gegen die gebogene Arbeitsfläche von einer vorerhitzten Formkomponente 42 gelegt, welche Oberfläche so konturiert ist, daß sie eine periphere Nut 43 bildet, die das Rohr passend aufnimmt und eine mechanische Blockierung mit dem Rohr bildet. Während sich das Glas in seinem hitzeerweichten Zustand befindet, werden die Halterungen 38 und 40 schnell über einen Bogen von ungefähr 90 geschwenkt, wie es durch die Pfeile angedeutet wird, wodurch der zentrale Teil der erhitzten Röhre 10' um die Form 42 herumgebogen wird und ein Ü-Bogen 19 sich bildet, der die gerade Röhre zu einer U-förmigen rohrartigen Komponente 10' transformiert, die lange Beinabschnitte besitzt, welche im wesentlichen parallel zueinander liegen und von gleicher Länge sind. Wie angedeutet, bilden die Segmente des U-förmigen Rohrs 10¹ unmittelbar angrenzend zur U-Biegung 19 die Rohrsegmente 18 und 20 des fertigen Kolbens 10, und die starren Endsegmente 16 und 22 des Rohrs, die von den Halterungen 38 und 40 ergriffen sind, bilden die entsprechenden rohrförmigen Segmente, die den fertigen Kolben abschließen.

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Die zweite Biegeoperation ist in Fig. 4 dargestellt und beginnt unmittelbar nachdem die erste Biegeoperation beendet ist, während das Glasrohr sich noch in dem hitzerweichten und plastischen Zustand befindet. Wie dargestellt, werden die Beine der embryonalen U-förmigen Kolbenkomponente 10'' gegen die Kante der Arbeitsoberfläche von einer anderen vorerhitzten Formkomponente 44 gelegt, die (wie durch Pfeile angedeutet) hin und her beweglich ist und zu beiden Beinen in ausgerichtete überbrückende Position gebracht wird, nachdem die erste Biegeoperation abgeschlossen ist. Wie zu bemerken ist, ist die Arbeitsoberfläche der zweiten Form 44 auch von gebogener Konfiguration und so konturiert, daß sie ein Paar von Kanälen oder Nuten 45 bzw. 46 bildet, die so im Abstand angeordnet sind, daß sie die Beine der U-förmigen Rohrkomponente 10" passend aufnimmt und somit als Führung während der zweiten Biegeoperation dient.

Unmittelbar nachdem das U-förmige Rohr 10'' gegen den Rand der Form 44 gelegt ist, werden die Halterungen 38 und 40 (längs der ergriffenen Rohrenden 16 und 22) stationär gehalten und die Formkomponente 42 und das U-Bogenende 19 des Rohrs 10* über einen Winkel von etwa 180 (angedeutet durch den Pfeil) längs einer Ebene verschwenkt, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der ersten Biegeoperation liegt, wobei die zweite Biegeoperation bewirkt wird. Wie dargestellt, ist die Biegewirkung derartig, daß die ausgewählten mittleren Teile von beiden Beinen des Rohrs 10'' um die genuteten Teile der zweiten Formkomponente herumgewickelt und zu zwei zusätzlichen U-Bogensegmenten 17 und 21 geformt werden, die voneinander einen Abstand aufweisen und im wesentlichen zueinander in parallel gepaarter Beziehung stehen. Die mechanische Verriegelung mit dem Rohr 10', die durch die genutete Arbeitsoberfläche der Formkomponente 42 bewirkt wird, ist derartig, daß die Formkomponente 42 den U-Bogen 19 ausreichend fest ergreift, um der Form zu ermöglichen, das notwendige Drehmoment auf das Rohr für die zweite Biegeoperation auszuüben, wenn die Form 42 über den vorerwähnten Winkel geschwenkt wird. Wie aus der in Fig. 4 zu erkennenden Phantomdarstellung hervorgeht, bringt die zweite Biegeoperation den

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zuerst geformten U-Bogen 19 angrenzend zu den Endsegmenten 16 und 22 (wobei die letzteren zum Zwecke der Erläuterung weggebrochen sind) und vervollständigt die Bildung des fertig gefalteten Rohrkolbens 10.

Während das Glasrohr noch heiß und plastisch ist, wird ein Strom von inertem Gas (wie beispielsweise komprimierte Luft) vorzugsweise in eines der Enden des Rohrs eingeführt, um einen positiven Druck auszuüben und irgendwelche Deformationen in der Kreisform des Rohrs "auszurunden", welche während der Biegeoperationen entstanden sein mögen, insbesondere bei den U-Bogensegmenten.

Wenn sich der Rohrkolben 10 noch im wärmeerweichten Zustand befindet, wird er einem Strom von kalter Luft ausgesetzt, um das Rohr in seiner neuen Form zu fixieren. Die Formkomponente 42 wird dann abgesenkt, um 180 gedreht und zurückgezogen. Die Formkomponente 44 wird ebenfalls manipuliert, um sie von den U-Bogen 17 und 21 zu befreien und vom Kolben 10 abzuziehen. Die Halterungen 38 und 40 werden geöffnet und der dreifach U-förmig gebogene Kolben 17 dann auf eine geeignete Anlaßapparatur und nachfolgend den Abdichtoperationen usw. zugeführt, die zur Umwandlung in eine Fluoreszenzlampe notwendig sind.

Zur Erleichterung der Herstellung ist das gerade Stück des Glasrohrs 10* mit einer inneren Beschichtung aus Leuchtstoff versehen, (in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt), bevor das Rohr erhitzt und den zwei Biegeoperationen ausgesetzt wird. Wenn jedoch optimaler Lichtausgang von der fertigen Fluoreszenzlampe erwartet wird, wird die Leuchtstoffbeschichtung erst durchgeführt, wenn das Stück Glasrohr in die gewünschte dreifach U-förmig gebogene Konfiguration gebracht wird, da dadurch der Lumenausgang der fertigen Lampe um etwa 9 % erhöht wird.

Wenn der Kolben 10 in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist, ist es wichtig, daß das Glasrohr 10' gleichförmig auf die geeignete Temperatur erhitzt wird, bevor die Biegeoperationen stattfinden, da alle U-Bögen sehr schnell hergestellt werden,

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bevor das Glas beginnt abzukühlen und sich zu verfestigen.

Eine gleichförmige Erhitzung des mittleren Teils des Rohrs 1O¹ wird am besten durch eine fortlaufende Drehung des Rohrs auf Walzen über einem offenen Brenner oder in einem Ofen erreicht, der so gebaut ist, daß er beide Enden des Rohrs kühl und starr läßt, so daß das erhitzte Rohr zu dem beweglichen Paar von Halterungen 38 und 40 übertragen und von diesen ergriffen werden kann.

Die Tatsache, daß die letzten zwei U-Bögen 17 und 21 gemäß der Erfindung gleichzeitig hergestellt werden, ermöglicht es, daß der Rohrverformungsprozeß in einer sehr kurzen Zeitperiode durchgeführt wird, nämlich in der Größenordnung von etwa 10 bis 20 s, bevor das Glas auf einen Punkt abgekühlt ist, bei dem das Glas sich zu verfestigen beginnt. Außerdem sind die Rohrhalterungen 38 und 40 sowie die Formkomponenten 42 und 44 so konstruiert, daß sie leicht zu Teilen einer einzigen Maschine gemacht werden können, die einen Antriebsmechanismus, A.usrichteinheiten usw. besitzt, welche die Halterungen und Formen in der geeigneten Reihenfolge automatisch und in sehr präziser und kontrollierter Weise betätigen und bewegen und dadurch die für das Rohrbiegen erforderliche Zeit auf ein Minimum reduzieren.

Ein besonderes Beispiel für eine kompakte dreidimensionale Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben:

Eine herkömmliche 40 W Leuchtstofflampe mit einem Kolben der T10-Bauart (äußerer Durchmesser ungefähr 32 mm) und einer Ger samtlänge (ohne Fassungen) von etwa 122 cm bildet, wenn dieses Rohr in drei U-förmige Abschnitte von im wesentlichen gleicher Länge und Krümmung gebogen wird, eine im wesentlichen rechteckige gefaltete Lampe, die eine Höhe über alles in etwa 24,76 cm und eine Breite von etwa 13,97 cm längs einer jeden Seite besitzt, wobei ein Abstand von 7_f62 cm zwischen jedem der aneinandergrenzenden Beine der U-förmigen Abschnitte vorhanden ist. Da

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der Lumenausgang einer herkömmlichen 40 W TiO-Leuchtstofflampe mit Schnellstart 3.200 Lumen betragen soll und die Lampe eine Nennlebensdauer von 18.000 Stunden besitzt, ergibt sich eine dreifach U-förmig gebogene Lampe der vorgenannten Abmessungen, die die gleiche nutzbare Lebensdauer und nur einen geringfügig geringeren Lumenausgang besitzt (wobei vermutlich ein Verlust von etwa 350 Lumen auftritt), und zwar aufgrund der Maskierung und der Lichtblockierungseffekte der sich gegenüberliegenden Beine der U-Abschnitte.

Somit liefert trotz der sehr kompakten Größe (ungefähr 24 1/2 cm χ 14 cm) der vorgenannten dreifach U-gebogenen Lampe eine Lichtquelle, die etwa 2.850 Lumen mit einem Wirkungsgrad von etwa 57 Lumen pro Watt ergibt, wenn sie mit herkömmlicher Schnellstartballasteinrichtung verwendet wird, die etwa 10 W verbraucht, wobei die nutzbare Lebensdauer von etwa 18.000 Stunden erhalten bleibt. Die Kosteneinsparung und die Lexstungsenergievorteile, die mit einer derartig gefalteten Fluoreszenzlampe erreichbar sind, sind demgemäß ziemlich groß im Vergleich zu einer Glühlampe von 150 W, die etwa 2.800 Lumen mit einem Wirkungsgrad von etwa 18 oder 19 Lumen pro Watt erzeugt und eine Nennlebensdauer von nur 750 Stunden besitzt.

Wie dem Durchschnittsfachmann deutlich werden wird, können die dreifach gebogenen Lampen gemäß der vorliegenden Erfindung aus Glasrohr mit verschiedenem Durchmesser und mit verschiedener Länge hergestellt werden, um eine neue Familie von kompakten dreidimensionalen Niederdruckentladungslampen zu liefern, die als kostensparende und energiesparende Ersatzelemente für Glühlampen benutzt werden können, die gegenwärtig für allgemeine Beleuchtungsanwendungen in vielen unterschiedlichen Lampenarmaturen Verwendung finden (Tischlampen, Flurlampen usw.).

ES/zn/mi/jn 4

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Claims

drying. Ernst Stratmann

D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf, 8. Feb. 1980

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Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Patentansprüche ;

ι Ι,· Elektrische Entladungslampe mit einem Paar im Abstand angeordneten Elektroden und einem ionisierbaren Medium, das in der Lage ist, eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden aufrecht zu erhalten, wenn die Lampe erregt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (L) aus einem abgedichteten rohrförmigen Kolben (10) aus lichtdurchlässigem Material besteht, wobei der Kolben aus vier im wesentlichen geraden Segmenten (16, 18, 20, 22) besteht, die miteinander durch drei gebogene Segmente (17, 19, 21) verbunden sind und die zusammen drei im wesentlichen U-förmige Abschnitte bilden, die einen einzigen Entladungskanal von gefalteter Konfiguration definieren, wobei jeder der verbundenen im allgemeinen U-förmigen Abschnitte des Kolbens (10) in einer anderen Ebene liegt und so orientiert ist, daß die vier im wesentlichen geraden Segmente (16, 18, 20, 22) sich in die gleiche Richtung erstrecken und der Entladungskanal von zwei der im wesentlichen geraden Segmente (16, 22) abgeschlossen wird, die nahe beieinander und in einer gemeinsamen Ebene liegen, daß die im wesentlichen geraden Segmente (16, 22), die den Entladungskanal abschließen und die Enden des rohrförmigen Kolbens (10)

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bilden, auch auf der gleichen Seite des im wesentlichen Ü-förnigen Abschnittes liegen, der den mittleren Teil des Kolbens (10) bildet, so daß die im wesentlichen geraden Segmente (16, 18, 20, 22} des Kolbens (10) in einer im wesentlichen quadratischen säulenartigen Anordnung liegen und eine Lichtquelle liefern, die eine kompakte Größe besitzt und dreidimensional ist.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Segmente (17, 19, 21) des gefalteten rohrförmigen Kolbens (10) solche Konfigurationen besitzen, daß die im wesentlichen geraden Segmente (16, 18, 20, 22) voneinander einer Abstand aufweisen.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen geraden Segmente (16, 18, 20, 22), die die Enden des gefalteten rohrförmigen Kolbens (10) bilden, die Elektroden (12, 14) enthalten und in einer Ebene im Abstand voneinander und im wesentlichen parallel zur Ebene des im wesentlichen U-förmigen Abschnitts liegen, der den mittleren Teil des Kolbens (10) bildet.
4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gefaltete Kolben (10) ein einziges Stück aus glasartigem Rohr enthält, das eine Serie von im Abstand angeordneten Eiegungen umfaßt, die die gebogenen Segmente umfassen.
5. Lampe einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ionisierbare Medium eine gasförmige Füllung mit einem Druck von unter 10 Torr umfaßt, so daß die Entladungslampe (10) eine Niederdruckentladungslampe darstellt.
6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Kolben (10) auch eine vorbestimmte Menge an Quecksilber enthält und eine Phosphorbeschichtung (11) auf seiner inneren Oberfläche aufweist, so daß die Ent-

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ladungslampe (10) eine Fluoreszenzlampe darstellt.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gefaltete Kolben (10) ein einziges Stück Glasrohr darstellt, das so gebogen ist, daß aneinander angrenzende im wesentlichen U-förmige Abschnitte gebildet werden, daß die Elektroden (12, 14) innerhalb der Enden des Rohrs eingeschmolzen sind, daß zwei der im wesentlichen U-förmigen Kolbenabschnitte in zueinander passender paariger Beziehung angeordnet sind, und daß der dritte im wesentlichen U-förmige Kolbenabschnitt. bezüglich der gepaarten Abschnitte invertiert ist, so daß die drei gebogenen Abschnitte des Kolbens miteinander durch zwei der im wesentlichen geraden Segmente des gefalteten Kolbens miteinander verbunden sind.
8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) durch Versteifungseinrichtungen (28) verstärkt ist, die die im wesentlichen geraden (16, 22) Endsegmente des Kolbens (10) mit dem gebogenen Segment (19) des im wesentlichen U-förmigen Abschnitts verbinden, der den mittleren Teil des Kolbens (10) darstellt.
9. Lampe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die drei im wesentlichen U-förmigen Kolbenabschnitte und die zwei im wesentlichen geraden Segmente, die den Entladungskanal abschließen, in vier unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, von denen angrenzende zueinander im wesentlichen senkrecht sind.
10. Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Kolben (10) von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ist, daß die im wesentlichen U-förmigen Abschnitte von im wesentlichen der gleichen Länge sir.d, daß die Elektroden (12, 14) enthaltenden Enden des gefalteten Kolbens (10) an Basisgliedern (24, 25) befestigt sind, die Anschlüsse aufweisen, die mit den entsprechenden Elektroden (12, 14) verbunden sind, daß die mit den Basisgliederr

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BAD ORlGiMAL

versehenen Enden des Kolbens (10) im wesentlichen entgegengesetzt zur Biegung des im wesentlichen U-förmigen Abschnitts angeordnet sind, der den zentralen Teil des Kolbens (10) bildet, und daß die Basisglieder (24, 25) miteinander mechanisch verbunden sind und mit der Biegung des entgegengesetzt angeordneten im wesentlichen ü-förmigen Abschnitts des Kolbens (10).
11. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine elektrische Lampe, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Erhitzen eines vorbestimmten Stücks von im wesentlichen geradem glasartigem Rohr in einer Weise, daß die Endsegmente des Rohrs starr und der Rest des Rohrs gleichförmig erweicht ist, so daß das Rohr ohne Brechen oder Zusammenfallen gebogen werden kann, daß die festen Endsegmente des Rohrs ergriffen und diese zueinander längs einer gemeinsamen Ebene verschwenkt werden, bis der durch Fitze erweichte mittlere Teil des Rohrs über einen Winkel gebogen ist, so daß das Rohr U-förmig wird, unmittelbar darauf Anordnen von erhitzten Formeinrichtungen von gebogener Konfiguration gegen die durch Wärme erweichten Eeinteile des ü-förmigen Rohrs und unter stationärem Festhalten der ergriffenen Endsegmente des Rohrs Verschwenken des U-förmig gebogenen mittleren Teils des Rohrs über einen Winkel von angenähert 180° längs einem Weg, der im wesentlichen senkrecht zur Ebene der ersten Biegeoperation ist, wodurch gleichzeitig beide durch Wärme erweichten Eeinteile um die Formeinrichtung herum gebogen und zwei zusätzliche U-Biegungen in dem Rohr gebildet werden, die zueinander ausgerichtet sind und den Hals des ersterwähnten U-förmigen Bogens nahe zu den ergriffenen Endsegmenten des Rohrs bringen, und dann Entfernen der Formeinrichtungen und Abkühlen des sich ergebenen dreifach U-gebogenen rohrförmigen Kolbens, um das glasartige Rohr in dieser Konfiguration zu verfestigen und zu fixieren.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rohrbiegeoperation dadurch durchgeführt wird, daß der durch Wärme erweichte mittlere Teil des glasartigen Rohrs gegen eine andere erhitzte gebogene Formeinrichtung angeordnet wird, bevor die Endsegmente des Rohrs zueinander geschwenkt werden, wobei die Formeinrichtung, die in der ersten Biegeoperation verwendet wird, eine erste Formeinrichtung darstellt, während die Formeinrichtung, die in der zweiten Biegeoperation verwendet wird, eine zweite Formeinrichtung darstellt, und daß die erste Formeinrichtung und der U-förmig gebogene Teil des darum herum geformten Rohrs beide als Einheit über den Winkel während der zweiten Biegeoperation verschwenkt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ist und daß ein unter Druck stehender Strom eines inerten Gases in das Rohr eingeführt wird, und zwar unmittelbar nachdem die beiden Biegeoperationen jeweils beendet wurden und das Rohr sich noch im durch Wärme erweichten Zustand befindet, um die Wände des Rohres einem positiven Druck auszusetzen und dadurch irgendwelche vom runden Querschnitt abweichende Deformationen in den U-Bogenteilen des Rohrs im wesentlichen zu korrigieren, welche Deformitäten durch das Erhitzen und durch die Biegeoperationen entstanden sein mögen.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung aus Leuchtstoffmaterial auf der inneren Oberfläche des glasartigen Rohrs aufgebracht wird, bevor die Rohrbiegeoperationen durchgeführt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung aus Leuchtstoffmaterial auf der inneren Oberfläche des glasartigen Rohrs abgelagert wird, nachdem beide Rohrbiegeoperationen durchgeführt und der sich ergebende dreifach U-förmig gebogene Kolben ab-

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gekühlt wurde.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die gebogene Oberfläche der ersten Formeinrichtung, die das glasartige Rohr berührt, eine Umfangsnut bildet, die das Rohr passend aufnimmt und somit eine mechanische Blockierung zwischen der ersten Formeinrichtung und dem zugehörigen U-förmigen Teil des Rohrs bildet, das von der ersten Biegeoperation gebildet wurde, und daß die sich aus der mechanischen Verriegelung ergebende Rohrgreifwirkung ausreicht, um die zweite Rohrbiegeoperation durchzuführen, wobei die erste Formeinrichtung als Komponente verwendet wird, durch die die Biegekraft für die zweite Biegeoperation auf das erstgeformte U-förmige Teil der Röhre ausgeübt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Formeinrichtung aus einer einzigen Formkomponente besteht, die beide Beinteile des U-förmigen Rohrs überbrückt, und daß die gebogenen Oberflächen der zweiten Formkomponente, die das Rohr berühren, ebenfalls eine Umfangsnut bilden, die die entsprechenden Beinteile der U-förmigen Rohrkomponente passend aufnehmen, die durch die erste Biegeoperation erzeugt wurde und somit als Führungseinrichtung für die geeignete Neuformung der Beinteile während der zweiten Biegeoperation dient.

Beschreibung:

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