DE3544465A1 - Gasentladungslampe und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

• GASENTLADUNGSLAMPE UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Eine Niederdruck-Gasentladungslampe in kompakter Ausführung ist aus den DE-OSn 30 11 382 und 30 11 383 bekannt.
• Die bekannten Lichtröhren haben parallele, rohrförmige Leuchtkörperelemente, die durch ein dünneres, die Gasentladung durchlassendes Kupplungsrohr verbunden sind.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Entladungsgefäß 1 aus zwei geraden Rohrstücken 2 zusammengesetzt, zwischen denen die Rohrverbindung 3 die Gasentladung durchläßt.
• Die Gasentladung findet zwischen den Elektroden 4 statt.
• Die aus dem Werkstoff des geraden Rohrstücks 2 geformte, mit den Rillen 7 versehene Rohrverbindung 3 regelt die Temperatur der Kaltkammer 5.
• An den obersten Punkt der Kaltkammer 5 schließt sich die Rohrverbindung 3 mit dem sich erweiternden Halsteil 6 an.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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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Claims (6)

1. GASENTLADUNGSLAMPE UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG Patentansprüche Quecksilber-Gasentladungslampe, deren Entladungsgefäß (1) aus wenigstens zwei parallel verlaufenden geraden Rohrstücken (2) besteht, die miteinander durch eine Rohrverbindung (3) verbunden sind und an deren einem Ende stromzuführende Elektroden (4) vorgesehen sind, dadurch g e k e n n z e i c-h n e t , daß die Enden der einzelnen geraden Rohrstücke (2) bildende Kaltkammern (15) von der Rohrverbindung (3) in Richtung der Längsachse des Entladungsgefäßes (1) vorragen, wobei das Maß t des Vorsprunges t = (0,15 . 0,6) D beträgt, wobei D den Durchmesser des geraden Rohres (2) bezeichnet.
2. 2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die die Kaltkammern (15) miteinander verbindende Rohrverbindung (3) einen sich erweiternden Halsteil (6) aufweist.
3. 3. Gasentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Rohrverbindung (3) bogenförmig gestaltet ist.
4. 4. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis zwischen dem Querschnitt der Rohrverbindung (3) und dem querschnitt der geraden Rohrstücke (2) im Bereich zwischen 0,5 und 1,2 liegt.
5. 5. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß an der äußeren Oberfläche der Rohrverbindung (3) Rillen (7) vorgesehen sind.
6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Mittelteil eines auf Maß geschnittenen Glasrohres bis zum Erweichungspunkt erhitzt wird, durch geringfügiges Zusammenpressen der beiden Rohrenden der Mittelteil gestaucht wird, wonach das Glasrohr in U-Form gebogen und in eine Kokille gelegt wird, durch Gaseinblasen das U-förmige Glasrohr auf das Format der Kokille geformt wird, wonach man den derart gestalteten Glaskörper in bekannten Arbeitsgängen zu einer Gasentladungslampe verarbeitet.