[0001] Die Erfindung geht aus von einer Quecksilberniederdruckentladungslampe nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft insbesondere Lampen, deren Entladungsgefäß
mit einem Leuchtstoff beschichtet ist.
[0002] In der DE-OS 27 47 043 wird ein Überblick über die verschiedenen Methoden der Quecksilberabgabe
in Leuchtstofflampen gegeben. Die meisten der dort diskutierten Verfahren eignen
sich jedoch nicht für die schnelle maschinelle Massenfertigung. Als besonders geeignet
wird dort eine Lampe beschrieben, die ein metallisches Kappenband mit Spalt aufweist.
Eine metallische Quecksilberkapsel ist so in den Spalt eingeschweißt, daß das Kappenband
elektrisch geschlossen ist. Durch Induzieren eines HF-Stroms wird die Kapsel bis
zum Aufbrechen erwärmt und das Quecksilber abgegeben. Nachteilig an dieser Anordnung
ist, daß die Quecksilberabgabe nicht zuverlässig genug funktioniert, um für die Massenproduktion
geeignet zu sein. Beim Erwärmen der Metallkapsel besteht außerdem die Gefahr der Verunreinigung
der Lampenatmosphäre durch Abdampfen von an der Metallkapsel haftendem Material.
[0003] Aus der DE-OS 29 27 350 ist die Verwendung einer länglichen Glaskapsel als Quecksilberbehälter
bekannt. Ein Heizdraht verläuft axial durch die Glaskapsel und ragt beidseitig daraus
hervor. Die Öffnung der Glaskapsel erfolgt wiederum nach dem HF-Induktionsprinzip.
[0004] Diese Konfiguration erschwert das Einbringen des Quecksilbers in die Glaskapsel.
Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist, daß der Heizdraht in beide Enden der Glaskapsel
eingeschmolzen werden muß, was die Schwierigkeit mit sich bringt, daß bei der Dichtung
des zweiten Endes wegen der Wärmeübertragung durch den Draht das bereits in die Kapsel
eingebrachte Quecksilber einen Dampfdruck entwickeln kann, der den Dichtvorgang erschwert.
Außerdem kann dabei Quecksilber entweichen, das später im Lampenkolben fehlt.
[0005] Weiterhin beschreiben die DE-AS 21 61 024 und die DE-AS 20 30 306 ein Verfahren und
eine nach diesem Verfahren hergestellte Lampe, wobei eine Quecksilber enthaltende
geschlossene Glaskapsel zwischen einem elektrischen Leiter (Kappenband) und dem Heizdraht
eingeklemmt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Glaskapsel zusätzlich
gehaltert werden muß, um ein unkontrolliertes Herumrollen der geöffneten Glaskapsel
oder von Teilen der Glaskapsel im Lampenkolben zu vermeiden. Hierbei besteht die Gefahr
einer Beschädigung der Wendel oder auch der Leuchtstoffschicht.
[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine für die Massenfertigung besonders geeignete Niederdruckentladungslampe
bereitzustellen, wobei insbesondere die benötigte Quecksilbermenge minimiert und die
Dosierkonstanz verbessert wird.
[0007] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen finden sich in den Unteransprüchen.
[0008] Die Erfindung verbessert die Zuverlässigkeit sowohl des Öffnungsmechanismus als auch
des Haltemechanismus der Glaskapsel. Gerade bei Massenfertigung ist dieser Umstand
von entscheidender Bedeutung. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese zuverlässige
Öffnung dadurch erreicht, daß der Heizdraht zweimal in derselben Schmelzdichtung
(oder auch Quetschung) eingebettet ist. Es ergibt sich dadurch im Vergleich zum Stand
der Technik der überraschende Effekt, daß die Sicherheit des Aufreißens überproportional
steigt. Zum einen wird in bekannter Weise durch die Heizwärme eine Rißbildung entlang
der Einbettung des Heizdrahtes in der Quetschung gefördert, aber darüber hinaus fördert
zusätzlich die in der einen Einbettung erzeugte Wärme aufgrund des geringen Abstands
der anderen Einbettung die schnelle Schmelzrißbildung bei der anderen Einbettung.
Dieser Effekt läßt sich dahingehend ausnutzen, daß die für das Aufreißen benötigte
Zeit verkürzt wird.
Schließlich wird die Sicherheit des schnellen Aufreißens in einer bevorzugten Ausführungsform
nochmals dadurch verbessert, daß das Kappenband aus einem federnden Material gefertigt
ist und unter Druckspannung stehend mit dem Heizdraht verschweißt wird. Beim Erwärmen
der Quetschung hat der Heizdraht dann die Tendenz, sich zusammen mit dem sich aufweitenden
Kappenband zu dehnen, wodurch die Rißbildung zusätzlich gefördert wird.
[0009] Als Alternative oder zusätzlich ist es möglich, den aus federndem Material gefertigten
Heizdraht selbst unter Druckspannung in die Glaskapsel einzuschmelzen oder unter Zugspannung
an den elektrischen Leiter zu befestigen.
[0010] Um einen möglichst hohen Heizeffekt zu erzielen, ist es vorteilhaft, einen Heizdraht
mit hohem elektrischen Widerstand zu verwenden. Der Heizdraht kann zu diesem Zweck
aus mehreren Abschnitten mit unterschiedlichem Durchmesser (z.B. 0,2 bis 1,5 mm) bestehen,
die durch Stumpfschweißung miteinander verbunden werden.
[0011] Der elektrische Widerstand kann durch Auswahl eines Materials mit sehr hohem spezifischen
Widerstand optimiert werden. Besonders gut geeignet ist eine Legierung aus 50 % Eisen,
47 % Nickel und 3 % Chrom, die unter dem Handelsnamen Vacovit bekannt ist (spezifischer
Widerstand ρ = 0,92Ωmm²/m bei 20 °C). Diese Legierung besitzt zusätzlich einen an
das verwendete Glas gut angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
[0012] Im folgenden sollen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt
Figur 1 den Gestellaufbau einer Elektrode für eine stabförmige Leuchtstofflampe in
Seitenansicht in einem ersten Ausführungsbeispiel
Figur 2 das Kappenband und die Glaskapsel aus Figur 1 in Draufsicht
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 im Detail mit der daran befestigten
Glaskapsel im Schnitt
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel im Detail mit einer Glaskapsel im Schnitt
Figur 5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Gestellaufbaus vor (Figur 5) und
nach (Figur 6) dem Öffnen der Glaskapsel
Figur 7 ein viertes Ausführungsbeispiel, wobei der Gestellaufbau besonders geeignet
für eine Ringlampe ist.
[0013] Figur 1 zeigt den Gestellaufbau einer stabförmigen Leuchtstofflampe. Ein Tellerrohr
1 ist in bekannter Weise mit einem Pumprohr 2 und einer Quetschdichtung 3 versehen.
Zwei Stromzuführungen 4 sind in die Quetschdichtung 3 eingeschmolzen und haltern eine
querliegende Wendelelektrode 5. Diese ist von einem metallischen Kappenband 6 ringförmig
(genauer: oval geformt) umgeben. Das Kappenband, das die Schwärzung des Lampenkolbens
in Elektrodennähe verhindert, ist mit einem potentialfreien Draht 7 in der Quetschdichtung
3 befestigt. Der Ring des Kappenbandes ist nicht vollständig geschlossen, sondern
weist einen Spalt 8 auf, an dem die beiden Enden 9 des Kappenbandes etwa 0,5 bis
1 mm voneinander beabstandet sind. Außerhalb des Kappenbandes (s.a. Figur 2 u. 3)
ist eine längliche Glaskapsel 10 aus niedrigschmelzendem Glas (Bleiglas (Duran) oder
Natronkalkglas) etwa in Höhe des Spaltes 8 angebracht. Sie ist parallel versetzt zum
Spalt 8 und quer zur Wendel 5 angeordnet. Ein nach Art eines "W" mit abgerundeten
Ecken geschwungener Heizdraht 11 aus Vacovit mit einem Drahtdurchmesser von etwa 0,3
mm überbrückt den Spalt 8 des Kappenbandes und haltert die Glaskapsel 10. Die beiden
Enden des Heizdrahtes sind als äußere lange Schenkel 12 des "W" jeweils in der Nähe
der beiden Enden 9 am Kappenband mittels eines Schweißpunktes 13 befestigt. Die beiden
inneren kurzen Schenkel 14 des "W", die spitzwinklig ähnlich einer leicht aufge bogenen
Haarnadel zusammenlaufen, sind in das erste Ende 15 der länglichen Glaskapsel 10 eingeschmolzen.
Ein Teil der Glaskapsel einschließlich des ersten Endes 15 erstreckt sich über die
Breite des Kappenbandes hinaus in Richtung des Tellerrohrs 1. Das zweite Ende 16
der Glaskapsel ist frei und schließt etwa in Höhe des Kappenbandes ab. Auch dieses
Ende ist lediglich durch Erwärmen aufgrund der Oberflächenspannung zugeschmolzen.
Die Glaskapsel besitzt eine Länge von 9 mm und einen Außendurchmesser von 2,5 mm.
Die Wandstärke des Glases beträgt 0,2 mm.
[0014] In Figur 3 ist die Glaskapsel geschnitten dargestellt. Das für den Betrieb der Lampe
benötigte Quecksilber (je nach Lampentyp ca. 4-8 mg) ist in einem oder auch mehreren
porösen Preßkörpern in Tablettenform 17 gespeichert (vgl. DE-GM 85 35 777), der in
der Glaskapsel in der Nähe des zweiten Endes 16 liegt. Das Quecksilber kann jedoch
auch in anderer Form (z.B. als flüssiger Tropfen oder als Amalgam) in die Glaskapsel
eingebracht sein. Der Spalt des Kappenbandes ist vorteilhaft gegen die Glaskapsel
versetzt, um die Wendelelektrode besser abzuschirmen.
[0015] Eine andere Ausführungsform zeigt Figur 4. Die Glaskapsel 18 ist hierbei im Vergleich
zur ersten Ausführungsform verkürzt und um 180° gedreht angeordnet, so daß das zweite
Ende 19 der Glaskapsel zum Tellerrohr (nicht dargestellt) gerichtet ist. In das erste
Ende 20 der Glaskapsel, das in diesem Ausführungsbeispiel gequetscht ist, um der verkürzten
Länge der Glaskapsel und der dadurch wünschenswerten besseren Abdichtung Rechnung
zu tragen, sind die beiden relativ dünnen (Durchmesser 0,2 mm) Schenkel 21 des Heizdrahtes
parallel zueinander eingeschmolzen und durch ein Bogenstück 22 verbunden. Die beiden
dickeren Enden 23 des Heizdrahtes (Durchmesser 1,5 mm) sind relativ zu den inneren
Schenkeln um etwa 30° nach außen abgewinkelt und ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform
am Kappenband mit Schweißpunkten 24 befestigt.
[0016] In beiden Ausführungsformen stehen die beiden Schenkel unter nach außen gerichteter
Zugspannung. In der ersten Ausführungsform ist der Heizdraht jedoch insgesamt länger
und die Zugspannung schwächer. Der Riß, der sich in der Einschmelzung des ersten Endes
der Glaskapsel bildet, ist vom Entladungsvolumen weggerichtet. Die gesamte Anordnung
ist insgesamt weniger steif als bei der zweiten Ausführungsform. Die Glaskapsel kann
bei der ersten Ausführungsform zusätzlich am Kappenband mittels Laschen o.ä. in an
sich bekannter Weise befestigt sein.
[0017] Eine dritte Ausführungsform zeigt Figur 5. Sie eignet sich besonders gut für Stablampen
mit in waagerechter Lage erfolgender Füllung (bzw. Öffnung der Glaskapsel). Die Schenkel
25 erstrecken sich über einen wesentlichen Teil (ca. 5 mm) der Gesamtlänge der zylindrischen
Glaskapsel 26 (etwa 9 mm). Die Enden des Heizdrahtes 27 sind außerhalb der einfachen
Schmelzdichtung 28 des ersten Endes der Glaskapsel nach außen abgewinkelt (gekröpft),
so daß die Schenkel und Heizdrahtenden parallel zueinander geführt sind, wenn auch
mit unterschiedlichem Abstand. Dies erleichtert das Anschweißen.
[0018] Das ringförmige Kappenband 29 wird in dieser Ausführung vor dem Anschweißen des Heizdrahtes
etwas zuammengedrückt, so daß der ursprünglich etwa 2 mm breite Spalt 30 auf 0,5 mm
verengt ist. Durch diesen Kunstgriff wird dem Heizdraht 31 eine Federkraft aufgeprägt,
die während der Induzierung der Hochfrequenz das Aufreißen des ersten Endes 28 der
Glaskapsel unterstützt.
[0019] Ein weiterer Clou dieser Anordnung liegt darin (Fig. 6), daß durch die waagerechte
Lage der Glaskapsel 26 zum Zeitpunkt der HF-Induzierung die Schwerkraft am zweiten
Ende 32 der Glaskapsel den Aufreißvorgang unterstützt. Die Länge der Glaskapsel 26
wirkt hierbei wie ein Hebelarm. Das zweite Ende 32 kippt nach unten. Dadurch, daß
die Heizdrahtschenkel 25 sich weit in den Innenraum der Glaskapsel erstrecken, genügt
bereits ein kleiner Kippwinkel, um das Bogenstück 33 an der Innenwand der Glaskapsel
anliegen zu lassen. Infolgedessen bildet sich durch die Wärme des Heizdrahts an dieser
Stelle eine zweite Öffnung 34 an der Glaskapsel, durch die das Quecksilber zusätzlich
zur ersten Öffnung 46 entweichen kann. Gleichzeitig deformiert sich die an den Schenkeln
25 anliegende Kapselwand nach außen. Mit dieser Anordnung wird somit wegen des Entstehens
zweier Öffnungen das Entweichen des Quecksilbers noch besser sichergestellt. Gleichzeitig
wird die Gefahr, daß die Glaskapsel sich beim Erwärmen vom Heizdraht löst, aufgrund
der Länge der inneren Schenkel und der zusätzlichen Haltewirkung durch die Verkippung
("Spießhalterung") sowie einem hierbei stattfindenden Anschmelzen des Bogenstücks
33 an der Wandung der Glaskapsel minimiert. Die Zuverlässigkeit beider Funktionen
läßt sich noch dadurch steigern, daß das Bogenstück 33 (Fig. 6) leicht nach oben gebogen
ist, so daß die Berührung mit der Innenwand schneller erfolgt und die Halterung noch
wirksamer ist.
[0020] Auf diese äußerst elegante Weise wird somit das bereits sehr lange bestehende Bedürfnis
nach einem Quecksilberbehälter, der sich zuverlässig öffnen läßt und dabei trotzdem
zuverlässig gehaltert wird, gelöst. Durch Dauer und Intensität der HF-Induktion ist
es möglich, die Bildung der 2. Öffnung zu steuern. Bei einigen Lampentypen wird diese
2. Öffnung nicht benötigt. Die Induktion wird hier so gesteuert, daß das Bogenstück
und die Schenkel lediglich an der Innenwand anschmelzen.
[0021] Eine weitere Ausführungsform, die sich besonders gut für Ringlampen (oder auch Kompaktlampen)
ohne Kappenband eignet, zeigt Figur 7. Der Heizdraht 35 ist kurz unterhalb der Wendel
36 an einer der beiden Stromzuführungen 4a - und/oder an einem separaten in die Quetschdichtung
37 eingeschmolzenen Draht 38 (gestrichelt eingezeichnet) - befestigt (Schweißpunkt
39). Die beiden Heizdrahtenden aus Eisen (Durchmesser 1,5 mm) sind zu einem Ring
40 geschlossen, der die zweite Stromzuführung 4b nicht berührt. Die Glaskapsel 41
selbst ist ähnlich wie beim dritten Ausführungsbeispiel angeordnet. Die beiden Heizdrahtschenkel
42 aus Vacovit (Durchmesser 0,2 mm) sind parallel zueinander in die Schmelzdichtung
des ersten Endes 43 eingeschmolzen und mit einem Bogenstück 44 verbunden. Die Achse
der Glaskapsel 41 und die Schenkel 42 stehen senkrecht auf der Ebene des Ringes 40.
Es ist beispielsweise auch möglich, die Ebene des Ringes so schräg anzuordnen, daß
ein Teil des Ringes vor der Elektrode liegt, oder die Achse der Glaskapsel in der
Ebene des Ringes anzuordnen. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere auch für
Lampen, deren Stromzuführungen in einer an sich bekannten Technik mittels einer Glasperle
fixiert sind.
[0022] Nachfolgend soll exemplarisch das Herstellverfahren für die dritte Ausführungsform
erläutert werden: Ein Glasröhrchen wird am einen Ende bei einer Temperatur von 1100
°C zugeschmolzen und langsam abgekühlt. Anschließend wird die quecksilberhaltige Tablette
in einer Argonatmosphäre in das einseitig verschlossene senkrecht gestellte Glasröhrchen
eingelegt. Die Schenkel des Heizdrahtes werden in das offene andere Ende eingeführt.
Das offene Ende wird erhitzt und zugeschmolzen. Anschließend wird die verschlossene
Glaskapsel langsam abgekühlt und an dem zusammengedrückten Kappenband befestigt.
[0023] Die Öffnung der Glaskapsel erfolgt erst später im dichtgeschmolzenen Lampenkolben
45 (Fig. 6), indem von außen ein HF-Feld in an sich bekannter Weise induziert wird.
Wesentlich hierbei ist, daß das Kappenband einschließlich des Heizdrahts (bzw. der
an der Stromzuführung befestigte Ring) einen elektrisch geschlossenen Kreis bilden.
Durch geeignete Auswahl des Heizdrahts wird erreicht, daß sich nur der Heizdraht,
bzw. der an der Glaskapsel befindliche Teil des Heizdrahts wesentlich erwärmt, ohne
daß das Kappenband sich merklich aufheizen und Verunreinigungen abgeben kann.
[0024] Ein besonderer Vorteil der neuen Lampen in bezug auf Umweltschäden ist, daß bei nicht
funktionsfähigen Lampen die Glaskapsel gar nicht erst geöffnet wird, so daß die Entsorgung
vereinfacht wird. Die Quecksilbertablette kann wieder zurückgewonnen werden. Es erfolgt
keine unnötige Verseuchung der Umwelt durch flüssiges Quecksilber mehr.
[0025] Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Quecksilber niederdruckentladungslampen,
speziell Leuchtstofflampen in Stab- und Ringform oder Kompaktlampen beschränkt. Prinzipiell
läßt sich die Erfindung auch auf alle Quecksilber enthaltende Lampen (Hochdrucklampen)
anwenden.
1. Quecksilberniederdruckentladungslampe mit zwei Elektroden (5; 36) und mit einer
im verschlossenen Kolben (45) vorgesehenen, eine Menge Quecksilber enthaltenden geschlossenen
Glaskapsel (10; 18; 26; 41), die durch induktive Erhitzung eines mit ihr in Verbindung
stehenden Heizdrahtes (11; 31; 35) geöffnet wird, wobei der Heizdraht mit seinen Enden
an einem im Lampenkolben befindlichen elektrischen Leiter befestigt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Glaskapsel (10; 18; 26; 41) ein länglicher Behälter mit zwei
Enden ist, und daß der Heizdraht (11; 31; 35) haarnadelförmig gebogen ist und zwei
Schenkel (14; 21; 25; 42) aufweist, die in etwa parallel zueinander angeordnet sind
und gemeinsam am ersten Ende (15; 20; 28; 43) des länglichen Behälters eingeschmolzen
sind und innerhalb des Behälters miteinander verbunden (22; 33; 44) sind.
2. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Schenkel des Heizdrahtes unter Zugspannung stehen.
3. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugspannung auf der Wirkung einer Federkraft des Heizdrahtes beruht, die vom
Einschmelzvorgang herrührt.
4. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugspannung auf der Wirkung einer Federkraft des elektrischen Leiters beruht,
die bei der Befestigung des Heizdrahtes am Leiter erzeugt worden ist.
5. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Enden (15, 16; 28, 32) des länglichen Behälters mittels einer Schmelzdichtung
verschlossen sind.
6. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Ende (20) des länglichen Behälters durch eine Quetschdichtung verschlossen
ist.
7. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizdraht im Vergleich zum elektrischen Leiter einen höheren elektrischen
Widerstand aufweist.
8. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizdraht aus mehreren Abschnitten (21, 23) mit unterschiedlichem elektrischen
Widerstand zusammengesetzt ist, wobei der Abschnitt mit dem höchsten elektrischen
Widerstand mit der Glaskapsel in Verbindung steht.
9. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizdraht aus einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung besteht.
10. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Heizdrahtes oder des mit der Glaskapsel in Verbindung stehenden
Abschnitts des Heizdrahtes ca. 0,2 - 0,4 mm beträgt.
11. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glaskapsel aus einem niedrig schmelzenden Glas mit einer Wanddicke von ca.
0,2 mm gefertigt ist.
12. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Schenkel (25) sich über einen wesentlichen Teil der Länge der Glaskapsel
(26) nach innen erstrecken.
13. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden des Heizdrahtes (12; 23; 27) an die Schenkel (14; 21; 25; 42) mit einer
auswärts gerichteten Biegung angesetzt sind.
14. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Leiter ein metallisches Kappenband (6; 29) ist, das eine Elektrode
(5; 36) der Lampe umgibt und das einen Spalt (8; 30) aufweist, wobei der Heizdraht
den Spalt überbrückt.
15. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 4 und 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spalt unter Ausnutzung der federnden Eigenschaften des Kappenbandes so verengt
ist, daß das Kappenband unter Zugspannung steht.
16. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Leiter eine der beiden Stromzuführungen (4a) ist, die eine Elektrode
haltern, wobei die Enden des Heizdrahtes zu einem geschlossenen Ring (40) geformt
sind.
17. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Leiter ein potentialfreier Draht (38) ist, der einer Stromzuführung
benachbart ist.