DE69510010T2

DE69510010T2 - Entladungslampe zur Strahlungserzeugung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69510010T2
Application number: DE69510010T
Authority: DE
Inventors: Paul H.J. Beatty; Christopher T. Skilton
Original assignee: Masonlite Ltd
Current assignee: Masonlite Ltd
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1999-10-21
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: EP0715338B1; ES2133681T3; US5754000A; DE69510010D1; GB9424262D0; EP0715338A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung oder eine Entladungslampe zur Strahlungserzeugung und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf eine derartige Vorrichtung, die eine Kaltkathode, insbesondere aktivierte Kaltkathoden enthält, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
Aufgrund der zunehmenden Anforderungen der Gesetzgebung und Empfehlungen zur Arbeits- und Umweltsicherheit, die durch die Regierung auferlegt werden, werden Hersteller und Anwender quecksilberhaltiger Lampen aufgefordert, sichere Verfahren für den Aufbau, die Verwendung und die Entsorgung solcher Lampen zu übernehmen.
In der Kaltkathodenlampen- und Schilderindustrie ist es zur Zeit üblich, daß bis zu 400 mg uneingekapselter Quecksilberflüssigkeit enthalten sind. Dies ist ein Nachteil, da Quecksilber ein gefährliches Material ist.
Ein Beispiel einer Lampe des Stands der Technik ist in dem US- Patent Nr. 5256935 offenbart, das eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einer Kaltkathode offenbart. Ein Nachteil solcher Lampen besteht darin, daß die Kathoden nicht mit einer "Emitter"-Beschichtung für die "Aktivierung" durch Wärmebehandlung beschichtet werden können, da dies zu einer vorzeitigen Abgabe von Quecksilber führen würde.
Die US-A-3297898 offenbart einen Quecksilber-Auflagebecher für eine Kaltkathoden-Quecksilberdampfröhre. Die FR-A-1071418 offenbart eine Röhre für die Entladung von Quecksilberdampf.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Strahlungserzeugung bereitgestellt, welche aufweist: eine Umhüllung bzw. Hülle; eine innerhalb der Umhüllung enthaltene Kathodenanordnung, die ein Mittel zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes für die Kathodenanordnung enthält; eine ebenfalls in der Umhüllung enthaltene Abgabevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Quecksilber oder eine Quecksilberlegierung zu tragen; ein Stützmittel zum Abstützen der Abgabevorrichtung, wobei sich das Stützmittel von der Abgabevorrichtung durch die Umhüllung hindurch erstreckt, um einen unabhängigen Kontakt für die Abgabevorrichtung zu erzeugen, wodurch eine unabhängige elektrische Beheizung der Abgabevorrichtung ermöglicht wird.
Die Abgabevorrichtung kann einen Kopf aufweisen, der eine erste und eine zweite ihr gegenüberliegende Seite bestimmt und ausgelegt ist, um Quecksilber oder eine Quecksilberlegierung zu tragen.
Die erste Seite kann so ausgelegt sein, daß sie Quecksilber oder eine Quecksilberlegierung trägt, und die zweite Seite kann so ausgelegt sein, daß sie ein absorbierendes Mittel zum Absorbieren von Verunreinigungen trägt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Abgabevorrichtung einen Behälter aufweisen, der zur Aufnahme von Quecksilber oder einer Quecksilberlegierung ausgelegt ist. Der Behälter kann aus Eisen bestehen und kann massive Wände oder Maschenwände aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel hat die Abgabevorrichtung die Form einer versiegelten Kapsel, wobei die Kapsel aus einem Metall bestehen kann und die Versiegelung vorzugsweise einen Schmelz- oder Zerreißpunkt hat, der größer als die Temperatur der Wärmebehandlung der Kathode und kleiner als die Temperatur der Wärmebehandlung der Kapsel ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wiederum kann die Abgabevorrichtung die Form einer Glaskapsel haben, die so ausgelegt ist, daß sie bei ihrer Wärmebehandlung bricht oder schmilzt.
Die Glaskapsel kann einen Draht haben, der sich von ihr aus erstreckt, um das Brechen oder das Schmelzen der Kapsel während ihrer Wärmebehandlung zu erleichtern. Der sich von der Kapsel erstreckende Draht kann sich auch durch die Kapsel hindurch erstrecken.
Vorzugsweise ist die Kathodenanordnung eine Kaltkathode. Die Kaltkathode kann die Form eines Hohlzylinders haben, der eine im wesentlichen halbzylindrische Basis haben kann.
Es können Haltemittel in der Umhüllung vorgesehen sein, um die Kathodenanordnung zu halten. Die Kathode kann eine Hohlkathode sein, die einen zylindrischen Aufbau hat. Die Hohlkathode kann innen mit einem Elektronen emittierenden Material beschichtet sein. Die Umhüllung hat vorzugsweise eine innere fluoreszierende Beschichtung.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur Strahlungserzeugung bereitgestellt, wie sie im weiteren beschrieben und in Anspruch 31 beansprucht ist.
Vorzugsweise ist die Kathodenanordnung an einem von der Abgabevorrichtung beabstandeten Ort angeordnet.
Eine Abschirmung kann zwischen der Kathodenanordnung und der Abgabevorrichtung vorgesehen sein, um eine Strahlungsaufheizung der Abgabevorrichtung aufgrund von Wärme abzuwenden oder abzuschwächen, die bei der Wärmebehandlung der Kathodenanordnung abgegeben wird. Die Abschirmung kann die Form einer Folie haben, die durch einen Draht an der Kathode gehalten wird. Vorzugsweise besteht die Folie aus Nickel. Alternativ kann die Abschirmung die Form einer Scheibe haben, die auf der Abstützung für die Kathodenanordnung montiert ist. Die Scheibe kann aus einem keramischen Material bestehen. Die Scheibe kann auch aus Glimmer oder einem Metall bestehen.
Der Vorgang zum Versiegeln der Kapsel kann ein Vorgang sein, bei dem man auf Crimpen, Schweißen oder Hartlöten der Kapsel zum Versiegeln der Kapsel zurückgreift. Der Vorgang kann eine Kombination aus einem oder mehreren der Schritte zum Crimpen, Schweißen oder Hartlöten der Kapsel bestehen.
Die Abdichtung bzw. die Versiegelung ist vorzugsweise so ausgelegt, daß sie bei einer Temperatur zerreißt oder schmilzt, die größer als die während der Wärmebehandlung der Kathodenanordnung vorliegende Temperatur ist (im folgenden als der "Zerreißpunkt" oder "Schmelzpunkt" je nach Fall bezeichnet). Die Kapsel kann in ihr eingeschlossenes flüssiges Quecksilber und Argongas enthalten. Alternativ kann die Kapsel Quecksilber in einem Vakuum enthalten. Die Kapsel kann aus Nickel oder Eisen bestehen und kann an dem Draht durch Crimp- oder Schmelzverbindung befestigt sein. Der Draht kann durch eine Wand der Umhüllung hindurch angeordnet sein, um sich in ihr zu erstrecken, und kann aus Dumet oder mit Dumet verbundenem Nickel bestehen. Die Kapsel kann aus Glas bestehen, das ausgelegt ist, um bei seiner Wärmebehandlung zu brechen oder zu schmelzen.
Dieses absorbierende Mittel kann ein Getter aufweisen, das in Form einer geeigneten Metall-Legierung vorliegen kann und entweder am Kopf der Abgabevorrichtung oder gesondert vom Kopf der Abgabevorrichtung befestigt sein kann. Wenn das absorbierende Mittel am Kopf der Abgabevorrichtung montiert ist, ist es vorzugsweise an der gegenüberliegenden Seite von der Seite montiert, welche das Quecksilber oder die Quecksilberlegierung trägt. Die Kathodenanordnung und die Abgabevorrichtung können an einem Endbereich der Umhüllung angeordnet sein, Vorzugsweise ist dieser Endbereich abgedichtet.
Es ist ein Vorteil des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, daß sie Kathodenlampen robuster macht, die mit hochgradiger Zuverlässigkeit arbeiten müssen, wenn sie in einer extrem vibrierenden Umgebung sind. Die Bereitstellung eines Getters zum Entfernen von Verunreinigungen hat den Vorteil, daß die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht wird. Ein weiterer Vorteil des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Dampfquelle von der Kathode physisch getrennt ist, wodurch eine Wärmebehandlung der Kathode vermieden wird, die eine vorzeitige Abgabe des Dampfes verursacht.
Das Stützmittel kann einen Draht aufweisen, der in dem Stiel der Umhüllung eingeschweißt sein kann. Ein Positioniermittel kann an dem Draht innerhalb des Stiels vorgesehen sein, um die Position der Abgabevorrichtung in der Umhüllung beizubehalten.
Das Positioniermittel hat vorzugsweise die Form einer (Glas- Perle).
Das Stützmittel kann einen Einzeldraht aufweisen, der sich durch die Umhüllung hindurch erstreckt. Alternativ kann das Stützmittel einen ersten und einen zweiten Draht aufweisen, um eine im wesentlichen U-förmige Abstützung für die Abgabevorrichtung zu bestimmen, wobei sich beide Drähte durch die Umhüllung hindurch erstrecken. Wenn der Draht oder die Drähte sich durch die Umhüllung hindurch erstrecken, hat man den Vorteil, daß ein unabhängiger elektrischer Kontakt erzeugt wird, wodurch eine gesonderte Wärmebehandlung der Abgabevorrichtung z. B. durch Ionenbeschuß ermöglicht wird. Bei dem bevorzugten Verfahren zum Verarbeiten der Vorrichtung wird die Kathode vor der Abgabevorrichtung wärme-behandelt.
Das Haltemittel für die Kathodenanordnung kann ein längliches starres Glied mit einem Paar beabstandeter Schenkel aufweisen, die durch eine Wand der Umhüllung hindurch abgedichtet sind. Vorzugsweise sind die freien Enden der Schenkel außerhalb der Umhüllung zugänglich, und die gegenüberliegenden Enden der Schenkel, die innerhalb der Umhüllung liegen, sind zweckmäßigerweise miteinander verbunden, um einen im wesentlichen U- förmigen Aufbau zu bilden, an dem die Kaltkathode montiert ist. Das Paar beabstandeter Schenkel innerhalb der Umhüllung kann durch einen Winkel von mindestens 90º bis 180º und insbesondere entweder 90º oder 180º verdreht sein, wodurch eine Befestigung durch die Kathodenanordnung gebildet wird, welche den Einwirkungen einer Vibration standhalten kann. Alternativ kann die Kathodenanordnung einen einzelnen Schenkel aufweisen, der durch eine Wand der Umhüllung hindurch abgedichtet ist. Das eine Ende des Schenkels ist vorzugsweise außerhalb der Umhüllung zugänglich, und das innerhalb der Umhüllung befindliche andere Ende des Schenkels kann ausgebildet sein, um einen Zwischenabschnitt zu bilden, auf dem die Kaltkathode montiert ist. Die längliche Litze kann aus Dumet oder aus Nickel- und Dumet-Draht bestehen und kann mit einem keramischen, einem Glas- oder Silika- Material elektrisch isoliert sein.
Wenn die Vorrichtung eine Scheibe für die Abschirmung aufweist, kann die längliche Litze durch Öffnungen in ihr hindurchtreten, wobei die Scheibe auf in dem Draht gebildeten Schultern aufliegt.
Die Hohlkathode kann ein auf ihr angeordnetes Verstärkungsmittel aufweisen, das die Form eines um die Kathode herum liegenden Kragens haben kann. Der Kragen kann eine solche Größe haben, daß er eine minimale Beabstandung zwischen den äußeren Rändern des Kragens und der inneren Oberfläche der Umhüllung erzeugt. Der Kragen kann aus einem keramischen Material bestehen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur Strahlungserzeugung bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren eine Kathodenanordnung und ein Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Kontaktes für die Kathodenanordnung in einer Umhüllung gehalten werden, in der Umhüllung mit Hilfe eines Stützmittels eine Abgabevorrichtung abgestützt wird, wobei das Stützmittel so ausgelegt ist, daß es einen unabhängigen elektrischen Kontakt für die Abgabevorrichtung erzeugt, wobei ein erster Erwärmungsschritt durchgeführt wird, um die Kathodenanordnung zu erwärmen, woraufhin ein zweiter Erwärmungsschritt zum Erwärmen der Abgabevorrichtung durchgeführt wird, um den Dampf in die Kathode abzugeben, wobei der unabhängige elektrische Kontakt des Stützmittels im wesentlichen so angeordnet ist, daß ein Aufheizen der Abgabevorrichtung während des ersten Erwärmungsschritts vermieden wird.
Es werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur Strahlungserzeugung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Endbereichs des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist;
Fig. 2a eine Seitenansicht der Abgabevorrichtung ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Endbereichs eines weiteren Ausführungsbeispiels ist, das ein Mittel zum Erzeugen einer Schwingungsdämpfung und zum Verringern thermischer Spannungen zeigt;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ist, die ein alternatives Mittel zum Abstützen der Behälteranordnung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ist, die ein weiteres alternatives Mittel zum Abstützen der Behälteranordnung des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung ist;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ist; und
Fig. 8 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ist.
In Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Strahlungserzeugung in Form einer Kaltkathoden-Quecksilber-Entladungslampe 10 gezeigt, die eine hohle röhrenförmige Glasumhüllung 12 für ein Gas aufweist, die einen kreisförmigen Querschnitt und ein erstes und ein zweites Ende 14 und 16 hat. Das zweite Ende 16 ist durch eine Quetschdichtung 18 abgedichtet.
Eine zylindrische hohle Kaltkathode 20, die gewöhnlicherweise ein kuppelförmiges erstes Ende 22 hat, ist innerhalb des Hohlraums 24 der Umhüllung 12 befestigt und so angeordnet, daß sich die Kathode 20 entlang der Längsachse der Umhüllung 12 erstreckt, und das erste Ende der Kathode 22 ist nächstmöglich am zweiten Ende 16 der Umhüllung 12 angeordnet. Die Kathode 20 hat ein zweites Ende 23, um das herum ein Kragen 25 vorgesehen ist.
Die Kathode 20 ist an einem Halter in Form eines Kathoden- Haltemittels 26 befestigt, das aus einem länglichen Glied aus Dumet oder Nickel und Dumet besteht und das durch ein keramisches Material isoliert ist, und hat ein Paar beabstandeter Schenkel 28, die durch das zweite Ende 16 der Umhüllung 12 abgedichtet sind. Das Kathoden-Haltemittel 26 hat auch einen inneren Bereich 27 und hält die Kathode 20 an dem Bereich 27. Das Kathoden-Haltemittel 26 ist näherungsweise U-förmig. Das Paar beabstandeter Schenkel 28 innerhalb der Umhüllung 12 kann um einen Winkel von mindestens 90º, vorzugsweise zwischen 90º und 180º und insbesondere um 90º oder 180º, an dem inneren Bereich 27 verdreht sein, um eine Befestigung für die Kathode 20 zu erzeugen, welche den Einwirkungen einer Vibration (siehe Fig. 3) besser standhalten kann.
In dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem zweiten Ende 16 der Umhüllung 12 das erste Ende 30 eines hohlen zylindrischen Glasschafts 32 befestigt, der sich in einer solchen Stellung befindet, daß er parallel zu und zwischen den Schenkeln 28 verläuft, so daß sich der Schaft 32 von der Umhüllung 12 weg erstreckt. Das erste Ende 30 des Schafts 32 ist an der Umhüllung 12 befestigt, so daß der Schaft 32 in dem Hohlraum 24 der Umhüllung 12 geöffnet ist und das zweite Ende 34 bei 36 abgedichtet ist. Ein weiterer Schaft 32a ist als Ausstoß-Rohransatz an dem gegenüberliegenden Ende der Umhüllung 12 vorgesehen (siehe Fig. 1).
Eine Abgabevorrichtung 38 umfaßt einen Abgabekopf 40 aus Nickel, Eisen oder Edelstahl und ist an dem ersten Ende 42 einer Abgabevorrichtungsabstützung 44 befestigt, die aus Dumet oder Nickel- und Dumet-Draht besteht. Die Abgabevorrichtung 38 ist innerhalb des Schafts 32 derart montiert, daß sich das erste Ende 42 der Abgabevorrichtungsauflage 44 teilweise in den Hohlraum 24 der Umhüllung 12 erstreckt und das zweite Ende 46 der Abgabevorrichtungsauflage 44 gehalten wird, indem es sich ebenfalls durch die Abdichtung 36 hindurch erstreckt.
Der Kopf 40 der Abgabevorrichtung hat eine erste und eine zweite flache Fläche 48 und 50 (siehe Fig. 2a), wobei jede der Flä chen 48 und 50 eine Vielzahl von Oberflächen-Vertiefungen hat. Es wird ein Substrat aus mindestens 5 mg Quecksilberlegierung auf die erste Fläche 48 aufgetragen und ein Substrat aus einem Gettermaterial, wie z. B. eine Zirkon- und Aluminium-Legierung, auf die zweite Fläche 50 aufgetragen, wobei die Vertiefungen eine verbesserte Haftfläche für die Substrate erzeugen. Ein Gettermaterial ist ein Material, das Verunreinigungen aus einem Gas absorbieren kann, das z. B. von den Rohrleitungen oder durch Ausgasen der Elektrode verunreinigt ist, wodurch der Lampe eine erhöhte Lebensdauer verliehen wird.
Der Hohlraum 24 der Umhüllung 12 wird über den weiteren Schaft 32a evakuiert, und ein geeignetes Gas, wie z. B. ein Argon/Neon- Gemisch wird eingeleitet und der Schaft 32a daraufhin abgedichtet.
Die Kathode 20 wird auf die herkömmliche Weise z. B. durch Ionenbeschuß in einer Gasentladung aktiviert, so daß, wenn die Kathode 20 auf eine Temperatur erwärmt wird, welche die Kathode 20 rot oder orangefarben glühen läßt, z. B. bei 750º bis 1200º, vorzugsweise bei 900º, der Kopf 40 der Abgabevorrichtung daraufhin unter Verwendung einer gesonderten Wärmebehandlung bei einer niedrigeren Temperatur, wie z. B. 800º bis 900º, vorzugsweise bei 850º, z. B. durch Wirbelstromheizung oder Ionenbeschuß erwärmt wird. Da die Kathode 20 und die Abgabevorrichtung 40 beabstandet sind, wird der Kopf 40 der Abgabevorrichtung nicht zur gleichen Zeit wie die Kathode 20 erwärmt. Daher wird das Quecksilber aus einem Kopf 40 der Abgabevorrichtung nicht freigegeben, bevor die Kathode 20 aktiviert und die Umhüllung 12 ausgegast worden ist. Dies verringert auch die Menge des verbrauchten Gettermaterials, falls ein solches Material verwendet wird.
Die Zuverlässigkeit der Vorrichtung kann auch verbessert werden, indem man eine Glasperle 52 einfügt, wie in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das dem in Fig. 1 und 2 ähnlich ist, jedoch eine Glasperle 52 aufweist, die einen solchen Durchmesser hat, daß sie in den Schaft 32 paßt und um die Abgabevorrichtungsauflage 44 herum gebildet ist. Die Perle ist zwischen dem ersten und zweiten Ende 42 und 46 der Abgabevorrichtungsauflage 44 positioniert, so daß eine thermische Spannung, die auf die Quetschdichtung 18 ausgeübt wird, verringert wird, wenn die Abgabevorrichtung 38 aktiviert wird, und um den Kopf der Abgabevorrichtung zu zentrieren.
Die Kathodenabstützung 26 ist bei dem oberen Bereich 27 im wesentlichen um 180º verdreht, wie in Fig. 3 gezeigt. Dies sorgt für ein gewisses Ausmaß an Robustheit und verbessert die Vibrationsbeständigkeit der Vorrichtung 10. Wie zuvor angedeutet, kann die Kathodenauflage um mindestens 90º, vorzugsweise zwischen 90º und 180º und insbesondere vorzugsweise um 90º oder 180º, in dem Bereich 27 verdreht werden, um die Vibrationsbeständigkeit zu erzeugen.
In dem zweiten Ende 23 der in Fig. 3 gezeigten Kathode befindet sich ein Kragen 25a, der dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Kragen 25 ähnlich ist, jedoch größer ist und sich näher zu der Umhüllung 12 hin erstreckt. Dies erzeugt ein zusätzliches Ausmaß an Robustheit bei der Kathode 20. Der Kragen 25a ist ein keramischer Kragen und hat eine solche Größe, daß er eine minimale Beabstandung zwischen den äußeren Rändern des Kragens 25a und der Umhüllung 12 erzeugt.
Weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 sind in Fig. 4 und 5 dargestellt, bei denen dieselben Merkmale wie die von Fig. 1 bis 3 mit denselben Bezugsziffern versehen wurden. In den in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Abgabevorrichtung 38 einen Behälter 64 an Stelle des in Fig. 1 dargestellten Kopfes 40 auf. Der Behälter 64 kann aus Nickel, Eisen oder Edelstahl bestehen. Es können entweder Pellets einer Quecksilberlegierung 68 oder Quecksilber-Pellets und ein geeignetes Gettermaterial in dem Behälter 64 enthalten sein, wobei der Behälter 64 eine Kapazität zur Aufnahme eines Gewichts von bis zu 400 mg hat.
Der Behälter 64 kann alternativ an einer unabhängigen Stützvorrichtung 70 montiert sein, die ein Paar paralleler beabstandeter Schenkel 72 hat, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Die Schen kel 72 sind durch das zweite Ende 16 der Umhüllung 12 hindurch abgedichtet und befinden sich zwischen den parallelen beabstandeten Schenkeln 28 der Kathodenabstützung 26.
Die beabstandeten Schenkel 72, die sich durch die Umhüllung 12 hindurch erstrecken, wie es auch bei anderen Ausführungsbeispielen der Fall ist, stellen unabhängige elektrische Kontakte her, wodurch eine gesonderte Wärmebehandlung des Behälters 64 über die Schenkel 72 ermöglicht wird, wie oben beschrieben.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, kann die Kathodenabstützung 26 so abgewandelt sein, daß sie einen ersten Schenkel 74 aufweist, der eine J-Form hat und als Abstützung für die Kaltkathode dient. Die Abstützung für den Behälteraufbau umfaßt einen zweiten Schenkel 76. Sowohl der erste als auch der zweite Schenkel 74, 76 erstreckt sich bei der Quetschabdichtung 18 durch die Umhüllung 12 hindurch.
Die in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele werden aktiviert, indem man die Kathode anfänglich erwärmt, wobei die Vorrichtung in der in Fig. 4 und 5 gezeigten Stellung ist. Die Vorrichtung wird dann für eine anschließende gesonderte Erwärmung umgedreht, um das Quecksilber z. B. durch Ionenbeschuß zu verdampfen.
In weiteren Ausführungsbeispielen, die in Fig. 6 und 7 gezeigt sind, ist der in Fig. 1 dargestellte Kopf 40 durch eine abgedichtete Metallkapsel 78 ersetzt, die an das erste Ende 42 der Abgabevorrichtungsauflage 44 gecrimpt oder geschweißt ist. Die Kapsel 78 ist mit einer hartgelöteten, gecrimpten oder geschweißten Abdichtung 80 (oder einer Abdichtung, die durch eine Kombination von zwei oder mehreren der Schritte Hartlöten, Crimpen und Schweißen gebildet wird) ausgestattet, und zwar entweder an einem Ende, wie in Fig. 10 dargestellt, oder an einem passenden Ort um die Seite der Kapsel 78 herum, wie in Fig. 11 dargestellt. Das zur Bildung der Abdichtung 80 verwendete Material hat einen Zerreiß- oder Schmelzpunkt, der größer ist als die beim Aufbau der Vorrichtung 10 erforderliche Temperatur, jedoch geringer ist als die Temperatur, die durch gesonderte Wärmebehandlung entweder durch Beschuß oder Wirbelstrom heizung der Abgabevorrichtung 38 zugeführt wird. Die Kapsel 78 ist mit flüssigem Quecksilber unter Argongas gefüllt. Alternativ kann die Kapsel 78 Quecksilber in einem Vakuum enthalten.
Während der Verarbeitung wird die Vorrichtung 10 in der herkömmlichen Art und Weise aktiviert, wie weiter oben an Hand von Fig. 1 bis 3 beschrieben. Während der gesamten Wärmebehandlung der Kapsel, z. B. durch Ionenbeschuß oder Wirbelstromheizen, wird der Schmelzpunkt des Materials, das zur Bildung einer nur hartgelöteten Abdichtung 80 verwendet wird, überschritten, die Abdichtung schmilzt, und das flüssige Quecksilber wird aus dem Innern der Kapsel 78 in den Hohlraum 24 der Umhüllung abgegeben. Wenn hingegen die Abdichtung z. B. durch Crimpen oder Schweißen gebildet ist, bricht die Abdichtung bei einer Temperatur auf, die den Bruchpunkt der Abdichtung überschreitet.
In dem in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die in Fig. 7 gezeigte Kapsel 78 durch eine Glaskapsel 82 ersetzt. Die Kapsel kann einen sich von ihr erstreckenden Metalldraht 84 haben oder nicht, um das Brechen des Glases zu erleichtern und das Austreten des in der Kapsel enthaltenen Quecksilbers und Argons zu ermöglichen. In einem anderen Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Draht 84 durch die Kapsel hindurch, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 8 gezeigt.
Der Stützdraht 44 ist mit einer Glas/Glimmer-Bördelung 88 (ähnlich wie die Perle 52 in Fig. 3) ausgestattet, um den Draht in dem Stiel zu positionieren, wobei das Glas für die elektrische Isolierung sorgt und der Glimmer für einen thermischen Schutz der Glas/Metall-Abdichtung zwischen der Kapsel 82 und dem Draht 44 sorgt.
Die innere Fläche der Umhüllung 12 kann auch mit einem Substrat aus fluoreszierendem Material versehen werden, um von der Vorrichtung emittierte ultraviolette Strahlung in sichtbare Strahlung umzuwandeln. Wenn kein fluoreszierendes Substrat vorhanden ist, kann die Umhüllung 12 mit Neon oder anderen inerten Gasen gefüllt werden.
Es können verschiedene Abwandlungen bei der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, ohne daß man den Bereich der vorliegenden Erfindung verläßt. So muß z. B. der Kopf 40 der Abgabevorrichtung nicht unbedingt eine flache Nickelplatte sein. Ebenso könnte er z. B. eine hohle Röhre mit einem kreisförmigen Querschnitt sein. Die beiden Flächen 48 und 50 der flachen Platte sind dabei durch eine zylindrische hohle Röhre ersetzt, die mit einer Quecksilberlegierung entweder mit oder ohne Gettermaterial gefüllt ist.
Eine weitere Alternative kann z. B. lediglich Pellets einer Quecksilberlegierung verwenden, die auf beide gegenüberliegenden Flächen des Kopfes 40 der Abgabevorrichtung aufgetragen wird, wodurch man auf die erforderlichen Quecksilber- und Gettersubstrate oder ein integriertes Quecksilber- und Gettersubstrat verzichten kann.
Somit haben die gezeigten Ausführungsbeispiele den Vorteil, daß die Dampfquelle eine selbständige Vorrichtung sein kann, die von den Herstellern der eigenen Lampen verwendet wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Abgabevorrichtung von der Kathode gesondert erwärmt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es möglich ist, dieselbe Wärmebehandlungsvorrichtung sowohl für die Abgabevorrichtung als auch für die Kathode zu verwenden, wodurch die Kosten verringert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Quecksilbermenge auf 50 mg verringert werden kann. Dies ermöglicht die Herstellung von Kaltkathodenlampen, die den derzeitigen Verordnungen gerecht werden und auch die Kosten verringern.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Hinzugabe von Quecksilber für verschiedene Pegel überwacht werden kann, was eine bessere Kontrolle der geringeren Mengen ermöglicht, um die Umweltverordnungen zu erfüllen. Die Bereitstellung einer Kapsel aus Quecksilber gestattet die Verwendung größerer Mengen, die in der Leuchtschilder-Industrie üblicher sind.
Die Fähigkeit der kontrollierten Hinzugabe von Quecksilber liefert den Vorteil, daß sie die Verwendung kleiner Mengen Queck silber gestattet, wenn es die Lampen- oder Schildergröße gestattet.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Verwendung einer abgedichteten Kapsel mit Quecksilber durch die Kunden, die ihre eigenen Lampen herstellen, das Einatmen von Quecksilber vermieden wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Bereitstellen von Strahlung, mit: einer Hülle (12); einer innerhalb der Hülle angeordneten Kathodenanordnung (20), die ein Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Kontaktes für die Kathodenanordnung (20) enthält; einer ebenfalls innerhalb der Hülle (12) angeordneten Abgabevorrichtung (38), die ausgelegt ist, um Quecksilber oder eine Quecksilberlegierung zu tragen; einem Stützmittel (44) zum Abstützen der Abgabevorrichtung (38); dadurch gekennzeichnet, daß sich das Stützmittel (44) von der Abgabevorrichtung (38) durch die Hülle (12) hindurch erstreckt, um einen unabhängigen elektrischen Kontakt für die Abgabevorrichtung (38) bereitzustellen und dadurch eine unabhängige elektrische Heizung der Abgabevorrichtung (38) zu ermöglichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabevorrichtung (38) einen Kopf (40) aufweist, der eine erste und eine ihr gegenüberliegende zweite Fläche (48, 50) bestimmt und ausgelegt ist, um Quecksilber oder eine Quecksilberlegierung zu tragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (48) ausgelegt ist, um das Quecksilber oder die Quecksilberlegierung zu tragen, und die zweite Fläche (50) ausgelegt ist, um ein absorbierendes Mittel zum Absorbieren von Verunreinigungen zu tragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabevorrichtung (38) einen Behälter (64) aufweist, der für die Aufnahme von Quecksilber oder einer Quecksilberlegierung ausgelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (64) aus Eisen besteht und massive oder maschige Wände aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabevorrichtung in Form einer abgedichteten Kapsel (78, 82) vorliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (78) aus Metall besteht, wobei die Abdichtung einen Schmelz- oder Zerreißpunkt hat, der größer als die Temperatur der Wärmebehandlung der Kathodenanordnung (20) und kleiner als die Temperatur der Wärmebehandlung der Kapsel (78) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabevorrichtung in Form einer Glaskapsel (82) vorliegt, die ausgelegt ist, um bei ihrer Wärmebehandlung zu brechen oder zu schmelzen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskapsel (82) einen sich von ihr aus erstreckenden Draht (84) hat, um das Brechen oder Schmelzen der Kapsel während ihrer Wärmebehandlung zu erleichtern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der sich von der Kapsel (82) aus erstreckende Draht (84) sich auch durch die Kapsel (82) hindurch erstreckt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kathodenanordnung eine kalte Kathode ist, wobei die kalte Kathode in Form eines Hohlzylinders vorliegt, der eine im wesentlichen hemisphärische Basis hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Kontakts für die Kathodenanordnung (20) ein Haltemittel (26) aufweist, um die Kathodenanordnung in der Hülle zu halten.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung (20) an einem von der Abgabevorrichtung (38) beabstandeten Ort angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung (54) zwischen der Kathodenanordnung (20) und der Abgabevorrichtung (38) angeordnet ist, um eine Strahlungserwärmung der Abgabevorrichtung (38) durch Wärme zu vermeiden oder abzuschwächen, die bei der Wärmebehandlung der Kathodenanordnung (20) freigesetzt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (54) in Form einer Folie vorliegt, die durch einen Draht an der Kathodenanordnung abgestützt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (54) aus Nickel besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (54) in Form einer Scheibe (56) vorliegt, die an dem Haltemittel (26) für die Kathodenanordnung (20) montiert ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (56) aus einem keramischen Material oder aus Glimmer oder aus einem Metall besteht.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmittel (44) einen Draht aufweist, der in dem Stiel der Hülle (12) abdichtend eingeschlossen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Draht innerhalb des Stiels ein Ortungsmittel vorgesehen ist, um die Position der Abgabevorrichtung (38) in der Hülle (12) beizubehalten.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortungsmittel in Form einer aufgefädelten Perle (52) vorliegt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmittel (44) entweder einen sich durch die Hülle erstreckenden einzelnen Draht oder einen ersten und einen zweiten Draht zum Bestimmen einer im wesentlichen U- förmigen Abstützung für die Abgabevorrichtung (38) aufweist, wobei sich beide Drähte durch die Hülle (12) hindurch erstrecken.

23. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (26) ein längliches starres Glied aufweist, das ein Paar beabstandeter Schenkel (28) besitzt, die durch eine Wand der Hülle (12) hindurch abgedichtet sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Schenkel (28) außerhalb der Hülle (12) zugänglich sind und daß die innerhalb der Hülle (12) liegenden entgegengesetzten Enden der Schenkel (28) miteinander verbunden sind, um einen im wesentlichen U-förmigen Aufbau zu bilden, an dem die Kathodenanordnung montiert ist, wobei das Paar beabstandeter Schenkel (28) innerhalb der Hülle (12) um einen Winkel von 90º bis 180º, vorzugsweise entweder 90º oder 180º, verdreht sind, wodurch eine Befestigung für die Kathodenanordnung (20) bereitgestellt wird, die Vibrationseinwirkungen besser widerstehen kann.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (26) einen einzelnen Schenkel aufweist, der durch eine Wand der Hülle (12) hindurch abgedichtet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Schenkels außerhalb der Hülle (12) zugänglich ist und das andere Ende des Schenkels innerhalb der Hülle (12) derart ausgebildet ist, daß es einen Zwischenabschnitt bildet, an dem die Kathodenanordnung (20) montiert ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (56) Öffnungen bestimmt, um durch sie das Haltemittel (26) aufzunehmen, wobei Schultern (62) in dem Haltemittel (26) vorgesehen sind und die Scheibe (56) auf den Schultern (62) abgestützt wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung (20) ein auf ihr vorgesehenes Festigkeitsmittel aufweist, wobei das Festigkeitsmittel in Form eines Kragens (25) um die Kathodenanordnung (20) vorliegt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (25) eine derartige Größe hat, daß er einen minimalen Abstand zwischen den peripheren Rändern des Kragens (25) und der Innenfläche der Hülle (12) erzeugt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (25) aus einem keramischen Material besteht.

31. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Strahlung, wobei in eine Hülle (12) eine Kathodenanordnung (20) und ein Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Kontaktes für die Kathodenanordnung gehalten wird, in der Hülle mittels eines Stützmittels (44) eine Abgabevorrichtung (38) abgestützt wird, wobei das Stützmittel (44) so ausgelegt ist, daß es einen unabhängigen elektrischen Kontakt für die Abgabevorrichtung (38) bereitstellt, wobei ein erster Erwärmungsschritt zum Aufheizen der Kathodenanordnung (20) durchgeführt wird, woraufhin ein zweiter Erwärmungsschritt durchgeführt wird, um die Abgabevorrichtung (38) elektrisch aufzuheizen, damit Dampf in die Kathodenanordnung (20) freigegeben wird, wobei der unabhängige elektrische Kontakt an dem Stützmittel so angeordnet ist, daß im wesentlichen eine Aufheizung der Abgabevorrichtung (38) während des ersten Erwärmungsschritts vermieden wird.