Twórca wynalazku ™ Uprawniony z patentu: Luaalampan Aktlebolag, Karlstrona /Szwecja/ ZESPÓL KATODOWY LAMPY FLUORESCENCYJNEJ Przedmiotem wynalazku jeet zespól katodowy lampy fluorescencyjnej z katode zamonto¬ wane na stala w stosunku do scianki lampy i otoczona przez ekran katodowy, który wykonany jest z elektrycznie przewodzacego naterlalu i nie jest polaczony elektrycznie z katoda. 0 zywotnosci lanpy fluorescencyjnej liczonej w godzinach czasu swiecenia decyduje gló¬ wnie zywotnosc katody* Kiedy katoda straci pewna, czesc ewego naterlalu eaisyjnego zlozo¬ nego z tlenków ostali ziem alkalicznych, wtedy jej zdolnosc emisji elektronów spada do takiego stopnia, ze lampa albo nie daje sie zapalic, albo wchodzi w faze migotania, co przyczynia sie do gwaltownego sproszkowania reezty materialu emisyjnego.Wiadomo, ze nadmiar baru rozpuszczonego w wymieszanych krysztalach materialu emieyj- nego nadaje tlenkom ustali ziem alkalicznych charakter pólprzewodnikowy i zmniejsze prece uwalniania elektronów. Taki nadmiar baru powstaje przez reakcje chemiczne pomiedzy tlenkiem baru a wolfremem zgodnie z nastepujecym równaniem 6 BaO + W Ba-wT6 t 3 Ba Wolfraalan baru utworzony w ten sposób pozoeteje jako warstwa posrednia pomiedzy wol¬ framem a rzeczywlete substancje emisyjne przez cely czde zywotnosci katody, podezae gdy bar nieprzerwanie dyfunduje w poetaci pary poprzez substancje emisyjne. Warstwa wolframienu baru przyczynia sie do tlumienia reakcji okreslonej powyzszym równaniem, to znaczy przyczy¬ nia ele do zmniejszenia ilosci powetajecego baru. Dzieki temu caly bar nie wyparowuje przed czaeem 30 000 godzin ciaglego swiecenia normelnej lampy fluorescencyjnej. Napreze¬ nia na katodzie lampy podczas rozruchu se jednak tak duze, ze zywotnosc maleje dwu-trzy¬ krotnie przy normalnym uzytkowaniu lampy fluorescencyjnej, to znaczy przy srednim czasie jednorazowego wleczenia 2-3 godziny* Strata materialu katodowego, który eluzy Jako substancja emisyjna 1 towarzyszece zmniejszenie zywotnosci lampy fluoreecencyjnej spowodowane se zasadniczo trzema róznymi2 132 221 procesami, a mianowicie strate aaterialu emisyjnego na skutek bombardowania Jonowego, zwla¬ szcza w polaczeniu z niewystarczajace temperature katody, pakowanie* aaterialu salsyjnago i reakcjami chemicznymi pomiedzy aaterlalaa emieyjnym a gazowymi zanisczyszczenlaai w lampie. w* laapia fluorescencyjnej skonstruowanej specjalnie w calu uzyskani* bardzo duzej zywo¬ tnosci z uwzglednieniem wielokrotnego wlaczania i wylaczania katody lampy musza byc skon¬ struowana w taki sposób, aby calkowicie uwzglednic wymienione trzy przyczyny zmniejszenia sie zywotnosci katody* warunkiem wstepnym ubytku materialu emisyjnego na skutek bombardo¬ wania jonowego jest zasadniczo to, za kazdy atom, który opusci powierzchnie katody, nigdy juz nla powraca do katody. Jednak w pelni odpowiada to prawdzie tylko w prózni, w* rzeczy- wlatoscl katoda w normalnej konstrukcji lampy fluorescencyjnej Jsat otoczona «tmo8t$ra. gazów szlachetnych o cisnieniu 2,5 HPe. W zwiezku z tym srednia swobodna dlugosc drogi dla atomów i czeeteczek uwolnionych z powierzchni j$&t znacznie króteza niz odleglosc pomiedzy katode a scianke lampy. Na skutek tego wiele uwolnionych atomów i czestsczek zostaje z po¬ wrotem odbitych 1 skierowanych ku powierzchni katody. Zmniejszenie to jest jednak niewy¬ starczajaca w przypadku katod dla lamp o dlugiej zywotnosci.Parowanie substancji emisyjnej jest stosunkowo stala podczas cleglaj pracy, ala odby¬ wa sie szybciej po kazdym uruchomieniu 1 w clegu minut nastepujecych po uruchomieniu na skutek zwiekszonej temperatury katody. Oznacza to, ze katoda dla lampy o dlugiej zywotno¬ sci musi byc zaprojektowana tak, aby parujeca atomy i czesteczki byly odbijane z powrotem do powierzchni katody w znacznym stopniu i tak, aby temperatura katody pozostawala umiar¬ kowana w rzeczywistym okresie startu.Calem wynalazku jeat opracowanie katody przeznaczonej dla lampy fluorescencyjnej, za¬ pewniaj ecaj znaczny wzrost zywotnosci tej lampy.Zeapól katodowy wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze ekran katodowy zlozony jest z cylindrycznej obudowy, której dno ma otwór umozliwiajecy wprowadzenie katody do wnetrza cylindra. Cylinder ten z otwartego ewego konca jest szczelnie zamkniety plytke wy¬ posazone w centralnie usytuowany otwór 1 wykonane z materialu izolujecego elektrycznie.Zespól katodowy tego typu powoduje, ze atomy i czesteczki, które zostaly uwolnione z po¬ wierzchni katody przez bombardowanie Jonowe oraz atomy 1 czesteczki, które zostaly wypa¬ rowane z powierzchni katody, se odbijane z powrotem do powierzchni katody w znacznie wie¬ kszym stopniu.Ekran katodowy jest korzystnie wykonany z zelaza lub niklu. Plytka, która musi byc wykonana z materialu nie ulegajecego sproszkowaniu podczas bombardowania jonowego, jest wykonana korzystnie z miki. Otwór w plytce musi miec mozliwie jak najmniejsze srednice, tak aby zmniejszyc zaczernienia wnetrza scianki lampy do minimum. Zbyt mala srednica otwo¬ ru powoduje jednak nlepozedanie silny wzrost napiecia startowego lampy fluorescencyjnej.Otwór w plytce powinien miec zatem srednice mozliwie jak najmniejsze, ale uwzgledniajec to, by napiecie startowe lampy nie przekroczylo okreslonej wartosci, srednica otworu dla normalnej lampy fluorescencyjnej o srednicy 38 nm wynosi korzystnie 10-12 mm.Poniewaz niepozedane reakcje chemiczne pomiedzy materialem emisyjnym a zanieczyszcze¬ niami gazowymi w lampie moge mlec niekorzystny wplyw na zywotnosc lampy, jest rzecze naj¬ wyzszej wagi, aby przy wytwarzaniu lampy stosowac wydajny procee pompowania w celu uaunle- cla wszelkich sladów róznych gazów. Doswiadczenia wykazaly, za najskuteczniejszy proces pompowania uzyskiwany jest w automatycznym zespole pompujecym, gdzie odpompowywania przy podwyzszonej temperaturze w kombinacji z pompowaniem wewnetrznym uzyskuje sie przez wpro¬ wadzania kropli rteci w gorece lampe fluorescencyjne. Kiedy kropla rteci uderzaje w lampe fluoraacencyjne, wówczas gwaltownie paruje i powoduje zjawisko pompowanie dyfuzyjnego w lampie fluorescencyjnej. Przyczynia sie to do szczególnie skutecznego usuwania zanieczy¬ szczen, Jezeli aa sie to odbywac w wystarczajecym stopniu, to jest jednak Istotna, by ka¬ toda nla wywierala zadnego ograniczajecego wplywu na wydajnosc wyzej wymienionego procesu pompowania. Z tego wzgledu otwór w dnie ekranu katodowego powinien mlec korzystnie powie¬ rzchnie przynajmniej równe powierzchni otworu w plytce.Rozwlezanie wedlug wynalazku zostanie blizej objasnione w przykladzie wykonania na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia jeden koniec lampy fluorescencyjnej z zespolem katodowym.132 221 3 fig* 2a 1 2b - ekran katodowy tago zespolu w przekroju pionowy* 1 w widoku od dolu, fig, 3 - plytke alkowa przeznaczone do zamkniecia otwartego konca ekranu katodowego z fig. 2a 1 2b w widoku z góry, a fig. 4 przedstawia wykres zaleznosci napiecia startowego 1 stopnia zaczernienia od srednicy otworu w plytce mikowej.Na figurze 1 przedstawiono w przekroju Jeden koniec lampy fluorescencyjnej wedlug wy¬ nalazku, scianka szklana 1 tej laapy jees zamknieta szczelnie stopke 2 przy Jednyit koncu w konwencjonalny sposób. Stopka ta aluzv równoczesnie jako podstawa dla wsporników katodo* wyeh 4, na których wsparte jast katoda 3. Wsporniki katodowa, która przewodze elektrycznie, se poleczone za pomoce przewodów zasilania 5 wtopionych w stopke 2, poprzez która pred mo- ze przeplywac poprzez ketode 3 i podgrzewac je. Katoda 3 jest otoczona ekranem ketodowy¦ 6# który korzystnie wykonany jest z zelaza lub niklu. Ekran 6 jest wsparty przez wspornik 7 zatopiony w stopce 2 1 jest odizolowany elektrycznie od katody 3* Dak przedstawiono na fig. 2a i 2b ekran katodowy 6 na ksztalt cylindra, w którego dnie wykonano podluzny otwór 8 dla wprowadzania katody 3 1 czesci wsporników katodowych 4.Otwarty koniec ekranu katodowego 6 jest zamkniety szczelnie za pomoce plytki alkowaJ 9, której grubosc wynosi korzystnie 0,10 - 1,15 as. 3ak widac z fig. 3 plytka alkowa 9 aa uaytuowany posrodku otwór 10, korzystnie o ksztalcie kolowy*. Otwór 10 aa srednice 10*12 aa dla noraalnej laapy fluorescencyjnej o srednicy 38 aa. Mniejsza srednica spowoduje zmniej- szenie zaczernienia wnetrze scianki laapy, ale równoczesnie napiecie rozruchowe wzrosnie do wartosci nlaaozliwych do przyjecia jak pokazano na fig. 4, gdzie podano napiecia star* towe U w woltach oraz wzgledny atopien zaczernienia 8 w funkcji srednicy D.Q otworu 1 w mm.Wieksza srednica otworu spowodujs jedynie nieznaczne zmniejszenie napiecia etartowego, ale zaczernienie scianki lampy znacznie wzrosnie.Wazne jest, by plytka 9 byla wykonana z alki lub jakiegos innego Materialu nie prze- wodzecego elektrycznie, który nie emituje gazu, poniewaz bombardowanie jonowe w przypadku wykonania plytki na przyklad z zelaza powodowaloby zwiekszenie Ilosc sproszkowanego ma¬ terialu, a zatem wzrost zaczerniania scianki lampy.Konstrukcja opisana powyzej wykasuje zalete, podczas pólokresów, klsdy spirala 3 dziala jako anoda. Poniewaz rozladowanie musi przechodzic przsz plyt-ke alkowe 9 wyposa¬ zone w otwór, zatem uzyskuje sie znaczne zwiekszenie gestosci elektronów przy spirali 3 dzialajecej jako anoda. Powoduje to zmniejszenie spadku anodowego. Przyczynia sie to do zmniejszenia temperatury katody, a zatem zmniejaza stopien parowania.Oak juz wspomniano wczesniej, pozedana Jest, by lampa byla oprózniona przez odpoapo- wanie, przy którym pompowanie podcisnieniowe poleczone jest z "pompowaniem wewnetrznym" uzyskiwanym przez to, ze krople rteci uderzaje w gorece lampe. Kropla tago typu jeat przedstawiona schematycznie przez 11 ns fig. 1. Kiedy kropla taka uderza w nagrzane lampe fluorescencyjne /scianka 1 l/lub atopka 2/, wówczas wybuchowo paruje, a wytworzona w tan spoaób para rteci gwaltownie wyplywa na zewnetrz. Strzalki 12 i 13 pokazuje schematycznie najistotniejsze drogi, po których porusza sie para rteci. Ruchowi pary rteci pod drodze oznaczonej strzalke 13 nie moze stawiac przeszkód konstrukcja utworzona z ekranu katodo¬ wego 6 1 plytki mikowej 9, jezeli dwutlenek wegla letniejecy w warstwie ealayjnaj, e wy¬ tworzony przez przemiane weglanów na tlenki, ma byc skutecznie usuniety 1 Jezeli pompowa¬ nie wewnetrzna aa byc skuteczne. Z tego powodu srednica otworu w plytce mikowej 9 powinna przewyzszac 10 mm /dla lampy fluoreecancyjnej o srednicy 38 mm/ a otwór dolny 8 w ekranie katodowym 6 musi miec powierzchnie przynajmniej tak duze jak powierzchnia otworu w plytce mikowej, ale korzystnie wieksze.Opisana wyzej konstrukcja katody, przy zachowaniu normalnego czasu zapelania 3 godzi¬ ny na jedno wleczenie, umozliwia osiegnlecie zywotnosci 3-4 razy wiekszej niz dla konwen¬ cjonalnej laapy fluorescencyjnej.132 221 Z a a t rzezeni patent o w e 1. Zespól katodowy lanpy fluorescencyjnej z katode zaaontowane na stala w stosunku do scianki laapy 1 otoczona okranen katodowy*, który jeet polaczony nieelektrycznie z katode 1 jest wykonany z Materialu przewodzecego elektrycznie, znaalenny ty a, ze ekran katodowy /6/ zlozony jest z cylindrycznej obudowy, w której dnie wykonany jest ot¬ wór /8/ dla wprowadzania katody /3/ do wnetrza cylindra, a ponadto otwarty koniec tego cylindra jest szczelnie zaaknlety za ponoce plytki /9/ z centralnie usytuowanya otworem /iO/, która to plytka /9/ wykonana jeet z elektrycznie Izolujecego materialu. , 2. Zeepól katodowy wedlug zaatrz. 1, znaalenny ty a, ze ekran katodowy /6/ jest wykonany z zelaza lub niklu. 3. Zeepól katodowy wedlug zastrz* 1, znaalenny ty a, ze plytko /9/ jest wykonana z alki. 4, Zeepól katodowy wedlug zastrz. 1, znaalenny ty a, ze otwór /10/ w ply¬ tce /9/ aa srednice 10-12 ¦¦, w zespole katodowya dla laapy fluoreecencyjnej o srednicy 38 aa. 5* Zeepól katodowy wedlug zastrz. 1, znaalenny t y a, ze otwór w dnie ekranu katodowego /6/ aa powierzchnie przynajmniej tak duze jak powierzchnia otworu w plytce /9/. t--T Fln.£a % ti f^.i ^ 10 fio.Si CI7- tXXA Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL PL Inventor ™ Patent holder: Luaalampan Aktlebolag, Karlstrona /Sweden/ CATHODE ASSEMBLY OF A FLUORESCENT LAMP The subject of the invention is a cathode assembly of a fluorescent lamp with a cathode mounted permanently in relation to the wall of the lamp and surrounded by a cathode screen made of electrically conductive material. and is not electrically connected to the cathode. The lifespan of a fluorescent lamp, measured in hours of illumination time, is determined mainly by the lifespan of the cathode. When the cathode loses a certain part of its emission layer composed of alkaline earth oxides, its ability to emit electrons drops to such an extent that the lamp either becomes unusable. ignite or enters the flickering phase, which contributes to the rapid pulverization of the residue of the emissive material. It is known that excess barium dissolved in the mixed crystals of the emissive material gives the alkaline earth oxides a semiconducting character and reduces the electron release rates. This excess barium is produced by chemical reactions between barium oxide and tungsten according to the following equation: follows as the barium continuously diffuses in the form of vapor through the emissive substances. The barium tungstate layer contributes to suppressing the reaction given by the above equation, i.e. it helps to reduce the amount of barium being recycled. This prevents all the barium from evaporating before 30,000 hours of continuous illumination of a normal fluorescent lamp. However, the stresses on the lamp cathode during start-up are so great that the service life decreases by two to three times during normal use of the fluorescent lamp, i.e. with an average running time of 2-3 hours* Loss of cathode material which elutes as an emission substance and accompanying The reduction in the life of a fluorescent lamp is essentially caused by three different processes, namely the loss of emission material due to ion bombardment, especially in combination with insufficient cathode temperature, packing* of the bare material and chemical reactions between the emission material and the gaseous contaminants in the lamp. In a fluorescent lamp specially designed to achieve a very long service life, taking into account repeated switching on and off of the cathode, the lamp must be designed in such a way as to fully take into account the three causes of reduction in cathode life mentioned, as a prerequisite for the loss of emissive material due to Ion bombardment basically means that every atom that leaves the cathode surface never returns to the cathode. However, this is fully true only in a vacuum, in fact - the cathode in the normal design of a fluorescent lamp Jsat surrounded by a fluorescent tube. noble gases at a pressure of 2.5 HPe. Therefore, the average free path length for atoms and molecules released from the surface is much shorter than the distance between the cathode and the lamp wall. As a result, many released atoms and molecules are reflected back and directed towards the cathode surface. This reduction, however, is insufficient in the case of cathodes for long-life lamps. Evaporation of the emissive substance is relatively constant during continuous operation, but takes place more rapidly after each start-up and in the minutes following start-up due to the increased cathode temperature. This means that the cathode for a long-life lamp must be designed so that evaporating atoms and molecules are reflected back to the cathode surface to a significant extent and so that the cathode temperature remains moderate during the actual startup period. The whole object of the invention is development of a cathode intended for a fluorescent lamp, ensuring a significant increase in the service life of this lamp. The cathode assembly according to the invention is characterized by the fact that the cathode screen consists of a cylindrical housing, the bottom of which has a hole enabling the introduction of the cathode into the cylinder. At the open end, this cylinder is tightly closed with a plate equipped with a centrally located hole 1 made of electrically insulating material. A cathode assembly of this type causes atoms and molecules that have been released from the cathode surface by ion bombardment and atoms and molecules which have been evaporated from the cathode surface are reflected back to the cathode surface to a much greater extent. The cathode screen is preferably made of iron or nickel. The plate, which must be made of a material that will not be pulverized by ion bombardment, is preferably made of mica. The hole in the plate must have the smallest possible diameter to reduce the blackening of the interior of the lamp wall to a minimum. Too small a hole diameter, however, undesirably causes a strong increase in the starting voltage of the fluorescent lamp. The hole in the plate should therefore have the smallest possible diameter, but take into account that the starting voltage of the lamp does not exceed a certain value, the diameter of the hole for a normal fluorescent lamp with a diameter of 38 nm is preferably 10-12 mm. Since undesirable chemical reactions between the emissive material and the gaseous contaminants in the lamp can have an adverse effect on the service life of the lamp, it is of the utmost importance that an efficient pumping process be used in the manufacture of the lamp to eliminate any traces of various gases. Experience has shown that the most effective pumping process is achieved in an automatic pumping unit, where pumping out at elevated temperature in combination with internal pumping is achieved by introducing a drop of mercury into a hot fluorescent lamp. When a drop of mercury hits a fluorescent lamp, it evaporates rapidly and causes the phenomenon of pumping diffusion in the fluorescent lamp. This contributes to a particularly effective removal of contaminants. If this is done to a sufficient extent, it is important, however, that each does not have any limiting effect on the efficiency of the above-mentioned pumping process. For this reason, the hole in the bottom of the cathode screen should preferably cover an area at least equal to the area of the hole in the plate. The spreading according to the invention will be explained in more detail in the embodiment of the drawing, in which Fig. 1 shows one end of a fluorescent lamp with a cathode assembly.132 221 3 figs* 2a 1 2b - cathode shield of the assembly in vertical section* 1 in the bottom view, figs, 3 - alcove plate intended to close the open end of the cathode shield from fig. 2a 1 2b in the top view, and fig. 4 shows a graph of the dependence of the starting voltage of the 1st degree of blackness on the diameter of the hole in the mica plate. Figure 1 shows a cross-section of one end of the fluorescent lamp according to the invention, the glass wall 1 of this leg is tightly closed with a foot 2 at one end in a conventional way. This alloy foot also serves as a base for the cathode supports 4, on which the cathode 3 is supported. The cathode supports, which conduct electricity, are connected by means of power cables 5 embedded in the foot 2, through which current can flow through the ketode 3 and heat them. The cathode 3 is surrounded by a ketode screen 6# which is preferably made of iron or nickel. The screen 6 is supported by a bracket 7 embedded in the foot 2 1 and is electrically insulated from the cathode 3 The open end of the cathode screen 6 is closed tightly with an alcove plate 9, the thickness of which is preferably 0.10 - 1.15 as. 3, as can be seen from Fig. 3, there is an alcove plate 9 with a hole 10 in the center, preferably in a circular shape*. Hole 10 aa diameters 10*12 aa for a noraral fluorescent lamp with a diameter of 38 aa. A smaller diameter will reduce the blackening inside the claw wall, but at the same time the starting voltage will increase to unacceptable values as shown in Fig. 4, where the starting voltages U in volts and the relative blackening atopy 8 are given as a function of the diameter D.Q of the hole 1 in mm .A larger hole diameter will only slightly reduce the etart voltage, but the blackening of the lamp wall will increase significantly. It is important that the plate 9 is made of alk or some other electrically non-conductive material that does not emit gas, because ion bombardment in the case of the plate for example, iron would result in an increase in the amount of powdered material and therefore an increase in the blackening of the lamp wall. The design described above has the advantage that during half-times the spiral 3 acts as an anode. Since the discharge must pass through the alcove plate 9 provided with a hole, a significant increase in the electron density is obtained with the spiral 3 acting as an anode. This reduces the anodic drop. This helps to reduce the cathode temperature and therefore reduces the degree of evaporation. As already mentioned earlier, it is desirable that the lamp be evacuated by de-aeration, in which vacuum pumping is combined with "internal pumping" achieved by the drops of mercury impinging in a hot lamp. A Tago drop of the jeat type is shown schematically for 11 ns in Fig. 1. When such a drop hits a heated fluorescent lamp (wall 1 l/or atopic lamp 2), it evaporates explosively, and the mercury vapor thus generated rapidly flows out. Arrows 12 and 13 show schematically the most important paths along which mercury vapor moves. The movement of mercury vapor along the path marked with arrow 13 must not be hindered by the structure made up of the cathode screen 6 and the mica plate 9, if the carbon dioxide floating in the elay layer, produced by the transformation of carbonates into oxides, is to be effectively removed. ¬ not internal aa be effective. For this reason, the diameter of the hole in the mica plate 9 should exceed 10 mm (for a fluorescent lamp with a diameter of 38 mm) and the lower hole 8 in the cathode screen 6 must have an area at least as large as the area of the hole in the mica plate, but preferably larger. The structure described above cathode, while maintaining the normal filling time of 3 hours per feed, makes it possible to achieve a service life 3-4 times longer than for a conventional fluorescent tube. in relation to the wall of the valve 1, it is surrounded by a cathode shield* which is non-electrically connected to the cathode 1 and is made of an electrically conductive material, characterized by the fact that the cathode shield /6/ is composed of a cylindrical housing in the bottom of which a hole is made /8 / for introducing the cathode /3/ inside the cylinder, and moreover, the open end of this cylinder is tightly closed by a plate /9/ with a centrally located hole /iO/, which plate /9/ is made of an electrically insulating material. , 2. Cathode assembly according to claims. 1, characterized by the fact that the cathode screen /6/ is made of iron or nickel. 3. Cathode assembly according to claim 1, characterized in that the plate (9) is made of aluminum. 4, Cathode assembly according to claim. 1, it is known that the hole /10/ in the plate /9/ aa has a diameter of 10-12 aa, in the cathode assembly for a fluorescent tube with a diameter of 38 aa. 5* Cathode assembly according to claim 1, characterized by the fact that the hole in the bottom of the cathode screen /6/ has an area at least as large as the area of the hole in the plate /9/. t--T Fln.£a % ti f^.i ^ 10 fio.Si CI7- tXXA UP PRL Printing Studio. Edition 100 copies. Price PLN 100 PL PL