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Elektrische Glühlampe mit Gasfiillung.
Die bisher üblichen gasgefüllten Glühlampen wiesen in der Regel eine Füllung auf, welche die Komponenten Argon und Stickstoff enthielt. Dabei fällt dem Argon vorwiegend die Aufgabe zu, die Verdampfung des Wolframdrahtes herabzusetzen, während der Stickstoff in erster Linie (zur Vermeidung einer Bogenentladung) der Zündspannung einen genügend hohen Wert geben soll. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Lampen mit einem Gemisch von Krypton und Stickstoff zu versehen, weil das Krypton infolge seines höheren Atomgewichtes sich noch besser als Argon dazu eignet, die Verdampfung des Wolframs zurückzudrängen. Man kann daher den Glühdraht bei gleicher Lebensdauer höher erhitzen, wodurch die Liehtausbeute pro Watt, also die Wirtschaftlichkeit der Lampe erhöht wird.
Als Nachteil ist jedoch zu erwähnen, dass derartige Lampen infolge des hohen Preises des Kryptons ziemlich kostspielig werden.
Auch hat man schon vorgeschlagen, in einer elektrischen Kerzenlampe zur Herabsetzung der Schwärzung eine Gasmischung, bestehend aus Krypton unter Beimischung geringerer Mengen Argon und Stickstoff zu benutzen.
Der Erfindung, welche die Beseitigung des Nachteiles des hohen Kostenpreises des Kryptons zum Ziele hat, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, unter Beibehaltung einer sehr guten Wirtschaftlichkeit, ein Teil des in einer mit Krypton und Stickstoff gefüllten Lampe vorhandenen Kryptons durch Argon ersetzt werden kann.
Diese Erkenntnis beruht auf zahlreichen Versuchen, welche überraschenderweise ergaben, dass die Wirtschaftlichkeit'einer mit Krypton und Stickstoff gefüllten Lampe bei eineTallmhlich ansteigenden Zunahme des Argon-und einer-gleich grossen Abnahme des Kryptongehaltes nicht linear, sondern weniger abnimmt. Diese Erscheinung lässt sich vielleicht mit Hilfe des sogenannten Ludwig-Soret- effektes auf Grund folgender Theorie erklären. Enthält ein in einer Glühlampe vorhandener Gasgemisch zwei oder mehr Komponenten mit einem verschiedenen Molékular- oder Atomgewicht, so tritt eine Entmischung ein.
An denjenigen Stellen, wo die höchsten Temperaturen herrschen (in einer Glühlampe also in der unmittelbaren Nähe des Glühkörpers) ist die Komponente mit dem höchsten Molekulargewicht in einer grösseren und die Komponente mit niedrigerem Molekulargewicht in einer geringeren Konzentration vorhanden, als an den übrigen Stellen im Kolben. Infolge dieser Erscheinung ist also z. B. in einer Lampe mit einem Gasgemisch aus Stickstoff, Argon und Krypton das in der unmittelbaren Nähe des Glühkörpers befindliche Gas reicher an Krypton als das übrige Gas, da von den drei genannten Gasen das Krypton das höchste Atomgewicht hat.
Der Glühdraht würde mithin in einer kryptonreicheren Atmosphäre brennen als auf Grund der Zusammensetzung des Gases, mit dem die Lampe gefüllt ist, zu erwarten wäre, wodurch eine Zunahme der Wirtschaftlichkeit auftritt. Die Erfindung ist an obige Theorie jedoch nicht gebunden.
Die elektrische Glühlampe gemäss der Erfindung, die eine aus Argon, Krypton und Stickstoff bestehende Gasfüllung enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 25 Volumprozente des gesamten Gasvolumens aus Stickstoff bestehen und dass der restliche, aus Krypton und Argon bestehende Teil wenigstens 60 und höchstens 95 Volumprozente Krypton enthält. Unter "Krypton" ist hier auch ein Gemisch von Krypton und Xenon oder reines Xenon zu verstehen. Eine Gasfüllung, in der die Gase Krypton und Argon in einem Volumenverhältnis von etwa 7 : 2 vorhanden sind, ist in diesem Zusammenhang als am vorteilhaftesten zu betrachten. Die elektrische Glühlampe gemäss der Erfindung kann z. B. 70 Volumenprozente Krypton, 20 Volumenprozente Argon und 10 Volumenprozente Stickstoff enthalten.
Die Erfindung wird an Hand einer graphischen Darstellung näher erläutert.
In dem Schaubild sind als Abszissen in entgegengesetzter Richtung die mit A und J angegebenen Argon-und Kryptonprozentgehalte aufgetragen, die in einer Lampe mit einem Stickstoffprozentgehalt von 10 Volumenprozent des ganzen Gasvolumens vorhanden sein können. Der Punkt A der X-Aebse stellt auf diese Weise eine Lampe mit einem Argonprozentgehalt von 90 und einem Stickstoffprozentgehalt von 10 Volumenprozenten dar, während in dieser Lampe überhaupt kein Krypton vorhanden ist. Der Punkt B stellt auf gleiche Weise eine Lampe dar, bei der die aus 90 Volumenprozenten Krypton und 10 Volumenprozenten Stickstoff bestehende Füllung vollkommen Argonfrei ist.
Die zwischenliegenden Punkte auf der X-Achse stellen auf ähnliche Weise Lampen dar, die ausser einer Menge von 10 Volumenprozenten Stickstoff eine Füllung aufweisen, die sowohl Argon als auch Krypton enthält. Es ist einleuchtend, dass je nachdem ein mehr nach rechts liegender Punkt der X-Achse gewählt wird, der Kryptongehalt ansteigt und der Argongehalt in gleichem Masse abnimmt.
So stellt der Punkt C eine Lampe dar, die eine Füllung aus 45% Argon, 45% Krypton und 10% Stick- stoff enthält, während der Punkt D eine Lampe mit gleichem Stickstoffzusatz darstellt, bei der jedoch der Krypton-und Argonprozentgehalt 70 bzw. 20% beträgt.
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Als Ordinaten sind in diesem Schaubild die Werte der Wirtschaftlichkeit E derartiger Lampen dargestellt, wobei diese Werte durch das Verhältnis zwischen den ausgestrahlten Lumen und den verbrauchten Watts für eine Lebensdauer von 1000 Brennstunden, auf einen bestimmten vergleichbaren Wert umgerechnet, ausgedruckt sind. Es sei bemerkt, dass die in diesem Schaubild eingezeichnete Linie die mittleren Werte einer grossen Anzahl von auf experimentellem Wege bestimmten Werten darstellt, die sich auf Lampen verschiedener Spannung und Leistung beziehen.
Bei mehreren Versuchen wurde für eine Lampe mit einer Gasfüllung von 90% Argon und 10% Stickstoff als Wert für die Wirtschaftlichkeit 98-3 gefunden, wie in der Graphik bei E angegeben ist.
Der mittlere Wirtschaftlichkeitswert bei mehreren Lampen mit einer Füllung von 90% Krypton und 10% Stickstoff betrug 110-1, wie bei F abgegeben ist. Es wäre zu erwarten, dass Lampen, deren Füllung, abgesehen vom Stickstoff, teils aus Argon, teils aus Krypton bestehen würde, eine Wirtschaftlichkeit haben würden, die linear mit der Kryptonzunahme in der Füllung ansteigen würde und deren Wert in der Figur also auf der Linie E. F. oder in deren unmittelbaren Nähe liegen würde. Wie bereits angegeben wurde, beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass dies nicht der Fall ist.
In der Figur ist bei dem Punkt G ein Wert für die Wirtschaftlichkeit aufgetragen, der bei einer Anzahl von Versuchen an Lampen verschiedener Spannung und Leistung gefunden wurde, die jedoch die gleiche Füllung von 45% Argon, 45% Krypton und 10% Stickstoff enthielten. Bei H ist ein solcher Mittelwert für eine Anzahl von Lampen aufgetragen, deren Gasfüllung aus 70% Krypton, 20% Argon und 10% Stickstoff bestand.
Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Wirtschaftlichkeitswert höher liegt, als zu erwarten
EMI2.1
der sich zwischen 60 und 95% des aus Krypton und Argon bestehenden Teiles der Gasfüllung (Linien I und 11) bewegt, den betreffenden Effekt in hohem Masse zeigt, während eine Gasfüllung von 70 Volumenprozenten Krypton, 20 Volumenprozenten Argon und 10 Volumenprozenten Stickstoff die meisten Vorteile bietet.
Aus dem Vorstehenden kann für die Praxis nachstehende wichtige Schlussfolgerung gezogen werden. Bei einer Kryptonlampe, die einen gewissen Prozentgehalt an Stickstoff enthält (um der Zündspannung einen genügend hohen Wert zu geben) ist es möglich, einen Teil des in der Lampe vorhandenen Kryptons durch Argon zu ersetzen ; durch diese Massnahme nimmt die Wirtschaftlichkeit der Lampe erheblich weniger ab als zu erwarten wäre. Der Übelstand des hohen Gestehungspreises des Kryptons wird auf diese Weise zum Teil beseitigt und die günstige Wirkung des Kryptons bleibt zu einem viel grösseren Teil erhalten, als zu erwarten wäre. In dem in dem Schaubild mit H angegebenen Fall wurde z.
B. gefunden, dass die Wirtschaftlichkeit einer mit 70% Krypton, 20% Argon und 1000 Stickstoff gefüllten Lampe H einen Rückgang zeigt, der nur 50% des zu erwartenden Riickganges beträgt. (Mit J ist auf der Geraden EP der zu erwartende Wert der Ökonomie angegeben. )
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Glühlampe mit einer Krypton, Argon und Stickstoff enthaltenden Gasfüllung, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 25 Volumenprozente Stickstoff in der Lampe vorhanden sind und dass der Kryptongehalt im übrigen Krypton-Argongemisch wenigstens 60 und höchstens 95 Volumenprozente beträgt.