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Elektrische Lampe.
Bekanntlich zeigt das von Hochdruckquecksilberdampfröhren emittierte Licht ein Linienspektrum, und man hat schon vorgeschlagen, das Linienspektrum aufzufüllen mit Hilfe von phosphoreszierenden Stoffen, die Strahlen kürzerer Wellenlängen (insbesondere unsichtbare Strahlen) in Strahlen grösserer Wellenlängen umwandeln ; ausser der Phosphoreszenz spielt bei diesen Stoffen öfters auch die Fluoreszenz eine Rolle.
Es sind Quecksilberdampfröhren bekannt, welche in einem zweiten Kolben eingeschlossen sind und bei einem kleinen inneren Durchmesser eine relativ hohe Belastung je Längeneinheit der Entladungsbahn sowie einen sehr hohen Quecksilberdampfdruek aufweisen und einen guten Wirkungsgrad sogar bei kleineren Typen zeigen. Ein Charakteristikum dieser Röhre ist die grosse Belastung (Watt-Aufnahme) der Röhre je Einheit der Oberfläche der Röhrenwand. Für die Bestimmung dieser spezifischen Belastung wird hier einfacherweise die Oberfläche der Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Teiles der Röhrenwand in Rechnung gestellt. Diese spezifische Belastung ist bei den
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inneren Durchmesser von 4 mm, eine Länge der Entladungsbahn von 20 mm, eine Belastung von 80 Watt und im Betrieb einen Quecksilberdampfdruck von etwa 20 Atm. haben kann.
Die Belastung der Röhre je Oberflächeneinheit der Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Wandteiles ist bei dieser
Röhre also etwa 32 Wattles. Ausser einem guten Wirkungsgrad und einem ausgesprochen kontinuierlichen Hintergrund im Spektrum besitzen diese Röhren eine verhältnismässig hohe Oberflächenhelligkeit.
Die Erfindung bezieht sich auf Hochdruckquecksilberdampfröhren mit einer 10 Watt übersteigenden Belastung (Watt-Aufnahme) je m2 der Oberfläche der Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Teiles der Röhrenwand mit einem die Röhre umhüllenden Glaskolben.
Mit Hinsicht auf die kleinen Abmessungen der Entladungsröhren kann man auch die Dimensionen dieses Kolbens verhältnismässig gering wählen. Es ist naheliegend, die Kolbenabmessungen gleich den Abmessungen des Kolbens von Glühlampen derselben Wattaufnahme zu wählen. Es wurde jedoch gefunden, dass es, falls dieser Glaskolben mit phosphoreszierenden Stoffen versehen wird, vorteilhaft ist, die Abmessungen des Kolbens grösser als unter Berücksichtigung der geringen Abmessungen der Entladungsröhre zu dimensionieren. Es stellte sieh heraus, dass durch diese grössere Bemessung des Kolbens eine Steigerung des Wirkungsgrades erreicht wird.
Diese Feststellung ist überraschend, weil doch bei einem grösseren Kolben die Temperatur des phosphoreszierenden Stoffes niedriger ist als bei kleineren Abmessungen des Kolbens, und diese niedrigere Temperatur hat eine Verzögerung des Zuriiekfallens der angeregten Zentren des phosphoreszierenden Stoffes in den normalen Zustand zur Folge, was an sich eine Verringerung des Wirkungsgrades des phosphoreszierenden Stoffes und somit der ganzen Lampe bedeuten würde. Dieser ungünstige Einfluss wird offenbar von andern noch nicht völlig geklärten Erscheinungen mehr als wettgemacht, denn das Experiment weist eine verbesserte Lichtausbeute auf.
Es hat sich herausgestellt, dass der Wirkungsgrad bei Vergrösserung der phosphoreszierenden Oberfläche erst schnell zunimmt, dass jedoch die Zunahme des Wirkungsgrades bei weitergehender Vergrösserung der Oberfläche des Kolbens kleiner wird. Es hat also keinen Zweck, die Kolbenoberfläche möglichst gross zu machen. Die Vorteile der Erfindung werden schon zu einem wesentlichen
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Teil ausgenützt, wenn die Kolbenoberfläche ein gewisses Mindestmass Überschreitet. Dieses Mindestmass hängt von der Belastung der Entladungsröhre ab. Erfindungsgemäss wird die Oberfläche des nhosnhoreszierenden Kolbens wenigstens
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gewählt. Noch besser ist es jedoch, die Oberfläche grösser als
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zu wählen. Hiebei stellt B die Gesamtbelastung (Watt-Aufnahme der Röhre) dar.
Ein Vergleich zeigt, dass die Kolben der erfindungsgemässen Lampen erheblich grösser sind als diejenigen von Glühlampen derselben Wattaufnahme. Da ; wie bereits bemerkt wurde, bei weitergehender Vergrösserung des Kolbens die Steigerung des Wirkungsgrades immer geringer wird, wird die Oberfläche des phosphoreszierenden Kolbens zweckmässig kleiner als
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gehalten.
Vorzugsweise wird die Form des phosphoreszierenden Kolbens derart gewählt, dass die Ober- fläche des Kolbens in der Hauptsache mit einer Isoluxfläehe (d. h. einer Fläche mit in allen Punkten gleicher Bestrahlungsdichte) der Entladungsröhre zusammenfällt.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel einer Lampe gemäss der Erfindung im Schnitt dar.
Die abgebildete, zum Aussenden von Lichtstrahlen dienende Lampe enthält eine elektrische Entladungsröhre 1, die in der Hauptsache aus einem engen Quarzröhrchen besteht. Der innere bzw. äussere Durchmesser dieses Röhrchens ist 4 bzw. 7 5 mm. In der Röhre befinden sich die ausschliesslich durch die Entladung geheizten Glühelektroden 2 und 3, welche einen mit Erdalkalioxyd bedeckten Wolframkern aufweisen. Der Abstand zwischen den Enden der Elektroden beträgt 18 mm. In der Röhre befindet sich eine die Zündung einleitende Edelgasfüllung, z. B. Argon und eine Menge Quecksilber, das beim Betrieb einen sehr hohen Dampfdruck entwickelt. Die aus der Röhre hervorragenden Enden der Einschmelzdrähte sind durch metallene Kappen 4 bzw. 5 umgeben und mit diesen verlötet.
Die Röhre wird von den Stützdrähten 6 und 7 getragen, welche in der Quetschstelle 8 des Glaskolbens 9 befestigt sind. Vor der Quetschstelle befindet sieh ein aus Glimmer bestehender Schirm 10. Der Glaskolben 9 ist in der Hauptsache kugelförmig und ist mit einem Sockel 11 versehen. Die Innenseite des Glaskolbens ist mit einer gelb phosphoreszierenden Zink-Cadmiumsulphidschieht 12 bedeckt. Der Raum zwischen der Röhre 1 und dem Kolben 9 ist sorgfältig evakuiert und kann mit einem indifferenten Gas, z. B. mit Stickstoff, gefüllt sein.
Die Leistungsaufnahme der Entladungsröhre 1 beträgt 75 Watt. Die Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Wandteiles hat eine Oberfläche von 2 95 cm2, so dass die Belastung der Röhre je cm2 dieser Oberfläche etwa 33 Watt beträgt.
Der innere Durchmesser des kugelförmigen Teiles des Kolbens 9 beträgt 10 em, so dass die Ober- fläche der phosphoreszierenden Kolbenwand etwa 314 cm2 ist. Der Wirkungsgrad dieser Lampe, d. h. die Anzahl internationaler Lumen an sichtbarem Licht je Watt Energieaufnahme der Röhre betrug hiebei 51 Lumen je Watt.
Bei einem Durchmesser des Kolbens von 9 bzw. 8-5 cm und einer Oberfläche der Kolbenwand von etwa 255 bzw. 225 cm2 war der Wirkungsgrad 47. 5 bzw. 46 Lumen/Watt.
Vergrösserung des Kolbendurehmessers über 10 cm brachte nur noch eine verhältnismässig geringe weitere Zunahme des Wirkungsgrades. Bei einem Durchmesser von 11 cm war der Wirkungsgrad 52 Lumen/Watt und bei einem Durchmesser von 15 bzw. 20 cm war der Wirkungsgrad 55 bzw.
56 Lumen/Watt.
Die erforderliche grosse Kolbenoberfläehe ist durch Vergrösserung des Kolbendurchmessers und nicht durch Wellung der Kolbenwand erreicht, so dass die Kolbenoberfläche glatt ist, wodurch das Anbringen des phosphoreszierenden Stoffes leichter ist, als bei Wellung der Kolbenwand oder bei ähnlicher künstlicher Vergrösserung der Kolbenoberfläehe. Eine solche künstliche Vergrösserung der Kolbenoberfläche hat öfters auch einen ungünstigen Einfluss auf den Strahlengang.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Lampe mit einer innerhalb eines Glaskolbens angeordneten Hoehdruckquecksilberdampfröhre mit einer 10 Watt übersteigenden Röhrenbelastung je cm2 der Oberfläche der Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Teiles der Röhrenwand, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche dieses Kolbens wenigstens 10 x (B + 15) 2/3 cm2, vorzugsweise mehr als 12 x (B + 15) 2/3 c ; n2 beträgt, wobei B die Gesamtbelastung der Röhre in Watt darstellt.