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Elektrische Glühlampe mit einem hitzebeständigen Glühkörper.
Die Lebensdauer einer Glühlampe mit hitzebeständigem Glühkörper wird bei bestimmter Belastung im wesentlichen durch die Verdampfungsgeschwindigkeit des Materials, aus dem der Glüh- körper hergestellt ist, bestimmt.
Bei der üblichen Glühlampe wird der Glühkörper von einem den Glühdraht durchfliessenden
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dampfungsgeschwindigkeit etwa der vierzigsten Potenz der absoluten Temperatur proportional ist, ist es klar, dass an den dünneren Stellen die Verdampfung rasch vor sich geht, während am Ende der Lebens- dauer der Lampe die stärkeren Teile praktisch noch wenig an Durchmesser abgenommen haben.
Die Abdampfziffer (d. h. der am Ende der Lebensdauer verdampfte Gewichtsprozentsatz des Glüh- drahtes) beträgt daher bei den normalen gasgefüllten Lampen nur 2 bis 4%, ist also verhältnismässig klein. Wäre man imstande, den Glühkörper gleichmässiger zu erhitzen, z. B. auf indirekte Weise, so würde man viel höhere Abdampfziffern erreichen können und daher die Belastung der Lampe und somit die Wirtschaftlichkeit in erheblichem Masse steigern können. Zweck der Erfindung ist es, eine Lampe mit einer hohen Abdampfziffer zu schaffen.
Die erfindungsgemässe elektrische Lampe weist einen Glühkörper aus einem Material mit einem
Schmelzpunkt über 27000 C auf, der aus einem Hohlkörper besteht, der eine undurchsichtige Umhüllung eines Entladungsraumes mit einem derart grossen Entladungsvermögen bildet, dass der indirekt geheizte
Körper wenigstens an der heissesten Stelle eine Gesamtenergie von wenigstens 80 Watt je cm2 ausstrahlt.
Die Verwendung eines hohlen, indirekt heizbaren Glühkörpers bietet den Vorteil, dass die Temperatur des Körpers von dessen Querschnitt nicht mehr abhängig ist. Der Körper verdampft über die ganze Oberfläche viel gleichmässiger, so dass theoretisch eine Abdampfziffer von 100% erreicht werden kann. Eine solche Abdampfziffer ist praktisch nicht zu verwirklichen, da den immer vorhandenen Ungleichmässigkeiten in der Wandstärke Rechnung zu tragen ist. Dies führt gewöhnlich zu Aufreissen an irgendeiner Stelle bei Unterschreiten einer gewissen Wandstärke. Durch die hohe Abdampfziffer lässt sich bei gleicher Belastung der Lampe, im Vergleich zu normalen Lampen, eine viel längere Lebensdauer erzielen.
Umgekehrt lassen sieh bei gleicher Lebensdauer die Belastung der Lampe, d. h. die Temperatur des Glühkörpers und daher die Wirtschaftlichkeit viel höher steigern. Das von der Lampe ausgesandte Licht zeigt dabei ein kontinuierliches Spektrum.
Es sind bereits Lampen bekannt, bei denen in der Entladungsröhre ein Metallkörper angeordnet ist zum Zwecke, durch Aufglühen das Linienspektrum des von der Entladung erzeugten Lichtes durch ein kontinuierliches Spektrum zu ergänzen. Der Metallkörper bildet also nicht eine undurchsichtige Hülle der Entladungsbahn, sondern hat vielmehr die Aufgabe,, durch eigenes Glühen das von der Entladung ausgestrahlte Licht zu verbessern. In der vorliegenden Erfindung dient die Entladung aus- schliesslich zur Erhitzung des Glühkörpers. Das Licht der Entladung bleibt vollkommen oder nahezu vollkommen unsichtbar.
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Der hohle Glühkörper kann die Form einer Röhre, aber auch die einer Kugel, eines Ellipsoides od. dgl. aufweisen. Der Körper kann aus Wolfram oder Rhenium oder aus einem hochschmelzenden Karbid oder Nitrid od. dgl. hergestellt sein. Wird der Glühkörper aus Wolfram hergestellt, so hat es sich als zweckmässig erwiesen, das Wolfram in der Gasphase auf einen hitzebeständigen Kern,
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molybdän, so besteht auch der präparierte Metallkörper aus nur einem Kristall. Ein derartiger Körper ist gasdichter und bietet Drücken einen grösseren Widerstand als eine Röhre, die aus vielen Kristallen besteht.
Für Rhenium gelten Verfahren, die den für Wolfram beschriebenen analog sind. Wiinseht man den Glühkörper aus Tantalkarbid herzustellen, so kann dies auf ähnliche Weise dadurch erfolgen. dass es in einer Gasphase aufpräpariert wird, die aus Tantalehlorid, Methan und Wasserstoff besteht.
Falls der Körper aus Bornitrid hergestellt wird, muss er gepresst werden.
Die Entladung kann in einem indifferenten Gas, wie Argon, Neon oder Helium, oder in einem Dampf eines Metalls, wie Quecksilber, Thallium, Blei oder Kadmium, oder in einem Gas-Dampf-
Gemisch stattfinden.
Da der Glühkörper im Betrieb eine hohe Temperatur hat, wird er zweckmässigerweise in einer indifferenten Atmosphäre angeordnet. Es können dafür die üblichen Gase, wie Stickstoff, Argon,
Krypton oder Xenon oder deren Gemische, mit einem Fülldruck entweder höher oder geringer als l Atm. benutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, das Wolframröhrchen in einem Gefäss aus Glas oder Quarzglas anzuordnen, in dem ein Tropfen Quecksilber oder ein Stückchen eines Metalles, z. B.
Kadmium, nebst einem indifferenten Gase, z. B. Argon, vorhanden ist. Bei der Verdampfung des Metalls entsteht in diesem Raum eine Hochdruckatmosphäre, welche die Verdampfung des Wolframs stark verhindert.
Zur Vereinfachung der letztgenannten Ausführungsform ist es auch möglich, den Glühkörper in einer Entladungsröhre derart anzuordnen, dass er die Entladung schirmartig vo1lkommen umhüllt, ohne dass freie Kommunikation zwischen dem Hohlraum des Glühkörpers und dem Innern der Entladungsröhre verhindert wird. Insbesondere in diesem Fall ist es vorteilhaft, als Material für den Glühkörper Tantalkarbid zu benutzen. Falls der Glühkörper in einem Kolben angeordnet wird, der mit
Gas oder Dampf unter hohem Druck gefüllt ist, ist es vorteilhaft, diesen Kolben mit einem zweiten Kolben zu umgeben.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Fig. l stellt einen Glühkörper gemäss der Erfindung mit einer rohrförmigen Wolframwand dar. Fig. 2 zeigt einen Glühkörper gemäss der Erfindung, der die Form eines Ellipsoids aufweist.
Fig. 3 stellt eine Glühlampe gemäss der Erfindung mit zwei vollkommen getrennten abgeschlossenen Räumen dar. Fig. 4 zeigt eine Glühlampe gemäss der Erfindung, die nur einen abgeschlossenen Raum aufweist und Fig. 5 stellt eine Glühlampe gemäss der Erfindung dar, die mit einem Glühkörper nach Fig. 1 versehen ist.
Der in Fig. 1 dargestellte Glühkörper besteht aus einem zylindrischen Wolframröhrchen 7ss, das an seinen Enden in ein praktisch alkalifreies Glas eingeschmolzen ist. An dieses Glas ist wiederum
Quarz 11 angeschmolzen, durch das die Wolframelektroden 1. 2 und 13 wiederum umschmolzen mit alkalifreiem Glas hindurchgeführt sind. Die Elektroden können auf übliche Weise mit einem stark elektronenemittierenden Stoff überzogen sein.
Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Glühkörper, jedoch mit dem Unterschied, dass der Hohlkörper 11 die Form eines rmdrehungsellipsoids hat. Die Wolframelektroden sind wieder mit 7. 2 und 7J bezeichnet.
Der Wolframkörper dient als Umhüllung der zwischen den Elektroden auftretenden Entladung : er wird durch diese Entladung erhitzt, fängt zu glühen an und strahlt Licht aus. Das Licht der Entladung ist nicht oder kaum sichtbar, da der Vi"olframkörper vollkommen undurchsichtig ist. Die Entladung hat hier die Aufgabe, den Wolframhohlkörper zu erhitzen, u. zw. derart, dass letzterer an den heissesten Stellen eine Gesamtenergie von mindestens 80 Watt je c ; n2 ausstrahlt.
Wird die Glühlampe für niedrige Spannungen gebaut, so ist es möglich, den vom Glühkörper umschlossenen Raum mit einem Edelgas, z. B. Neon, Argon, Krypton oder Xenon, unter hohem Druck zu füllen. Auch kann in diesen Raum Quecksilber oder ein Stückchen eines Metalls, wie Kadmium, Thallium oder Blei, eingebracht werden, das beim Betrieb der Lampe verdampft. Es ist erforderlich, dass ausser diesem MetsIle noch ein Gas, wie z. B. Argon. unter niedrigem Druck vorhanden ist.
Die Abmessungen eines Ausführungsbeispieles der Wolframröhre in Fig. 1 waren : Innerer Durchmesser 2 mm, äusserer Durchmesser 3 mm, Länge der Röhre 14 mm. Dabei waren die innerhalb der letzteren befindlichen Elektroden 12 und 13 8 mm voneinander entfernt angeordnet. In dem Gliih- körper sind ein Quecksilbertropfen und Argon unter niedrigem Druck vorhanden. Bei einer Bogen-
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Als Glas für die Einschmelzung der Wolframelektrode kann ein praktisch alkalifreies Glas mit einem zwischen 10'10-7 und 30'10-7 liegenden linearen Ausdehnungskoeffizienten benutzt werden.
Dieses Glas kann z. B. die folgende Zusammensetzung besitzen :
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<tb>
<tb> 83-1% <SEP> SiO2
<tb> 6'1 <SEP> B, <SEP> 03
<tb> 7. <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Al203
<tb> 3'70 <SEP> CaO
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gut an Wolfram und gewährleistet eine luftdichte Durchführung. Die Wolframröhre wird an ihren Enden gleichfalls mit einem Rand des oben angegebenen Glases versehen, an den dann der Quarz angeschmolzen wird.
Fig. 3 zeigt den Glühkörper nach Fig. 1, der in einem Kolben 20 aus Quarz oder Hl1rtglas eingeschmolzen ist. Für die Durchführung der Wolframelektroden ist auch hier das oben angegebene Glas benutzt. Der Raum zwischen den Quarzkolben 20 und dem Wolframglühkörper 10 kann mit einem für Wolfram indifferenten Gas, wie Stickstoff, Argon, Krypton oder Xenon oder mit Gemischen dieser Gase, gefüllt sein. Es ist auch möglich, in diesen Raum ausser einem Edelgas etwas Quecksilber oder ein Stückchen eines Metalls, beispielsweise Kadmium, einzubringen. Während des Betriebes verdampft das Metall und schafft eine für das Wolfram indifferente Atmosphäre.
Fig. 4 zeigt eine Lampe mit einer von Fig. 3 abweichenden Bauart. Der Glühkörper ist hier als ein Zylinder 21 aus Tantalkarbid ausgebildet, der mittels Wolframfingern 22 in Nuten 28 eines Quarzkolbens 24 getragen wird. An den Enden dieses Quarzkolbens sind wiederum mittels des oben beschriebenen besonderen Glases Wolframelektroden 25 und 26 eingeführt, die derart angeordnet sind, dass durch den undurchsichtigen Zylinder : ! 1 das Licht der Entladung nach aussen praktisch vollkommen abgeschirmt wird. Dieser Zylinder leuchtet infolge der Erhitzung durch die Entladung stark auf und strahlt Licht aus. Der Raum im Kolben 24 kann mit einem Edelgas gefüllt sein.
Es kann ausserdem wieder eine geringe Menge eines der schon erwähnten Metalle eingebracht sein.
Fig. 5 zeigt eine Glühlampe mit einem Kolben 27 gewöhnlicher Bauart. In dem Kolben ist ein Glühkörper nach Fig. 1 angeordnet, der mittels Poldrähten 28 und 29 getragen wird. Der Kolben 27 kann mit einem indifferenten Gas, wie Stickstoff, Argon, Krypton, Xenon oder mit einem Gemische dieser Gase, gefüllt sein. Anstatt des Gliihkörpprs nach Fig. 1 kann in dem Kolben auch ein Glühkörper wie er in Fig. 2 und 4 dargestellt ist, angeordnet werden.
Es besteht bei der Inbetriebsetzung der Lampe die Gefahr, dass die Entladung teilweise zwischen den Elektroden und der Wand des Glühkörpers stattfindet. Um dies zu vermeiden, wird vorteilhafterweise der Glühkörper auf der Innenseite mit einem hitzebeständigen Stoff, der isolierende Eigenschaften besitzt, z. B. einem hochsehmelzenden Oxyd, wie Thoriumoxyd oder Tantalkarbid, überzogen. Der Körper kann auch als ein nach aussen konvex verlaufender Körper, z. B. kugelförmig oder als Ellipsoid ausgebildet werden, wodurch das Überspringen des Bogens auf die Wand erschwert wird. Der Glühkörper kann schliesslich aus einem Material hergestellt werden, das elektrisch schlecht leitende Eigenschaften besitzt, wie z. B. Tantalkarbid oder Bornitrid.
Um Lampen der oben angegebenen Bauart an das Lichtnetz oder an eine andere Stromquelle anschliessen zu können, müssen sie auf bekannte Weise in Reihe mit einer Impedanz, z. B. einer Drosselspule, geschaltet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Lampe mit einem Glühkörper aus einem Material mit einem Schmelzpunkt über 2700 C, der aus einem Hohlkörper besteht, der eine undurchsichtige Umhüllung eines Entladungsraumes mit derart grossem Entladungsvermögen bildet, dass der indirekt geheizte Körper an den heissesten Stellen eine Gesamtenergie von mindestens 80 Watt je cm2 ausstrahlt.