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Entladungslampe
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Entladungslampen mit einem langgestreckten röhrenförmigen Hüllgefäss und betrifft insbesondere Lampen, deren Hüllgefäss eine längsweise verlaufende Einbuchtung oder Rille aufweist, so dass der Entladungsraum im wesentlichen die Querschnittsform eines Ringsektors hat, wie dies im Stammpatent beschrieben ist. Im Stammpatent wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Entladungslampe mit rillenartig eingebuchtetem Querschnitt beschrieben, bei welcher sich die Rille durchgehend Über eine Seite des Hüllgefässes erstreckt. Durch diese Querschnittsausbildung wird ein hohes Verhältnis von Umfang zu Querschnittsfläche und zugleich eine hohe Implosionsfestigkeit erzielt.
Resonanzstrahlungslampen mit dieser Querschnittsform, beispielsweise Leuchtstofflampen, welche die bei 2537 liegende Resonanzstrihlung von Quecksilberdampf zur Erregung eines als Überzug an der Innenwandung des Hüllgefässes vorgesehenen, zur Umwandlung dieser Resonanzstrahlung in sichtbares Licht dienenden Leuchtstoffes ansnfltzen, ermöglichen eine höhere Belastung und liefern bei vorgegebenem Wirkungsgrad einen stärkeren Lichtfluss je axiale Längeneinheit als bisher bekannte Lampen. Überdies haben solche Lampen auch noch andere erwünschte Eigenschaften, zu denen vor allem eine bevor-
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druckes gehören.
Lampen mit einer rillenartigen Einbuchtung, die sich durchgehend, d. h. ununterbrochen, auf einer Seite des Hüllgefässes erstreckt, sind hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften und vom Standpunkt des Lampenbetriebes am günstigsten. Ihre Festigkeit und ihr Implosionswiderstand sind jedoch nicht so hoch wie bei andern Lampen mit rillenartigen Einbuchtungen, wie z. B. bei jenen, bei welchen die Lampe durch rippenartig vorstehende Wandungsteile mit Im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt in einzelne gerillte Felder unterteilt ist. Um bei durchgehend gerillten Lampen grösseren Querschnittes, beispielsweise bei Röhren mit einem Nenndurchmesser von 5. 4 cm eine den erforderlichen Sicherheitsfaktor verbürgende Festigkeit zu erzielen, war es erforderlich, relativ dickwandige Röhren anzuwenden.
Es versteht sich, dass solche Röhren teurer, schwieriger herzustellen und zu Lampen zu verarbeiten sind und schliesslich zu schwereren Lampen führen, deren erhöhtes Gewicht an sich schon nachteilig ist.
Demgemäss zielt die Erfindung darauf ab, eine neue und verbesserte rillenartig eingebuchtete Lampe mit erhöhter Festigkeit und grösserem Implosionswiderstand zu schaffen, u. zw. speziell eine Lampe mit einem Hullgefäss, dessen rillenartige Einbuchtung sich durchgehend und ununterbrochen längs einer Seite der Lampe erstreckt und das eine höhere Festigkeit und einen grösseren Implosionswiderstatid hat als bisher hergestellte Lampen mit gleicher Grösse, gleicher Gestalt und gleichem Gewicht.
Gemäss der Erfindung wird eine rillenartig eingebuchtete Lampe mit verbesserter Festigkeit und erhöhtem Implosionswiderstand dadurch erzielt, dass die Wandstärke des glasartigen Hüllgefässes in bestimmten örtlichen Bereichen, wo eine hohe Spannungskonzentration vorliegt, vergrössert wird. Diese Bereiche oder Zonen sind die nach innen gekrümmte Wandung am Rilleagrund und die Stirnwandteile des Hüllgefässes beiderseits der Rille, besonders bei der äusseren Krümmungsstelle dieser Wandungsteile.
Wenn man
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die Wandstärke vorwiegend in einer oder mehreren dieser Zonen erhöht, beispielsweise indem man dort die Wandungen ungefähr zweimal so dick wie im übrigen Querschnitt des Hüllgefässes wählt, wird die maximale mechanische Spannung, die durch den auf das Hüllgefäss wirkenden atmosphärischen Druck hervorgerufen wird, wesentlich vermindert und es ergibt sich eine Lampe mit erhöhter Implosionsfestig- keit, ohne dass dabei das Gewicht im gleichen Ausmass erhöht wird wie bei einer Erhöhung der Implosionsfestigkeit durch eine gleichmässige Vergrösserung der Wandstärke.
Die Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel genauer erläutert werden. Fig. 1 stellt perspektivisch eine erfindungsgemässe Entladungslampe mit einer rillenartigen Einbuchtung dar, die sich ununterbrochen über die Unterseite der Lampe erstreckt, wobei zwecks Kürzung der Figur der Mittelteil der Lampe herausgebrochen und zwecks Freilegung einer Elektrodeneinheit ein Hüllenteil weggebrochen ist. Fig. 2 zeigt den Querschnitt der Lampe nach Fig. l, und Fig. 3 stellt den Querschnitt einer im wesentlichen kreisförmigen Röhre dar, aus der das Hüllgefäss nach Fig. 1 durch geeignete Verformung hergestellt werden kann.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Niederdruck-Leuchtstofflampe mit positiver Säule dargestellt.
Sie hat ein langgestrecktes Hilllgefäss 2 aus glasigem Material, das röhrenförmig ist und im Querschnitt kreisrunde Endteile 3 aufweist, die zwecks Befestigung der Rnhrensockel 4 eingeschnürt oder abgesetzt sind. Die Sockel können die Form einer in der Mitte gelochten Metallkappe 5 haben, in der eine Scheibe 6 aus isolierendem Kunststoff befestigt ist, welche einen länglichen, nach aussen ragenden Vorsprung 7 hat. Die äusseren Enden der Zuleitungsdrähte 8,9 verlaufen durch einen zentralen Kanal der Scheibe in die mit zwei Ausnehmungen versehene Aussenfläche des Vorsprunges 7 und bilden die Kontakte.
Wie an dem teilweise aufgebrochenen Lampenende erkennbar ist, ist die Basis 11 des Elektrodengestells mit ihrem Umfang in das kreisrunde Röhrenende eingeschmolzen und mit einem Quetschfuss 12 aus-
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Quecksilbertröpfchen bezeichnet und 15 bezeichnet den Leuchtstoffüberzug an der Innenseite des Hüllgefässes.
Längs der, Unterseite des glasartigen Hüllgefässes 2 ist eine rillenartige Einbuchtung vorgesehen, die sich über die Gesamtlänge des Hüllgefässes zwischen den kreisrunden Endteilen 3 erstreckt. Das Hüllgefäss lässt sich allgemein als ein abgeflachtes Rohr beschreiben, das in Querrichtung in die Querschnittsform eines umgekehrten U eingerollt worden ist. Genauer gesagt, kann der Querschnitt des Entladungsraumes als ein Ringsektor definiert werden, der durch annähernd koaxiale Wandungen 17, 18 gebildet wird, welche durch abgerundete konvexe Stirn"randteile 19, 19' miteinander verbunde. l sind. Die konvexe Aussenwand 17 hat die kleinste Krümmung, weil ihr Radius im wesentlichen mit dem der ursprünglichen Röhre übereinstimmt, aus der die gerillte Lampe hergestellt wird.
Die konkave Innenwand 18 hat eine stärkere mittlere Krümmung als die Aussenwand 17 ; ihr Krümmungsradius beträgt ungefähr 1/3 jenes der Aussenwand 17. Die konvexen Stirn-oder Verbindungswandteile 19, 19' haben an der Innenseite eine etwas grössere Krümmung als die konkave Innenwand 18. Dies hat seinen Grund darin, dass es zwar erwünscht ist, einen angenähert konstanten Abstand der gegenüberliegenden Wandungen zu erhalten, es aber vor allem wesentlich ist, in der Mitte jegliche Einschnürung zu vermeiden, weil sonst die Entladung das Bestreben hätte, nur den Raum auf der einen oder andern Seite dieser Einschnürung einzunehmen.
Da die Verformung von Glas nicht unter allen Umständen mit vollkommener Genauigkeit erfolgen kann, wird diesem Übelstand dadurch vorgebeugt, dass die Krümmungsradien der konvexen Stirnwandteile etwas kleiner als der Krümmungsradius der konkaven Innenwand 18 oder etwas kleiner als die Hälfte des maximalen Abstandes der koaxialen Innen- und Aussenwandungen 17, 18 gemacht wird. Vorzugsweise ist die Rille mit mehr oder weniger geraden, geneigten Wandabschnitten 21, 21' ausgestattet. die zwischen den Krümmungen am Rillengrund und an den Rillenrändern liegen. Die Seitenwandungen der Rille divergieren daher nach aussen, d. h. sie sind nach unten und nach aussen geneigt.
Typische Abmessungen von rillenartig eingebuchteten Lampen mit einem äusseren Nenndurchmesser von 5, 4 cm und einer Länge von 1, 22-2, 45 m, bei denen die Erfindung angewendet werden kann, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 angegeben. Der Krümmungsradius T der Aussenwand 17 be-
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grund beträgt, ebenfalls zur Aussenfläche des Glases gemessen, ungefähr 7, 9 mm. Ebenfalls zur Aussenfläche des Glases gemessen, betragen die Krümmungsradien B der Stirnwandteile 19, 19' ungefähr 8, 3 mm. Der Krümmungsmittelpunkt der Stirnwandteile befindet sich in einem Abstand C = 2, 4 mm unter dem Krümmungsmittelpunkt der konkaven Innenwand 18. Die schrägen Wandungsteile der Rille sind nach aussen
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Winkelträgt.
Bezüglich der Krümmungsradien A und B des Rillengrundes und der Stirnwandteile muss die Glasdicke im ersten Falle hinzugefügt und im zweiten Falle abgezogen werden, um die Krümmungsradien an der den Entladungsraum begrenzenden Innenfläche des Hüllgefässes zu erhalten.
Die Gasfüllung von Niederdruck-Entladungslampen, etwa von Leuchtstofflampen, hat in bezug auf die äussere Atmosphäre einen so niedrigen Druck, dass die Hüllgefässe praktisch als evakuiert angesehen werden können. Der Widerstand des Hüllgefässes gegen eine Implosion, d. h. ein Eindrücken durch den aussen lastenden atmosphärischen Druck, ist deshalb sehr bedeutsam. Bei Hüllgefässen mit Kreisquerschnitt wird der radiale Druck der auf der Wandung lastenden Atmosphäre in gleichmässig über den Umfang der Glaswandung verteilte Druckspannungen umgesetzt. Bei Lampen mit rillenartigen Einbuchtungen ist im Gegensatz hiezu die Spannungsverteilung ungleichmässig.
Druckproben mit einer grossen Anzahl von gerillten Lampen haben gezeigt, dass die maximalen Spannungen auf drei ziemlich schmale Zonen beschränkt sind, nämlich auf die innere Krümmung des konkaven Rillengrundes und auf die Stirnwandteile auf jeder Seite der Rille, besonders auf die äussere Krümmungszone derselben. Dies lässt sich experimen- tell durch Beobachtung des Bruchverlaufes bei einem Hüllgefäss zeigen, das, beispielsweise in einer hydraulischen Druckkammer, einem übermässigen Aussendruck ausgesetzt wird. Ferner lässt sich dies beweisen, indem man das Glas durch Ritzen in den Zonen maximaler Spannung schwächt.
Ritze in diesen Zonen des Glases vermindern die Implosionsfestigkeit des Hüllgefässes sehr erheblich, wogegen sie in andern Zonen nur geringe oder gar keine Foigen zeigen.
Eine mathematische Analyse der Spannungen in Hüllgefässen mit gleichmässiger Wandstärke, wie sie in Fig. 2 mit gestrichelten Linien 2'angedeutet worden ist, zeigt, dass der Punkt a in der Mitte der konvexen Aussenwand 17 dem kleinsten Biegemoment unterliegt. Die Punkte b, b' in der äusseren Krümmung der Stirnwandteile 19, 19' und der Punkt c in der Mitte der konkaven Innenwand 18 der Rille haben maximale Biegemomente, wobei das absolute Maximum bei c liegt. Die Spannungen in den Wandungen ändern sich mit dem Biegemoment, welches bei den Punkten a und c entgegengesetztes Vorzeichen wie bei den Punkten b und b'hat.
Bei den Punkten b, b'liegt die äussere Wandfläche in der Zugzone, die innere Wandfläche in der Drukzone. Bei den Punkten a und c befindet sich hingegen die äussere Wandfläche in der Druckzone und die innere Wandfläche in der Zugzone.
Berechnungen unter Zugrundelegung einer gleichmässigen Wandstärke von 1, 27 mm und unter der Annahme einer in Richtung der Dickenabmessung linear veränderlichen Spannung unter der Einwirkung des atmosphärischen Druckes führen zu folgenden Annäherungswerten für die maximale Spannung S an den Punkten a, b (bzw. b') und c :
Sa = 35 kg/cm2
Sb = 560 kg/cm2
Sc = 840 kg/cm !
Bei Vergrösserung der Wandstärke ändern sich diese Spannungswerte ungefähr verkehrt proportional mit dem Quadrat der Wandstärke.
Beispielsweise führt eine Erhöhung der Wandstärke von 1, 27 mm auf 1, 52 mm, d. h. im Verhältnis von 5 : 6, zu einer Verminderung der vorstehend angegebenen Spannungen im Verhältnis von ungefähr 5 ? : 62, oder ausgewertet, auf etwa 700 ; 0 der angegebenen Werte.
Gemäss dervorliegendenErfindung ist die Wandstärke des Htillgefäl3es in ausgewählten Zonen, welche den Bereichen erhöhter Spannungsbeanspruchung entsprechen und besonders an der inneren Krümmung des Rillengrundes, also im Bereich des Punktes c, und an den Stirnwandteilen beiderseits der Rille, besonders an der äusseren Krümmungsstelle dieser Wandteile, also im Bereich der Punkte b, b'liegen, in verschiedenem Ausmass erhöht. Beispielsweise kann die Wandstärke im Hauptteil des Querschnittes 1 mm bis l, 5 mm und an den Punkten b, b'und c 2 bis 3 mm betragen, wobei sich die Wandstärke zu beiden Seiten dieser Punkte allmählich wieder auf den normalen Wert von 1 bis 1, 5 mm verjüngt.
Durch diese
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spielsweise auf die Hälfte der vorstehend angegebenen Werte, ohne dass dabei das Gesamtgewicht des Hüllgefässes im entsprechenden Ausmass ansteigt. Im angegebenen Beispiel wird das Gewicht des Htillgefässes um nur etwa 30% jenes Betrages erhöht, der bei gleichmässiger Vergrösserung der Wandstärke im gesamten Querschnitt zur Erzielung des gleichen Implosionswiderstandes erforderlich wäre.
Die vorstehend angegebenen Tabellenwerte lassen erkennen, dass die maximaleSpannungskonzen- tration im Punkt c in der Mitte des gekrümmten Rillengrundes auftritt, wo eine Spannung von 840 kg/cm2 entsteht, die ungefähr um 500 höher als die Spannung von 560 kg/cm2 in den Punkten b, b'an der äusseren Krümmung der Stirnwandteile ist. Hieraus könnte gefolgert werden, dass die Wandung im Punkt c stärker verdickt werden sollte als in den Punkten b und b' ; das muss aber in der Praxis nicht der Fall sein. Es liegen Anzeichen dafür vor, dass der Bruch einer Lampe bei Implosionsprüfungen im allgemeinen als
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Folge von Unvollkommenheiten oder Ritzen in einem Bereich hoher Spannungslmnzentration auftritt.
Ferner ist ein Ritz oder Sprung in einem Zugspannungsbereich weitaus gefährlicher als in einem Druckspannungsbereich, weil die Zugfestigkeit des Glases wesentlich geringer als seine Druckfestigkeit ist. Im Bereich des Punktes c befindet sich aber dix Zugzone an der inneren Oberfläche der Wandung, die bei der Handhabung der Lampe nicht der Beschädigungsgefahr ausgesetzt ist. An den Punkten b, b'liegt hingegen die Aussenfläche in der Zugzone, und an dieser Stelle ist die Gefahr einer Verletzung durch Ritzeod. dgl. durchaus gegeben. Aus diesen praktischen Überlegungen heraus erscheint es in den Punkten b, o'ebenso wichtig oder sogar noch wichtiger als im Punkt c, die Wandstärke zu vergrössern und damit die maximale Spannung an dieser Stelle herabzusetzen.
Infolge der in der Glaswandung durcL die ungleichmässige Erhitzung des Hüllgefässes während des Betriebes auftretenden Spannungen ergeben sich praktische Grenzen für die zulässige ungleichmässige Verdickung der Wandung zwecks Erhöhung der Festigkeit und des Implosionswiderstandes. Im allgemeinen liegt die obere Grenze für das Verhältnis von maximaler zu minimaler Wandstärke bei den üblichen Röhrenabmessungen, d. h. im Durchmesserbereich von 2, 5 bis 5, 5 cm, im Bereich von 3 : I, und für die meisten Anwendungsfälle wird ein Verhältnis von ungefähr 2 : 1 bevorzugt.
Eine rillenartig eingebuchtete Lampe, bei der die Wandung in den Bereichen maximaler Spannungskonzentration verdickt ist, kann durch unmittelbares Ziehen der gerillten und ungleichförmig verdickten
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werden. Die Wandstärke der erforderlichen kreisrunden Röhre 22 ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Röhre ist in den Bereichen b , b 'und c verdickt, welche den Bereichen b, b'und c in Fig. 2 entsprechen, wo der Querschnitt der rillenartig eingebuchteten Lampe dicker sein soll.
Die Verformung kann unter Erhitzung der runden Röhre bis zum Erweichungspunkt des Glases und nachfolgender Pressung in einer geeigneten
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benenfalls kann hiezu auch ein offener Verformungsvorgang angewendet werden, wonach die Röhre in einer ausgewählten Zone, welche dem Bereich der Rille entspricht, bis zur Erweichungstemperatur, beispielsweise auf ungefähr 5400 C im Falle einer Kalkglasröhre, erhitzt wird, worauf durch einen geeigneten Stempel mit einer vorspringenden Rippe, welche der Form der Rille entspricht, die Röhrenwand eingedrückt wird. wobei die vorspringende Rippe die Oberfläche des Hüllgefässes in jener Zone, wo das Glas über seinen Erweichungspunkt erhitzt worden ist, berührt und verformt.
Dies hat zur Folge, dass das Hüllgefäss in dieser Zone nach innen eingedrückt wird, wobei sich die gewünschte rillenartige Einbuchtung ausbildet. Vorzugsweise soll der Stempelvorsprung mit dem Glasgefäss nur im Bereich der inneren Krümmung der Rille 18, aber nicht längs der konvexen Stirnwandteile 19, 19'in Berührung kommen, so dass sich das Glas im Bereich dieser Stirnwandteile frei verformen kann.
Vorstehend wurde zwar ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung in allen Einzelheiten be-
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Insbesondere können hinsichtlich der Querschnittsform der rillenartigen Einbuchtung und hinsichtlich der relativen Dickenverhältnisse der Röhrenwandung in den örtlichen Bereichen der Spannungskonzentration Änderungen vorgenommen werden. Überdies versteht sich, dass die Erfindung auch bei andern rillenartig eingebuchteten Hüllgefässen Anwendung finden kann, um deren Festigkeit noch weiter zu erhöhen, beispielsweise bei Lampen mit unterbrochenen Rillen und rippenartig vorspringenden Teilen kreisförmigen Querschnittes, durch welche die Lampen in einzelne gerillte Felder unterteilt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Entladungslampe mit einem langgestreckten glasartigen, im wesentlichen röhrenförmigen Hüllgefäss nach Patent Nr. 196504, die eine längs des Hüllgefässes verlaufende rillenartige Einbuchtung aufweist, so dass der Querschnitt des Entladungsraumes im wesentlichen die Form eines Ringsektors hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche maximaler Spannung an der konkaven Innenwand der Rille und an den Stirnwandteilen beiderseits der Rille eine gegenüber der übrigen Wand des Hüllgefässes erhöhte Wandstärke haben.