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Gasgefüllte elektrische Glühlampe
Die Erfindung betrifft gasgefüllte elektrische Glühlampen mit wendelförmigen Wolframglühkörpern und bezweckt die Erhöhung der Qualität und des Verkaufswertes solcher Glühlampen durch weitgehende Vermeidung von Gasentladungen in der Lampe.
Es ist bekannt, dass in gasgefüllten elektrischen Glühlampen mit wendelförmigen Wolframglühkörpern
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insbesondere nach dem Einschalten, oft elektrische Gasentladungen auftreten, wobei dann ein Strom wesentlich höherer Intensität durch das Gas als durch den Glühfaden fliesst. Diese sogenannte Bogenentladung kann zerstörende Wirkungen ausüben, indem sie die Stromzuführungen zum Schmelzen bringt, Sprünge im Füsschen der Lampen verursacht, den Sockel beschädigt, ja sogar die ganze Glühlampe explosionsartig zerstören kann. Dieses, mangels besonderer Massnahmen eine zerstörende Wirkung ausübende heftige Mass der Bogenentladung wird in der Praxis Lichtbogenkurzschluss, Kurzschluss durch Abblitzen, in vorliegender Beschreibung"Abblitzen"genannt.
Als schützende Massnahme gegen die zerstörende Wirkung des Abblitzens ist es bekannt, jenen Abschnitt des einen oder beider Stromzuführungsdrähte der Glühlampe, welcher durch den zwischen dem metallischen Sockel und dem Glaskörper liegenden Raum führt, als Sicherungsschmelzdraht auszubilden und derart zu bemessen, dass dieser Abschnitt den Betriebsstrom der Lampe durchlässt, jedoch zu Beginn der Bogenentladung infolge des plötzlichen Ansteigens des Stromes durchschmilzt.
Ausserdem werden bekanntlich die gasgefüllten Glühlampen selbst derart gebaut, dass das Entstehen einer Bogenentladung möglichst verzögert oder verhindert wird. Zu diesem Zweck wird der Edelgasfüllung der Lampe Stickstoff, meistens in einer Menge von etwa 5-20%, zugemischt und in der Lampe ein roter Phosphorgetter oder eventuell ein Sb2O3-Getter vorgesehen, wobei die Glühkörper, insbesondere die dop-
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im Gasraum gemessene Spannungsabfall einen vorbestimmten kritischen Wert nach Möglichkeit nicht erreiche. Es ist ferner bekannt, die Gefahr der Entstehung der Bogenentladung durch Erhöhung des Füllgasdruckes der Lampe zu verringern.
Im Laufe von Versuchen wurde festgestellt, dass die Gefahr des Abblitzens bei gasgefüllten Glühlampen, deren Gasfüllungbeinormaler Temperatur einen unter dem Atmosphärendruck liegendenDruckaufweistundauseinemderbekanntenundüblichenGemischevonEdelgasundStickstoffbesteht, hauptsächlich vom obengenannten Spannungsabfall entlang des Glühkörpersabhängtundpraktischerstdann vorhanden ist, wenn dieser Spannungsabfall, der in Volt/mm ausgedrückt zu werden pflegt und nachstehend kurz"Gradient"genannt wird, einen gewissen kritischen Wert überschreitet.
Bei einfach wendelförmigen Glühkörpern wird in der Glühlampenindustrie dieser Gradient mittels der Formel
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und bei doppelwendelförmigen Glühkörpern mittels der Formel
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die AnzahlGlühlampen verwendeten, meistens einfach wendelförmigen Glühkörpern, deren Gradient niedrig war, d. h.
12V/mmnur selten überstieg, war das Abblitzen bei entsprechend hergestellten Lampen, deren Füllgasdruck und Stickstoffgehalt genügend hoch war, eine seltene Erscheinung. Neuerdings werden aber gedrängtere, meidoppelwendelförmige Glühkörper verwendet, deren Gradient mehr als 12 V/mm, meistens 15 oder noch mehr V/mm beträgt, und bei solchen Glühkörpern ist die Gefahr des Abblitzens bereits sehr erheblich.
Die vorliegende Erfindung betrifft deshalb solche Glühlampen, bei denen der Gradient mindestens 12, meistens aber 15 oder noch mehr V/mm betragt. Hiezu ist aber zu bemerken, dass bezüglich der Gefahr des Abblitzens nicht nur der entlang der Mantelfläche des Glühkörpers gemessene Gradient massgebend ist, sondern auch der im Gasraum gemessene Gradient, der zwischen zwei solchen Punkten des Glühkörpers bestimmt wird, deren Spannungsdifferenz gegeneinander bei der Nennspannung der Lampe 12 Volt über-
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zwei Punkte in Volt und L ihre im Gasraum gemessene Entfernung voneinander. Solche Gradientenkönnen bekanntlich bei solchen Lampen vorhanden sein, bei denen, wie z.
B. bei Projektionslampen, ein einfach wendelförmiger Glühkörpernichtgeradlinigoder bogenfürmig, sondern in gedrängter, z. B. zick- zackförmiger Anordnung mit zueinander parallelen, nahe zueinander liegenden geradlinigen Teilen angeordnet ist, wobei sich also Punkte verhältnismässig hoher Spannungsdifferenz des Glühkörpers recht nahe beieinander befinden können.
Demzufolge kann es bei solchen Lampen leicht vorkommen, dass, obzwar der auf Grund der obigen ersten oder gegebenenfalls zweiten Formel berechnete Gradient einen unter 12 liegenden Wert besitzt, der gemäss der dritten Formel bestimmte Gradient bedeutend höhere, oft das Mehrfache des entlang des Glühkörpermantels der geraden Glühkörperabschnitte vorhandenen betragende Werte aufweist, und demzufolge die Gefahr aes Abblitzens bei solchen Lampen ebenfalls vorhanden ist, und auch durch die hohe Fadentemperatur solcher Lampen erhöht wird. Für die Gefahr des Abblitzens ist nämlich ausser dem Gradienten auch die Betriebstemperatur des Glühkörpers, der Füllgasdruck und die Art und Zusammensetzung der Gasfüllung, insbesondere die Ionisationsspannung des in der Lampe vorhandenen Edelgases niedrigster Ionisationsspannung massgebend.
Die durch das Abblitzen verursachten eingangs erwähnten Beschädigungen bzw. Zerstörungen der Lampe können zwar durch Verwendung der obenerwähnten, in die Stromzuführungsdrähte eingebauten
Schmelzsicherungen vermieden werden, doch beseitigt die Verwendung solcher Sicherungen das infolge des Abblitzens auftretende vorzeitige Ausbrennen der Lampen nicht. Es kann nämlich beobachtet werden, dass eine ansehnliche Anzahl der Lampen, deren Gradient 12 bzw. 15 übersteigt, ihr Leben durch Abblitzen noch vor Ablauf der vorbestimmten durchschnittlichen Lebensdauer, oft nach verhältnismässig recht kurzer Brennzeit, beendet.
Obzwar die durchschnittliche Lebensdauer einer grösseren Anzahl von Lampen hiedurch in der Regel nicht wesentlich vermindert wird, da andere Lampen derselben Gruppe eine die durchschnittliche übersteigende Lebensdauer aufweisen, bedeutet das vorzeitige Ausbrennen der Lampen einen schwerwiegenden Nachteil, der den Verkaufswert der Lampen sehr nachteilig beeinflusst.
Zweck der Eifindung ist nun, gasgefüllte elektrische Glühlampen mit wendelförmigen Wolframglüh- körpern und einem mindestens 12 V/mm betragenden Gradienten von der Gefahr des Abblitzens praktisch zu befreien.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass ein überraschend geringer Zusatz von Wasserstoff beim
Vorhandensein von Stickstoff in der Edelgasfüllung der Lampe, insbesondere bei mit Phosphor gegetterten
Lampen, geeignet ist, die Gefahr des Abblitzens praktisch zu beseitigen. Die auf dieser unserer Entdek- kung beruhende Erfindung wurde unter Überwindung des berechtigten Vorurteils geschaffen, welches gegen die Verwendung von Wasserstoff als Zusatz zur Gasfüllung von Lampen mit Wolframglühkörpern sprach.
Der Zusatz von Wasserstoff in geringen Mengen zur Gasfüllung der Lampen wurde nämlich bereits vor mehr als 30 Jahren vorgeschlagen, u. zw. zum Zwecke, das Durchhängen des Glühkörpers der Lampe zu vermindern bzw. zu vermeiden. Obwohl es demnach seit Jahrzehnten bekannt ist, dass Wasserstoff als
Zusatz zu der aus Edelgas bestehenden und auch Stickstoff enthaltenden Gasfüllung der Lampen verwendet werden kann, wurde seine Verwendung aus nachfolgenden Gründen als verwerflich betrachtet und daher stets vermieden, umsomehr, als inzwischen die Verwendung neuzeitlicher Wolframglühfäden die Gefahr
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des Durchhängens der wendelförmigen Glühkörper beseitigt hat.
Das Vorhandensein solcher verbesserter Wolframfäden ermöglichte bekanntlich die gedrängte, hohe Gradienten aufweisende Bauart der Glühkör- per, nebst erhöhter Betriebstemperatur derselben, wodurch aber die Gefahr des Abblitzens, die vor 30 Jah- ren gar nicht vorhanden war, entstand.
i Obzwar infolge der bekannten guten Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffes vermutet werden könnte und sporadische, aber nicht eindeutige und reproduzierbare Beobachtungen auf ändern Gebieten darauf hin- zuweisen schienen, dass ein Wasserstoffzusatz imstande sei, die Gefahr des Abblitzens bei Glühlampen zu verringern, schien die Verwendung des Wasserstoffzusatzes, abgesehen von seiner die Lichtausbeute der
Lampe infolge seiner guten Warmeleitfähigkeit verringernden Wirkung, hauptsächlich deshalb ungünstig zu sein, weil bekanntlich bereits geringe Mengen von Wasserstoff in der Lampe eine für den Wolframglühkör- per äusserst schädliche, die Lebensdauer der Lampen verringernde Wasserdampfzirkulation herbeizuführen und ständig aufrechtzuerhalten imstande sind.
Die im Gasraum der Lampe befindlichen Wasserstoffmolekeln treffen nämlich an einigen Bestandtei- len der Glühlampe reduzierbare Oxyde und verwandeln sich bei der ziemlich hohen Betriebstemperatur dieser Bestandteile zu H 0-Molekeln. Bereits geringe Spuren des Wasserdampfes wandeln jedoch einen Teil des Wolframglühfadens hoher Temperatur zu einem flüchtigen Produkt um, welches wesentlich flüchtiger ist als das Wolframmetall. Hiedurch wird der Wolframfaden weit über das Mass der normalen Verdampfung verbraucht und dadurch die Lebensdauer der Glühlampe stark verringert. Besonders nachteilig ist, dass sich dieser Vorgang in der Lampe von selbst aufrechterhält. Der das Wolfram oxydierende Wasserdampf liefert nämlich hiebei selbst Wasserstoff, welcher sich am Wolframfaden hoher Temperatur zum Teil zu einem
Wasserstoff atomaren Zustandes umwandelt.
Dieser kann dann bei den ziemlich hohen Temperaturen der
Bestandteile der im Betrieb stehenden Lampe die z. B. unter der Einwirkung des Wasserdampfes früher ent- standenen Wolframoxyde, die Oxydverunreinigungen der metallischen Bestandteile und das, insbesondere in den aus Bleiglas bestehenden Bestandteilen (z. B. im Glasstäbchen) vorhandene Bleioxyd leicht reduzie- ren. Hiebei entsteht von neuem Wasserdampf, welcher wiederum den Glühfaden oxydiert. Auf diese Wei- se kann bereits eine kleine Menge von Wasserstoff einen intensiven Wasserdampfumlauf aufrechterhalten und in Glühlampen mit bleioxydhältigen Glasbestandteilen den Glühfaden in erheblichem Masse zerstören.
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Linsen u. dgl.) hergestellt, da bei den ziemlich hohen Temperaturen (z.
B. 200-2500 C), auf welche sich diese Bestandteile während des Betriebs der Lampe erhitzen, die Isolierfähigkeit dieser Glassorte um 4-5 Grössenordnungen grösser ist, als die Isolierfähigkeit des gewöhnlichen bleifreien Glases. Es ist also verständlich, dass in der Glühlampeninduscrie der Zusatz von Wasserstoff zwecks Verringerung des Abblitzens nicht üblich geworden ist. Seine Anwendung schien nämlich selbst bei einer etwaigen Verringerung der Gefahr des Abblitzens eine ansehnliche Verschlechterung der Qualität der Lampen zu verursachen, umsomehr, als infolge der bekanntlich guten Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffs derselbe die durch Konvektion verursachten Wärmeverluste des Glühkörpers zu erhöhen und hiedurch die spezifische Lichtausbeute der Lampe zu verschlechtern imstande ist.
Anlässlich der, unter Überwindung des durch obige Tatsachen berechtigten Vorurteils durchgeführten Versuche, wurde nun gefunden, dass die Verwendung des Wasserstoffzusatzes in edelgasgefüllten Lampen mit einem Gradient von über 12 unter gewissen Bedingungen ohne Verschlechterung der Qualität der Lampe möglich und zur praktischen Beseitigung der Gefahr des Abblitzens, ja sogar bei Anwendung besonderer Massnahmen hiebei auch zur Verbesserung der Lichtausbeute der Lampe ohne Verringerung ihrer Lebensdauer geeignet ist.
Gegenstand der Erfindung ist demnach eine gasgefilllte elektrische Glühlampe, vorzugsweise für eine Nennspannung von über 12 Volt, derer wendelförmiger Wolframdrahtglühkörper derart gestaltet ist, dass der Gradient über 12 V/mm beträgt und deren Gasfüllung mindestens ein Edelgas und Stickstoff und einen die Gefahr des Abblitzens verringernden Wasserstoffzusatz enthält, dessen'Menge zwischen etwa 0, 1 und 1,5 Volumprozenten liegt, wobei der zahlenmässige Wert ihres ebenfalls in Volumprozenten ausgedrückten Stickstoffgehaltes grösser als etwa 0,5 und kleiner als etwa 1/8 des Atomgewichtes des in der Lampe als Füllgas vorhandenen Edelgases niedrigster Ionisationsspannung ist, insbesondere bei Lampen, die mit dem üblichen Phosphor gegettert worden sind und daher einen Phosphorgetter enthalten. Wenn also z.
B. die Gasfüllung der Lampe als Edelgas nur Argon enthält, kann der Stickstoffgehalt der Gasfüllung zwischen etwa 0, 5 und 5 Volumprozenten, bei Xenon enthaltenden Lampen hingegen zwischen etwa 0,5 und 16,5 Volumprozenten liegen, da das Atomgewicht des Xenons 131, 3 beträgt, und zwischen den bei Glühlampen als Füllgase verwendeten- Edelgasen Argon, Krypton und Xenon das Xenon die niedrigste Ionisations-
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: : al-ten, und daher wird die obere Grenze des Stickstoffgehaltes stets durch das in der Lampe enthaltene Edelgas niedrigster Ionisationsspannung bestimmt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Lampe ist diejenige, bei welcher die mit dem Füllgasgemisch oer Lampe in Berührung stehenden Oberflächen der Lampenbestandteile von Oxyden, die bei den Betriebsbedingungen der Lampe, d. h. bei den normalen Betriebstemperaturen der betreffenden Bestandteile, durch Wasserstoff reduziert werden können, praktisch frei sind.
Einige der zui Erfindung geführten Untersuchungen nebst deren Ergebnissen und mehreren Beispielen der erfindungsgemässen Lampen nebst den die Herstellung derselben ermöglichenden Regeln und Anleitungen werden nachstehend im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung naher beschrieben.
Die Zeichnung enthält Diagramme, die sich auf Lampen handelsüblicher Typen beziehen, deren mit dem Füllgas in Berührung stehenden Teile von durch Wasserstoff bei den Betriebsbedingungen der Lampen reduzierbaren Oxyden nicht ganz frei waren, indem die Glasbestandteile teilweise aus Bleioxyd enthal- itendem Glas bestanden. Die Glühkörper der Lampen waren doppelwendelförmig, mit über 15 V/mm liegenden Gradienten, und in ihre Stromzufuhrungsdrähte waren die bei Doppelwendellampen üblichen Schmelzsicherungen eingebaut. Auf die Abszissen der Diagramme sind die Wasserstoffgehalte der Gasfüllung in Volumprozenten und auf die Ordinaten die prozentuale Anzahl der Lampen aufgetragen, die ihre Lebensdauer infolge eines durch Schmelzen der eingebauten Sicherung angezeigten Abblitzens beendeten.
Die Diagramme stellen nämlich die Ergebnisse der üblichen Dauerbrennversuche dar, bei denen eine grössere Anzahl gleichartiger Lampen bei gleicher Nennspannung bis zur Beendigung ihrer Lebensdauer gebrannt werden. Die prozentuelle Anzahl der Lampen, die hiebei ihre Lebensdauer durch Abblitzen beenden, ist also zur Feststellung des zahlenmässig auswertbaren Masses der Gefahr des Abblitzens und zur Feststellung der Wirkung der zur Unterdrückung der Entstehung des Abblitzens verwendeten Massnahmen geeignet.
Fig. 1 der Zeichnung bezieht sich auf Lampen für 110 V Nennspannung und einer Lichtleistung von 40 Dekalumen, die mit dem üblichen Phosphorgetter gegettert wurden, und deren Füllgasdruck 700 Torr betrug.Der Glühkörper üblicher Konstruktion besass einen Gradienten von etwa 20 V Imm. Die obere Kurve des Diagramms bezieht sich auf Lampen, deren Gasfüllung folgender Zusammensetzung war :
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obigen Bauart untersucht, deren Gasfüllung aus 10% N, und 90% Kr bestand, und es wurde festgestellt, dass 95% dieser Lampen ihre Lebensdauer infolge Abblitzens beendet haben. Hingegen beendeten, wie aus dem Diagramm ersichtlich, nur 17% der Lampen, deren Gasfüllung nur 6% N2, aber ausserdem 0,5% H2 enthielt, ihr Leben durch Abblitzen.
Mittels Extrapolation der unteren Kurve der Fig. 1 kann festgestellt werden, dass bei einem Zusatz von etwa 0, 70jo H2 die Gefahr des Abblitzens von Lampen mit einem Zusatz von nur etwa 6% N zum Krypton praktisch vollkommen beseitigt werden kann. Dies kann aber mit Gasfüllungen ohne Wasserstoffzusatz selbst dann nicht erreicht werden, wenn der Stickstoffgehalt, wie üblich, 10-13% beträgt, da, wie bereits oben angegeben, 95% solcher Lampen ihr Leben durch Abblit-
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namhafte Erhöhung der Lichtausbeute, wogegen der durch den geringen Wasserstoffzusatz verursachte Wärmeverlust unbedeutend ist.
Das Diagramm der Fig. 2 bezieht sich auf mit Argon gefüllte Lampen von ebenfalls 110 V und 40 Dekalumen, mit einem Füllgasdruck von 700 Torr. Die Zusammensetzung des Füllgases war die folgende : n% H, + 21o N2 + (98-nô Ar. Die obere Kurve betrifft Lampen ohne, die untere Kurve Lampen mit Phosphorgetter. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass bei den mit Phosphor gegetterten Lampen der Prozentsatz des Abblitzens durch einen Zusatz von 0,1%H auf etwa 10% und durch einen Zusatz von 0,5% H praktisch auf Null verringert werden kann.
Der übliche Stickstoffzusatz zum Argon beträgt bei Lampen dieser Type 8%, so dass durch den Zusatz von 0, 5% Hz der Stickstoffzusatz auf 21o verringert und das Abblitzen praktisch beseitigt werden kann, wodurch also Lichtausbeute und Marktwert der Lampen bedeutend erhöht werden können.
Das Diagramm der Fig. 3 bezieht sich auf Lampen der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Type, jedoch ohne Phosphorgetter und ohne Stickstoffzusatz, so dass die Zusammensetzung ihrer Gasfül-
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kung bezüglich der Verringerung der Gefahr des Abblitzens ergibt.
Durch diese Versuchergebnisse ist demnach die überraschend energische Wirkung des Wasse : : stoffzu- satzes in Gegenwart von Stickstoff, insbesondere bei mit Phosphor gegetterten Lampen, einwandfrei bewiesen. Um aber festzustellen, inwieweit der Wasserstoffzusatz infolge seiner guten Wärmeleitfähigkeit die Lichtausbeute der Lampen verringert, wurden diesbezüglich ebenfalls Untersuchungen durchgeführt.
Zu diesem Zwecke wurden Lampen derjenigen Type, auf die sich Fig. 1 bezieht, im Dauerbrennversuch auf ihre durchschnittliche Lichtausbeute geprüft, u. zw. Lampen mit Wasserstoffzusätzen von 0, 1 bis , lo. Die Lichtausbeute wurde, auf eine durchschnittliche Lebensdauer von 1000 Stunden umgerechnet, in Lm/Watt bestimmt. Hiebei wurde festgestellt, dass diese Lichtausbeute bei einem etwa 10 ; 0 übersteigenden Wasserstoffzusatz schon merklich und messbar abnimmt, wobei als merkliche bzw. messbare Änderung der Lichtausbeute eine mindestens 0, 50/0 betragende Änderung der auf 1000 Stunden durchschnittliche Lebensdauer bezogenen, in Lm/Watt bestimmten Lichtausbeute zu verstehen ist.
Bei Lampen derselben Type, bei denen der Wasserstoffzusatz unter etwa 0, 5% war, nahm die Lichtausbeute bei Verringerung des Wasserstoffzusatzes wiederum ab, was auf ersten Blick unerklärlich zu sein scheint. Es wurde jedoch festgestellt, dass dies der Tatsache zuzuschreiben ist, dass bei solchen Lampen mit 6% Stickstoffgehalt der Gasfüllung ein Zusatz von unter 0, 51o-H, zur befriedigenden Unterdrückung der Gefahr des Abblitzens nicht mehr genügt, und daher eine nicht vernachlässigbare, dem Diagramm entnehmbare, Anzahl der Lampen ihr Leben durch Abblitzen beendet.
Wenn nun diese Lampen ihre vorausbestimmte Lebensdauer erreicht hätten, hätte dies die durchschnittliche Lichtausbeute, die ja für die Lampen der untersuchten Gruppe auf die Lebensdauer von 1000 Stunden umgerechnet bestimmt worden ist, der Lampen dieser Gruppe erhöht. Hieraus folgt aber, dass mittels des Wasserstoffzusatzes durch Verringerung der Gefahr des Abblitzens auch die Lichtausbeute der Lampen erhöht werden kann, wenn die Menge des Zusatzes derart gewählt wird, dass die infolge Vermeidung des Abblitzens erreichte Erhöhung der durchschnittlichen effektiven Lebensdauer und die hiedurch bedingte Erhöhung der durchschnittlichen Lichtausbeute, mitsamt der durch die Verringerung des Stickstoffgehaltes der Gasfüllung erreichten Erhöhung der Lichtausbeute, grösser ist als die infolge, der besseren Wärmeleitfähigkeit des H2 verursachte Lichtausbeutenverringerung.
Diese Versuche haben bewiesen, dass eine solche Wahl der Menge des Wasserstoffzusatzes auf Grund einiger Vorversuche bei den meisten Lampentypen, insbesondere bei Vermeidung des Vorhandenseins der obengenannten reduzierbaren Oxyde, möglich ist.
Es wurde aber festgestellt, und es kann bereits den Diagrammen der Zeichnung entnommen werden, dass dieser günstige Bereich des H2-Zusatzes auch davon abhängt, wieviel und welches Edelgas und wieviel Stickstoff das Füllgasgemisch enthält. So z. B. zeigt Fig. 3, dassbeistickstofffreiem Gasgemisch bereits etwa 5%, d. h. so viel H2 zwecks Vermeidung des Abblitzens zugesetzt werden muss, dass die hiedurch verursachte Verminderung der Lichtausbeute grösser ist als die durch den üblichen Stickstoffzusatz von etwa 13% verursachte. Hingegen ist eine Verbesserung der Lichtausbeute vorhanden, falls man erfindungsgemäss einen entsprechenden Teil, z.
B. etwa die Hälfte, des üblichen Stickstoffzusatzes durch Krypton ersetzt und die hiedurch erhöhte Gefahr des Abblitzens durch einen geringen, z. B. etwa 0, 5%
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geringen Wert, dann ist die volle Ausnützung seiner gunstigen Wirkungen nur im Falle der Abwesenheit reduzierbarer Oxyde an den mit dem Füllgasgemisch in Berührung stehenden Oberflächenteilen der Bestandteile der Lampe möglich. Dies kann am einfachsten dadurch erreicht werden, dass die betreffenden Glasbestandteile aus bleifreiem Glas verfertigt, und die Metallbestandteile sorgfältig, z. B. mittels bekannten elektrolytischen Verfahren, gereinigt werden.
Es ist aber auch möglich, die betreffenden Bestandteile der Lampe mit Schutzüberzügen zu versehen, die von den genannten, durch Wasserstoff bei den Betriebsbedingungen der Lampe reduzierbaren Oxyden frei sind. Zu diesem Zwecke kann z. B. das aus Bleioxyd enthaltendem Glas bestehende Stäbchen mit einem Überzug von Siliziumoxyd versehen werden, und die Halterungsdrähte können gegebenenfalls mit elektrolytischen Überzügen von entsprechenden Metallen, z. B. Chrom, versehensein.
Aus alldem folgt die durch die Erfindung geschaffene Regel zum neuen technischen Handeln, dass man anlässlich der Herstellung gasgefüllter elektrischer Glühlampen mit gedrängten, z. B. in Form einer Doppelwendel oder Mehrfachwendel oder in sonstwie gedrängter Form angeordneten wendelförmigen Wolframglühkörper und dementsprechend einem über 12 V/mm betragenden Gradienten dem Füllgas soviel Wasserstoff zuzusetzen hat, als zur praktisch vollkommen befriedigenden Unterdrückung der Gefahr
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des Abblitzens in Gegenwart einer verhältnismässig geringen Stickstoffmenge genügt und, hiebei den Stickstoffzusatz unter die in Abwesenheit voi. Wasserstoff zur üblichen Unterdrückung der Gefahr des Abblitzens genügend übliche Menge vermindernd,
den prozentuellen Gehalt des Füllgasgemisches an Edelgas über die ansonsten übliche Menge zu erhöhen hat. Falls sich hiebei ein Wasserstoffzusatz ergeben würde, bei dem sich die nachträglichen Wirkungen der Wasserdampfentwicklung in der Lampe bereits bemerkbar machen, ist die Lampe mit solchen Bestandteilen zu versehen, deren mit dem Füllgas in Berührung stehende Oberflächen von reduzierbaren Oxyden frei sind.
Die zahlenmässig optimale Zusammensetzung des Füllgasgemisches hängt, wie bereits erwähnt, von der betreffenden Lampentype ab und kann mittels einiger Vorversuche leicht bestimmt werden. Aus den nachstehenden Beispielen sind für einige übliche Lampentypen die erfindungsgemässe Ausführung derselben nebst deren Ergebnissen zu entnehmen.
Beispiel l : Für allgemeine Beleuchtungszwecke bestimmte Glühlampen für 110 V Nennspannung und 40 Watt Energieverbraach, mit dem bei solchen Kryptonlampen üblichen doppelwendelförmigen
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dieser mit den üblichen Schmelzsicherungen versehenen Lampen ergab folgendes :
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<tb>
<tb> Lampe <SEP> Abblitzen <SEP> Lichtausbeute <SEP> für <SEP> Durchschnittliche <SEP> Lebensdauer
<tb> Lampe
<tb> % <SEP> 1000 <SEP> Stunden <SEP> Lm/W <SEP> bei <SEP> Nennspannung <SEP> Stunden
<tb> Bekannt <SEP> 100 <SEP> 13,7 <SEP> 1010
<tb> Neu <SEP> 7 <SEP> 13,8 <SEP> 1180
<tb>
Beispiel 2:
Lampen der Type gemäss Beispiel l, jedoch mit einem für Xenonfüllung konstruierten doppelwendelförmigen üblichen Glühkörper und daher einem Gradient von ewa 18 V/mm, ebenfalls für 110 V, 40 Watt, mit Phosphor gegettert und einem Stäbchen aus bleifreiem Glas, wurden einesteils
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86,2% Xe, 13% N und 0, 81o H@ gefüllt. Die Dauerbrennversuche von je 15 Lampen ergaben folgendes :
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<tb> Lampe <SEP> Abblitzen <SEP> Lichtausbeute <SEP> für <SEP> Durchschnittliche <SEP> Lebensdauer
<tb> % <SEP> 1000 <SEP> Stunden <SEP> Lm/W <SEP> bei <SEP> Nennspannung <SEP> Stunden
<tb> Bekannt <SEP> 100 <SEP> 14,7 <SEP> 960
<tb> Neu <SEP> 10 <SEP> 14,8 <SEP> 1030
<tb>
Die obigen Beispiele stellen keine optimalen Ergebnisse, sondern hauptsächlich die Art der Untersuchung bzw.
Vor versuche dar, mittels denen folgendes festgestellt wurde :
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3:führung und Nennspannungen für unter etwa 170 V, hauptsächlich 110-130 V, ist es unter Beibehaltung der üblichen Gradienten von etwa 13-15 V/mm aufweisenden Konstruktion des doppelwendelförmigen Glühkörpers und des normalen Füllgasdruckes von etwa 600-700 Torr und des üblichen Phosphorgetters, jedoch unter Verwendung bleifreier Glasbestandteile möglich, durch einen H2-Zusatz von 0, 2 bis 0, 7% den Stickstoffzusatz vom üblichen Wert von 13% auf 8 - o zu verringern und hiedurch nebst praktisch vollkommener Beseitigung der Gefahr des Abblitzens die für 1000 Stunden durchschnittliche Lebensdauer umgerechnete Lichtausbeute der Lampen um messbare Werte zu erhöhen.
Beispiel 4 : Bei im Beispiel Nr. 3 beschriebenen, jedoch für über etwa 170 V liegenden, hauptsächlich 220-240 Vbetragenden, Nennspannungen konstruierten und dementsprechend Gradienten von etwa 16, 5bis 18 V/mm aufweisenden Lampen ermöglichte ein H2-zusatz von 0,2 bis 0,7% eine Verringerung des üblichen Stickstoffzusatzes von ze auf 9-4%. mit denselben Ergebnissen, wie bei den oben erwähnten Kryptonlampen für unter 170 V.
Beispiel 5 : Bei den gemäss Beispiel 3 ausgeführten, jedoch für Argonfüllung konstruierten und dementsprechend Gradienten von etwa 19,5 bis 21 V/mm aufweisenden Doppelwendellampen ermöglich - te ein H2 -Zusatz von 0, 1 bis 0, 5% die Verringerung des üblichen N2 -Gehaltes von 8% des Füllgasgemisches dieser Argonlampen für Spannungen unter 170 V auf 3 bis 1% mit den im Beispiel 3 angegebenen Ergebnissen.
Beispiel 6 : Bei Argonlampen gemäss Beispiel 5, jedoch für Nennspannungen von über 170 Volt,
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1wie für unter 170 V liegenden Spannungen und dementsprechend Gradienten von etwa 18 bis 22 V/mm), ermöglichte ein H-Zusatz von 0,4 bis 0, 9% die Verringerung des ansonsten erforderlichen Stickstoffzu- satzes von 25 bis 30% auf etwa 15 bis 8%, mit den im Beispiel 3 angegebenen Ergebnissen.
Hiezu ist zu bemerken, dass die im Beispiel 3 angegebene Erhöhung der in Lm/W gemessenen Licht- ausbeute "um messbare Werte" eine Erhöhung um mindestens 0, 5%, und die im Beispiel 3 angegebene 'praktisch vollkommene Beseitigung der Gefahr des Abblitzens" die Verringerung der ihr Leben durch Bo- genabbrand beendenden Anzahl der untersuchten Lampen unter 10-15% bedeutet.
Es ist ferner zu beachten, dass durch die erfindungsgemässe Beseitigung der Gefahr des Abblitzens die ansonsten meist vorhandene, nicht unbedeutende Streuung der Lebensdauer der einzelnen untersuchten
Lampen bedeutend vermindert und hiedurch der Verkaufswert der Lampen aus oben bereits erwähnten i Gründen erhöht wird. Die durch Untersuchung einer grösseren Anzahl, z. B. 1000 Lampen, bestimmte durchschnittliche Lebensdauer von z. B. 1000 Stunden ergibt sich nämlich Als Durchschnittswert einzelner, voneinander infolge der bekannten Streuung abweichender, z. B. zwischen 500 und 1500 Stunden betra- gender Lebensdauern der einzelnen Lampen.
Ursache dieser oft bedeutenden Streuung ist ausser den unver- meidlichen Toleranzen der Herstellung auch das Abblitzen, das in sehr verschiedenen Zeitpunkten der
Lebensdauer der einzelnen Lampen vorkommt. Nimmt man nun z. B. an, dass bei einem Durchschnitts- wert der Lebensdauer von 1000 Stunden 60% der einzelnen Lebensdauerwerte zwischen 900 und 1100 Stun- den liegen, ist es klar, dass dieser wichtige Prozentsatz in derselben, aus z. B. 1000 Lampen bestehenden,
Gruppe erhöht werden und z. B. 90% betragen kann, falls es gelingt, eine bedeutende Ursache der obigen
Streuung, d. h. das Abblitzen, zu beseitigen. In diesem Falle ist aber die Wahrscheinlichkeit, dass bei einer kleineren Lampengruppe von z.
B. 10 Lampen die durchschnittliche Lebensdauer tatsächlich 1000
Stunden beträgt, bedeutend grösser, d. h. die Streuung der Lebensdauer ist bedeutend geringer, wodurch der Verkaufswert der Lampen erhöht wird.
Es ist zu bemerken, dass durch obige Angaben und Beispiele, die Doppelwendellampen betreffen, die
Erfindung keineswegs erschöpft, noch eingeschränkt ist, da dieselbe bei sämtlichen gasgefüllten Lampen mit wendelförmigen Glühkörpern gedrängter Bauart, d. h. mit über 12 V/mm liegenden Gradienten, vor- teilhaft Anwendung finden kann. Es ist z. B. auch möglich, Konstruktion und Anordnung des Glühkörpers in Anbetracht der durch den Wasserstoffzusatz erreichbaren Unterdrückung der Gefahr des Abblitzens noch gedrängter als üblich zu wählen, insbesondere bei Speziallampen, bei denen die ansonsten bei Lampen mit gedrängten Glühkörpern empfehlenswerten eingebauten Schmelzsicherungen auch weggelassen werden können. Das Füllgasgemisch kann ausser einem einzigen Edelgas auch mehrere Edelgase, z.
B. das bei der
Herstellung schwerer Edelgase anfallende Gemisch von Krypton und Xenon, enthalten, und sowohl der .Stickstoff, wie der Wasserstoff können dem Edelgas auch if1 Form entsprechender Verbindungen, z. B. NH,
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liche Mengenverhältnis von N2 undH zueinander stets leicht eingestellt werden kann. Statt oder neben dem üblichen Phosphorgetter können auch andere Getter verwendet werden usw.
Demzufolge sind bei den erfindungsgemässen Lampen innerhalb des Rahmens der nachstehenden Ansprüche überaus zahlreiche Ausführungsformen, insbesondere bei Speziallampen, möglich und vorteilhaft, da ja für die erfindungsgemäss erreichbaren Vorteile nur das Vorhandensein einer Edelgas enthaltenden Gasfüllung und eines wendelförmigen Wolframdrahtglühkörpers gedrängter Bauart und bzw. oder Anordnung erforderlich bzw. wesentlich ist.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Glühlampe, vorzugsweise für eine Nennspannung von über 12 Volt, mit einer Edelgas und Stickstoff enthaltenden Gasfüllung, einem wendelförmigen Wolframdrahtglühkörper und einem Gradienten von über 12 Volt/mm, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Gasfüllung einen die Gefahr des Abblitzes verringernden Wasserstoffzusatz von einer zwischen etwa 0, 1 und 1, 5 Volumprozenten liegenden Menge enthält, und ihr ebenfalls in Volumprozenten ausgedrückter Stickstoffgehalt zahlenmässig grösser als etwa 0,5 und kleiner als etwa 1/8 des Atomgewichtes des in der Lampe als Füllgas vorhandenen Edelgases niedrigster lonisationsspannung ist.
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Gas-filled electric light bulb
The invention relates to gas-filled electric incandescent lamps with helical tungsten incandescent bodies and aims to increase the quality and sales value of such incandescent lamps by largely avoiding gas discharges in the lamp.
It is known that in gas-filled electric incandescent lamps with helical tungsten incandescent bodies
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in particular after switching on, electrical gas discharges often occur, with a current of much higher intensity then flowing through the gas than through the filament. This so-called arc discharge can have destructive effects by causing the power supply to melt, causing cracks in the base of the lamp, damaging the base, and even destroying the entire incandescent lamp explosively. This violent degree of arc discharge, which has a destructive effect due to the lack of special measures, is referred to in practice as an arc short circuit, short circuit by flashing, in the present description "flashing".
As a protective measure against the destructive effect of the flashing, it is known to design that section of one or both power supply wires of the incandescent lamp, which leads through the space between the metal base and the glass body, as a fuse wire and to dimension it such that this section carries the operating current of the lamp, but melts through at the beginning of the arc discharge due to the sudden increase in the current.
It is also known that the gas-filled incandescent lamps themselves are built in such a way that the occurrence of an arc discharge is delayed or prevented as far as possible. For this purpose, nitrogen is added to the noble gas filling of the lamp, usually in an amount of about 5-20%, and a red phosphorus getter or possibly an Sb2O3 getter is provided in the lamp, whereby the incandescent bodies, in particular the double
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The voltage drop measured in the gas space does not reach a predetermined critical value if possible. It is also known to reduce the risk of arc discharge occurring by increasing the filling gas pressure of the lamp.
In the course of tests it has been found that the risk of flashing off with gas-filled incandescent lamps, the gas filling of which at normal temperature has a pressure below atmospheric pressure and consists of one of the known and customary mixtures of noble gas and nitrogen, mainly depends on the above-mentioned voltage drop along the incandescent body and, in practice, is only present in the following in volts / mm is called "gradient" for short, exceeds a certain critical value.
In the incandescent lamp industry, this gradient is calculated using the formula for single helical incandescent bodies
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and for double-helical incandescent bodies using the formula
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the number of incandescent bulbs used, mostly simply helical incandescent bodies, the gradient of which was low, d. H.
Only rarely exceeded 12V / mm, flashing was a rare occurrence in lamps manufactured accordingly, whose filling gas pressure and nitrogen content were sufficiently high. Recently, however, more compact, double-helical incandescent bodies have been used, the gradient of which is more than 12 V / mm, mostly 15 or even more V / mm, and with such incandescent bodies the risk of flashing is already very considerable.
The present invention therefore relates to such incandescent lamps in which the gradient is at least 12, but mostly 15 or even more V / mm. However, it should be noted that with regard to the risk of flashing, not only the gradient measured along the surface of the incandescent body is decisive, but also the gradient measured in the gas space, which is determined between two such points of the incandescent body, the voltage difference between them at the nominal voltage of Lamp 12 volts over-
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two points in volts and L their distance from each other measured in the gas space. It is known that such gradients can be present in lamps in which, e.g.
B. in projection lamps, a simply helical incandescent body not straight or arc-shaped, but in a compact, z. B. is arranged in a zigzag-shaped arrangement with mutually parallel, close to each other rectilinear parts, so points of relatively high voltage difference of the incandescent body can be very close to each other.
As a result, it can easily happen with such lamps that, although the gradient calculated on the basis of the above first or possibly second formula has a value below 12, the gradient determined according to the third formula is significantly higher, often a multiple of that along the incandescent body jacket of the straight line Incandescent body sections has existing absolute values, and consequently the risk of flashing is also present in such lamps, and is also increased by the high filament temperature of such lamps. In addition to the gradient, the operating temperature of the incandescent body, the filling gas pressure and the type and composition of the gas filling, in particular the ionization voltage of the noble gas with the lowest ionization voltage present in the lamp, are decisive for the risk of flashing.
The damage or destruction of the lamp caused by the flashing off can be achieved by using the above-mentioned ones built into the power supply wires
Fuses are avoided, but the use of such fuses does not eliminate the premature burn-out of the lamps as a result of flashing. It can be observed that a considerable number of lamps, the gradient of which exceeds 12 or 15, end their life by flashing before the end of the predetermined average service life, often after a relatively short burning time.
Although the average service life of a larger number of lamps is generally not significantly reduced because other lamps in the same group have a service life that exceeds the average, the premature burn-out of the lamps is a serious disadvantage that has a very negative effect on the sales value of the lamps.
The purpose of the finding is now to practically free gas-filled electric incandescent lamps with helical tungsten incandescent bodies and a gradient of at least 12 V / mm from the risk of flashing off.
The invention is based on the discovery that a surprisingly low addition of hydrogen when
Presence of nitrogen in the noble gas filling of the lamp, especially in the case of gettered with phosphorus
Lamps, is suitable to practically eliminate the risk of flashing. The invention based on this discovery of ours was created by overcoming the legitimate prejudice that spoke against the use of hydrogen as an additive for filling lamps with tungsten incandescent bodies.
The addition of hydrogen in small amounts to fill the gas in the lamps was proposed more than 30 years ago, u. zw. For the purpose of reducing or avoiding the sagging of the incandescent body of the lamp. Although it has therefore been known for decades that hydrogen is used as a
In addition to the gas filling of the lamps consisting of noble gas and also containing nitrogen, its use was regarded as reprehensible for the following reasons and has therefore always been avoided, all the more since the use of modern tungsten filaments is now a danger
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has eliminated the sagging of the helical incandescent bodies.
As is well known, the presence of such improved tungsten filaments made the compact, high gradient design of the incandescent bodies possible, along with an increased operating temperature, which, however, created the risk of flashing, which did not exist 30 years ago.
i Although, due to the well-known good thermal conductivity of hydrogen, it could be assumed and sporadic but inconclusive and reproducible observations in other areas seemed to indicate that the addition of hydrogen was able to reduce the risk of flashing off incandescent lamps, the use of the hydrogen addition appeared , apart from its the light output of the
Due to its good thermal conductivity reducing effect, the lamp is mainly unfavorable because, as is well known, even small amounts of hydrogen in the lamp can bring about and constantly maintain a water vapor circulation that is extremely harmful to the tungsten incandescent body and reduces the service life of the lamps.
The hydrogen molecules in the gas space of the lamp meet reducible oxides in some components of the incandescent lamp and, at the rather high operating temperature of these components, turn into H 0 molecules. However, even small traces of water vapor convert part of the tungsten filament at high temperature into a volatile product, which is significantly more volatile than the tungsten metal. As a result, the tungsten filament is consumed far beyond the normal level of evaporation and this greatly reduces the service life of the incandescent lamp. It is particularly disadvantageous that this process sustains itself in the lamp. The water vapor oxidizing the tungsten itself supplies hydrogen, which in part becomes one on the high temperature tungsten filament
Converts hydrogen atomic state.
This can then at the fairly high temperatures of the
Components of the lamp in operation the z. B. slightly reduce tungsten oxides that were previously formed under the action of water vapor, the oxide impurities in the metallic components and the lead oxide present, especially in the components made of lead glass (e.g. in the glass rod). This creates new water vapor, which in turn oxidizes the filament. In this way, even a small amount of hydrogen can maintain an intensive water vapor circulation and, in incandescent lamps with lead oxide-containing glass components, destroy the filament to a considerable extent.
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Lenses and Like.), because at the fairly high temperatures (e.g.
B. 200-2500 C), to which these components heat up during operation of the lamp, the insulating capacity of this type of glass is 4-5 orders of magnitude greater than the insulating capacity of ordinary lead-free glass. It is understandable, therefore, that the addition of hydrogen to reduce flashing has not become common in the incandescent lamp industry. Its use seemed to cause a considerable deterioration in the quality of the lamps, even if the risk of flashing was reduced, all the more as, due to the well-known good thermal conductivity of hydrogen, it increased the heat losses of the incandescent body caused by convection and thus the specific luminous efficiency of the lamp is capable of deteriorating.
On the occasion of the tests carried out, overcoming the prejudice justified by the above facts, it has now been found that the use of the hydrogen additive in lamps filled with noble gas with a gradient of more than 12 is possible under certain conditions without deteriorating the quality of the lamp and for the practical elimination of the risk of flashing , even if special measures are used, it is also suitable for improving the light output of the lamp without reducing its service life.
The subject of the invention is therefore a gas-filled electric incandescent lamp, preferably for a nominal voltage of over 12 volts, whose helical tungsten wire incandescent body is designed in such a way that the gradient is above 12 V / mm and whose gas filling is at least one noble gas and nitrogen and one that reduces the risk of flashing off Contains hydrogen additive, the amount of which is between about 0.1 and 1.5 percent by volume, the numerical value of its nitrogen content, also expressed in percent by volume, being greater than about 0.5 and less than about 1/8 of the atomic weight of the fill gas present in the lamp Noble gas is the lowest ionization voltage, especially in lamps that have been gettered with the usual phosphor and therefore contain a phosphor getter. So if z.
For example, if the gas filling of the lamp contains only argon as the noble gas, the nitrogen content of the gas filling can be between about 0.5 and 5 percent by volume, in the case of lamps containing xenon, however, between about 0.5 and 16.5 percent by volume, since the atomic weight of the xenon 131, 3, and between the noble gases argon, krypton and xenon used as filling gases in incandescent lamps, xenon has the lowest ionization
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:: old, and therefore the upper limit of the nitrogen content is always determined by the noble gas with the lowest ionization voltage contained in the lamp.
A particularly advantageous embodiment of the lamp according to the invention is that in which the surfaces of the lamp constituents of oxides which are in contact with the filling gas mixture oer lamp and which under the operating conditions of the lamp, i. H. at the normal operating temperatures of the constituents in question, which can be reduced by hydrogen, are practically free.
Some of the investigations carried out on the invention, together with their results and several examples of the lamps according to the invention, together with the rules and instructions that enable the manufacture of the same, are described in more detail below in connection with the accompanying drawing.
The drawing contains diagrams which refer to lamps of commercial types, the parts of which in contact with the filling gas were not completely free of oxides that could be reducible by hydrogen under the operating conditions of the lamps, as the glass components partly consisted of glass containing lead oxide. The incandescent bodies of the lamps were double-helical, with a gradient of over 15 V / mm, and the fuses customary in double-helix lamps were built into their power supply wires. The hydrogen content of the gas filling in percent by volume is plotted on the abscissas of the diagrams and the percentage number of lamps which ended their service life as a result of a flash indicated by the melting of the built-in fuse are plotted on the ordinates.
The diagrams show the results of the usual endurance tests in which a large number of lamps of the same type are burned at the same nominal voltage until the end of their service life. The percentage number of lamps that end their service life by flashing is therefore suitable for determining the numerically evaluable degree of the risk of flashing and for determining the effect of the measures used to suppress the occurrence of flashing.
Fig. 1 of the drawing relates to lamps for 110 V nominal voltage and a light output of 40 decalumens, which were gettered with the usual phosphor getter, and the filling gas pressure was 700 Torr. The incandescent body of the usual construction had a gradient of about 20 V Imm The curve of the diagram relates to lamps whose gas filling was the following:
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The above design was investigated, the gas filling of which consisted of 10% N and 90% Kr, and it was found that 95% of these lamps have ended their service life due to flashing. In contrast, as can be seen from the diagram, only 17% of the lamps with a gas filling only 6% N2, but also 0.5% H2, ended their life by flashing off.
By extrapolating the lower curve in FIG. 1, it can be determined that with an addition of approximately 0.70% H 2, the risk of flashing off lamps can be virtually completely eliminated with an addition of approximately 6% N to the krypton. However, this cannot be achieved with gas fillings without the addition of hydrogen, even if the nitrogen content, as usual, is 10-13%, since, as already stated above, 95% of such lamps lose their life by flashing
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Significant increase in light output, whereas the heat loss caused by the low addition of hydrogen is insignificant.
The diagram in FIG. 2 relates to lamps filled with argon, also of 110 V and 40 decalumens, with a filling gas pressure of 700 Torr. The composition of the filling gas was as follows: n% H, + 21o N2 + (98-nô Ar. The upper curve relates to lamps without, the lower curve to lamps with a phosphor getter. From this figure it can be seen that the lamps with phosphor getter Percentage of flashing can be reduced to about 10% by adding 0.1% H and practically to zero by adding 0.5% H.
The usual nitrogen addition to argon for lamps of this type is 8%, so that by adding 0.5% Hz, the nitrogen addition can be reduced to 21o and the flashing can be practically eliminated, which means that the light yield and market value of the lamps can be increased significantly.
The diagram in FIG. 3 relates to lamps of the type described in connection with FIG. 1, but without phosphor getter and without the addition of nitrogen, so that the composition of their gas filling
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effect on reducing the risk of flashing results.
With these test results, the surprisingly energetic effect of the water:: additive in the presence of nitrogen, especially in lamps that have been gettened with phosphorus, is proven. However, in order to determine to what extent the addition of hydrogen reduces the luminous efficiency of the lamps due to its good thermal conductivity, investigations were also carried out in this regard.
For this purpose, lamps of the type to which FIG. 1 relates were tested for their average luminous efficiency in the endurance test, u. between lamps with hydrogen additives from 0.1 to, lo. The light output was converted to an average life of 1000 hours and determined in Lm / watt. It was found here that this light output is about 10; 0, the addition of hydrogen already noticeably and measurably decreases, whereby a noticeable or measurable change in the light output is to be understood as a change of at least 0.50/0 in the light output determined in Lm / watt based on 1000 hours of average service life.
With lamps of the same type, in which the addition of hydrogen was less than about 0.5%, the light output decreased again when the addition of hydrogen was reduced, which at first glance seems inexplicable. It was found, however, that this is attributable to the fact that in such lamps with 6% nitrogen content of the gas filling an addition of less than 0.51o-H is no longer sufficient for the satisfactory suppression of the risk of flashing off, and therefore a non-negligible, the Removable diagram, number of lamps ended their life by being flashed off.
If these lamps had now reached their predetermined service life, this would have increased the average luminous efficacy of the lamps in this group, which was calculated for the lamps in the group under investigation and converted to a service life of 1000 hours. It follows from this, however, that the addition of hydrogen by reducing the risk of flashing can also increase the light output of the lamps if the amount of the additive is chosen in such a way that the increase in the average effective service life achieved as a result of avoiding flashing and the resulting increase in the average light output, together with the increase in light output achieved by reducing the nitrogen content of the gas filling, is greater than the light output reduction caused by the better thermal conductivity of H2.
These tests have shown that such a choice of the amount of hydrogen to be added is possible on the basis of some preliminary tests with most lamp types, in particular when avoiding the presence of the abovementioned reducible oxides.
However, it was found, and it can already be seen from the diagrams in the drawing, that this favorable range of the addition of H2 also depends on how much and which noble gas and how much nitrogen the filling gas mixture contains. So z. For example, FIG. 3 shows that with a nitrogen-free gas mixture already about 5%, i.e. H. so much H2 has to be added in order to avoid flashing that the resulting reduction in light output is greater than that caused by the usual addition of nitrogen of around 13%. In contrast, there is an improvement in the light output if, according to the invention, a corresponding part, e.g.
B. about half of the usual addition of nitrogen replaced by krypton and the resulting increased risk of flashing by a low, z. B. about 0.5%
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If the value is low, its beneficial effects can only be fully exploited in the absence of reducible oxides on the surface parts of the components of the lamp that are in contact with the filling gas mixture. The easiest way to do this is to make the relevant glass components from lead-free glass and carefully, e.g. B. by means of known electrolytic processes.
However, it is also possible to provide the relevant components of the lamp with protective coatings which are free from the oxides mentioned, which can be reducible by hydrogen under the operating conditions of the lamp. For this purpose z. B. the rod consisting of lead oxide containing glass with a coating of silicon oxide, and the support wires can optionally with electrolytic coatings of appropriate metals, z. B. chrome.
From all of this follows the rule created by the invention for new technical action that on the occasion of the production of gas-filled electric incandescent lamps with crowded, z. B. in the form of a double helix or multiple helix or in any other compact form arranged helical tungsten incandescent body and accordingly a gradient of over 12 V / mm to add as much hydrogen to the filling gas as for the practically completely satisfactory suppression of the danger
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the flashing in the presence of a relatively small amount of nitrogen is sufficient and, here, the addition of nitrogen below that in the absence of voi. Hydrogen to the usual suppression of the risk of flashing, reducing the usual amount sufficiently,
has to increase the percentage of noble gas in the filling gas mixture above the otherwise usual amount. If this would result in the addition of hydrogen, in which the subsequent effects of the development of water vapor in the lamp are already noticeable, the lamp must be provided with components whose surfaces in contact with the filling gas are free of reducible oxides.
The numerically optimal composition of the filling gas mixture depends, as already mentioned, on the lamp type in question and can easily be determined by means of a few preliminary tests. The following examples show the design according to the invention for some common lamp types, along with their results.
Example 1: Incandescent lamps intended for general lighting purposes for 110 V nominal voltage and 40 watts of energy consumption, with the double-helical shape customary in such krypton lamps
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these lamps provided with the usual fuses resulted in the following:
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<tb>
<tb> lamp <SEP> flashing <SEP> light output <SEP> for <SEP> average <SEP> service life
<tb> lamp
<tb>% <SEP> 1000 <SEP> hours <SEP> Lm / W <SEP> at <SEP> nominal voltage <SEP> hours
<tb> Known <SEP> 100 <SEP> 13.7 <SEP> 1010
<tb> New <SEP> 7 <SEP> 13.8 <SEP> 1180
<tb>
Example 2:
Lamps of the type according to Example 1, but with a double-helical incandescent body designed for xenon filling and therefore a gradient of about 18 V / mm, also for 110 V, 40 watts, gettered with phosphorus and a rod made of lead-free glass, were on the one hand
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86.2% Xe, 13% N and 0.81o H @ filled. The endurance tests of 15 lamps each resulted in the following:
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<tb>
<tb> lamp <SEP> flashing <SEP> light output <SEP> for <SEP> average <SEP> service life
<tb>% <SEP> 1000 <SEP> hours <SEP> Lm / W <SEP> at <SEP> nominal voltage <SEP> hours
<tb> Known <SEP> 100 <SEP> 14.7 <SEP> 960
<tb> New <SEP> 10 <SEP> 14.8 <SEP> 1030
<tb>
The above examples do not represent optimal results, but mainly the type of examination or
Prior to tests by means of which the following was found:
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3: Leadership and nominal voltages for below about 170 V, mainly 110-130 V, while maintaining the usual gradients of about 13-15 V / mm having construction of the double-helical incandescent body and the normal filling gas pressure of about 600-700 Torr and the usual Phosphorus getters, but possible by using lead-free glass components, by adding H2 to 0.7%, reducing the nitrogen addition from the usual value of 13% to 8 - o and thereby practically eliminating the risk of flashing the 1000 Hours of average service life converted light output of the lamps to increase measurable values.
Example 4: In the case of lamps described in example no. 3, but designed for nominal voltages above about 170 V, mainly 220-240 V, and accordingly having gradients of about 16.5 to 18 V / mm, an H2 addition of 0.2 made possible up to 0.7%, a reduction in the usual nitrogen addition from ze to 9-4%. with the same results as with the above mentioned krypton lamps for less than 170 V.
Example 5: In the case of the twin-coil lamps designed according to Example 3, but designed for argon filling and accordingly having gradients of about 19.5 to 21 V / mm, an addition of 0.1 to 0.5% of H2 made it possible to reduce the usual N2 Content of 8% of the filling gas mixture of these argon lamps for voltages below 170 V to 3 to 1% with the results given in Example 3.
Example 6: For argon lamps according to Example 5, but for nominal voltages of over 170 volts,
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1 as for voltages below 170 V and corresponding gradients of around 18 to 22 V / mm), an H addition of 0.4 to 0.9% made it possible to reduce the otherwise required nitrogen addition from 25 to 30% to around 15 up to 8%, with the results given in Example 3.
It should be noted in this regard that the increase in the light yield measured in Lm / W "by measurable values" given in example 3 is an increase of at least 0.5%, and the "practically complete elimination of the risk of flashing" given in example 3 means the reduction in the number of lamps tested, ending their life through arc burn-up, below 10-15%.
It should also be noted that by eliminating the risk of flashing according to the invention, the otherwise mostly present, not insignificant spread of the service life of the individual was examined
Lamps are significantly reduced and the sales value of the lamps is increased for the reasons already mentioned above. The investigation of a larger number, z. B. 1000 lamps, certain average life of z. B. 1000 hours results namely as the average value of individual, differing from each other due to the known spread, z. B. life times of the individual lamps between 500 and 1500 hours.
The cause of this often significant variation is, in addition to the inevitable tolerances in manufacture, also the flashing off, which occurs at very different times in the
Life of the individual lamps occurs. If you take z. For example, if we assume that with an average service life of 1000 hours, 60% of the individual service life values are between 900 and 1100 hours, it is clear that this important percentage is in the same, from e.g. B. 1000 lamps existing,
Group are increased and z. B. 90% if it succeeds, a significant cause of the above
Dispersion, d. H. to eliminate the flashing. In this case, however, the probability that with a smaller group of lamps of z.
B. 10 lamps the average life is actually 1000
Hours is significantly larger, i.e. H. the variation in service life is significantly less, which increases the sales value of the lamps.
It should be noted that the above information and examples relating to double filament lamps
Invention is by no means exhausted, nor is it limited, since the same in all gas-filled lamps with helical incandescent bodies of compact design, d. H. with gradients above 12 V / mm, can be used advantageously. It is Z. For example, it is also possible to choose the design and arrangement of the incandescent body to be more compact than usual in view of the suppression of the risk of flashing that can be achieved by adding hydrogen, especially in the case of special lamps where the built-in fuses, which are otherwise recommended for lamps with compact incandescent bodies, can also be omitted. In addition to a single noble gas, the filling gas mixture can also contain several noble gases, e.g.
B. the
Production of heavy noble gases containing a mixture of krypton and xenon, and both the nitrogen and hydrogen can add the noble gas to the form of corresponding compounds, e.g. B. NH,
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Liche quantitative ratio of N2 and H to one another can always be easily adjusted. Instead of or in addition to the usual phosphorus getter, other getters can also be used, etc.
As a result, numerous embodiments are possible and advantageous for the lamps according to the invention within the scope of the following claims, especially in the case of special lamps, since the advantages that can be achieved according to the invention only require the presence of a gas filling containing noble gas and a helical tungsten wire incandescent body of compact design and / or arrangement or is essential.
PATENT CLAIMS:
1. Electric incandescent lamp, preferably for a nominal voltage of over 12 volts, with a gas filling containing noble gas and nitrogen, a helical tungsten wire incandescent body and a gradient of over 12 volts / mm, characterized in that its gas filling has a hydrogen addition reducing the risk of flash off contains between about 0.1 and 1.5 percent by volume, and its nitrogen content, also expressed in percent by volume, is numerically greater than about 0.5 and less than about 1/8 of the atomic weight of the noble gas present in the lamp as filler gas with the lowest ionization voltage.