Elektrische Lampe. Bekanntlich zeigt das von Hochdruck- quecksilberdampfentladungsröhren emittierte Licht ein Linienspektrum und man hat schon vorgeschlagen, das Linienspektrum aufzu füllen mit Hilfe von phosphoreszierenden Stoffen, die Strahlen kürzerer Wellenlängen (insbesondere unsichtbare Strahlen) in Strah len grösserer Wellenlängen umwandeln; ausser der Phosphoreszenz spielt bei diesen Stoffen öfters auch die Fluoreszenz eine Rolle.
Es sind neuerdings Quecksilberdampf- entladungsröhren bekannt geworden, die in einem zweiten Kolben eingeschlossen sind und bei einem kleinen innern Durchmesser eine relativ hohe Belastung per Längenein- beit der Entladungsbahn, sowie einen sehr hohen Quecksilberdampfdruck aufweisen und einen guten Wirkungsgrad sogar bei klei neren Typen zeigen. Ein Charakteristikum dieser Röhre ist die grosse Belastung (Watt aufnahme) der Röhre per Einheit der Ober fläche der Röhrenwand.
Für die Bestimmung dieser spezifischen Belastung wird hier der Einfachheit wegen die Oberfläche der Innen seite des die Entladungsbahn umgebenden Teils der Röhrenwand in Betracht gezogen. Diese spezifische Belastung ist bei dem er wähnten Röhrentypus grösser als 10 Watt/cm2. Beispielsweise sei erwähnt, dass eine solche Röhre einen innern Durchmesser von 4 mm, eine Länge der Entladungsbahn von 20 mm, eine Belastung von 80 Watt und im Betrieb einen Quecksilberdampfdruck von etwa 20 Atm. haben kann.
Die Belastung der Röhre per Oberflächeneinheit der Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Wand teils ist bei dieser Röhre also etwa 32 Watt/em2. Ausser einem guten Wirkungsgrad und einem ausgesprochen kontinuierlichen Hintergrund im Spektrum besitzen diese Röhren eine verhältnismässig hohe Ober flächenhelligkeit.
Die Erfindung betrifft Hochdruckqueck- silberdampfentladungsröhren mit einer 10 Watt übersteigenden Belastung (Wattauf nahme) per cm@ der Oberfläche der Innen- Seite des die Entladungsbahn umgebenden Teils der Röhrenwand und einem die Röhre umhüllenden Glaskolben.
Mit. Rücksicht auf die kleinen Abmessun gen der Entladungsröhren kann man auch die Dimensionen dieses Kolbens verhältnismässig gering wählen. Es ist nahehegend, die Kol benabmessungen gleich den Abmessungen des Kolbens einer Glühlampe derselben Watt aufnahme zu wählen. Es wurde jedoch ge funden, dass es, falls dieser Glaskolben mit phosphoreszierenden Stoffen versehen wird, vorteilhaft ist, die Abmessungen des Kolbens grösser zu machen, als die Dimensionen, zu denen man nur unter Berücksichtigung der geringen Abmessungen der Entladungsröhre gelangen würde. Es stellte sich heraus, dass durch diese grössere Bemessung des Kolbens eine Steigerung des Wirkungsgrades erreicht wird.
Diese Feststellung ist überraschend, weil doch bei einem grösseren Kolben die Temperatur des phosphoreszierenden Stoffes niedriger ist, als bei kleineren Abmessungen des Kolbens. Diese niedrigere Temperatur hat eine Verzögerung des Zurückfallens der angeregten Zentren des phosphoreszierenden Stoffes in den normalen Zustand zur Folge, was an sich eine Verringerung des Wir kungsgrades des phosphoreszierenden Stoffes und somit der ganzen Lampe bedeuten würde. Dieser ungünstige Einfluss wird offenbar von andern noch nicht völlig ge klärten Erscheinungen mehr als wett ge macht, denn das Experiment weist eine ver besserte Lichtausbeute auf.
Es hat sich herausgestellt, dass der Wir kungsgrad bei Vergrösserung der phosphores zierenden Oberfläche zuerst schnell zu nimmt, dass jedoch die Zunahme des Wir kungsgrades bei weitergehender Vergrösse rung der Oberfläche des Kolbens kleiner wird. Es hat also keinen Zweck, die Kolben oberfläche möglichst gross zu machen. Das Mindestmass der Kolbenoberfläche hängt von der Belastung der Entladungsröhre ab. Er findungsgemäss wird die Oberfläche des phos phoreszierenden Kolbens wenigstens 10 X (B -f- 15)213 cm2 fläche grösser als 12 X (B -i-- 15)n3 cm' zu wählen.
Hierbei stellt B die Belastung (Wattaufnahme) der Röhre in Watt dar. Ein Vergleich mit Glühlampen zeigt, dass die Kolben der erfindungsgemässen Lampen er heblich grösser sind, als diejenigen der Glüh lampen derselben Wattaufnahme. Da wie bereits bemerkt wurde, bei weitergehender Vergrösserung des Kolbens die Steigerung des Wirkungsgrades immer geringer wird, wird die Oberfläche des phosphoreszierenden Kol bens zweckmässig kleiner als gehalten. X (B + 15)n3 CM' .
Vorzugsweise wird die Form des phos phoreszierenden Kolbens derart gewählt, dass die Oberfläche des Kolbens in der Haupt sache mit einer Isoluxfläche (das heisst einer Fläche mit in allen Punkten gleicher Be strahlungsdichte) der Entladungsröhre zu sammenfällt.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungs beispiel einer Lampe gemäss der Erfindung im Schnitt dar.
Die abgebildete, zum Aussenden von Lichtstrahlen dienende Lampe enthält eine elektrische Entladungsröhre 1, die zur Hauptsache aus einem engen Quarzröhrchen besteht. Der innere bezw. äussere Durch messer dieses Röhrchens ist 4, bezw. 7,5 mm. In der Röhre befinden sich die ausschliesslich durch die Entladung geheizten Glühelek- troden 2 und 3, die einen mit Erdalkalioxyd bedeckten Wolframkern aufweisen. Der Ab stand zwischen den Enden der Elektroden beträgt 18 mm. In der Röhre befindet sich eine die Zündung einleitende Edelgasfüllung, z. B.
Argon, und eine Menge Quecksilber, das beim Betrieb einen sehr hohen Dampf druck entwickelt. Die aus der Röhre hervor ragenden Enden der Einschmelzdrähte sind von metallenen Kappen 4 bezw. 5 umgeben und mit diesen verlötet. Die Röhre wird von den Stützdrähten 6 und 7 getragen, die in der Quetschstelle 8 des Glaskolbens 9 be festigt sind. Vor der Quetschstelle befindet sich ein aus Glimmer bestehender Schirm gewählt. Noch besser ist jedoch die Ober- 10. Der Glaskolben 9 ist in der Hauptsache kugelförmig und ist mit einem Sockel 11 versehen. Die Innenseite des Glaskolbens ist mit einer gelbphosphoreszierenden Zink- Cadmium-Sulfidschicht 12 bedeckt.
Der Raum zwischen der Röhre 1 und dem Kolben 9 ist sorgfältig evakuiert und kann mit einem indifferenten Gase, z. B. mit Stickstoff, ge füllt sein.
Die Leistungsaufnahme der Entladungs röhre 1 ist 75 Watt. Die Innenseite des die Entladungsbahn umgebenden Wandteils hat eine Oberfläche von 2,25 cm, so dass die Be lastung der Röhre per cm2 dieser Oberfläche etwa 33 Watt beträgt.
Der innere Durchmesser des kugelförmi gen Teils des Kolbens 9 beträgt 10 cm, so dass die Oberfläche der phosphoreszierenden Kolbenwand etwa 314 cm' ist. Der Wir kungsgrad dieser Lampe, das heisst die An zahl internationaler Lumen an sichtbarem Licht per Watt Energieaufnahme der Röhre betrug hierbei 51 Lumen per Watt.
Bei einem Durchmesser des Kolbens von 9 bezw. 8,5 cm und einer Oberfläche der Kolbenwand von etwa 255 bezw. 225 cm2 war der Wirkungsgrad 47,5 bezw. 46 Lumen/Watt.
Vergrösserung des Kolbendurchmessers über 10 cm brachte nur noch eine verhält nismässig schnell abnehmende Vergrösserung des Wirkungsgrades. Bei einem Durch messer von 11 cm war der Wirkungsgrad 52 Lumen/Watt und bei einem Durchmesser von 15 bezw. 20 cm war der Wirkungsgrad 55 bezw. 56 Lumen/Watt.
Die erforderliche grosse Kolbenoberfläche ist also bei den genannten Beispielen durch Vergrösserung des Kolbendurchmessers und nicht durch Wellung der Kolbenwand er reicht, so dass die Kolbenoberfläche glatt ist, wodurch das Anbringen des phosphoreszie renden Stoffes leichter ist, als bei Wellung der Kolbenwand oder bei ähnlicher künst licher Vergrösserung der Kolbenoberfläche. Eine solche künstliche Vergrösserung der Kolbenoberfläche hat öfters auch einen un günstigen Einfluss auf den Strahlengang. Der phosphoreszierende Stoff kann auf der Aussenseite, im Material des Kolbens, auf der Innenseite oder auf beiden Seiten der Kolbenoberfläche angebracht sein.
Electric lamp. As is well known, the light emitted by high-pressure mercury vapor discharge tubes shows a line spectrum and it has already been proposed to fill the line spectrum with the help of phosphorescent substances that convert the rays of shorter wavelengths (especially invisible rays) into rays of larger wavelengths; Besides phosphorescence, fluorescence often also plays a role in these substances.
Recently, mercury vapor discharge tubes have become known which are enclosed in a second bulb and, with a small inner diameter, have a relatively high load per length of the discharge path, as well as a very high mercury vapor pressure and show good efficiency even with smaller types. A characteristic of this tube is the high load (watt consumption) of the tube per unit of the surface of the tube wall.
For the purpose of determining this specific load, the surface of the inside of the part of the tube wall surrounding the discharge path is taken into account here for the sake of simplicity. With the tube type mentioned, this specific load is greater than 10 watts / cm2. For example, it should be mentioned that such a tube has an internal diameter of 4 mm, a length of the discharge path of 20 mm, a load of 80 watts and, during operation, a mercury vapor pressure of about 20 atm. may have.
The load on the tube per unit surface area on the inside of the wall part surrounding the discharge path is therefore around 32 watts / em2 for this tube. In addition to a high level of efficiency and an extremely continuous background in the spectrum, these tubes have a relatively high surface brightness.
The invention relates to high pressure mercury vapor discharge tubes with a load exceeding 10 watts (Wattauf acquisition) per cm @ of the surface of the inner side of the part of the tube wall surrounding the discharge path and a glass bulb enveloping the tube.
With. Taking into account the small dimensions of the discharge tubes, the dimensions of this bulb can also be chosen to be relatively small. It is obvious to choose the same wattage the Kol benabhaben the dimensions of the bulb of an incandescent lamp. However, it has been found that, if this glass bulb is provided with phosphorescent substances, it is advantageous to make the dimensions of the bulb larger than the dimensions that would be reached only taking into account the small dimensions of the discharge tube. It turned out that this larger dimensioning of the piston increases the efficiency.
This finding is surprising because the temperature of the phosphorescent substance is lower with a larger bulb than with smaller dimensions of the bulb. This lower temperature results in a delay in the return of the excited centers of the phosphor to the normal state, which in itself would mean a reduction in the efficiency of the phosphor and thus the whole lamp. This unfavorable influence is evidently more than made up for by other as yet not fully clarified phenomena, because the experiment shows an improved light yield.
It has been found that the efficiency initially increases rapidly when the phosphorescent surface is enlarged, but that the increase in the efficiency becomes smaller as the surface of the piston becomes larger. So there is no point in making the piston surface as large as possible. The minimum size of the bulb surface depends on the load on the discharge tube. According to the invention, the surface of the phosphorescent piston will be at least 10 X (B -f- 15) 213 cm2 area larger than 12 X (B -i-- 15) n3 cm '.
Here, B represents the load (watt consumption) of the tube in watts. A comparison with incandescent lamps shows that the bulbs of the lamps according to the invention are considerably larger than those of the incandescent lamps with the same watt consumption. Since, as has already been noted, the greater the enlargement of the piston, the increase in efficiency becomes less and less, the surface of the phosphorescent Kol ben is suitably smaller than kept. X (B + 15) n3 CM '.
Preferably, the shape of the phosphorescent bulb is chosen such that the surface of the bulb coincides mainly with an isolux surface (that is, a surface with the same radiation density in all points) of the discharge tube.
The drawing shows an embodiment example of a lamp according to the invention in section.
The lamp shown, which is used to emit light rays, contains an electrical discharge tube 1, which mainly consists of a narrow quartz tube. The inner resp. outer diameter of this tube is 4, respectively. 7.5 mm. Inside the tube are the glow electrodes 2 and 3, which are heated exclusively by the discharge and have a tungsten core covered with alkaline earth oxide. The distance between the ends of the electrodes was 18 mm. In the tube there is an inert gas filling that initiates ignition, e.g. B.
Argon, and a lot of mercury, which develops a very high vapor pressure when operating The protruding from the tube ends of the fuse wires are respectively of metal caps 4. 5 surrounded and soldered to these. The tube is carried by the support wires 6 and 7, which are fastened in the pinch point 8 of the glass bulb 9 BE. In front of the pinch point there is a screen made of mica. However, the upper 10 is even better. The glass bulb 9 is mainly spherical and is provided with a base 11. The inside of the glass bulb is covered with a yellow-phosphorescent zinc-cadmium sulfide layer 12.
The space between the tube 1 and the piston 9 is carefully evacuated and can be filled with an inert gas, e.g. B. with nitrogen, be filled ge.
The power consumption of the discharge tube 1 is 75 watts. The inside of the wall part surrounding the discharge path has a surface of 2.25 cm, so that the loading of the tube per cm2 of this surface is about 33 watts.
The inner diameter of the spherical part of the bulb 9 is 10 cm, so that the surface of the phosphorescent bulb wall is about 314 cm '. The efficiency of this lamp, i.e. the number of international lumens of visible light per watt of energy consumption by the tube, was 51 lumens per watt.
With a diameter of the piston of 9 respectively. 8.5 cm and a surface of the piston wall of about 255 respectively. 225 cm2 the efficiency was 47.5 respectively. 46 lumens / watt.
Increasing the piston diameter by more than 10 cm only brought about a relatively rapidly decreasing increase in efficiency. With a diameter of 11 cm the efficiency was 52 lumens / watt and with a diameter of 15 respectively. 20 cm the efficiency was 55 respectively. 56 lumens / watt.
The required large piston surface is so in the examples mentioned by enlarging the piston diameter and not by corrugation of the piston wall it is enough so that the piston surface is smooth, whereby the application of the phosphorescent substance is easier than with corrugation of the piston wall or similar artificial Enlargement of the piston surface. Such an artificial enlargement of the piston surface often also has an unfavorable influence on the beam path. The phosphorescent substance can be applied on the outside, in the material of the bulb, on the inside or on both sides of the bulb surface.