DE1054171B - Lampenkolben mit einspringender Mulde fuer Niederdruck-Gasentladungslampen - Google Patents
Lampenkolben mit einspringender Mulde fuer Niederdruck-GasentladungslampenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Niederdruck-Gasentladungslampen mit langgestrecktem
rohrförmigem Lampenkolben mit mindestens einer in Längsrichtung verlaufenden einspringenden Mulde,
die im Bereich dieser Mulde einen Entladungsraum mit einem. Querschnitt der allgemeinen Form eines
Ringsektors haben, wie sie in der Patentanmeldung G18585 VIIIc/21f vorgeschlagen sind. In der
Hauptpatentanmeldung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Lampe mit einspringender Mulde
geschildert, bei welcher eine Mulde sich durchgehend über nahezu die gesamte Lampenlänge längs der einen.
Seite des Kolbens erstreckt. Lampen mit Kolben dieser Gestalt haben ein hohes Verhältnis des Umfangs
zur Querschnittsfläche und gleichzeitig einen verhältnismäjßig hohen Implosionswiderstand. Resonanzstrahlungslampen
mit diesem Querschnitt, z. B. Leuchtstofflampen, bei denen die Resonanzstrahlung
des Quecksilberdampfes bei 2537 Ä verwendet wird, um durah Erregung eines Phosphors auf der Innenseife
der Wände des Kolbens sichtbares Licht zu erzeugen, sind höher belastbar und ergeben einen
höheren Lichtstrom je Längeneinheit, als es bisher möglich war. Diese Lampen haben außerdem weitere
günstige Eigenschaften, unter denen, eine bevorzugte Lichtabstrahlung in den Sektor des Querschnitts, der
die Mulde umfaßt sowie eine verbesserte Regulierung des Dampfdruckes zu nennen, sind.
Lampen, bei denen die Mulde sich ununterbrochen längs einer Seite des Kolbens erstreckt, sind vom
Standpunkt der elektrischen Eigenschaften und der Leistung am günstigsten. Ihre Festigkeit Und1 ihr
Implosionswiderstand sind aber nicht so hoch wie diejenigen von derartigen. Lampen anderer Gestalt
mit einspringenden Teilen, z. B. von Ausführungsformen, bei denen die Lampe mittels aufrechter Rippen
von im allgemeinen kreisförmigem Querschnitt in einzelne Felder mit Mulden aufgeteilt ist. Um eine
genügende Festigkeit mit vernünftigem Sicfherheitsspielraum bei Lampen mit durchgehender Mulde zu
erreichen, mußten bei größeren Röhren, z. B. Röhren mit einem Nenndurchmesser von 5,4 cm Glasröhren
mit verhältnismäßig dicken Wänden ves-wendet werden. Verständlicherweise sind derartige Röhren
teurer, schwieriger zu handhaben und zu Lampen zu verarbeiten und ergeben schwerere Lampen, deren
größeres Gewicht an sich schon einen Nachteil darstellt.
Demgemäß ist Ziel der Erfindung die Schaffung eines neuen und verbesserten Lampenkolbens mit
einspringendem Teil, der ohne eine wesentliche Gewichtszunahme eine erhöhte Festigkeit und erhöhten
Implosionswiderstand aufweist Insbesondere soll es sich um einen Lampenkolben mit einer einspringen-Lampenkolben
mit einspringender Mulde für Niederdrack-Gasentladungslampen
Zusatz zur Patentanmeldung G 18585 VIIIc/21 f
(Auslegeschrift 1 044 274)
(Auslegeschrift 1 044 274)
Anmelder:
General Electric Company,
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. Ε. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. April 1956
V. St. v. Amerika vom 19. April 1956
Eugene Lemmers, Cleveland Heights,
Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
den Mulde handeln, welche sich zusammenhängend und ununterbrochen längs einer Seite desselben erstreckt,
wobei der Kolben nach der Erfindung eine größere Festigkeit und einen, höheren Implosionswiderstand aufweist, als bisher bei Lampen mit der
gleichen Größe und Gestalt und dem gleichen Gewicht möglich war.
Erfindungsgemäß wird eine Lampe mit mindestens einer längsverlaufenden einspringenden, Mulde im
Lampenkolben von verbesserter Festigkeit und erhöhtem Implosionswiderstand dadurch geschaffen,
daß die Wandstärke des Glaskolbens in den Bereichen der maximalen mechanischen Beanspruchung,
d. h. mit hoher Spannungskonzentration, an der konkaven Innenwand der Mulde und an den Außenwänden
des Kolbens zu beiden Seiten der Mulde, insbesondere an der äußeren Biegung der Schmalseiten
gegenüber der übrigen Kolbenwand erhöht ist. Dadurch, daß die Wandstärke in diesen Zonen erhöht
wird, indem z. B. die Wände an diesen Stellen etwa doppelt so dick wie im übrigen Querschnitt des Kolbens
gemacht werden, wird die maximale mechanische Beanspruchung des Kolbens, die von dem auf dem
Lampenkolben lastenden Luftdruck herrührt, wesentlich verringert. Hierdurch ergibt sich eine Lampe von
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verbessertem Implosionswiderstand ohne eine wesentliche Gewichtserhöhung im Gegensatz zu einer Lampe
mit gleichmäßiger verstärkter Wandung.
Einzelheiten des Lampenkolbens nach der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt
Fig. 1 eine Gasentladungslampe mit einspringender Mulde an ihrer Unterseite in schaubildlicher Darstellung,
wobei Teile der Kolbenwand zwecks Verkürzung der Figur und Sichtbarmachung des Innenaufbaues
weggebrochen sind,
Fig. 2 einen Querschnitt der Lampe nach Fig. 1 und
Fig. 3 einen Querschnitt der Röhre mit kreisförmigem Querschnitt, aus welcher der Kolben, nach Fig. 1
durch entsprechende Verformung hergestellt werden kann.
In Fig. 1 ist eine Leuchtstofflampe 1 dargestellt, die bei Niederdruck betrieben wird. Die Lampe besitzt
einen langgestreckten Glaskolben 2 mit Röhrenenden 3 von kreisförmigem Querschnitt, die am Ende
ringförmig abgesetzt sind, um sie mit den Sockeln 4 zu verbinden. Die Sockel können mit versenkten
Doppelkontakten versehen sein und bestehen demgemäß aus einem Metallteller 5, an. dem eine Scheibe 6
aus Isoliermaterial befestigt ist, die mit einem länglichen Ansatz 7 versehen ist. Die äußeren Verlängerungen der Zuführungsdrähte 8 und 9 gehen durch
einen mittleren Kanal in der Scheibe bis zu der versenkten Außenfläche des Ansatzes und dienen als
Kontaktanschlüsse.
An beiden Enden der Röhre ist ein Fuß 11 am Umfang mit dem Röhrenende verschmolzen. Er besitzt
einen Ouetschfuß 12, in welchen die Zuführungsdrähte 8 und 9 eingeschmolzen sind. Die inneren
Enden der Zuführungsdrähte tragen die Glühkathode 13, die aus einer Wolframdrahtdoppehvendel bestehen
und mit einer aktivierten Mischung von Erdalkalioxyden bedeckt sein kann. Die Mischung besteht
z. B. aus Barium- und Strontiumocxyd. Einer der Füße ist mit einem Pumpstutzen versehen, der in der
üblichen Weise abgeschmolzen ist.
Die Lampe enthält ein. iönisierbares Gasgemisch aus einem inerten Zündgas unter niedrigem Druck,
z. B. Argon bei einem Gasdruck von einigen Millimetern Hg, und Quecksilberdampf. Die bei 14 gezeigten
Ouecksilbertröpfchen übersteigen in 'ihrer Menge das während des" Betriebs der Lampe' verdampfte
Quecksilber. Beim Betrieb hat der Quecksilberdampf einen Partialdruck im Bereich zwischen 1 und
20 Mikron, um die Resonanzstrahlitng des Quecksilbers bei 2537 Ä in optimaler Weise zu erzeugen.
Ein bei 15 an der Innenseite des Kolbens angebrachter Leuchtstoffüberzug verwandelt die Resonanz-Strahlung
in sichtbares Licht.
Längs der Unterseite des Glaskolbens 2 ist ein einspringender Teil 16 vorgesehen, der sich über die gesamte
Länge des Kolbens zwischen den runden Enden 3 und 3 erstreckt. Der Querschnitt des Kolbens
kann als abgeflachte Röhre, die in Querrichtung zu einem umgekehrten U aufgerollt wurde, beschrieben
werden. Genauer gesagt, stellt der Querschnitt des Entladungsraumes einen Ringsektor dar, der
durch im allgemeinen konzentrische Wände 17 und 18 und konvexe Verbindungswände 19 und 19' begrenzt
ist. Die konvexe Außenwand 17 hat die kleinste Krümmung. Ihr Radius ist im wesentlichen derjenige
der ursprünglichen runden Röhre, aus welcher die Röhre mit Mulde hergestellt wurde. Die konkave
Innenwand 18 hat eine größere Krümmung als die Außenwand 17. Ihr Krümmungsradius beträgt etwa
ein Drittel desjenigen der Außenwand 17. Die konvexen Verbindungswände 19 und 19' sind mit einer
etwas größeren Innenkrümmung als die konkave Innenwand versehen. Dies geschieht deshalb, weil
zwar der Abstand von Wand zu Wand möglichst konstant bleiben soll, jedoch eine Einschnürung in der
Mitte infolge der Tendenz der Entladung, nur den Raum, auf einer Seite der Einschnürung einzunehmen,
unbedingt vermieden werden muß. Da die Verformung des Glases nicht in jedem. Falle mit vollkommener
Genauigkeit vorgenommen werden kann, macht man praktisch den inneren Krümmungsradius der
konvexen Verbindungswände etwas kleiner als denjenigen der konkaven Innenwand 18, d. h. etwas kleiner
als die Hälfte des maximalen Wandabstandes der konzentrischen Außen- und Innenwände 17 und
18. Vorzugsweise ist die Mulde mit mehr oder weniger geraden, geneigten Wandabschnitten 21 und
21' versähen, die zwischen die gekrümmte Wand am Grunde der Mulde und die Verbindungswände eingeschaltet
sind. Die Seitenwände der Mulde laufen also' nach unten auseinander.
Typische Abmessungen von Lampen mit einspringender Mulde gemäß Fig. 2 aus Rohren mit
einem Nennaußendurchmesser von 5,4 cm und einer Länge von 1,22 bis 2,45 m, bei denen die Erfindung
angewandt werden kann, sind die folgenden: Der Krümmungsradius T der Außenwand 17 beträgt etwa
2,7 cm, gemessen an der Außenfläche. Der Krümmungsradius A der Innenkrümmung der Mulde bei 18
beträgt etwa 7,9 mm, gemessen bis zur Außenfläche des Glases. Der Krümmungsradius B der Verbindungswände
19 und 19' beträgt etwa 8,3 mm, wieder bis zur Außenfläche des Glases gemessen. Die
Krümmungsmittelpunkte der Verbindungswände befinden sich in einem Abstand C von 2,4 mm unterhalb
des Krümmungsmittelpunktes der konkaven Innenwand 18. Die schrägen Seitenwände der Mulde verlaufen
unter einem Winkel Θ gegen die Vertikale, der mehr als 15°, z. B. etwa 27°, beträgt. Hinsichtlich
der Radien A und B der Mulde und der Verbindungswände muß die Glasdiclie hinzugefügt bzw. abgezogen
werden, um die Krümmungsradien der Innenfläche zu erhalten, welche den. Querschnitt des Entladungsraumes
bestimmt.
Die Gasfüllung von Niederdruck-Gasentladungslampen wie Leuchtstofflampen befindet sich auf so
niedrigem Druck gegenüber der äußeren Atmosphäre, daß für alle praktischen Zwecke der Lampenkolben
als evakuiert angesehen werden kann. Aus diesem Grunde spielt der Implosionswiderstand des Lampenkolbens
gegen äußeren Atmosphärendruck eine wesentliche Rolle. Bei Kolben mit kreisförmigem Querschnitt
wird der radiale Atmosphärendruck auf die Wände in eine im wesentlichen gleichförmige tangentiale
Druckbeanspruchung der Glaswände verwandelt. Bei Lampen mit einspringender Mulde ist dagegen
die Beanspruchung nicht gleichmäßig. Druckversuche mit einer großen Anzahl derartiger Lampen haben gezeigt,
daß die maximalen Spannungen im wesentlichen in drei ziemlich schmalen Zonen lokalisiert
sind, nämlich in der inneren konkaven Wand der Mulde und den Verbindungswänden an beiden
Seiten der Mulde, insbesondere an der äußeren Krümmung "derselben. Dies wird experimentell dadurch
festgestellt, daß das Bruchbild des Kolbens betrachtet wird, wenn dieser einem übermäßigen
Außendruck z.B. in einer hydraulischen Druckkammer ausgesetzt wird.. Es kann auch dadurch bestätigt
werden, daß das Glas in den Zonen der maxi-
malen Beanspruchung geschwächt wird, indem es z. B. mit Kratzern versehen wird. Kratzer im Glas
in diesen Zonen verringern den Iniplosionswiderstand des Kolbens beträchtlich, während sie an anderen
Stellen des Kolbens weniger oder gar keinen Einfluß haben.
Die mathematische Untersuchung der Beanspruchungen in Kolben mit gleichmäßiger Wanddicke, wie es in Fig. 2 gestrichelt bei 2' gezeigt ist,
ergibt, daß der Punkt a in der Mitte der konvexen Außenwand 17 dem geringsten Biegungsmoment unterworfen
ist. Die Punkte b und V in der äußeren Krümmung der Seitenwände 19 und 19' und der
Punkt c in der Mitte der konkaven Innenwand 18 der Mulde sind Stellen mit maximalem Biegungsmoment,
wobei das größere Maximum bei c auftritt. Die Spannung in den Wänden ändert sich mit dem Biegungsmoment, jedoch ist das Moment an den. Punkten a
und c von. entgegengesetztem Vorzeichen wie. an den Punkten b und V'. In den Punkten b und V herrscht
an der äußeren Wandfläche ein Zug und an der inneren Wandfläche hingegen ein Druck. In den Punkten a
und c steht die äußere Wandfläche unter Druck und die innere Wandflache unter Zug.
Rechnungen auf der Grundlage einer gleichmäßigen Wanddicke von 1,27 mm und unter Annahme einer
linear über die Wandstärke verteilten Spannung liefern die folgenden Schätzungen der maximalen Spannung
^ an den Punkten a, b (bzw. b') und c unter Atmosphärendruck, d. h. einem Druck von etwa einer
Normalatmosphäre.
^a= 35 kg/cm2
Sb = 560' kg/cm2
Sc = 840 kg/cm2
Sb = 560' kg/cm2
Sc = 840 kg/cm2
35
Wenn die Wandstärke erhöht wird, ändern sich die Spannungen etwa umgekehrt zum Quadrat der Dicke.
Zum Beispiel ergibt eine Erhöhung der Wandstärke von 1,27 auf 1,52mm, d.h. im Verhältnis 5:6, eine
Verringerung der oben angegebenen maximalen Spannungen im Verhältnis von etwa (5)2: (6)2, d. h.
auf Werte von etwa 70°/» der obigen Zahlen.
Erfindungsgemäß wird die Wandstärke des Kolbens an ausgewählten Stellen, welche den Bereichen
der größten Spannungen entsprechen, verschieden stark erhöht. Dies geschieht insbesondere an der inneren
gekrümmten Wand der Mulde im Bereich des Punktes c und an den Seitenwänden des Kolbens, besonders
an ihrer äußeren Krümmung im Bereich der Punkte b und V. Zum Beispiel kann die Wandstärke
im größten Teil des Querschnitts 1 bis 1,5 mm und an den Punkten b, V und c 2 bis 3 mm betragen, wobei
zu beiden Seiten dieser Punkte ein allmählicher Übergang auf die Wandstärke von 1 bis 1,5 mm stattfindet.
Hierdurch wird die maximale Spannung in den Kolbenwänden wesentlich verringert, z. B. auf
etwa die Hälfte der oben angegebenen Zahlenwerte, ohne daß eine wesentliche Steigerung im Gesamtgewicht
des Kolbens eintritt. Zum Beispiel kann, das Gewicht des Kolbens um nur 30'n/o im Vergleich mit
derjenigen Zunahme steigen, die eintreten würde, wenn die Wandstarke im ganzen Querschnitt gleichmäßig
auf den Wert erhöht würde, der zur Erzielung des gleichen Implosionswiderstandes erforderlich
wäre.
Die obige Tabelle zeigt, daß nach der Rechnung Punkt c in der Mitte der inneren Krümmung der
Mulde eine Spannung von 840 kg/cm2 aufweist, die also um etwa 50% höher ist als die Spannung von
560 kg/cm2 an den Punkten b und b' auf der äußeren
Krümmung der Seitenwände. Hieraus würde sich ergeben, daß die Wände am Punkt c dicker als an den
Punkten b und. b' gemacht werden müssen. Dies braucht aber in der Praxis nicht unbedingt der Fall
zu sein. Es hat sich ergeben, daß ein Ausfall der Lampe bei einer Implosionsprüfung meistens infolge
eines Fehlers oder eines. Kratzers in einem Bereich mit hoher Spannungskonzentration auftritt. Ferner
ist ein Fehler oder Kratzer in. einem Bereich mit Zugspannung weit gefährlicher als in einem Bereich mit
Druckspannung, weil Glas eine viel größere Druckfestigkeit als Zugfestigkeit aufweist. Nun steht im
Bereich c die Innenfläche der Wand unter Spannung, und diese Fläche ist natürlich keiner Verletzung und
keinen Kratzern ausgesetzt. An den Punkten b und b' steht dagegen die Außenfläche unter Spannung, und
hier ist die Möglichkeit von Kratzern sehr leicht gegeben. Demgemäß kann es in der Praxis ebenso
wichtig oder sogar noch wichtiger sein, die Wanddicke an den Punkten b und b' an der äußeren Krümmung
der Seitenwände zu erhöhen, wie im Punkt c an der inneren Krümmung der Mulde.
Infolge der Spannungen, die in den Glaswänden durch ungleichmäßige Erwärmung des Kolbens beim
Betrieb der Lampe auftreten, sind dem Ausmaß der unterschiedlichen Verdickung der Wände zwecks erhöhter
Festigkeit praktische Grenzen gesetzt. Im allgemeinen bewegt sich die obere Grenze des Verhältnisses
der größten zur kleinsten Wa.nddicke in der Größenordnung von 3: 1 für die üblichen Abmessungen
der rohrförmigen Lampenkolben mit Durchmessern zwischen 2,5 und 5,5 cm. Ein Verhältnis
von 2:1 ist für die meisten Anwendungen vorzuziehen.
Eine Lampe mit einspringender Mulde, deren Wände in den Gegenden der größten Spannungskonzentration verdickt sind, kanu dadurch hergestellt
werden, daß das einspringende und unterschiedlich dicke Rohr unmittelbar gezogen wird oder daß eine
Röhre von kreisförmigem Querschnitt mit unterschiedlicher Wandstärke verformt wird. Die Wandstärke,
der in Fig. 3 dargestellten zylindrischen Röhre 22 ist vorzugsweise in den Bereichen bv bt' und av
welche den Bereichen b, b' und c in Fig. 2 entsprechen, verstärkt. Die Verformung kann dadurch
geschehen, daß der runde Kolben bis zum Erweichungspunkt erhitzt und dann in eine geeignete
Form eingelegt wird, welche ihm die gewünschte Gestalt gibt. Auf Wunsch kann dies nach dem Freiformverfahren
geschehen, wobei die Röhre in einer ausgewählten Zone, welche der Mulde entspricht, auf
ihre Erweichungstemperatur erhitzt wird. Dies entspricht im Falle eines Kalkglaskolbens etwa 540'° C.
Ein geeignetes Werkzeug mit einer Rippe oder einem Ansatz, der der Mulde entspricht, wird dann auf den
Kolben heruntergelassen, wobei der Ansatz mit der Kolbenfläche in derjenigen Zone in Berührung kommt,
in welcher das Glas über seine Erweichungstemperatur erhitzt ist. Hierdurch stülpt sich der Kolben in
dieser Zone nach innen und bildet die Mulde. Vorzugsweise berührt der Ansatz den Glaskolben in der
inneren Biegung der Mulde 18, nicht aber längs der konvexen Seitenwände 19 und 19'. Tm Bereich dieser
Seitenwände kann das Glas frei seine Form annehmen.
Der Querschnitt der einspringenden AIulde und die relative Stärke der Kolbenwände in den Gegenden mit
erhöhter Spannungskonzentration kann im Rahmen der Erfindung entsprechend abgeändert werden. Auch
bei Lampen mit mehreren unterbrochenen Mulden mit
Claims (4)
1. Lampenkolben langgestreckter Form für Niederdruck-Gasentladungslampen nach Patentanmeldung
G 18585 VIII c/21 f mit mindestens einem einspringenden Muldenteilj der sich in
Längs richtung des Kolbens erstreckt und in diesem Teil einen Entladungsraum mit einem Querschnitt
der allgemeinen Form eines Ringselctors bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche
der maximalen mechanischen Beanspruchung an der konkaven Innenwand der Mulde und an den
Außenwänden zu beiden. Seiten der Mulde eine gegenüber der übrigen Kolbenwand erhöhte Wandstärke aufweisen.
2. Lampenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke von einem
Punkt in der Mitte der konkaven Innenwand der Mulde und einem Punkt in der äußeren Krümmung
der konvexen Außenwände aus zu beiden Seiten der Mulde allmählich bis zu der kleineren
Dicke der übrigen Wand abnimmt.
3. Lampenkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der
größten zur kleinsten Wandstärke im gesamten Kolbenquerschnitt nicht mehr als 3 : 1 und vorzugsweise
etwa 2 : 1 beträgt.
4. Lampenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände
der Mulde gerade Abschnitte aufweisen, die unter einem Winkel von mindestens 15° gegen
die Symmetrieebene der Mulde geneigt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 482 421.
USA.-Patentschrift Nr. 2 482 421.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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