DE1054171B - Lampenkolben mit einspringender Mulde fuer Niederdruck-Gasentladungslampen - Google Patents

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)

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. Ε. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. April 1956

Eugene Lemmers, Cleveland Heights,
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
S_b = 560' kg/cm²
S_c = 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 b_v b_t' und a_v 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)

aufrecht stehenden Rippen von etwa kreisförmigem Querschnitt zwischen den einzelnen, Muldenfeldern kann die Erfindung angewandt werden, um eine, zusätzliche Festigkeit zu erzielen. Patentansprüche:

1. Lampenkolben langgestreckter Form für Niederdruck-Gasentladungslampen nach Patentanmeldung G 18585 VIII c/21 f mit mindestens einem einspringenden Muldenteil_j 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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