DE1172773B - Elektrische Gluehlampe und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIk

Deutsche Kl.: 2If-35

Nummer: 1172773

Aktenzeichen: P 22571 VIII c / 21 f

Anmeldetag: 10. April 1959

Auslegetag: 25. Juni 1964

Bei elektrischen Glühlampen wird das in der Temperaturstrahlung eines durch elektrische Energie erhitzten Körpers enthaltene sichtbare Licht ausgenutzt. Um eine beträchtliche Energieausstrahlung zu erhalten und um zu erreichen, daß ein möglichst großer Anteil dieser Energieausstrahlung in das Gebiet der höchsten Empfindlichkeit des Auges fällt, muß der Leuchtkörper sehr hohe Temperaturen von über 2000° C annehmen. Als Material für den Leuchtkörper wurden deshalb schon lange vorzugsweise hochschmelzende Metalle oder Verbindungen benutzt und für sogenannte Allgebrauchsglühlampen wegen seiner relativ geringen Verdampfungsgeschwindigkeit und seines hohen Schmelzpunktes fast ausschließlich Wolfram verwendet.

Die Lichterzeugung in einer Glühlampe erfolgt bekanntlich mit einem sehr geringen Wirkungsgrad. Neben der Ausstrahlung nicht sichtbaren (ultraroten und ultravioletten) Lichtes tritt als hauptsächlicher Energieverlust die Ableitung von Wärme vom Leuchtkörper an die Umgebung in Erscheinung. Diese Wärmeableitung geschieht über die meist aus Molybdändraht gefertigten Halter, die den Leuchtkörper mittels einer am einen Halterende gebildeten Öse unterstützen, während das andere Halterende isoliert im Lampenfuß eingeschmolzen ist, über die Stromzuführungen sowie über das Gas, mit welchem der Glühlampenkolben gefüllt ist. Die erwähnten Halter waren bei den für die üblichen Gebrauchsspannungen wie 110 bis 220 Volt erforderlichen langen Leuchtkörpern bisher notwendig, um dafür zu sorgen, daß der Leuchtkörper die ihm bei der Herstellung gegebene Form auch im Betrieb beibehält. Die Gasfüllung dagegen bezweckt eine Herabsetzung der Verdampfungsgeschwindigkeit des Leuchtkörpermaterials und im Zusammenhang damit nicht nur eine erhöhte Temperatur bei gleicher Lebensdauer des Leuchtkörpers, sondern auch die Verhinderung einer merklichen Schwärzung des Kolbens während dieser Lebensdauer.

Die erwähnten Verluste durch Wärmeleitung wirken sich so aus, daß man, um den Leuchtkörper auf der gewünschten und durch gleichzeitiges Abwägen von Ausstrahlung und Lebensdauer ermittelten günstigsten Temperatur zu halten, mehr elektrische Energie zuführen muß. Versuche haben ergeben, daß bei für allgemeinen Gebrauch bestimmten elektrischen Glühlampen, d. h. bei Lampen für beliebige Brennlage, Betriebsspannungen von 100 bis 250 Volt, Lebensdauern von 800 bis 2000 Stunden und Lichtausbeuten zwischen etwa 10 bis 18 Lumen/Watt und mit einer Leistungsaufnahme zwischen 15 und 100 Watt Elektrische Glühlampe und Verfahren zu deren
Herstellung

Anmelder:

Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische
Glühlampen m. b. H.,
München 2, Windenmacherstr. 6

Als Erfinder benannt:

Dr. Werner Schilling, Heidenheim/Brenz

(sogenannten Allgemeingebrauchsglühlampen) der schon von einem Halter bewirkte Verlust an elektrischer Leistung, die also für die Umwandlung in Licht nicht mehr zur Verfügung steht, l°/o beträgt. Die Wärmeleitung über das Füllgas hängt von der Form des Leuchtkörpers ab und wächst mit zunehmender Länge und in geringerem Maß auch mit dem Durchmesser des Leuchtkörpers. Eine Verringerung des damit verbundenen Leistungsverlustes in gasgefüllten Glühlampen gelang bereits durch die Ausbildung des Leuchtkörpers als Wendel oder gar als Doppelwendel, die sich hinsichtlich ihres Wärmeverlustes etwa so verhält wie ein entsprechender kurzer dicker Draht. Die Herstellung der in den meisten der heute üblichen Allgebrauchsglühlampen verwendeten Doppelwendeln erfolgt durch Aufwickeln von Wolframdraht bzw. der Primärwendel auf zwei verschieden starke Kerne aus Molybdändraht, einen Primärkern und einen Sekundärkern, die nach der endgültigen Formgebung der Wendel chemisch ausgelöst werden. Als primären Kemfaktor bezeichnet man hierbei das Verhältnis des Durchmessers des primären Molybdänkernes zum Durchmesser des Wolframdrahtes, als sekundären Kernfaktor das Verhältnis des Durchmessers des sekundären Molybdänkernes zum Durchmesser der Primärwendel. Bei den derzeit hergestellten Allgebrauchsglühlampen mit Doppelwendeln sind Kernfaktoren von 1,78 bis 2,6 üblich, und der primäre Kernfaktor ist kleiner als der sekundäre. Es war bisher kein Weg bekannt, diese Werte ohne Nachteil für die Stabilität des Wendelleuchtkörpers zu überschreiten. Eine gewisse, bisher unvermeidliche Formänderung der Wendel im BeBetrieb würde zu einem »Durchsacken« und zu Windungsschlüssen führen.

Es ist schon ein Doppelwendelleuchtkörper bekannt, bei dem der sekundäre Kernfaktor kleiner ist

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als der primäre. Ferner ist ein Wolframleuchtkörper bekannt, der aus einem einzigen Kristall oder einzelnen einander überlappenden Kristallen besteht, der in die Form einer Doppelwendel gebracht ist und einen primären Kernfaktor von 2 bis 3 und einen sekundären Kernfaktor von 2 bis 2,5 besitzt. Außerdem ist schon eine elektrische Glühlampe mit einer Edelgas und Stickstoff enthaltenden Gasfüllung bekannt, die noch einen Wasserstoffzusatz von 0,1 bis 1,5 Volumprozent besitzt.

F i g. 1 zeigt als Beispiel den zu einer Doppelwendel geformten Leuchtkörper 1, wie er in den heute üblichen für 110 Volt bemessenen 40-Watt-Lampen verwendet wird, in fabrikneuem Zustand.

weitere Herabsetzung der Wärmeleitungsverluste und eine zusätzliche Erhöhung der Lichtausbeute. Der formbeständigere Wendelleichtkörper gestattet es, Allgebrauchsglühlampen herzustellen, bei denen bei einer für eine Betriebsspannung von 110 bis 135 Volt bemessenen Wendel außer den beiden zugleich als Träger dienenden Stromzuführungsdrähten keine zusätzliche Halterung vorgesehen ist. 110-Volt-Allgebrauchsglühlampen besitzen also keinen Halterdraht, ίο sondern die beiden Stromzuführungen tragen den Leuchtkörper. Bei Allgebrauchsglühlampen für eine höhere Betriebsspannung bis 250 Volt ist höchstens ein Halter vorgesehen.

F i g. 4 zeigt einen Leuchtkörper 5 für eine

2 und 3 sind Stromzuleitungen, 4 der den Leucht- 15 40-Watt-Lampe mit einer Nennspannung von körper 1 in seiner Mitte unterstützende Halter. Wie HO Volt in fabrikneuem Zustand, während Fig. 5 aus F i g. 2 zu entnehmen ist, weist derselbe Leucht- dieselbe Wendel nach 1000 Stunden Lebensdauer körper nach 500 Betriebsstunden ein deutliches zeigt. Obgleich außer den beiden Stromzuführungen 6 Durchhängen auf, welches mehr als 10⁰/o betragen und 7 kein zusätzlicher Halter vorgesehen ist, ist das kann, wobei der Durchhang folgendermaßen de- 20 während des Betriebes erfolgende Durchsacken des finiert ist: Leuchtkörpers geringer als bei den mit Haltern ausDurchhang (»/0) = _B°g^{enhöhe A} . mn gestatteten Lampen bisheriger Bauart.

Sehnenlänge /

100.

ergab sich eine durchschnittliche Erhöhung des Lichtstromes um 6 °/o gegenüber den bisher üblichen Glühlampen gleicher Nennleistung.

Überraschenderweise konnte bei den neuen Lampen erreicht werden, daß im Vergleich zu den bisherigen Lampen keine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Leuchtkörpers auftritt, sondern diese sogar teilweise verbessert wurden. Bei

Es wurden Lampen mit verringerter Halterzahl und Kernfaktoren von 3.5 bis 20 hergestellt, deren Fig. 3 ist zu entnehmen, welche Gestalt der 25 Leistungsaufnahme bei einer Nennspannung von HO Leuchtkörper jetzt angenommen hätte, wenn kein zu- bzw. 220 Volt zwischen 15 und 200 Watt lag. Dabei sätzlicher Halter vorgesehen wäre. Ein solch starkes
Durchhängen ist für Allgebrauchsglühlampen nicht
zulässig, da es eine erheblichere Verschlechterung der
Lampenqualität verursachen würde. 30

Das Ziel der Erfindung ist eine weitere Herabsetzung der durch die Gasfüllung des Glühlampenkolbens und die Halter des Leuchtkörpers bewirkten Wärmeleitungsverluste bei Allgebrauchsglühlampen

und eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades die- 35 der Herstellung der Lampen sind allerdings einige ser Glühlampen zu erreichen. Als Allgebrauchsglüh- Vorsichtsmaßregeln zu beachten, die in erster Linie lampen im oben definierten Sinne sollen hierbei im eine besondere Reinheit des Kolbeninnern gewähr-Gegensatz zu Sonderlampen solche Lampen verstan- leisten dürften oder zumindest die Abwesenheit beden werden, die wegen ihrer universellen Anwendung stimmter, für den hocherhitzten Leuchtkörper offenin sehr großen Mengen hergestellt werden und eine 40 sichtlich schädlicher Stoffe bewirken. Untersuchunmöglichst wirtschaftliche Beleuchtung liefern sollen. gen ergaben, daß hauptsächlich die Anwesenheit von Lebensdauer und Lichtausbeute sind bei diesen Lam- Sauerstoffspuren in der fertigen Lampe oder während pen unter Verzicht auf Erzielung besonderer Eigen- des ersten Hochbrennens und der dabei erfolgenden schäften so aufeinander abgestimmt, daß unter Be- Rekristallisation des Wolframs einen sehr nachteilirücksichtigung der Kosten für Lampen und Strom die 45 gen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Beleuchtungskosten möglichst gering sind. Die Lam- Leuchtkörpers ausübt. Aus Gründen der Maschinenpen müssen außerdem eine hinreichende Stoßfestig- technik hat man das Verfahren zur Herstellung von keit besitzen und in jeder beliebigen Lage brennen Glühlampen immer in mehreren Stufen geführt, zwikönnen. sehen denen die einzelnen Bauteile der Lampe immer

Gemäß der Erfindung ist eine für allgemeinen Ge- 50 wieder abkühlen konnten und mit Luft in Berührung brauch bestimmte elektrische Glühlampe mit einem kamen. Bei der Herstellung der Lampen gemäß der

Erfindung geschieht deshalb das Hochbrennen des Leuchtkörpers auf eine die Betriebstemperatur übersteigende Temperatur in an sich bekannter Weise in einer aus Wasserstoff bestehenden oder neben inerten Gasen wie Stickstoff oder Argon auch Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß der auf der Oberfläche des Leuchtkörpers absorbierte Sauerstoff als Wasserdampf entfernt wird. Vorteilhaft wird das Hochbrennen erst durchgeführt, nachdem der Leuchtkörper auf den Fuß montiert worden ist, da eine nachträgliche Montage wegen der veränderten mechanischen Eigenschaften des Leuchtkörpers auf Schwierigkeiten stößt. Das Verfahren ist so zu führen, daß der Leuchtkörper nach dem Hochbrennen in Wasserstoff nicht mehr in Berührung mit sauerstoffhaltigem Gas kommt. Wesentlich ist ferner, daß der Kolben während des ganzen

Wolframleuchtkörper in Form einer Doppelwendel, deren primärer Kernfaktor größer ist als der sekundäre Kernfaktor, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Kernfaktor größer als 3,5 ist.

Durch die Vergrößerung der Kernfaktoren wird eine Verkürzung des Leuchtkörpers und eine mit der Verkürzung beinahe linear gehende Verminderung der Wärmeleitungsverluste, also die Erhöhung der Lichtausbeute bewirkt.

Die durch die Erfindung angestrebte Verbesserung macht sich bereits bei primären Kernfaktoren oberhalb 3,0 bemerkbar, während ein besonders deutlicher Fortschritt bei Werten oberhalb 3,5 erzielt wird.

Der verkürzte formbeständige Doppelwendelleuchtkörper erlaubt eine Verminderung der Anzahl der wärmeableitenden Halterdrähte und damit eine

Herstellungsprozesses vom Einschmelzen des Fußes über das Gaseinlassen bis zum Verschließen der Lampen keiner nennenswerten Abkühlung unterworfen wird. Um einen Luftzutritt während des Transportes der Lampen auf dem Automaten zu verhindern, kann der Kolben entweder dauernd bis zum Gasfüllen an einer Pumpe angeschlossen bleiben oder durch laufendes Spülen von Sauerstoff freigehalten werden. Einen schädlichen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Leuchtkörpers scheint auch der bei den bisherigen Lampen als Getter benutzte Phosphor bewirkt zu haben. Dieser enthält nämlich immer Spuren von Verunreinigungen, welche ungünstige Wirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Leuchtkörpers haben können. Es werden deshalb als Getter Stoffe verwendet, die sich mit einem wesentlich höheren Reinheitsgrad beschaffen lassen, vorzugsweise Zirkonium, etwa im Gemisch mit Aluminium, welches auf die Stromzuführungsdrähte aufgebracht wird.

Nach diesem Verfahren wurden auf einem Rundlaufautomaten beispielsweise 40-Watt-Lampen für Nennspannnungen von 110 und 220 Volt hergestellt, deren Leuchtkörper keine zusätzliche Halterung oder bei 220 Volt nur einen Halter besitzt und sonst nur von den Stromzuführungen getragen wird und deren Kaltstoßfestigkeit im Falle oder 220-Volt-Lampen derjenigen der bisherigen Lampen mit mehrfach gehaltertem Leuchtkörper entspricht, im Falle der 110-Volt-Lampen diese jedoch übertrifft. Im Dauerbetrieb ist eine Vergrößerung des Durchhanges des Leuchtkörpers ebensowenig festzustellen, wie ein nachteiliger Einfluß auf die Lebensdauer. Es zeigte sich, daß für Leuchtkörper, die für weniger als 135 Volt bemessen sind, kein zusätzlicher Halter mehr, für Leuchtkörper für über 135 Volt höchstens ein Halter nötig ist.

Das üblicherweise als Hauptbestandteil des Füllgases benutzte Argon enthält als Verunreinigung vorzugsweise andere Edelgase, die nicht störend wirken. Unbedingt muß darauf geachtet werden, daß keine Sauerstoffspuren im Kolben vorhanden sind, wohl aber darf Wasserstoff zugegen sein, der sogar ganz oder teilweise den meist vorhandenen Stickstoff ersetzen kann. Letzterer soll die zwischen den Enden des Leuchtkörpers bestehende Neigung zur Bildung eines Lichtbogens unterdrücken. Vom Wasserstoff genügt jedoch eine viel kleinere Menge von z. B. 1 bis %, um die Zündspannung des Gasgemisches zu erhöhen, so daß der durch das Argon-Wasserstoff-Gemisch verursachte Wärmeleitungsverlust trotz des guten Wärmeleitungsvermögens des Wasserstoffes nicht größer ist als der in einem Argon-Stickstoff-Gemisch.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Für allgemeinen Gebrauch bestimmte elektrische Glühlampe mit einem Wolframleuchtkörper in Form einer Doppelwendel, deren primärer Kernfaktor größer ist als der sekundäre Kernfaktor, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Kernfaktor größer als 3,5 ist.

2. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Lampe für eine Betriebsspannung von 100 bis 135 Volt außer den zugleich als Träger dienenden Stromzuführungsdrähten keine zusätzliche Halterung und bei einer Lampe für eine höhere Betriebsspannung bis 250 Volt höchstens ein Halter vorgesehen ist.

3. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfüllung aus Argon oder Argon und Stickstoff und 1 bis 5%> Wasserstoff besteht.

4. Verfahren, welches zur Herstellung einer elektrischen Glühlampe nach Anspruch 1 bis 3 geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hochbrennen des Leuchtkörpers in an sich bekannter Weise in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre stattfindet und darauf der Leuchtkörper nicht mehr mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in Berührung gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 411 737, 420 644,
437, 707 797, 708 725, 845 674;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 051 974;

britische Patentschrift Nr. 123 249;

österreichische Patentschriften Nr. 72 798,
468, 200 660;

USA.-Patentschrift Nr. 2 449 786.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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