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Lampenkolben für eine elektrische Entladungslampe Die Erfindung betrifft
einen langgestreckten, im wesentlichen zylindrischen Lampenkolben für eine elektrische
Entladungslampe, der über dem größten Teil seiner Länge mit mindestens einer eingeformten
nutenförmigen Vertiefung versehen ist, durch die der Entladungsraum einen unrunden
Querschnitt erhält.
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Die Erfindung sucht die Entladungsstrecke der Lampe bei gleichbleibender
Lampenkolbenlänge zu verlängern, wobei der Lampenkolben eine solche räumliche Form
besitzen soll, daß die Lampen leicht gerollt, gebündelt oder während des Herstellungsverfahrens
überzogen werden können, und die Festigkeit und Starrheit des Kolbens entlang der
Kolbenlängsachse in jeder Richtung im wesentlichen gleich gut ist.
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Bei bekannten Entladungslampen ist der Lampenkolben mit parallel zur
Kolbenachse verlaufenden Nuten oder Eindellungen versehen. Derartig angeordnete
Nuten oder Eindellungen sind jedoch nicht geeignet, die Entladungsstrecke im Lampenkolben
ausreichend zu verlängern. überdies werden durch die Anordnung von Eindellungen
und Nuten in Längsrichtung des Kolbens zumindest in einer Radialrichtung die Festigkeit
und Starrheit des Kolbens erheblich beeinträchtigt. Es sind ferner Mehrkammerröhren
bekannt, bei denen durch entlang der Längsachse des Lampenkolbens spiralförmig verlaufende
Trennwände eine Verlängerung der Entladungsstrecke erreicht werden soll. Derartige
Lampenkolben sind in der Herstellung in erheblichem Maße aufwendig und kostspielig.
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Die Nachteile bekannter Lampenkolben werden durch die Erfindung vermieden
und die genannten Aufgaben dadurch erreicht, daß die in erfindungsgemäßen Lampenkolben
vorgesehene(n) eingeformte(n) nutenförmige(n) Vertiefung oder Vertiefungen wenigstens
einer vollen Windung um die Kolbenlängsachse ähnlich einer Schraubenlinie folgt
und sich entlang der Längsachse des Kolbens über den größten Teil der Kolbenlänge
erstreckt, so daß der nichtkreisfönnige Querschnitt entlang der Kolbenlänge stetig
gewunden ist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Kolben
zwei nutenförmige Vertiefungen auf, die jeweils in einer entsprechend gekrümmten
Bahn von begrenztem Radius um die Kolbenlängsachse laufen und in Richtung dieser
Achse Abstand voneinander aufweisen. Eine andere Weiterbildung gemäß der Erfindung
liegt darin, daß zwei oder mehr Nuten vorgesehen sind, deren Mittenabstäde um den
Kolbenumfang herum
betragen, wobei n die Anzahl der Nuten ausdrückt. Die erfindungsgemäße Lampe hat
also im wesentlichen entlang ihrer ganzen Länge die gleiche beliebig wählbare Querschnittsform,
welche eine oder mehrere symmetrische oder asymmetrische Vertiefungen aufweisen
kann, die entweder symmetrisch oder asymmetrisch zur Lampenachse angeordnet sind.
Bei derartigen Lampen bilden die Vertiefungen entlang der Länge des Lampenkolbens
Schraubenlinien, wobei in jeder quer zur Achse verlaufenden Ebene der Querschnitt
des Lampenkolbens der gleiche ist. Der Lichtbogenweg in dem schraubenlinig verformten
Lampenkolben wird daher um einen von der Schraubensteigung abhängigen Faktor größer
sein als bei einem der Kolbenlängsachse folgenden Lichtbogen. In der schraubenlinienförmig
gewundenen Lampe hat der nicht durch die Vertiefung oder die Vertiefungen deformierte
Teil des Kolbens ebenfalls entlang der Kolbenlänge eine schraubenlinienförmige Ausbildung.
Es wird also einerseits durch eine sich über die gesamte Länge des Kolbens erstreckende
erwünschte, nichtkreisförmige Quer--schnittsform ein maximaler Strahlungswirkungsgrad
erzielt, während andererseits der Kolben auf Grund seines nichtdeforinierten schraubenlinienförmigen
Umfangsabschnitts die Eigenschaften eines Zylinders
aufweist und
in allen Richtungen gleichmäßig fest ist, so daß er während seiner Herstellung gebündelt,
gerollt und mit einem überzug versehen werden kann.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Teil
der Beschreibung, in welchem die Erfindung an Hand von Zeichnungen beschrieben ist.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Ansicht einer gemäß der Erfindung hergestellten
Lampe, von der ein Teil weggebrochen gezeigt ist, F i g. 2 ein Querschnitt
der in F i g. 1 gezeigten Lampe, F i g. 3 bis 10 Querschnitte
von verschiedenartig geformten Lampen gemäß der Erfindung, F ig. 11 ein
Diagramm, welches für verschiedene Radien der Schraubenlinien oder Lichtbogenversetzungen
(von der Mittelachse weg) das prozentuale Anwachsen der Lichtbogenlänge bei schraubenlinienförmigen
Lampen gegenüber der Lichtbogenlänge bei reinem, axialem Verlauf zeigt, F i
g. 12 ein das Anwachsen der Lampenleistung (in Watt) beim Verringern der
Querschnittsfläche darstellendes Diagrarnm, F i g. 13 ein den Einfluß des
Lampenwirkungsgrades bei Änderungen von gewissen Betriebsparametem zeigendes
Diagramm und F i g. 14 ein Diagramm, daß die Beziehungen zwischen
der Leistungsaufnahme und der Lichtabgabe für in Luft und Wasser arbeitende, im
Querschnitt kreisförmig oder schraubenlinienförmig ausgebildete Lampen zeigt.
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Es ist bei Leuchtstofflampen bekannt, daß eine Lampe von kreisförmigem
Querschnitt bei normalen oder höheren Belastungen nicht die größte Lichtausbeute
hat. Die Lichtausbeute ist als die Lumenleistung einer Lampe je Watt Belastung
definiert worden.
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In ihrem im November 1957 in Alluminating Engineering« erschienenen
Artikel verwendeten Aicher und Lemmers einen Kennwert Q, um die Leistungen
von verschiedenen Lampen, die mit übernormalen Belastungen arbeiteten, auszuwerten.
Es wurde im allgemeinen festgestellt, daß die Leistungsaufnahme je etwa
30 cm Lampenlänge, bis zu welcher eine Leuchtstofflampe ohne unterhalb eines
gegebenen in Lumen je Watt ausgedrückten Wirkungsgrads abfallen kann, sich
proportional dem Kennwert Q ändert.
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Der Kennwert Q wurde als
definiert, worin p der Umfang des Lampenquerschnitts und a die Querschnittsfläche
ist. Der Kennwert wird manchmal auch die
genannt. Unter Verwendung des Kennwertes Q wurde gezeigt, daß bei einer höher
als normal liegenden Belastung für eine Lampe mit gegebenem Kolbendurchinesser einen
Kolben mit kreisförmigem Querschnitt den niedrigsten Q-Wert und daher die niedrigste
Lichtausbeute im Vergleich mit Kolben von beliebig anderem Querschnitt hatte.
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Im allgemeinen wird bei normal oder höher als normal belasteten Lampen
durch Vergrößern der
der Kolben die Lichtausbeute erhöht, beispielsweise durch eine Deformierung der
Lampenquerschnittsform, die zu einer Verringerung der Lampenquerschnittsfläche bei
im wesentlichen konstant bleibendem Umfang führt.
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Dies wird in dem Artikel von S p e n k e und Steenbeck
(erschienen in Wissenschaftliche Veröffentlichungen Siemens-Werke, 15, S. 18,
1936) erörtert, welche die Zunahme der Säulenspanunng beiinAbflachen der Kolben
und derEntladungslichtbögen untersucht. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß Lampen
mit nicht kreisförmigem Querschnitt im Gegensatz zu solchen mit kreisförmigem Querschnitt
bei einer gegebenen Leistungsaufnahme je Einheit der Lampenlänge mit verbessertem
Wirkungsgrad arbeiten; oder anders gesagt mit einer höheren Leistungsaufnahme
je Einheit der Lampenlänge bei demselben Wirkungsgrad.
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Eine Art von Lampen mit einer verhältnismäßig hohen welche gemäß den
von Aicher und Lemmer
entwickelten Prinzipien konstruiert ist, und die einen nichtkreisförinfigen Querschnitt
hat, ist die sogenannte »re-entrant«-Rülenlampe. Diese Lampe hatte einen etwa nierenförmigen
Rillenquerschnitt, wobei eine Anzahl von Rillen in Abstand längs des Kolbens in
krenelierter Anordnung in Ab-
ständen vorgesehen ist, so daß abwechselnde
Ab-
schnitte längs der Länge des gleichen Umfangssektors von kreisförmigem
Querschnitt und anschließend von nichtkreisförmigem Querschnitt waren. Diese Lampe
war in dem im November 1957 in »Illuminating Engineering« erschienenen Artikeln
erwähnt und ist auch in der USA.-Patentschrift 2915664 beschrieben. Ein erwünschtes
Merkmal dieser Lampe ist die große Helligkeit der Rille. Obwohl Kolben mit verhältnismäßig
hohen
mit nichtkreisförmigem Querschnitt ausgeführt worden sind, war es jedoch nicht möglich,
einen Kolben mit bestmöglicher Rillenform herzustellen. Die bestmögliche Rillenform
ist diejenige, welche der Lampe eine maximale Lichtaustrahlungsfläche, eine hohe
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zur Erhöhung des Gradienten und die für eine wirksame Ausnutzung des Füllgases
beste Kolbenform gibt. Ferner ist es wünschenswert, daß sich die Rille über die
ganze Länge des Kolbens erstreckt, um noch höhere Gradienten zu erzielen. Vorzugsweise
sollte dabei auch erreicht werden, daß die Länge des Lichtbogenweges unter Erhöhung
des Spannungsgradienten und des gesamten Wirkungsgrades vergrößert wird.
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Die Wahl eines bestmöglichen, nichtkreisförmigen Querschnitts für
eine Leuchtstofflampe ist in hohem Maße von rein fertigungstechnischen Erwägungen
abhängig. Beispielsweise muß der Kolben eine zufriedenstellende Implosionssicherheit
und eine zufriedenstellende Starrheit aufwesien. Er muß sich auch leicht mit einem
überzug versehen lassen und muß einer leichteren Herstellung halber auch rollen
können. Die Verwendung eines bestmöglichen Querschnitts ist bisher nicht erreicht
worden, weil, wenn man die Rille zum Erreichen einer bestmöglichen Form abflacht,
d. h., wenn man die Seite des Kolbens abflacht, die bauliche Festigkeit des
Kolbens abnimmt, so daß er den beim normalen Gebrauch auftretenden Beanspruchungen
nicht standhalten kann. Im allgemeinen muß eine Leuchtstofflampe
einen
Druck von 5 Atmosphären aushalten können, damit sie sicher gehandhabt werden
kann. Diese Sicherheitserfordernisse haben daher bisher die Entwicklung neuer Querschnittsformen
beschränkt.
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Es muß hier in Betracht gezogen werden, daß eine stetige Verformung
eines zylindrischen Kolbens längs seiner Achse einen unrunden Kolben ergibt, dessen
Festigkeit und Starrheit in einer Richtung geringer als in der anderen Richtung
ist und daß ein solcher Kolben nur schlecht gerollt oder mit einem überzug versehen
werden oder zusammengebündelt werden kann. Bei bereits bekannten Lampen wurde der
Versuch gemacht, Probleme, die bezüglich der Starrheit und des Rollvermögens des
Kolbens und der optimalen Gestaltung der Rillen auftreten, dadurch zu lösen, daß
man auf einer gemeinsamen Achse liegende Rillenabschnitte verwendete und zwischen
den Rillenabschnitten Kolbenabschnitte von kreisförmiger Querschnittsform beließ.
Bei einer anderen bekannten Lampenart verliefen die Rillen alternierend an einer
und der anderen Seite des Kolbens, so daß alternierende, gegeneinander versetzte,
kreisförmige Abschnitte verblieben, die ein Rollen der Kolben ermöglichten. Jedoch
verringerte sich im ersten Fall der Lichtausbeute der Lampe durch die verbleibenden,
kreisförmigen Abschnitte.
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Durch die Erfindung soll eine bei normalen oder höheren Belastungen
arbeitende Lampe geschaffen werden, welche gleichzeitig alle der folgenden wünschenswerten
Merkmale aufweist: hohe
des Kolbenquerschnitts zur Erhöhung des Gradienten; Möglichkeit einer Verwendung
von sehr verschiedenen Rillenformen; einen größtmöglichen Wirkungsgrad der Füllgase;
eine hohe Festigkeit des Kolbens; und eine Erhöhung der Lichtbogenlänge ohne Vergrößerung
der Lampenlänge zwecks weiterer Erhöhung des Gradienten.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in F i g. 1 gezeigt, in der
eine Leuchtstofflampe dargestellt ist, dessen Kolben 11 aus einem geeigneten
Werkstoff, beispielsweise Glas, besteht. Der Kolben 11 hat im wesentlichen
kreisförinige Enden 12, die bei 14 mit einer Schulter versehen sind, damit Anschlußsockel
16 mittels eines geeigneten Verfahrens mit dem Kolben verbunden werden können.
Jeder der Anschlußsockel 16 hat eine Kontaktfläche 18, über welche
er an die nicht gezeigten Zusatzgeräte und die Stromquelle angeschlossen ist.
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Jede der Kontaktflächen 18 ist mit einer Elektronen emittierenden
Fadenkathode 20 beliebiger Bauart verbunden. Eines der Enden der Lampe hat einen
nicht gezeigten Ansatz, durch welchen der Kolben luftleer gemacht und durch welche
das Füllgas und eine kleine Menge eines Zündmaterials wie Quecksilber eingefüllt
wird. Der Ansatz wird anschließend verschlossen. Die Innenwand des Kolbens
11 ist entlang ihrer ganzen Länge mit einem geeigneten Leuchtstoffüberzug
versehen, der auf die emittierte Strahlung anspricht, um Licht einer gewünschten
Wellenlänge zu erzeugen. Viele Arten von Leuchtstoffen sind für diesen Zweck bekannt,
so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt. Die Erfindung kann mit vielen Arten
von Lampen und verschiedenen Arten von Strahlungsmaterialien, Kolbenwerkstoffen,
Zündgasen, Leuchtstoffen, Elektroden usw. Verwendet werden. Im folgenden sei die
Erfmdutig an Hand einer Argon- und Quecksilbertröpfchen enthaltenden Leuchtstofflampe
beschrieben. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Bei dieser Art von
Lampe wird das Gas für gewöhnlich mit einem Druck von zwischen 0,5 und
5 Torr eingefüllt und gleichzeitig die Quecksilbertröpfchen in den Kolben
eingebracht. Es können aber auch andere Edelgase als Zündgas verwendet werden. Bei
der bevorzugten Ausführungsforin der Lampe ist die Temperatur der Röhrenwand so
groß, daß ein Quecksilber-Partialdruck von zwischen 1 und 20 - 20-3
Torr aufrechterhalten werden kann.
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Eine optimale Kolbenquerschnittsform zur Erzielung einer hohen Lichtausbeute
ist in F i g. 2 gezeigt-Dieser Querschnitt ist verhältnismäßig flach und
weist symmetrische Rillen 25 und 26 auf, die sich gegenüberliegen.
Die oberen und unteren Teile 27
und 28 des Kolbens sind nicht verformt
und weisen ihren ursprünglichen, kreisförmigen Umfang auf, so ,laß eine symmetrische
Querschnittsform entsteht Diese symmetrische Ouerschnittsform kann als eine Acht,
deren Seiten eingedrückt sind, oder als eine abgerundete »Sanduhr« bezeichnet werden.
Da die Rille verschiedene Formen haben kann, kann der Querschnitt auch als ein Kreis
angesehen werden, der an gegenüberliegenden Seiten von den als Kegelschnitte (Kreise,
Parabeln, Hyperbeln) ausgeführten Rillenwänden geschnitten wird. Bisher war es nicht
möglich, Querschnitte dieser bevorzugten, allgemeinen Form entlang der ganzen Kolbenlänge
oder im wesentlichen entlang der ganzen Länge zu erhalten, weil dann, wie bereits
erwähnt, die Festigkeit der evakuierten Lampe zu gering war, um bei atmosphärischem
Druck den beim Handhaben auftretenden Beanspruchungen standzuhalten und weil der
Querschnitt in einer Richtung übermäßig flexibel war sowie auch deshalb, weil die
Kolben während ihrer Herstellung nicht leicht gerollt, gebündelt oder mit einem
überzug versehen werden konnten.
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Um diese Nachteile zu vermieden, ist der Querschnitt des Kolbens nach
F i g. 2 schraubenlinienförmig über im wesentlichen die ganze Kolbenlänge
verformt, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist, und zwar derart, daß die gewünschte
Querschnittsforin über die ganze Kolbenlänge erhalten bleibt, abgesehen von den
Kolbenenden, an denen die Anschlußsockel befestigt sind. Jede der Rillen
25 und 26 erstreckt sich schraubenlinienförmig von einem zum anderen
Kolbenende, wobei die Rillen an der Kolbenaußenwand um 1801 versetzt sind.
Die Mitten jeder der Rillen 25 und 26 sind dabei entlang der ganzen
Kolbenlänge überall um 180' versetzt, so daß die Rillen sich immer gegenüberliegen.
Die kreisförmig gebogenen Kolbenabschnitte 27 und 28 sind ebenfalls
über die ganze Kolbenlänge als sich gegenüberliegende schraubenlinienförmige Abschnitte
ausgebildet. Da die kreisförmigen Abschnitte 27 und 28 durchgehend
sind, verleihen sie dem Kolben in allen Richtungen eine gleichförmige Festigkeit,
so daß dieser erheblichen Druck- und Handhabungsbeanspruchungen widerstehen kann.
Sie verleihen dem Kolben feiner die erwünschten Merkmale eines Zylinders, welche
ein leichtes Handhaben, ein Rollen und ein Beschichten des Kolbens während seiner
Herstellung ermöglichen.
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Typische Dimensionen einer Lampe von der Querschnittsform der F i
g. 2 sind wie folgt: Für eine T17-Lampe (mit 17 Einheiten von
3,2 mm Länge für den Röhrenaußendurchmesser) ist die größere
Abmessung
b zwischen den kreisförmigen Abschnitten 27 und 28 etwa 54
mm und die kleinere Abmessung c zwischen den Mitten der Rillen 25 und
26
etwa 18 mm. Der Querschnitt hat bei F i g. 2 (Innenabmessung)
etwa einen Umfang von 160 mm und 'eine Fläche von etwa 13 cm2. Die
Steigungen der von der Rille 25 und 26 gebildeten Schraubenlinien
sind so gewählt, daß eine vollständige Umdrehung auf etwa 25 cm Kolbenlänge
kommt. Je nach der Art der Lampen und ihrer Verwendungszwecke kann eine beliebige
Steigung verwendet werden.
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Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Lampe hat gegenüber
einer krenelierten Lampe viele Vorteile. Unter diesen Vorteilen sind- Eine bessere
Lichtausbeute bei gleicher Belastung für Lampen gleicher Länge; größere Belastbarkeit
je Längeneinheit der Lampe; bessere Ausnutzung des von der Leuchtstoffbeschichtung
erzeugten Lichtes auf Grund der im größeren Maße frei nach außen weisenden Oberfläche.
Die Lampe hat ferner, wie bereits erwähnt, auf Grund der stetigen Verwindung des
nichtverformten Kolbenteiles eine große Festigkeit. Außer .dem. bedarf der Kolben
beim Einbau keiner besonderen Ausrichtung, weil die ein Maximum an Licht ausstrahlenden,
frei liegenden, schraubenlinienförmi-.gen Flächen der Doppelrillen groß sind.
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Die Herstellung des in F i g. 1 dargestellten Kolbens mit doppelten,
schraubenlinienförmigen Rillen kann in verschiedener Weise vorgenommen werden, beispielsweise
durch die Verwendung von beheizten Preßformen usw. Ein vorzugsweiser Weg zum Formen
des Kolbens besteht darin, einen üblichen Kol-- ben von kreisförmigem Querschnitt
auf einer Drehbank langsam umlaufen zu lassen, während man zwei auf Abstand stehende
Flammen parallel zur Kolbenachse langsam bewegt, und zwar derart, daß bei jeder
Umdrehung eine der Steigung der Schraubenlinie entsprechende Strecke von den Flammen
zurückgelegt wird. Dies führt dazu, daß Teile der Wandung des Kolbens so eingedrückt
oder abgeflacht werden, daß die gewünschte, doppelt gerillte Querschnittsform entsteht,
wobei aber die übrigen Teile der Wandung unverformt bleiben.
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Die schraubenlinienförmig ausgebildeten Lampen gemäß der Erfindung
können auch andere Querschnittsformen haben. So zeigt F i g. 3 den Querschnitt
einer Lampe-, in welcher die verformte Fläche die Form eines Ringabschnitts mit
einer Rille 30 hat. Eine, diesen Querschnitt aufweisende Lampe der in F i
g. 1 gezeigten Art hat eine einzige, schraubenlinienförmige Rille, die sich
über die gesamte Kolbenlänge erstreckt.
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In F i g. 4 ist eine Lampe mit Rillen 31-, 32 und
33 und mit drei nichtverformten Abschnitten 35, 36
und 37 dargestellt,
welch letztere dem Kolben die erforderliche Festigkeit geben. Auch hier ist die
Lampe in der beschriebenen Weise verformt, wobei sich die drei Rillen
31, 32 -und 33 als drei Schraubenlinien im gegenseitigen Abstand von
1201 über im wesentlichen die ganze Kolbenlänge erstrecken.
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Andere bei der Herstellung von schraubenlinienförmig ausgebildeten
Lampen verwendete Quer-.schnitte sind in. den F i g. 8, 9 und 10 gezeigt.
Die dreirillige Ausführung (F i g. 8) ähnelt der in F i g. 4 gezeigten
Bauart. Die Rillen 3-l', 32" und 33'
sind jedoch weniger tief, und
die nichtverformten Teile 35', 36' und 37' nehmen einen größeren Teil
des Kolbenumfangs ein. F i g. 9 zeigt eine Lampe von im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt mit den im wesentlichen flachen Abschnitten 45 und den gebogenen Abschnitten
46. Es wurde gefunden, daß durch ein Ab-
flachen des Lichtbogens bei einem
unter Beibehaltung seines Umfangs abgeflachten Kolbens bei konstantem Strom eine
Erhöhung der Spannung eintritt und daß die größte Erhöhung bei einem Verhältnis
des Abschnitts 45 zum gekrümmten Abschnitt 46 von 6:1 eintritt. Bei Überschreiten
dieses Verhältnisses von 6:1 nimmt das Anwachsen des Gradienten merklich
ab. Die Abmessungen der Abschnitte40 und 46 werden daher entsprechend gewählt.
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Fig. 10 zeigt eine weitere Querschnittsform, welche der der
F i g. 3 nahe kommt, wobei die Rille30' etwas flacher ist. Es sei
ausdrücklich bemerkt, daß der Erfindungsgedanke einer schraubenlinienförmigen Ausbildung
der Lampe für fast alle erdenklichen, nichtkreisförmigen Querschnittsfonnen Anwendung
finden kann.
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Eine andere Querschnittsform eines Lampenkolbens ist in Fig.
5 gezeigt. Diese Querschnittsform ähnelt der in F i g. 2 gezeigten
Querschnittsform, abgesehen davon, daß der Bodenteil 40 weiter ausgeschweift ist
als der -obere Teil 41. Bei dieser asymmetrischen Querschnittsform neigt der Lichtbogen
dazu, durch den weiter geöffneten Teil des Querschnitts zu gehen, weil er den Weg
des geringsten Widerstandes nimmt. Der Lichtbogen wird also den schraubenlinienförmigen
Weg durch den weiter ge-
öffneten Teil 40 nehmen und daher einen Weg zurücklegen,
der größer als die axiale Länge des Kolbens ist. Dieser größere Weg hängt von der
Steigung der Schraube ab und kann in gewünschter Weise gewählt werden. Diese Vergrößerung
des Entladungsweges vergrößert den Gradienten und damit auch den Anteil der positiven
Säule an der Lampenleistungsaufnahme. Dieser Vorteil wird ohne jede Vergrößerung
der axialen Gesamtlänge erreicht.
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F i g. 11 zeigt für verschiedene Steigungen die gegenüber einem
axialen Weg erzielte, prozentuale Vergrößerung des Entladungsweges durch Verwendung
eines schraubenlinienförmigen Lichtbogenweges in Abhängigkeit vom Radius der Schraubenlinie
oder von der Versetzung des Lichtbogens und der Kolbenachse in Zentimeter. Es ist
beispielsweise ersichtlich, daß eine Versetzung von 1,25 cm von der Kolbenachse
bei einer Steigung von 25 cm den Entladungsweg für eine 1,22 in lange T 17-Lampe
(mit 104 cm Elektrodenabstand) um etwa 5 cm und bei einer Steigung von
10 cm um nahezu 30 cm erhöht. Diese Vergrößerung der Lichtbogenlänge
ohne entsprechende Vergrößerung in der axialen Kolbenlänge ist offensichtlich ein
zusätzlicher Vorteil, welcher zu den durch die Verwendung eines nichtkreisförmigen
Querschnitts erreichten Vorteilen hinzukommt.
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Das um eine Lampe nach F i g. 5 herumzirkulierende Kühlmedium
(für gewöhnlich Luft) strömt an dem Abschnitt 41 entlang. Da in diesem
Ab-
schnitt 41 kein Lichtbogen vorhanden ist, so herrscht hier eine geringere
Temperatur als in dem breiteren Abschnitt 40. Die asymm ische Querschnittsform der
F i g. 5 hat daher den zusätzlichen Vorteil, daß sie den Quecksilberdruck
innerhalb der Lampe auf einen für höhere Belastungen erwünschten Wert hält. Die
Kühlzonen 41 tragen zu einer erhöhten Leistung der Lampe bei, da durch sie eine
geringstmögliche Lampentemperatur erzielt wird, die dem für eine
optimale
Lichterzeugung günstigen Temperaturwert näher kommt.
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Die Lampe von der Querschnittsform der F i g. 5
wird in ähnlicher
Weise hergestellt wie die in F i g. 1
gezeigte Lampe. In diesem Fall sind
die asymmetrischen Rillen als Schraubenlinien aufgeführt, welche entlang des Kolbens
einen geringeren Abstand als 180' haben. Andere asymmetrische Querschnittsformen
für die Lampenkolben sind in den bereits besprochenen F i g. 3 und
10 und in den F i g. 6 und 7
gezeigt. Die Lampe nach F i
g. 6 ähnelt der Lampe nach F i g. 5, aber unterscheidet sich von dieser
hinsichtlich der Rillentiefe, die weniger ausgeprägt ist, so daß die Kurven an den
Verbindungsstellen zwischen den kreisförmig gebogenen und gerillten Ab-
schnitten
50 und 51 flacher sind. Die Querschnittsfläche der Lampe nach F i
g. 6 ist ebenfalls so ausgelegt, daß die beiden Rillen 50 nicht genau
180'
voneinander angeordnet sind, so daß eine Asymmetrie der Rillen bezüglich
der Lampenachse vorhanden ist. Der Lampenquerschnitt in F i g. 6 vereinigt
die folgenden Vorteile: Es wird eine geringstmögliche Lichtmenge abgefangen und
daher eine hohe Gleichmäßigkeit der Helligkeit am Lampenumfang erzielt; die Querschnittsfläche
ist flach, und der Entladungsweg wird durch die asymmetrische Form verlängert. Während
die im wesentlichen rechteckige Querschnittsform nach F i g. 9 vom Standpunkt
einer geringstmöglichen Beeinträchtigung der Lichtausstrahlung die günstigste Form
hat, so ist sie doch im wesentlichen symmetrisch zur Lampenachse angeordnet, so
daß keine wesentliche Verlängerung des Lichtbogenweges erreicht wird. Die Ausführung
nach F i g. 6 ist daher eine gute Kompromißlösung, um die Lichtaustrahlung
und gleichzeitig den Lampenwirkungsgrad zu erhöhen. Eine Lampe mit der Querschnittsforrn
nach F i g. 6 hat den weiteren Vorteil, daß der Hauptstrom der Entladung
von der Lampenachse weg verlagert wird, was die Stabilität und die Weglänge des
Lichtbogens erhöht. Ein anderer Vorteil dieser Querschnittsforin ist der hohe Gleichmäßigkeitsgrad
der Helligkeit, der an ihrem Umfang vorhanden ist, wobei noch hinzukommt, daß jede
etwa vorhandene Ungleichmäßigkeit schraubenlinienförmig über die Länge der Lampe
verteilt wird. Diese Art eines schraubenaienförmigen Querschnitts hat daher die
gewünschten Eigenschaften und wird sowohl für Lampen mit normaler Belastung als
auch für höher belastete Lampen verwendet.
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F i g. 7 zeigt noch eine weitere asymmetrische Querschnittsform
zur Vergrößerung des Entladungsweges. Diese Querschnittsform hat im wesentlichen
flache Seitenabschnitte 52 und gekrümmteAbschnitte 53 und 54, welche
zusammen eine trapezoidähnliche Fläche bilden. Der größere gekrümmte Abschnitt
53
verleiht der Lampe eine große Festigkeit, während die Querschnittsform
als solche die vorerwähnten Vorteile eines größeren Entladungsweges und bessere
Lichtausstrahlungseigenschaften hat.
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Die in den F i g. 7 und 9 gezeigten Querschnittsformen
weisen beide sowohl teilkreisförmige Teilbereiche als auch gerade Teilbereiche auf.
Die in diesen Figuren im Querschnitt gezeigten Kolben bilden auf Grund der teilkreisförmigen
Teilbereiche 53 und 54 in F i g. 7 und 46 in F i g. 9 schraubenlinienförinig
verlaufende Kolbenzylinder. Die Abflachungen 52
(F i g. 7) und 45 (F
i g. 9) erscheinen im Vergleich zu den zylinderförmigen Kolbenaußenbereichen
als eingeformte, nutenförmige Vertiefungen, die schraubenlinienförmig den Kolben
umlaufen.
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Der Erfindungsgedanke kann sowohl bei mit normaler Leistung oder höherer
Leistung arbeitenden Leuchtstofflampen Anwendung finden. Bisher bestand ein Weg,
auf dem man eine Vergrößerung des Anteiles der positiven Lichtsäule an der Lampenleistungsaufnahme
bei Lampen mit normaler Leistung zu erreichen suchte, darin, daß Argon durch Neon
(bis zu 30"/o) ersetzt wurde, nachdem die Lampenleistung bei konstanter Lichterzeugung
verringert worden war (durch Verringern. des Gasdruckes und die Verwendung von Anodenkühlvorrichtungen).
Hierdurch wurde die Lampenleistung bei konstant bleibendem Wirkungsgrad wiederhergestellt.
Obwohl Zweifel bestanden, ob durch einen solchen Ersatz die Lichtausbeute tatsächlich
erhöht werden konnte, so bestand doch kein Zweifel daran, daß das Neongas sich auf
die Lebensdauer der Lampe ungünstig auswirkte.
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In mit normaler Leistung arbeitenden Lampen, die gemäß der Erfindung
schraubenlinienfönnig ausgebildet sind, kann eine Verwendung von Anodenkühlvorrichtungen
und verringertem Gasdruck er-u reicht werden, während gleichzeitig die Leistungsaufnahme
der positiven Säule durch die Verwendung von nichtkreisförmigen Querschnittsfonnen
erhöht '
werden kann. Diese Verringerung kann unter Vera wendung von Argon
an Stelle von Neon als Füllgas erzielt werden. Eine T12-Lampe, die einen der in
Fig. 6 gezeigten Querschnittsform ähnlichen Querschnitt hat und eine Rillensteigung
von 25 cm und einen Argondruck von 2,2 Torr aufweist, erzeugt bei. einer
nominellen Leistung von 40 Watt mehr als 3 100 Lumen »kalten« weißen Lichtes.
F i g. 12 zeigt das Verhältnis zwischen der Zunahme der Säulenleistung und
der relativen Verringerung des Querschnitts für eine Lampe dieses Typs bei einem
Betriebsstrom von 0,43 Amp. Die Kurve (a) in F i g. 13
zeigt den relativen
Lampenwirkungsgrad bei 40 Watt aufgetragen über der relativen Querschnittsverminderung.
Die Kurve zeigt, daß die Zunahme der Leistung der Säule bei im wesentlichen gleichen
oder höheren Lichtausbeuten erzielt wird.
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Die Kurven (b) und (c) in der gleichen Figur zei-: gen die
entgegengesetzte Wirkung, die bei abnehmender Querschnittsfläche durch eine Erhöhung
des Gradienten der positiven Säule und durch eine Erhöhung der Stromdichte hervorgerufen
wird.
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In hoch belasteten Lampen ist die Verwendung von asymmetrischen Querschnitten,
welche einen spiralfönnigen Weg des größten Teils der Entladung in der Lampe mit
sich bringen, von besonderem Vorteil, weil jede Vergrößerung in der Weglänge eine
proportionale Vergrößerung der Lampenspannung zur Folge hat. Die Auswahl eines asymmetrischen
Querschnitts, der eine gewünschte Vergrößerung der Weglänge und gleichzeitig eine
geringstmögliche Beeinträchtigung der Lichtausstrahlung durch die Lampenfonn zur
Folge hat, wurde bereits beschrieben.
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Um bei sehr hohen Belastungen hohe Gesamtwirkungsgrade zu erhalten,
mußten bei der Lampenherstellung die Gasdrücke verringert werden (bis auf etwa
1 Torr), um geringere Gasverluste und höhere Elektronentemperaturen zu erhalten.
Dieser Weg kann auch bei schraubenlinienförmig ausgebildeten Lampen beschritten
werden. Ein zusätzliches und allgemein bekanntes Erfordernis ist, daß der Quecksilberdampfdruck
geregelt
werden muß, wie dies in F i g. 14 gezeigt ist. Die Kurven (a) und
(b) der F lg. 14 gelten für eine 1,22-m-T 17-Lampe (Argon bei 1 Torr)
von kreisförmigem Querschnitt beiziner Leistungsaufnahme von über 120 Watt in Luft
von 25' C und Wasser von 40' C. Die schraubenlinienförmige Lampe gestattet
eine besonders gute Regelung der Quecksilbertemperatur, weil lediglich entweder
am Hals oder an der Basis eines Querschnitts nach Art der F i g. 6 die Krümmung
geringfügig vergrößert werden muß. Wenn dies längs 180' der Schraubenlinie
und nach der Mitte der Lampe zu vorgenommen wird, so ergibt sich eine Quecksilberdruckregelzone.
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- Unter Anwendung der vorerwähnten Prinzipien wurde eine Lampe
mit der Querschnittsform der F i g. 6 mit einer Schraubenliniensteigung von
etwa 25 cm konstruiert, welche mit Argon bei 1 Torr Druck gefüllt
war. Wie aus der Kurve (e) der F i g. 14 ersichtlich ist, zeigt diese
Lampe bei höheren Belastungen eine erheblich höhere Lichtleistung als die T17-Lampe
mit kreisförmigem Querschnitt. Alle Lampen mit anderen nichtkreisförmigen Querschnitten,
die geprüft wurden, lagen näher an der Kurve (b) als an der Kurve für die
schraubenlinienförmige Lampe. Zusätzlich dazu kann die Lampe bei geringeren Stromstärken
wesentlich höher belastet werden als jede heute erhältliche Hochleistungslampe.
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. Die relativ gleichmäßige Verteilung der Helligkeit der Lampe
und die Möglichkeit, die Lampe ohne besondere Ausrichtung einzubauen, sind Faktoren,
welche die Vorteile von schraubenlinienförmig ausgebildeten Hochleistungslampen
zeigen.
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Unter Verwendung des Erfuidungsgedankens gebaute Lampen weisen ein
nennenswert höheres Verhältnis von Betriebsspannung zum Lampenstrom auf als bisher
bekannte Lampen. Dies führt natürlich zu einem besseren Anteil der positiven Säule
an der Leistungsaufnahme der Lampe und zu einer sehr erheblichen Verminderung der
Vorwiderstandsverluste sowie zu einer Verringerung der Lampengröße und Herstellungskosten.
Durch die Verringerung der Lampenherstellungskosten sind die Gesamtkosten für die
Beleuchtung niedriger, wobei zusätzliche die vorstehend beschriebenen, den schraubenlinienförmigen
Lampen innewohnenden Vorteile erzielt werden.
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Es ist also ersichtlich, daß durch die Erfindung eine elektrischeEntladungslampe
mit einem imQuerschnitt nichtkreisförmigen Kolben von verschiedenen Querschnittsformen
geschaffen worden i5t. Qbwohl nur einige Querschnittsarten dargestellt worden sind,
so kann doch jeder gewünschte Querschnitt von symmetrischer oder asymmetrischer
Form verwendet werden, solange der Kolben in Längsrichtung Schraub benlinienförmig
verformt ist. Durch diese schraubenlinienförmige Form erhält die Röhre eine ausreichende
bauliche Festigkeit unter gleichzeitiger Erhöhung der Lichtausbeute.