DE1227996B - Lampenkolben fuer eine elektrische Entladungslampe - Google Patents

Lampenkolben fuer eine elektrische Entladungslampe

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DE1227996B
DE1227996B DED36825A DED0036825A DE1227996B DE 1227996 B DE1227996 B DE 1227996B DE D36825 A DED36825 A DE D36825A DE D0036825 A DED0036825 A DE D0036825A DE 1227996 B DE1227996 B DE 1227996B
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lamp
piston
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DED36825A
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Luke Thorington
Gerald Schiazzano
Joel Shurgan
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Duro Test Corp
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Duro Test Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J5/00Details relating to vessels or to leading-in conductors common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J5/02Vessels; Containers; Shields associated therewith; Vacuum locks

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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 - 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • - 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.
  • . 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Langgestreckter, im wesentlichen zylindrischer 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, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeforinte nutenförmige 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 nichtkreisförmige Querschnitt entlang der Kolbenlänge stetig gewunden ist.
  2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zwei nutenfönnige Vertiefungen aufweist, die jeweils in einer entsprechend gekrümmten Bahn von begrenztem Radius um die Kolbenlängsachse laufen und in Richtung dieser Achse Abstand voneinander aufweisen. 3. Kolben nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Nuten vorgesehen sind, deren Mittenabstände um den Kolbenumfang herum betragen, wobei n die Zahl der Nuten ausdrückt.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 475 072, 603 416, 629 658, 651821, 845 440, 906 245; deutsche Patentanmeldung S 25934 Vlb/32 a (bekanntgemacht am 28. 5. 1953); französische Patentschriften Nr. 861799, 1223 792; USA.-Patentschriften Nr. 2 743 388, 2 915 664.
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