DE1464193B2 - Elektrische Glühlampe mit einem rohrförmigen Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Glühlampe mit einem rohrförmigen Kolben, dessen Innendurchmesser zwischen etwa 4 und 20 mm, dessen Länge mindestens das Dreifache des Durchmessers und dessen Betriebstemperatur mindestens 250° C, insbesondere 600 bis 700° C, betragen, mit einer axial im Kolben verlaufenden und sich praktisch über dessen ganze Länge erstreckenden Glühwendel und mit einer Kolbenfüllung, die mindestens eines der Edelgase Argon, Krypton oder Xenon und etwa 0,02 bis 1 Mikromol Jod pro Kubikzentimeter des Kolbenvolumens enthält. Der Joddampf dient als Regenerationsgetter und transportiert im Betrieb das abgedampfte Wolfram wieder auf den Glühfaden zurück; er verhindert dadurch eine Kolbenschwärzung durch auf der Kolbeninnenwand kondensierten Wolframdampf. Für das Edelgas wird allgemein ein Druck von 600 Torr vorgesehen.

Der Jodgehalt ist zu mindestens etwa 0,02 Mikromol pro Kubikzentimeter Kolbenvolumens, also beispielsweise etwa 0,5 bis 1 Mikromol pro Kubikzentimeter, gewählt, und die Temperatur der Kolbenwand soll im Betrieb mehr als 250⁰C, gewöhnlich etwa 600 bis 700° C betragen, wie es bei Glühlampen mit Joddampffüllung üblich ist, um einen einwandfreien Ablauf des Regenerationszyklus zu gewährleisten.

Glühlampen der obenerwähnten Art haben sich in der Praxis ausgezeichnet bewährt und werden in großem Umfange verwendet (»Illuminating Engineering«, Dezember 1959, S. 734 bis 740). Sie bedürfen jedoch einer Verbesserung, wenn sie in senkrechter Lage betrieben werden sollen. Während bei Lampen mit größerem Innendurchmesser als 20 mm der Joddampf infolge der starken Konvektion im Lampeninneren auch bei senkrechter Betriebslage wirksam bleibt, tritt bei Lampen der eingangs genannten Gattung mit einem an sich wünschenswerten kleineren Durchmesser und einer Länge von mehr als dem Dreifachen des Durchmessers, die in einer von der Waagerechten abweichenden Betriebslage betrieben werden, eine Trennung des Joddampfes vom Inertgas durch Thermodiffusion ein. Der Joddampf konzentriert sich dabei im unteren Teil des Kolbens mit dem Ergebnis, daß im oberen Ende des Kolbens wegen des dort herrschenden Jodmangels ein schwarzer Wolframniederschlag entsteht.

Durch die Erfindung sollen daher rohrförmige Glühlampen mit Jodfüllung angegeben werden, die sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Lage einwandfrei arbeiten.

Ein einwandfreies Arbeiten der eingangs genannten Lampen in vertikaler Lage wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Edelgasdruck bei Raumtemperatur für Xenon mindestens etwa 1300 Torr, für Krypton mindestens etwa 2300 Torr und für Argon mindestens 3300 Torr beträgt und so hoch gewählt ist, daß bei einem Betrieb der Lampe mit senkrecht stehender Kolbenachse und einer Glühwendeltemperatur von etwa 2950° K keine nennenswerte Trennung des Jods vom Edelgas eintritt, wobei die oben angegebenen Drücke für jede Erhöhung der Glühwendeltemperatur um 150⁰C jeweils um etwa 200 Torr zu erhöhen sind.

Bei einer Temperatur der Glühwendel von 3100° K, wie sie für Lampen verschiedener Typen zu bevorzugen ist, konnte, also eine Trennung des Joddampfs vom Edelgas und eine vorzeitige Kolbenschwärzung weitgehend dadurch verhindert werden, daß als Mindestdruck bei kalter Lampe, also bei normaler Raumtemperatur von etwa 24° C, für Xenon etwa 1500 Torr, für Krypton etwa 2500 Torr und für Argon etwa 3500 Torr gewählt wurden. Die Mindestdrücke und ihre Abhängigkeit von Gas und Wendeltemperatur wurden durch Reihenuntersuchungen an verschiedenen Lampen ermittelt, wobei die Trennung des Joddampfs von Edelgas visuell unmittelbar nach dem Abschalten der Lampen beobachtet wurde und die Dauer bis zur Schwärzung des oberen Kolbenendes bzw. die Lebensdauer der Lampe, wenn keine solche Kolbenschwärzung auftrat, festgestellt wurden.

Es wurden beispielsweise I20-Volt-500-Watt-Lampen mit zwei verschiedenen Glühwendellängen getestet, die Nennwirkungsgrade von 21 bzw. 26 Lumen pro Watt hatten. Die Lampen mit 21 Lumen pro Watt hatten Kolben mit 8 mm Innendurchmesser, 10 mm Außendurchmesser und einer Kolbeninnenlänge von etwa 80 bis 82 mm, das Kolbenvolumen betrug etwa 4 cm³. Die Glühwendel bestand aus 278 Windungen eines 0,18 mm dicken Wolframdrahtes und hatte einen Außendurchmesser von etwa 1,1 mm, die Wendellänge betrug 71 mm zuzüglich 8 mm für die Enden. Die wahre Betriebstemperatur der Wendel betrug etwa 2950° K. Der Jodgehalt betrug 2,5 Mikromol. Die Lampen mit 26 Lumen pro Watt waren entsprechend ausgebildet, mit der Ausnahme, daß die effektive Glühwendellänge etwa 60 mm, die wahre Betriebstemperatur etwa 3115° K, die Innenlänge des Kolbens 69 bis 71 mm und das Volumen etwa 3 bis 3,5 cm³ betrugen.

Die Lampen hatten Füllungen aus Argon, Krypton und Xenon unter Drücken zwischen 1000 und 5500 Torr und wurden in vertikaler Lage betrieben. Lampen, bei denen der Druck der Füllung in kaltem Zustand unter dem durch die Erfindung angegebenen Druck lag, zeigten eine Trennung von Jod und Edelgas und eine verfrühte Kolbenschwärzung, etwa im Verlaufe von 20 bis 200 Stunden, während Lampen, deren Füllung unter einem höheren Druck stand als die angegebenen Werte, bis zum Durchbrennen keinerlei Kolbenschwärzung zeigten und eine Lebensdauer zwischen etwa 700 und 2000 Stunden, je nach Druck und Gasart, ergaben. Die Mindestdruckgrenze für einen einwandfreien Betrieb in vertikalem .Zustand nimmt mit sinkender Glühwendeltemperatur ab oder, genauer gesagt, mit abnehmendem Temperaturgradienten zwischen Glühwendel und Kolbenwand. Der Gasdruck im Betrieb der Lampe ist etwa das Vier- bis Fünffache des Fülldruckes im kalten Zustand.

Auch Lampen größerer Länge ließen sich einwandfrei in senkrechter Lage betreiben, wenn sie mit Gas unter einem die durch die Erfindung angegebenen Mindestdrücke übersteigenden Druck gefüllt waren. So ergaben sich beispielsweise für eine 270-Volt-1500-Watt-Lampe mit einer Glühwendel, die der der 500-Watt-Lampe entsprach, jedoch 206 mm lang war, einem Kolbeninnendurchmesser von 8 mm und einer Füllung aus 7,5 Mikromol Jod und Xenon unter einem Druck von 2100 bzw. 4000 Torr Lebensdauern von über 2500 bzw. 2800 Stunden, ohne daß ein Niederschlag auf der Kolbeninnenwand auftrat.

Während Lampen mit großem Kolbeninnendurchmesser, z. B. 20 mm, wegen der starken Konvektion auch mit niedrigeren Fülldrücken als die oben an-

gegebenen Mindestwerte einwandfrei in vertikaler Lage betrieben werden können, trat bei Lampen mit einem sehr kleinen Kolbeninnendurchmesser von weniger als 4 mm eine Trennung von Jod und Permanentgas auch bei einer Xenonfüllung mit einem Druck von 2600 Torr auf. Lampen mit einem Kolbeninnendurchmesser von 5 mm konnten dagegen in vertikaler Lage betrieben werden, ohne daß eine Thermodiffusionstrennung auftrat, wenn der Fülldruck oberhalb der angegebenen Mindestwerte lag.

Bei Untersuchungen an rohrförmigen Lampen mit Kaltfülldrücken bis zu 15 000 Torr und mit Jodfüllung zeigte sich, daß die Lebensdauer mit dem Gasdruck rasch bis zu einem Maximalwert wächst, oberhalb dessen sie konstant bleibt. Dieser Grenzdruck hängt vor allem von der Glühfadentemperatur und dem Kolbeninnendurchmesser ab. Für die obenerwähnten 500-Watt-Lampen betrugen diese Werte etwa 4000 bzw. 5000 Torr. Für die 500-Watt-Lampe mit 21 Lumen pro Watt kann z. B. bei Verwendung von Argon unter einem Druck von 3500 Torr eine Lebensdauer von etwa 6000 Stunden erreicht werden. Bei einem Betrieb dieser Lampe mit Überspannung (bis zu 188 Volt) und einem hohen Fülldruck (Xenon, 7100 Torr) konnte ein Anfangswirkungsgrad von 40 Lumen pro Watt und eine mittlere Lebensdauer von 180 Stunden erreicht werden. Dies entspricht einer wahren Glühwendeltemperatur von 3500 ⁰K, die nur 155 ⁰K unter dem Schmelzpunkt des Wolframs liegt. Bei hohen Drükken, etwa ab 5000 Torr, ist es zweckmäßig, den Kolben aus einem dickwandigeren Rohr (Wandstärke z. B. 2 mm) herzustellen. Außerdem ist es zweckmäßig, bei einem Betrieb mit Überspannung und höheren Wendeltemperaturen und Gasdrücken höhere Jodkonzentrationen von etwa 0,5 bis 1 Mikromol pro Kubikzentimeter darüber zu verwenden.

Eine Erhöhung des Gasdruckes bringt außerdem schon ab etwa 1000 bis 1400 Torr den Vorteil mit sich, daß praktisch keine Kolbenexplosionen infolge einer am Ende der Lebensdauer auftretenden Lichtbogenbildung mehr vorkommen, die bei niedrigeren Gasdrücken von beispielsweise etwa 600 Torr gelegentlich auftreten.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, deren einzige Figur eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Lampe zeigt.

Die dargestellte Lampe enthält einen rohrförmigen Kolben 1, der vorzugsweise aus Quarz besteht und eine axial verlaufende Glühwendel! aus Wolframdraht umschließt, die über gerade Endteile 3 mit einer Folieneinschmelzung 4 und Anschlußleitern 5 aus Molybdän verbunden ist, welche vakuumdicht durch Quetschfußteile 6 an den Kolbenenden durchgeführt sind. Die Glühwendel 2 ist in Abständen durch Halterungen 7 abgestützt, die die Form von Wolframdrahtspiralen haben können, welche an der Glühwendel befestigt sind und diese an der Kolbeninnenwand abstützen. Der Kolben 1 enthält außerdem eine Inertgasfüllung unter einem Druck entsprechend der Lehre der Erfindung und etwas Joddampf, die über einen Pumpstutzen 8 eingeführt werden, der im Verlaufe der Fertigung der Lampe abgeschmolzen wird.

Bei dieser Lampe zeigen sich keine Unterschiede im Betriebsverhalten zwischen waagerechter und senkrechter Betriebslage.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Glühlampe mit einem rohrförmigen Kolben, dessen Innendurchmesser zwischen etwa 4 und 20 mm, dessen Länge mindestens das Dreifache des Durchmessers und dessen Betriebstemperatur mindestens 250 °C betragen, mit einer axial im Kolben verlaufenden und sich praktisch über dessen ganze Länge erstreckenden Glühwendel, und mit einer Kolbenfüllung, die mindestens eines der Edelgase Argon, Krypton oder Xenon und etwa 0,02 bis 1 Mikromol Jod pro Kubikzentimeter des Kolbenvolumens enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelgasdruck bei Raumtemperatur für Xenon mindestens etwa 1300 Torr, für Krypton mindestens etwa 2300 Torr und für Argon mindestens 3300 Torr beträgt und so hoch gewählt ist, daß bei einem Betrieb der Lampe mit senkrecht stehender Kolbenachse und einer Glüh-Wendeltemperatur von etwa 2950 ⁰K keine nennenswerte Trennung des Jods vom Edelgas eintritt, wobei die oben angegebenen Drücke für jede Erhöhung der Glühwendeltemperatur um 150 ⁰C jeweils um etwa 200 Torr zu erhöhen sind.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur der Glühwendel etwa 3100 ⁰K und der Mindestdruck der Gasfüllung bei Zimmertemperatur für Xenon etwa 1500 Torr, für Krypton etwa 2500 Torr und für Argon etwa 3500 Torr beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen