DE1807439B2

DE1807439B2 - Gluehlampe mit verbesserter lichtausbeute

Info

Publication number: DE1807439B2
Application number: DE19681807439
Authority: DE
Inventors: Peter Dexter Schenectady NY Johnson (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-11-08
Filing date: 1968-11-07
Publication date: 1972-01-27
Also published as: GB1223169A; DE1807439A1; FR96306E; US3497754A; BR6803335D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühlampe mit verbesserter Lichtausbeute mit einem evakuier baren lichtdurchlässigen Kolben, einem darin ange- ordneten Glühfaden, der einen wesentlichen feil des gesamten Innenvolumens dieses Kolbens ausmacht. Ciii. r Menge wenigstens eines verdampfbaren Metallhalogenide, deren Bestandteile und Drucke innerhalb des Kolbens frei von Dämpfen mit niedrigem Druck und niedrigem lonisierup.gspotential sind, um während des Betriebes der Lampe eine Gasentladung auszuschließen, und bei der die Form der inneren Oberfläche dieses Kolbens und die Anordnung des Glühfadens solchermaßen sind, daß ein dichter und im wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen dem Äußeren des Glühfadens und der inneren

ίο Kolbenoberfläche gewährleistet ist, um den kältesten Teil der inneren Oberfläche auf einer Temperatur von 400 bis 1200° C zu halten.

Eine der wirksamsten, heute in der Praxis eingeführten Glühlampen, die sich wirtschaftlich her-

stellen lassen, ist die unter dem Warenzeichen xQuartzline Lamp« bekannte und z. B. in der USA-Patentschrift 2 883 571 vom 21. April 1959 und der deutschen Auslegeschrift 1 246 874 beschriebene Lampe. Mit der in dieser Patentschrift beschriebenen und später verbesserten Lampe lassen sich lang andauernde Wirkungsgrade bis zu etwa 20 Lumen pro Watt bei einer Lebensdauer der Lampe von mehreren tausend Stunden erreichen. In spezieilen Fällen. wenn nutzbare Lebensdauern von nur 10 bis 15 Stunden erwartet werden, kann man sogar Wirkuncsgrade von 35 Lumen pro Watt erhalten.

In Übereinstimmung mit den in der vorerwähnten US A.-Patentschrift angegebenen wünschenswerten Eigenschaften und Vorteilen dieses Lampentyps ergibt sich ein allgemein hoher Wirkungsgrad infolge p^:nes geringen Abstandes des Glühfadens von der Lampenwandung und der dadurch bedingten leichteren Erwärmung derselben, durch die größere Masse des aus einer dicht gewundenen Wendel bestehenden Glühfadens, die längs der ze.itraleii Achse des engen Quarzrohres angeordnet ist, sowie durch die gleichmäßig hohe Betriebstemperatur des Glühfadens und die Anwendung des Jodidregenerationszyklus. der zum Teil von der Wärme der Gefäßwandung abhängt, um Schwärzung des Lampenkolbens und Verschleiß des Glühfadens zu vermeiden.

In der deutschen Auslcgeschrift I 188 201 wird eine Glühlampe beschrieben, bei der in dem Betrieb der Lampe in der Gasfüllung mindestens zwei HaIogene enthalten sind. In einigen Ausführungsfonmcn erhält man diese gasförmigen Halogene durch Einführung von Mctallhalogenidcn. die dann bei Inbetriebnahme der Lampe durch Dissoziation die Anwesenheit von Halogendämpfen in der Gasfüllung bewirken. Undissoziierte verdampfte Metallhalogenide sind beim Betrieb der Lampe nicht vorhanden. In der britischen Patentschrift 952 93') wird eine Glühlampe beschrieben, die ebenfalls im Betrieb Joddämpfc zur Durchführung des Jodregenerationszyklus enthält. Auch hier sind im Betrieb der Lampe keine undissoziierten verdampften Metallhalogenide bzw. die Strahlung dieser Metallhalogenidmoleküle enthalten.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Wir-

kungsgrad von Glühlampen weiter zu verbessern und die Strahlungsleistung der Lampe in einem möglichst breiten Bereich des sichtbaren Spektralbereiches wesentlich zu erhöhen, wobei keine Gasentladung in der Glühlampe auftreten soll.

Ein Ziel der Erfindung besteht dabei darin, eine solche Glühlampe zu schaffen, bei der in einem möglichst großen, den Glühfaden umgebenden Bereich geeignete Anfangsbedingungen für du Licht-

aussendung von undissoziierten Metallhalogeniden bestehen.

Diese Aufgaben werden bei einer Glühlampe mit verbesserter Lichtausbeute mit einem evakuierbaren lichtdurchlässigen Kolben, einem darin angeordneten Glühfaden der einen wesentlichen Teil des gesamten Innenvoliimens dieses Kolbens ausmacht, einer Menge wenigstens eines verdampfbaren Metallhalogenids, deren Bestandteile und Drucke innerhalb des Kolbens frei von Dämpfen mit niedrigem Druck und niedrigem IonUierungspotential sind, um während des Betriebs der Lampe eine Gasentladung auszuschließen, und bei der die Form der inneren Oberfläche dieses Kolbens und die Anordnung des Glühfadens solchermaßen sind, daß ein dichter und im wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen dem Äußeren des Glühfadens und der inneren Kolbenoberlläche gewährleistet ist, um den kältesten Teil der inneren Oberfläche auf einer Temperatur von 400 bis 1200 C zu halten, erfindungsgemäß dadurch üclöst ist. daß das verdampfbare Metallhalogenid ein in der Nähe des Glühfadens nicht wesentlich dissoziierbares Halogenid der Gruppe der Bromide, .Iodide oder Chloride von einem der Metalle Zinn, Antimon. Zink, Cadmium. Blei, Germanium oder Arsen ist und im wesentlichen im molekularen Zustand vorliegt und dessen molekularer Dampf durch die thermische Energie des Glühfadens zur Emission von Molekularspektren anregbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das verdampfbare Metallhalogenid während des Betriebes in dem Kolben mit einem Druck von 10 bis 200 Torr vor.

Auf diese Weise erhält man eine Glühlampe mit gegenüber früheren Glühlampen bedeutend verbesserte, ,ι Wirkungsgrad und Lichtausbeute, bei der dem Licht des Glühfadens die Molekülspektrcn des Metallhalogenids oder eines Subhalogrnids oder einer Kombination dieser beiden überlagert ist. Das Metallhalogenid ist dabei im Betrieb der Lampe nicht vollständig dissoziiert und liegt in der Nachbarschaft des Glühdrahtes im wesentlichen im molekularen Zustand vor.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird neben einem oder mehreren Metallhalogeniden noch Quecksilber in einer ausreichenden Menge der Füllung zugesetzt, um während des Betriebes einen Partialdruck des Quecksilberdampfes von I bis 20 Atm zu erhalten und dadurch einen möglichst großen Raum um den Glühfaden herum zu schaffen, in dem eine Molekülstrahlung des verdampften Metallhalogenids stattfindet.

Unlcr Bezugnahme auf die Abbildungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt einer erfindungsgemäften Lampe;

F ίg. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Strahlungsintensität (ils Funktion der Wellenlänge bei einer anderen Glühlampe mit überlagertem Atomspektrum, wobei zum Teil die Verbesserung der Lichtausstrahlung wiedergegeben wird, und

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Strahlungsintensität als Funktion der Wellenlänge einer nach der vorliegender. Erfindung konstruierten Glühlampe, wobei die damit erzielte Verbesserung der Lichtausstrahluni» wiedergegeben wird.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Glühlampe einen licht

durchlässigen evakuierten Kolben 1, in dem ein Glühfaden 2 angeordnet ist, der eine dicht gewickelte Wendel bildet und in einem Paar langgestreckter Stummel 3 endet, die jeweils an einem dünnen bandartigen Leiter 4 angeschmolzen sind, der in einei Quetschung 5 hermetisch eingeschlossen ist, wodurch ein geschlossener, hermetisch abgedichteter Kolben gebildet wird. Der Kolben 1 wird durch den Stutzen 7 gefüllt und/oder evakuiert. Der Glühfaden 2 wird

ίο innerhalb des Kolbens 1 durch eine Vielzahl von gewundenen Haltern 9 getragen, die unter Federspannung zwischen der Glühwendel 2 und der Innenwand des zylindrischen Kolbens 1 angeordnet sind. Der zylindrische Kolben 1 kann zweckmäßigerweise aus einem lichtdurchlässigen, hochtemperaturbeständigen Material, beispielsweise geschmolzenem Siliziumdioxyd, Quarz oder · '.ir dichtem Aluminiumoxyd, wie es in dem USA.-Patcn' 3 026 210 offenbart ist, oder aus anderen ähnlichen lichtdurchlässigen

•20 polykristallinen, schwer schmelzbaren Oxyden bestehen. Der Glühfaden 2 besteht aus dem üblichen G'ühwendel-Material, beispielsweise einem in geeigneter Weise dotierten, z. B. thoriertem Wolframdraht, der beispielsweise einen Durchmesser von 0,076 bis 0,203 mm aufweist und der zu einer dicht gewickelten Wendel geformt ist, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß der Draht um einen etwa 0,76 mm dicken Dorn aus nichteisenhaltigem Material gewickelt wird. Bei einer besonders ausgebildeten Lampe, die für einen Betrieb bei 500 Watt konstruiert ist, besteht ein typischer Glühfaden aus ungefähr H)O Windungen pro 2,5 cm und kann ein Gewicht von ungefähr 50 bis 100 mg pro 100 mm Länge aufweisen. In solchen Glühlampen beträgt die gesamte Länge der Wendel für den Glühfaden ungefähr 60 bis 80 mm, während die gesamte Länge des Kolbens 1 etwa 115 mm beträgt und dieser aus geschmolzenem Quarz mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einem Innendurchmesser von 8 mm aufgebaut ist. Das von dem gewendelten Glühfaden eingenommene Volumen ist beachtlich, d. h., es liegt in der Größenordnung von 10 bis 50 %> des Volumens im Lampeninnem.

Die Zuführungsdrähte i0 sind aus Molybdän hergestellt und sind bei 4 zu einer im wesentlichen folienartigen Dicke von ungefähr 0,025 mm abgeplattet, um eine spannungsfreie Abdichtung durch die Quetschung 5 und so eine hermetische ÄbdichiUflg zu erzielen.

Die Wolframstummel 3 sind durch Punktschweißen mit dem Folienteil 4 der Zuführungsdrähte 10 verbunden. Obgleich die vorstehenden Abmessungen und Parameter in bezug auf eine typische 500-Watt-Glühlampe hohen Wirkungsgrades angegeben sind.

wie sie in der obengenannten USA.-Patentschrift gezeigt und heute allgemein bekannt ist, können geeignete Änderungen bei Glühlampen für andere Lei* sturtgsaufnahmen und andere Größen von Lampenfachleuten leicht durchgeführt werden.

Eine Füllung 11 aus mehreren verdampfbaren Substanzen ist innerhalb des Kolbens 1 enthalten. Die Füllung 11 im Innern der Lampe enthält als verdampfbare Substanz mindestens ein Metallhalogenid, das durch den erhitzten Glühfaden verdampft wird und dessen undissoziierten Moleküle in einen solchen Anregungszustand gebracht werden, daß sie bei der Rückkehr in den nicht angeregten Zustand Strahlungsenergie im sichtbaren Spektrum aussenden.

5 6

Durch die Molekülstrahlung wird die Strahlung des von etwa 0,1 bis 500 Torr liegen. Falls mehr als ein

Glühwendeis vergrößert und die Strahlungsabgabe Metallhalogenid zugefügt ist, dann sollte die Menge

und der Wirkungsgrad der Glühlampe erhöht. jedes einzelnen so sein, daß sie unter Betriebsbedin-

Bei dieser Glühlampe enthält die Füllung 11 noch gungen einen unabhängigen Teildruck innerhalb eine ausreichende Menge Quecksilber, so daß unter 5 dieses Bereiches im Kolben aufweist. Betriebsbedingungen, wenn das gesamte Quecksilber Obwohl Glühlampen gebaut werden können, bei verdampft ist. ein Queeksilberdampfdriick von un- denen Mengen von verdampfbaren Metallhalogenide)! gefahr I bis 20 Atm erhalten wird. In dieser Aus- innerhalb des vorgenannten Bereiches benutzt werden führungsform enthält die Füllung 11 außerdem eine können, wird das Material vorzugsweise in solcher Menge eines nicht wesentlich dissoziierbaren ver- io Menge verwendet, daß unter Betriebsbedingungen dampfbaren Metallhalogenids. welches eine charak- ein Partialdruck des verdampfbaren Metallhalogcnids teristische Molekülstrahlung innerhalb des gewünsch- von etwa 0.5 bis 100 Torr vorhanden ist. Der Zusatz ten Spektralbereiches hat, vorzugsweise innerhalb größerer Mengen macht es möglich, eine Reserve des sichtbaren Spektrums oder mit einer Mehrzahl dieser Materialien aufrechtzuerhalten, so daß im von lichtstarken Molekülbanden innerhalb desselben 15 Falle einer Abnahme von Material infolge der AbBereiches. Derartige Metallhalogenide umfassen die scheidung auf der Kolbenwand oder durch Zer-Bromide, Jodide oder Chloride von einem der Me- setzung oder durch Rekombination oder durch botalle Zinn. Antimon. Zink. Cadmium. Blei. Ger- liebige andere Vorgänge stets ein optimaler Wert des manium oder Arsen. Die Glühlampen arbeiten mit Partialdruckes der lichtaussendenden Dämpfe innereiner hohen Temperatur in dem Teil, der von dem 20 halb des Kolbens vorhanden ist. dem Kolben zugesetzten verdampfbaren Material ein- Im Betrieb verhalten sich die Lampen nach Fi g. I genommen wird. Die hohe Temperatur erhält man wie folgt: Beim Anschluß an eine geeignete elekdurch den Glühfaden, dessen gleichförmige Betriebs- trische Stromquelle wird die Glühwendel 2 zum temperatur bei 2500 bis 3300 K liegt. Aus diesem Glühen eri.nzt und damit schnell die Temperatur Grunde muß die unterste Temperatur auf der Innen- 25 derselben auf einen Wert von mehr als ungefähr seite der Kolbenwand gleich oder höher als die Tem- 3300 K gesteigert. Zunächst wird das Quecksilber peratur sein, bei der sich das verdampfbare Metall- vollständig verdampft und erzeugt dabei einen hohe-n halogenid im Gleichgewichtszustand zwischen der Quecksilberdruck von ungefähr 1 bis 20. vorziii:·--- Dampfphase und ihrer festen oder flüssigen Phase weise ungefähr 3 bis 10 Atm im Innern des Lampenbefinden kann, je nachdem, welche die normale 30 kolhens. Wenn die Temperatur des kältesten Teile Phase ist. Geeignete Temperaturen liegen vor. wenn der Kolbenwand auf eine Temperatur ansteigt. Ix i die minimale Kolbenwandtemperatur im Bereich von der wesentliche Verdampfung des Metallhalogenide etwa 400 bis 1200 C liegt. Aus diesem Grunde ist auftritt, wird das Halogenid verdampft und um.:;''^; es für einen niedrigen Betriebsdruck wünschenswert. den Glühfaden mit einer Hülle von verdampfte'"·¹ daß die gesamte gegebenenfalls vorhandene Queek- 35 Metallhalogenid.

silbermence in dem Kolben verdampft wird. Dies ist Zwei wesentliche Eigenschaften, die für das V leicht zu erreichen, da die Verdampfungstemperatur heilen der verbesserten Glühlampen wesentlich mh des Quecksilbers nicht hoch ist. Fs ist lediglich erfor- ergeben sich aus der Tatsache, daß die fonisa'.i ' tierlich, daß die dem Kolben zugeführtc Quecksilber- der verdampfbaren lichtausstrahlenden Metallbad menge verhältnismäßig gering ist. im Gegensatz zu 40 genide und die Temperaturen derselben für die Linden großen Mengen, die man bei Anordnungen mit stehung eines Lichtbogens oder einer Glinir; einer Quecksilbersumpfelektrode findet, und daß die entladung unter Einbeziehung der Metalldämpfe w-Quecksilbermenge bei vollkommener Verdampfung zureichend sind, so daß also keine elektrische Lsi;-einen Druck innerhalb des Kolbens von etwa 1 bis ladung innerhalb der Lampe stattfindet, sonde-' 2(1 Atm ergibt. Vorzugsweise sollte der Quecksilber- 45 lediglich thermische Ionisierung und thermisch a;\ druck jedoch innerhalb des Bereiches von 3 bis geregte Strahlung von den verdampften Substanzei IO Atm liegen. Eine Begrenzung des Quecksilber- auftritt.

druckes auf 10 Atm oder weniger verringert die F i g. 2 veranschaulicht ein Beispiel dafür, wie au

Selbstabsorption der Strahlung und setzt außerdem andere Weise der Wirkungsgrad von Glühlampe;

die Möglichkeit einer Explosion des Kolbens herab. 50 durch die Verwendung eines geeigneten verdampf

Mit einem Kolben, wie er in Fig. 1 beschrieben ist. baren, aber dissoziierbaren lichtaussendenden Meufi!

erhält man in bequemer Weise einen Quecksilber- halogenids verbessert werden kann. Die Kurve Λ d.

druck von etwa 3 .Atm durch Zugabe von ungefähr Fig. 2. die in willkürlichen Einheiten die Inten<;:>

25 mg Quecksilber in den Kolben. In ähnlicher Weise der Lichtabgabe als Funktion der in A-Einhe^;:;

kann ein Druck von 10 Atm dadurch erhalten wer- 55 angegebenen Wellenlängen darstellt, ist die unko;:^:

den. daß man 80 mg Quecksilber zusetzt, und ein gierte, mit dem speziell verwendeten Spektromei:

Druck von 2(1 Atm kann durch Zugabe von etwa erhaltene Darstellung der normalen Glühemissi

160 mg Quecksilber erzielt werden. des Glühfadens der in Fig. 1 dargestellten Lamp.

Da·- gesamte verdampfbare Metallhalogenid bei der kein dissoziierbares Metalihalogenid verv.cr.

braucht nicht zu verdampfen. Es ist deshalb bequem 60 det wurde. Die Kurve B der Fig. 2 zeigt ebenf;iü

und praktisch, einen Überschuß dieser Materialien unkorrigiert für das verwendete Spektrometer di

vorzusehen, um sicherzustellen, daß stets eine ge- gesamte Lichtabgabe derselben Lampe nach Fiel

niigende Menge des Materials innerhalb der Lampe der jedoch 10 mg Lithiumjodid und 40 mg Queck

vorhanden ist. um einen optimalen Betrag von Licht silber zugesetzt worden waren, wodurch "noch di

ausstrahlendem Metallhalogeniddampf während der 65 Linienstrahlung der Lithiumatome zugefüpt wurde,

gesamten Lebensdauer der Lampe zu gewährleisten. Bei F i g. 2 ist die zugeführte Energie, die i

Vorteilhaft sollte der Partialdruck jedes Metall- brauchbare Lichtstrahlung umgesetzt "wird, di

halogenids innerhalb des Kolbens in dem Bereich Fläche unterhalb der Kurve. Diese kann quantitati

durch Flächenintfcgration erhalten werden. Für die Errechnung der Abgabe der normalen Glühlampe ergibt die Integration der unter der Kurve Λ liegenden Fläche ein Maß. Um ein Maß für den Betrag der Stählung der in dem speziellen Beispiel der Kurve B wiedergegebenen Lampe zu erhalten, in der Lithiumjodid zugesetzt war, wird eine Integration #er Fläche unterhalb der Kurve B vorgenommen. Wie man leicht aus Fig. 2 ersieht, ist die Fläche Unter der Kurve B gegenüber der Fläche unter der Kurve A wesentlich vergrößert, und zwar infolge der Hinzufügung der verbreiterten Spektrallinien rtes Lithiumatoms, die etwa zwischen 6650 und 6900 Α-Einheiten auftreten und nur durch eine enge, durch Selbstabsorption verursachte Einkerbung bei etwa 6710 Α-Einheiten herabgesetzt ist.

Die verdampfbare Substanz, die in den Lampenkolben gegeben wird, besteht aus einem Halogenid (außer dem Fluorid) eines mehrwertigen Metalls, welches bei der Lampenwandtemperatur verdampft lind bei der Glühfadentemperatur teilweise dissotiiert, jedoch bei der Betriebstemperatur des Glühfadens nicht vollständig dissoziiert, und welches in der Glühfadenhülle im wesentlichen im molekularen Zustand vorliegt und durch die thermische Energie desselben angerigt wird, um die Strahlung des Molekülspektrums auszusenden, die zu der Wirksamkeit der Glühstrahlung beiträgt und dieselbe vergrößern Das verdampfbare Halogenid kann beispielsweise ein Halogenid eines Metalls wie Zinn, Zink, Cadmium. Quecksilber, Germanium, Blei, Arsen und Antimon sein, welches bei der Hüllenternperatur nicht vollständig dissoziiert und welches dabei angeregt wird, um molekulare Strahlung auszusenden. Vorzugsweise vird SnBr₂, SnJ₂, SnC!.,, SbJ₃ benutzt. da die damit ei zielte Steigerung im sichtbaren Spektrum optimal ist.

Das ganze Innere des Kolbens ist auf einer solchen Temperatur, d;iß eine Anhebung des verdampften Metallhalogenic's auf einen ausreichend hohen Energiezustand stattfindet und die molekulare Strahlung durch Übergang des Moleküls von höheren zu niedrigeren Energiezuständen ausgesandt wird.

Die Kolbenwandtemperatur sollte einen Minimalwert von 400 bis 1200° C aufweisen, um vollständige Verdampfung des Quecksilbers (falls vorhanden) und eine ausreichende Verdampfung des Metalllialogenids zu gewährleisten. Die Erregungstempefatur, die Temperatur des Glühfadens, der die Erfegun'2 der verdampften Dämpfe bewirkt, sollte im Bereich zwischen 2500 und 3300° K liegen. Die Menee des verdampfbaren Metallhalogenids, die zur Erzeugung; der Molekularstrahlung benutzt wird. kann zweckmäßig der Menge entsprechen, die ausreicht, um einen Partialdruck von ungefähr 0,1 bis 500 Torr eines jeden der anwesenden verdampfbaren Halogenide zu ergeben, und vorzugsweise sollte sie ausreichend sein, um einen Partialdruck von ungefähr 10 bis 200 Torr eines jeden Metallhalogenids zu ergeben. Das Halogenid kann im Überschuß zugegeben Werden, so daß bei der Betriebstemperatur der Lampe nicht das gesamte Halogenid verdampft wird, so daß eine Abnahme der Metallhalogenide durch Einschließen oder andere Phänomene ohne Einfluß bleibt. Eine gemäß dieser Ausfuhrungsform her- £.istellte Lampe hatte ein Volumen von 2,5 cm' und wurde mit einer Kolbenwandtemperatur von ungefähr 600° C betrieben. Sie enthielt 26 mg SnBr₂ und ungefähr 11 mg Quecksilber. Diese Lampe arbeitete bei einem Quecksilberdruck von ungefähr 2 Atm.
Das verdampfte Metallhalogenid ist nicht ganz dissoziiert, da seine Dissoziationsenergie ausreichend hoch ist, so daß bestenfalls nur eine teilweise Dissoziation stattfindet. Selbst im Falle der teilweisen Dissoziation dissoziieren die Halogenide nicht vollständig, sondern existieren in Form eines Subhalogenids, welches ebenfalls zur Aussendung von Molekularstrahlung angeregt wird. Unter den Betriebsbedingungen existieren die Metallhalogenide im wesentlichen in der Fadenumhüllungszone im molekularen Zustand. Molekülspektren liegen nicht als Linien nut geringer Breite vor, sondern bilden bereits breite Banden.

In Fig. 3 ist die in einem Teil des sichtbaren Spektrums durch Zusatz von Zinnbromid erzielte Vergrößerung bei einer Glühlampe wiedergegeben,

ao wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, und sie ist verglichen mit der Strahlung des schwarzen Körpers eines Glühfadens ohne Zusatz. In F i g. 3 gibt die Kurve A in willkürlichen Einheiten als Funktion der Wellenlänge den Betrag der durch einen Glühfaden allein

as ausgesandten Strahlung in einer Lampe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wieder. Die Kurve C der Fig. 3 zeigt die vereinigte Glühstrahlung und die molekulare Spektralstrahlung in Anwesenheit von 200 Torr Zinnbromid in der Glühlampe.

Wie aus den Kurven der F i g. 3 hervorgeht, steigert der Zusatz des verdampfbaren, Molekularspektren emittierenden Metallhalogenids nicht nur die Strahlungsabgabe einer Glühlampe, sondern diese Strahlung erscheint auch als ein breites Strahlungsband mit einer Bandbreite von Hunderten von Angström, so daß es nicht notwendig ist, daß ei".e Quecksilberatmosphäre vorliegt, um die Emission des verdampften, jedoch nicht vollständig dissoziierten Metallhalogenids durch Kollision zu verbreitern.

Obgleich es nicht notwendig ist, ist es jedoch aus einem anderen Grund wünschenswert, daß Quecksilber in der Lampe vorhanden ist. Der Grund füi diesen Quecksilberzusatz liegt darin, daß es zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades wünschenswert ist, daß der Glühfaden von einer Hochtemperaturdampfzone umgeben ist, um zu bewirken, daC die molekulare Spektralemissionszone einen möglichst großen Teil des Kolbenvolumens einnimmt Auf diese Weise wird zur Erzielung eines hoher Wirkungsgrades soviel wie möglich des im Dampf zustand vorliegenden verdampften Metallhalogenid: in den Strahlungsprozeß einbezogen.

Das Optimum wird dadurch erreicht, daß dei Faden auf einer Temperatur gehalten wird, die se hoch wie irgend möglich ist, und daß der Faden vor der Kolbenwand so gut wie irgend möglich isolier wird, um nämlich eine Anpassung an die weiterei Erfordernisse zu erreichen, daß die Kolbenwand ein< Temperatur aufweist, die in dem Bereich liegt, de für die Aufrechterhaltung des erforderlichen Partial druckes des verdampfbaren Metallhalogenids in den Kolben notwendig ist. Tatsächlich sollten zu großi Wärmeverluste durch Leitung vermieden werden Solche Wärmeverluste durch Leitung werden au einem Minimum gehalten, indem Quecksilber be einem Druckbereich von 1 bis 20 Atm, vorzugsweise bei einem Bereich von 3 bis 10 Atm, eingeschlossei

109 585/9

ν;.

¹ ίο

wird. Da der Quecksilberdampf ein Dampf mit Temperatur teilweise dissoziierbaren Metallhalohohem Molekulargewicht ist, ergibt sich eine große genids im Innern des Kolbens stattfindet, so daß für thermische Trägheit, wenn das Quecksilber bei hohen jedes Metallhalogenid ein Partialdruck aufgebaut Drucken vorliegt, und daher bewirkt die Anwesen- wird, der im Bereich von etwa 0,1 bis 500 Torr liegt, heit des Quecksilbers innerhalb des gewünschten 5 Wenn das verdampfte Metallhalogenid in die Um-Druckbereiches, daß Wärmeverluste des Fadens gebiing des Fadens kommt, die nachfolgend als durch Leitung und das den Faden umgebende Vo- Fadenzone bezeichnet wird, bringt die Temperatur lumen stark reduziert werden. Demgemäß wird es dieser Zone die Moleküle des verdampften Metallair Steigerung des Wirkungsgrades bevorzugt, daß halogenids auf eine Energiestufe, die ausreicht, um die Menge des Quecksilbers in dem Kolben in der io ein Bandenspektrum auf Grund des molekularen Größenordnung von 1 bis 20 Atm und vorzugsweise Obergangs auszusenden. Gleichzeitig können einige von 3 bis 10 Atm vorliegt. der ursprünglichen Metallhalogenide in Subhalo-

Der tatsächliche Mechanismus der Molekular- genide dissoziiert werden, die gleichfalls spektrale linienemission bei der Glühlampe ist an sich nicht Bandenstrahliing im sichtbaren Spektrum emittieren ganz verständlich. Daß die Strahlung primär, wenn 15 und somit eine Vergrößerung der von der Fadennicht vollständig, von molekularer Art ist, ist sicher. zone ausgesandten Glühstrahlung bewirken,
da sie die Art eines Bandenspektrums aufweist. Es Die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruist jedoch nicht möglich, die genauen Strahlungs- ierten Lampen zeigen einen verbesserten Wirkungsarten zu identifizieren. Berechnungen der Anregungs- grad, der bis zu etwa 40 Lumen pro Watt betragen energie ergeben, daß die beobachtete thermisch er- 20 kann.

regte Dampfstrahlung nicht diejenige der zugesetzten Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die

Verbindung ist. In gleicher Weise entspricht die Metallhalogenide bei der Kolbcnwandtemperatur.

Strahlung nicht der charakteri tischen Strahlung des nämlich 400 bis 1200° C, verdampft werden, daß sie

reinen Subhalogenids (des Monohalogenids). Allem jedoch bei der Fadentemperatur von 2500 bis

Anschein nach ist die starke Emissionscharakteristik 25 3200 K nicht vollständig dissoziieren, sondern statt

des Dampfzusatzes in den Lampen einmalig und dessen zum größten Teil nur teilweise zu Subhalo-

riihrt von der Anregung der Dämpfe durch die Tem- geniden dissoziiert sind, so daß das verdampfte HaIo-

peratur des Glühfadens her. Eine Möglichkeit, für genid in im wesentlichen molaren Formen in der

die in der Tat sehr viel spricht, wäre die. daß die Fadenzone vorliegt. Diese molekulare Gattung wird

Strahlung auf einen Übergang von einer Halogenid- 30 durch die Hitze des Fadens auf einen höheren

art in die andere zurückzuführen ist. Energiezustand gebracht und sendet molekulare

Die Lampen arbeiten im wesentlichen wie folgt: Spektralstrahlung aus, die die Lichtabgabe des GIüli-

Wenn der Glühfaden erhitzt wird, steigt seine Tem- fadcns vergrößert. Die Anwesenheit von Quecksilber

peratur auf einen Wert von ungefähr 2500° K und ist nicht erforderlich, um eine Linienverbreiterung

verdampft schnell das gesamte in dem Kolben ent- 35 durch Kollision zu erreichen. Um einen Hitzeverlust

haltene Quecksilber (obgleich solches nicht unbedingt der Fadenzone durch Leitung zur Kolbenwand zu

vorhanden sein muß), und gleichzeitig steigt die Tem- verhindern, ist jedoch die Anwesenheit von 1 bis

peratur der Kolbenwand, so daß deren kältester Teil 20 Atm Quecksilber wünschenswert, um se die Tem-

über 400° C beträgt, wodurch eine wenigstens teil- peratur der Fadenzone auf einem optimalen Wert

weise Verdampfung des polyvalenten. bei hoher 40 zu halten und die Wirksamkeit zu vergrößern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

V ν

Claims

Patentansprüche:

1. Glühlampe mit verbesserter Lichtausbeute mit einem evakuierbaren lichtdurchlässigen Kolben, einem darin angeordneten Glühfaden, der einen wesentlichen Teil des gesamten Innenvolumens dieses Kolbens ausmacht, einer Menge wenigstens eines verdampfbaren Metallhalogenids, deren Bestandteile und Drucke innerhalb des Kolbens frei von Dämpfen mit niedrigem Druck und niedrigem Ionisierungspotential sind, um während des Betriebes der Lampe eine Gasentladung auszuschließen, und bei der die Form der inneren Oberfläche dieses Kolbens und die Anordnung dc-j Glühfadens solchermaßen sind, daß ein dichter und im wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen dem Äußeren des Glühfadens und der inneren Kolbenoberfläche gewährleistet ist, um den kältesten Teil der inneren Oberfläche auf einer Temperatur von 400 bis 1200 C zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Metallhalogenid ein in der Nähe des Glühfadens (2) nicht wesentlich dissoziierbares Halogenid der Gruppe der Br mide. Jodide oder Chloride von einen¹ der Metalle Zinn, Antimon. Zink. Cadmium. Blei. Germanium oder Arsen ist und im wesentlichen im molekularen 7ustand vorliegt und dessen molekularer Dampf durch die thermische Energie des Glühfadens zur Emission von Molekularspcktren anregbar ist.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Metallhalogenid während des Betriebes in dem Kolben mit einem Druck von 10 bis 200 Torr vor'itgt.

3. Glühlampe nach den Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Metallhalogenid Zinnbromid ist.

4. Glühlampe nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Metallhalogenid Zinnjodid ist.

5. Glühlampe nach den Ansprüchen 1 und ?.. dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Halogenid Zinnchlorid ist.

(1. Glühlampe nach den Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Halogenid Antimontrijodid ist.

7. Glühlampe nach den ,Ansprüchen 1 bis fi, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung auch eine ausreichende Menge Quecksilber enthält, um während des Betriebes einen Radialdruck des Oiiecksilberdampfcs von I bis 20 Atm zu ergeben.