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THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED, LONDON (Großbritannien) Elektrische
Mischlichtlampe.
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Die Neuerung bezieht sich auf Quecksilberhochdruckdampflampen mit
einem etwa rohrförmigen Entladungsgefäß aus Quarzglas oder
| Hartglas, welches von einem äusseren Hüllgefäß umgeben ist. |
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| Derartige Lampen werden insbesondere zur Strassenbeleuchtung |
| und Allgemeinbeleuchtung verwendet und haben den Vorteil eines
hohen |
Lichtstroms und einer guten Lichtausbeute, die während der Lebensdauer der Lampe
nur geringfügig abfällt. Die Lampen besitzen jedoch den Nachteil, dass die Farbwiedergabe
des Lichts der Quecksilberentladung infolge des Mangels an roten Wellenlängen nicht
befriedigt, dass ein Vorschaltgerät zur Stabilisierung der Entladung erforderlich
ist und dass besondere Maßnahmen zur Verbesserung des Leistungsfaktors getroffen
werden müssen.
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Es ist bereits bekannt, zur Verbesserung der Farbwiedergabe, zur
Vermeidung eines mit der Lampe in Reihe geschalteten den Entladungs-
| strom begrenzenden Schaltelementes bei Erzielung eines recht
guten Lei- |
stungsfaktors innerhalb eines äusseren Hüllgefäßes einen meist aus Wolfram bestehenden
Leuchtkörper worzusehen, der beim Betrieb der Lampe durch elektrischen Stromdurchgang
zum Glühen gebracht wird und gewöhnlich der innerhalb des Aussenkolbens vorhandenen
Atmosphäre ausgesetzt ist.
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Gemäß der vorliegenden Neuerung wird bei einer Quecksilberhochdruckdampflampe
der beschriebenen Art ein Glühdraht aus hochschmelzendem Metall in ein. weiteres
rohrförmiges Gefäß aus Quarzglas oder Hartglas eingeschmolzen, welches ebenfalls
innerhalb des Aussenkolbens befestigt ist. Der Leuchtkörper ist mit den Aussenkontakten
der Lampe so verbunden, dass er während des Betriebs der Entladungslampe von einem
elektrischen Strom durchflossen wird, der ihn zum Glühen bringt.
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Vorzugsweise führt eine der Stromzuführungen des Leuchtkörpers innerhalb
des Aussenkolbens Über die Elektroden der Entladungslampe, so dass Leuchtkörper
und Entladungsstrecke zwischen den Stromzuführungskontakten in Reihe geschaltet
sind und der Leuchtkörper als Vorschaltwiderstand für die Entladung wirkt. In manchen
Fällen jedoch können der Leuchtkörper und die Elektroden der Entladungslampe auch
mit verschiedenen Aussenkontakten verbunden sein, so dass man Leuchtkörper und Entladung
je nach Wunsch in Reihe oder unabhängig von einander betreiben kann. Bei unabhängigem
Betrieb ist es erforderlich, den Entladungsstrom durch einen getrennten Ballast
zu begrenzen.
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Dadurch, dass der Leuchtkörper von einem eigenen zugeschmolzenen
Gefäß umgeben ist, wird er vor einer Beeinträchtigung durch die im Aussenkolben
vorhandenen Verunreinigungen geschützt und die Gasatmosphäre im Gefäß kann so gewählt
werden, dass die optimalen Betriebsbedingungen für den Leuchtkörper herrschen, während
der Aussenkolben selbst mit einer ganz anderen Gasfüllung versehen sein kann. Wenn
man darüberhinaus das Leuchtkörpergefäß aus Quarzglas oder Hartglas herstellt, kann
es den Leuchtkörper eng umschließen und nahe beim Entladungsgefäß befestigt werden,
ohne dass eine Beschädigung durch die vom Leuchtkörper oder dem Entladungsgefäß
ausgehende Hitze zu befürchten ist, wodurch die Verwendung eines relativ kleinen
Aussenkolbens von einfacher Form ermöglicht wird.
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Das Leuchtkörpergefäß besitzt vorzugsweise die Form eines geraden
Quarzglasrohres, in dessen Achse der meist aus einer Wolframwendel bestehende Leuchtkörper
ausgespannt ist.
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Entladungsgefäß und Leuchtkörpergefäß können innerhalb des Aussenkolbens
nebeneinander mit ihren Achsen etwa parallel zueinander montiert sein. Der Aussenkolben
kann dann rohrförmige Gestalt besitzen und die beiden Innengefäße auf gegenüberliegenden
Seiten der Achse des Aussenkolbens etwa parallel zueinander befestigt enthalten.
Die Länge des Leuchtkörpers in Achsenrichtung stimmt in einer solchen Anordnung
dann vorzugsweise etwa mit der Länge des Entladungsbogens, d. h. dem Abstand der
Entladungselektrode, überein.
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In einer anderen Ausführungsform können das Entladungsgefäß und das
Leuchtkörpergefäß aber auch innerhalb des Aussenkolbens mit ihren
Enden
aneinander liegen oder es kann jede andere geeignete Anordnung getroffen werden.
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Vorzugsweise enthält das Leuchtkörpergefäß neben der üblichen Gasfüllung
ein Selbstreinigungsgetter wie Joddampf, welches mit dem an den Wänden des Gefäßes
niedergeschlagenen Wolframmetall eine Verbindung bildet, die beim Betrieb der Lampe
in die Nähe des heissen Wolframleuchtkörpers wandert und dort dissoziiert, wobei
das Wolfram auf den Leuchtkörper zurückkehrt oder sich auf Einbauteilen wie Leuchtkörperhaltern
niederschlägt, wo es die Lichtstrahlung nicht am Austritt aus dem Gefäß hindert
und die Lichtausbeute nicht herabsetzt. Die Verwendung eines derartigen Zusatzstoffes
verringert also die beim Betrieb der Lampe üblicherweise auftretende Kolbenschwärzung.
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Es ist im allgemeinen erforderlich eine solche Lampe derart zu betreiben,
dass die Achse des Leuchtkörpergefäßes horizontal liegt oder zur Horizontalen eine
nur kleine Neigung aufweist, damit die Abwanderung des selbstreinigenden Getters
in das eine Ende des Gefäßes vermieden wird.
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Wenn der Leuchtkörper in Reihe mit der Entladungsstrecke geschaltet
ist, wird es im allgemeinen notwendig sein, während des Zündens der Lampe solange
der Spannungsabfall längs der Entladungsstrecke gering ist, den durch den Leuchtkörper
fliessenden Strom zu begrenzen, um einer Überlastung des Leuchtkörpers entgegenzuwirken
und eine Verkürzung der Lebensdauer der Lampe zu vermeiden. Eine Strombegrenzung
kann beispielsweise durch einen mit Entladungslampe und Leuchtkörper in Reihe geschalteten
Heißleiter erfolgen. Der Strombegrenzer kann aber auch aus einem mit dem Leuchtkörper
und dem Entladungsrohr in Reihe geschalteten Widerstand und. einem Bimetallschalter
bestehen, dessen Kontakte zunächst offen sind, den Widerstand zu einem bestimmten
Zeitpunkt nach dem Einsetzen der Entladung jedoch kurzschliessen. Während des normalen
Lampenbetriebs bleiben die Kontakte geschlossen.
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Wenn das Leuchtkörpergefäß und das EntladungsgefäB innerhalb des
Aussenkolbens hintereinander geschaltet sind, können die den Strom begrenzenden
Mittel in bestimmten Fällen ebenfalls innerhalb des Aussenkolbens angeordnet sein.
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In manchen Fällen kann ein gesondertes Strombegrenzungsmittel während
der Anlaufzeit der Lampe dadurch umgangen werden, dass eine Entladungslampe verwendet
wird, deren Betriebseigenschaften einen hinreichend kleinen Stromdurchgang durch
den Leuchtkörper während der Zündperiode bewirken.
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Der Aussenkolben, der entweder evakuiert oder wie bei bekannten Quecksilberhochdrucklampen
auch mit Gas gefüllt ist, kann, falls gewünscht, auf seiner inneren Oberfläche mit
einer Schicht aus einem oder mehreren Leuchtstoffen versehen sein, die durch die
ultraviolette Strahlung der Quecksilberentladung zur Aussendung sichtbaren Lichtes
angeregt werden, wodurch die Farbwiedergabe der Lampe weiter verbessert und die
Lichtausbeute erhöht wird.
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Der verwendete Leuchtstoff soll selbstverständlich bei der von dem
Aussenkolben der Lampe im Betrieb normalerweise angenommenen Temperatur eine ausreichende
Lichtausbeute besitzen. Im allgemeinen wird man die bei bekannten Quecksilberhochdrucklampen
verwendeten Leuchtstoffe, z. B. mit Mangan aktiviertes Magnesiumfluorgermanat geeignet
finden.
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Wird eine erhöhte Lichtausbeute verlangt, wird man gewöhnlich einen
gelb oder orange fluoreszierenden Leuchtstoff vorziehen, wie z. B. gelb oder orange
fluoreszierendes mit Zinn aktiviertes Strontiummagnesiumorthophosphat.
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Bei einer neuerungsgemäßen Lampe, deren Aussenkolben auf der Innenseite
mit einer Leuchtstoffschicht überzogen ist und bei welcher das Entladungsgefäß und
das Leuchtkörpergefäß nebeneinander mit etwa parallelen Achsen innerhalb des Aussenkolbens
angeordnet sind, kann das Leuchtkörpergefäß im Betrieb unmittelbar oberhalb des
Entladungsgefäßes angeordnet sein. Auf diese Weise behindert das Leuchtkörpergefäß
den Durchgang der ultravioletten Strahlen nur in Richtung auf den obersten Teil
der Leuchtstoffschicht, welcher wegen seiner hohen Betriebstemperatur einen geringeren
Wirkungsgrad aufweist als der übrige Teil des Überzuges. Umgekehrt könnte sich jedoch
im Betrieb auch das Leuchtkörpergefäß unterhalb des Entladungsgefäßes befinden,
wodurch die Anlaufzeit der Entladung verkürzt würde.
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Eine Lampe gemäß der Neuerung wird nunmehr anhand der Zeichnungen
1 und 2 beschrieben.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Lampe.
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Figur 2 zeigt einen Teil der Entladungslampe.
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Die Lampe besitzt einen rohrförmigen Aussenkolben 1 aus Glas, der
an . seinem einen Ende durch eine Kuppel 2 und an seinem anderen Ende durch eine
Fußquetschung 3 verschlossen ist und ein rohrförmiges Entladunggefäß 4 aus Quarzglas
mit einem Innendurchmesser von ungefähr 16 mm enthält, welches so befestigt ist,
dåss sich seine Achse parallel zur Achse des Aussenkolbens erstreckt, aber etwas
aus dieser herausgerückt ist. Die Befestigung geschieht durch ein Drahtgestell 5,
welches ein Paar Querstreben 18 trägt, in welche die Enden des Gefäßes eingepaßt
sind. An dem durch die Fußquetschung abgeschlossenen Ende des Aussenkolbens ist
das Gestell 5 an einem Paar kräftiger Stützdrähte 6 befestigt, die in der Quetschung
7 des Fußrohres 3 eingeschmolzen sind.
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An dem entgegengesetzten Ende der Hülle wird das Gestell durch eine
Stütze 8 in seiner Lage gehalten, die jede geeignete Konstruktion besitzen kann
und beispielsweise in eine Ausbuchtung der Wandung des Aussenkolbens einrastet.
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Das Entladungsrohr 4 besitzt an beiden Enden je eine Glühelektrode
10 und enthält eine bestimmte Menge Quecksilber, um zwischen den Elektroden eine
Quecksilberhochdruckentladung herstellen zu können, sowie einen Edelgaszusatz zur
Zünderleichterung. Die Elektroden 10, die voneinander einen Abstand von 50 mm aufweisen,
bestehen aus einem Wolframstab 11, der im Quarzglas befestigt ist und seitlich einen
Schlitz zur Aufnahme einer Pille 12 von elektronenemittierendem Material besitzt,
das durch eine um den Stab 11 gewickelte Spirale 13 aus Wolframdraht festgehalten
wird, wie in Figur 2 gezeigt.
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Die Elektroden 10 sind mit in bekannter Weise in die Enden des Gefäßes
eingeschmolzenen Stromzuführungen 15 und 16 aus Molybdänstreifen verbunden, von
denen der der Fußquetschung benachbarte Streifen 15 mit der durch die Quetschung
7 hindurchgeführten Zuleitung 17 verbunden ist, die mit ihrem äusseren Ende an den
Kontakt 28 eines Schraubsockels 29 - angeschlossen ist, welcher an das Ende des
Aussenkolbens mittels eines geeigneten Kittes befestigt ist. Die andere Stromzuführung
16 ist an
einen streifenförmigen Leiter 14 angeschlossen, der sich
zwischen den beiden Seiten des Drahtgestells 5 erstreckt.
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Das Entladungsgefäß 4 besitzt eine Hilfselektrode 19, welche eng neben
der Wolfram-Stabelektrode in dem der Fußquetschung benachbarten Ende des Entladungsrohres
liegt. Ein streifenförmiger Molybdänleiter 20, der in das Ende des Gefäßes eingeschmolzen,
ist, verbindet die Hilfselektrode 19 mit dem Drahtgestell 5 und damit auch mit der
Wolfram-Stabelektrode 10 an der gegenüberliegenden Seite des Gefäßes über einen
Widerstand 21 in an sich bekannter Weise.
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Ebenfalls durch das Drahtgestell 5 und die Querstreben 18 innerhalb
des Aussenkolbens befestigt ist noch ein zweites Gefäß aus Quarzglas 22, welches
einen Innendurchmesser von ungefähr 9 mm und etwa die gleiche Länge wie das Entladungsgefäß
aufweist und einen gewendelten Wolframleuchtkörper 23 enthält, der sich in der Achse
des Gefäßes 27 erstreckt und parallel zum Entladungsrohr 4 auf der anderen Seite
der Achse des Aussenkolbens liegt. Die Enden des Leuchtkörpers 23 sind mit im Quarzglas
befestigten Wolframstäben 24 verbunden und stehen ähnlich wie beim Entladungsrohr
mit Leitern 25 und 26 aus streifenförmigen Molybdänfolien, die in die Enden des
Gefäßes eingeschmolzen sind, in Verbindung.
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Eine Anzahl aus Wolframdraht geformter Halter 27, die in bestimmten
Abständen entlang dem Leuchtkörper elastisch gegen die Innenseite des zweiten Gefäßes
anliegen und von denen jeder mit einer Schleife versehen ist, durch welche der Leuchtkörper
hindurchgeht, dienen zum Fixieren der Lage des Leuchtkörpers in seinem Gefäß.
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Das Gefäß enthält als Füllung Argon von einem Druck von ungefähr 600
mm Hg sowie ein selbstreinigendes Getter in Form von Joddampf, um der Schwärzung
des Gefäßes während des Betriebs entgegenzuwirken. Die eingefüllte Jodmenge ist
so bemessen, dass der Joddampfdruck bei 10000 etwa 1-30 mm Hg beträgt.
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Die nahe der Fußquetschung am Ende des zweiten Gefäßes gelegene streifenförmige
Stromzuführung 25 ist über den Widerstand 30 mit einer zweiten durch die Quetschung
7 hindurchtretenden Zuleitung 31 verbunden, die ausserhalb des Hüllkolbens zu einer
Sockelhülse 32 führt, die den
zweiten Kontakt des Sockels darstellt
; die Stromzuführung 26 an der gegenüberliegenden Seite des Gefäßes ist mit dem
sich zwischen den beiden Seiten des Drahtgestells erstreckenden Leiterstreifen verbunden.
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Die Entladungsröhre 4, die Glühlampe 22 und der Widerstand 30 sind
somit in Reihe zwischen die Lampenkontakte 28 und 32 geschaltet.
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Der Aussenkolben enthält Stickstoff mit einem Druck von etwa 200 mm
Hg.
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Die Lampe ist für einen Betrieb in horizontaler Lage und an einer
Wechselspannungsquelle von 250 Volt vorgesehen, wobei der Wolframleuchtkörper 23
als Vorschaltwiderstand dient, so dass kein äusseres Vorschalt-
| gerät notwendig ist. Der Widerstand 30 begrenzt den Strom während
des |
| Zündens solange ein erst sehr kleiner Spannungsabfall zwischen
den Elek- |
| troden 10 auftritt und vermeidet so eine Überlastung des Wolframleuoht- |
körpers, kann aber durch einen (schematisch bei 33 gezeigten) Bimetallschalter kurzgeschlossen
werden, dessen Kontakte geöffnet sind, wenn die Lampe kalt ist, sich aber nach einem
anfänglichen Aufheizen, welches dem Einsetzen der Entladung folgt, schliessen und
während des weiteren Betriebs der Lampe geschlossen bleiben.
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Das Entladungsrohr 4 und das Leuchtkörpergefäß 22 sind so bemessen,
dass der Lampenstrom während des normalen Betriebs 2 Amp. und die Nennleistung der
Entladung und des Leuchtkörpern 140 W bzw. 110 W betragen.
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Während des Betriebs dient der Leuohtkörper 23 nicht nur als Vorschaltwiderstand,
sondern gleicht auch den Mangel des Entladungsrohres an rotem Licht aus und verbessert
somit die Farbwiedergabe des Lampenlichts.
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Das Entladungsrohr hat eine über 4000-5000 Stunden gemittelte Lichtausbeute
von 43 lm/W und einen Rotanteil von annähernd 8%, während der Leuchtkörper eine
über die gleiche Zeit gemittelte Lichtausbeute von 6-14 lm/W und einen Rotanteil
von 25% aufweist. Die Gesamtlichtausbeute der Lampe beträgt so 27-30 Im/W und der
Rotanteil ist größer als 10%.
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Die Farbwiedergabe der erfindungsgemäßen Lampe und deren Lichtausbeutekönnen
noch durch einen Leuchtstoffüberzug auf der Innenseite des Aussenkolbens, der durch
die ultraviolette Strahlung des Entladungsrohres zur Aussendung sichtbaren Lichts
angeregt wird, verbessert werden.
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In weiterer Ausbildung der Neuerung kann also die Innenseite des Aussenkolbens
mit einem Überzug von gelb oder orange fluoreszierendem mit Zinn aktivierten Strontiummagnesiumorthophosphat
versehen sein.
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Es können aber auch andere geeignete Leuchtstoffe verwendet werden.
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Anstelle der Stickstoffüllung des Aussenkolbens kann dieser auch zur
Verringerung der Wärmeleitungsverluste des Entladungsrohres und des Leuchtkörpergefäßes
evakuiert sein.
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- Schutzansprüche -