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Glühlampe mit hohem Wirkungsgrad Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Glühlampe mit einem rohrförmigen Glaskolben, der an jedem Ende eine Preßdurchführung
bzw. einen Duetschfuß aufweist sowie mit einem außen auf dem zylindrischen Teil
des Glaskolbens, der vorzugsweise aus Quarzglas ist, aufgebrachten Überzug zum Zurückwerfen
der Infrarotstrahlung auf den axial im Kolben angeordneten, zweifach gewendelten
Wolframfaden, dessen Enden mit sich von den Preßdurchführungen nach außen erstreckenden
Zuführungsdrähten elektrisch verbunden sind.
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Es ist bekannt, daß ein bedeutender Anteil der Sesamtausstrahlung
eines durch Stromdurchgang bis zum Glühen erhitzten Wolframfadens im Infrarotbereich
des Spektrums liegt. Mit Erhöhung der Glühfadentemperatur verschiebt sich das Maximum
der Spektralstrahlungskurve zum sichtbaren Bereich des Spektrums hin. Doch sowohl
die Brenndauer wie die mechanische Stärke des Glühfadens setzen der Fadentemperatur
eine obere Grenze: Bei dieser Grenze liegen mehr als 80% der Gesamtstrahlung im
Infrarotbereich. Die daraus folgende Energieversclw -"ung, das
heißt
die in die Umgebung abgelFitete Wärmestrahlung, macht die Wolframglühlampe zu einer
Quelle sichtbaren Lichtes mit relativ niedrigem Wirkungsgrad.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines mehrschichtigen
Überzugs, der die sonst unbenutzte, von einer Glühfadenquelle ausgehende Infrarotstrahlung
zurückleitet und die Nutzung dieser Strahlung zum Erhitzen dieses Glühfadens, womit
die gleiche Glühfadentemperatur bei einer Gesamtverminderung der der Glühfadenquelle
zugeführten elektrischen Leistung erreicht wird.
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Auf Glühlampen befindliche Überzüge zum Zurückwerfen der Infrarotstrahlung
auf den Glühfaden sind bekannt, z.B. die US-Patentschriften 1 425 967 und 2 859
369.
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Ferner werden im Stande der Technik mehrschichtige Überzüge für Farbkorrekturzwecke
oder zum Zurückwerfen von Infrarotstrahlung auf einen Glühfaden offenbart, wie die
US-Patentschriften 3 288 989 und 3 527 974 zeigen.
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Die bekannten Lampen ergeben aber keine Lichtquelle mit höherem Wirkungsgrad.
Der Grund dafür liegt darin, daß der mehrschichtige Überzug nicht 100% des sichtbaren
Lichtes durchläßt: Der beste dieser Überzüge mit einem ausreichend hohen Reflexionsvermögen
für Infrarotstrahlung besitzt eine Durchlässigkeit für das sichtbare Licht von nur
ca. 90 bis 95%.
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Die sich hieraus ergebende Aufgabe wird für den Gattungsbegriff erfindungsgemäß
nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Ansicht einer Glühlampe
gemäß der Erfindung.
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Die Lampe besitzt einen rohrförmigen Quarzkolben 1 mit einer P-reßdurchführung
bzw. einem Duetschfuß 2 an jedem Ende. Der Kolben 1 enthält eine Halogen aufweisende
Füllung zur Schaffung des bekannten regenerierenden Wolframkreislaufs zur Verhinderung
eines Dunkel- bzw.
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Schwarzwerdens der Kolbenwand. Im Kolben 1 ist ein gewendelter Wolframfaden
3 in axialer Richtung angeordnet. Drähte 4 unterstützen den Glühfaden 3 und verbinden
ihn mit Molybdänbändern 5, die in die Preßdurchführungen 2 eingebettet und mit äußeren
Zuführungsdrähten 6 verbunden sind.
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Auf der Außenfläche des Kolbens 1 ist ein mehrsch-ichtiger Überzug
7 angeordnet, der eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht und ein hohes Reflexionsvermögen
für Infrarotstrahlung aufweist. Der Überzug 7 muß sich ausreichend nahe beim Glühfaden
3 befinden, damit ungefähr im mittleren Abschnitt des Glühfadens 3
ein
gedachte, spitzwinkliges Dreieck entsteht, das gebildet wird aus der Basis, die
dem Durchmesser des Glühdrahtes entspricht, und den beiden Seiten, die von einem
Punkt auf der Oberfläche des Überzug es senkrecht über der Basis bis zu deren Enden
hin verlaufen. Dieses Dreieck sollte einen der Basis gegenüberliegenden Winkel von
mindestens 150 aufweisen.
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Das führt zu einer hohen Temperatur der Kolbenwand bei normalem Lampenbetrieb
und erfordert gewöhnlich die Verwendung eines Hochtemperaturglases für den Kolben
1, z.B. von geschmolzenem Ouarz. Es ist ferner erforderlich, daß der mehrschichtige
Überzug 7 bei relativ hohen Temperaturen eine entsprechende Haltbarkeit aufweist.
Viertelwellenschichtungen (quarterwave stacks) aus MgF2-ZnS haben sich als zufriedenstellend
für mehrschichtige Überzüge 7 erwiesen. Viertelwellenschichtungen aus SiO2-TiO2,
die höhere Temperaturen als die Überzüge aus MgF2-ZnS aushalten können, haben sich
ebenfalls als zufriedenstellend für mehrschichtige Überzüge 7 erwiesen.
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In einem Beispiel einer Glühlampe gemäß dervorliegenden Erfindung
bestand der Glühfaden 3 aus 0,29 mm Wolframdraht, einfach gewendelt mit 50 Windungen
pro Zoll (TPI) auf einem 1 mm Dorn und zweifach gewendelt mit 13 Windungen pro Zoll
auf einem 2 mm Dorn. Der Außendurchmesser betrug 5,7 mm und die Körperlänge des
Glühfadens 3 betrug 18 mm. Der Kolben 1 bestand aus einem Quarzrohr T6 (19,1 mm
Außendurchmesser) und die Länge des Kolbens 1 (zwischen den Preßdurchführungen 2)
betrug 69,9 mm. Mit einem, um die Außenseite des Kolbens 1 herum angeordneten, mehrschichtigen
Überzug
7 gemäß der Erfindung ergab sich ein Gewinn von 28,2% an Lichtausbeute (Lumen pro
Watt) gegenüber der gleichen Lampe ohne den mehrschichtigen Überzug bei einem Betrieb
mit 750 Watt. Ferner wurde im Fall der mehrschichtig überzogenen Lampe eine einem
Fadenwiderstand von 13,16 Ohm entsprechende Glühfadentemperatur mit einer um 16%
geringeren elektrischen Leistung erzielt.
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Wie schon oben erwähnt, sollte zur Erzielung einer Erhöhung des Lampenwirkungsgrades
der Glühfaden einen solchen Durchmesser bei gegebenem Durchmesser des Glaskolbens
mit Beschichtung haben, daß sich das beschriebene Dreieck denken läßt und dabei
der der Basis gegenüberliegende Winkel größer als 150 ist.
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Das entspricht einem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Glaskolbens
mit Überzug und dem Fadendurchmesser von weniger als ungefähr 8:1. Andernfalls reicht
die den Glühfaden erreichende reflektierte Infrarotstrahlung nicht aus, um eine
Erhöhung im Lampenwirkungsgrad zu erzielen. Diese Begrenzung ermöglicht ferner einen
Wirkungsgradgewinn, während sie normale Herstellungstoleranzen beim Anordnen des
Glühfadens in der genauen Achse des Überzugs zuläßt. Da aber die von den Enden des
Glühfadens ausgehende Infrarotstrahlung nur unzulänglich auf den Glühfaden zurückgeworfen
wird, kann der Lampenwirkungsgrad nicht allgemein erhöht werden, wenn nicht das
Verhältnis von Glühfadenlänge zu Überzugsdurchmesser größer als ungefähr 1 ist.
Diese Situation kann dadurch verbessert werden, daß man die Enden des Lampenkolbens
mit einem, Infrarotstrahlung reflektierendem Material überzieht, dies jedoch auf
Kosten erhöhter Produktionskosten.