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"Ctasgefüllte elektrische Glühlampe mit zylindrischem Kolben und axial
angeordnetem Gluhkörper" Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Glühlampe
mit einem zylindrischen Kolben, einem axial angeordneten Glühkörper und einem Füllgas,
das eines oder mehrere der Edelgase Argon, Krypton oder Xenon mit einem Gesamtbetriebsdruck
p > 10 Atm enthält.
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Es handelt sich insbesondere um waagerecht brennende Glühlampen. Der
Glühkörper kann aus einem geraden Draht, einem gewendelten oder doppeltgewendelten
Draht bestehen und einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Als Material für den Glübkörper kommen insbesondere Wolfram und Molybdän in Betracht.
Die Edelgasfüllung kann gegebenenfalls mit Stickstoff gemischt sein. Das Füllgas
kann zusätzlich ein oder mehrere Halogene enthalten.
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Die Lebensdauer von Glühlampen hängt im wesentlichen von der Verdampfung
des Glühkörpermaterials und damit von der GlUhkörpertemperatur ab, während der Wirkungsgrad
dieser Lampen einerseits durch die Strahlungsverluste außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs
und zum andern bei gasgefüllten Lampen auch durch Wärmeleitungs- und Konvektionsverluste
durch den Gasraum bestimmt wird. Da der Wirkungsgrad mit zunehmender Glühkörpertemperatur
zunimmt, die Lebensdauer dagegen abnimmt, muß bei der Konstruktion von Lampen dieser
Art stets ein Kompromiß bei der Optimierung dieser beiden Größen getroffen werden.
Ebenso bewirkt eine Druckerhöhung zwar eine Erhöhung der Lebensdauer, aber gleichzeitig
auch eine Vergrößerung der Energieverluste.
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Hier ist jedoch der Einfluß auf die Größe der Verluste relativ gering,
so daß man im allgemeinen bestrebt ist, den Betriebsdruck möglichst nahe an die
konstruktiv und fertigungstechnisch erlaubte Grenze heranzubringen. Theoretische
und experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verluste durch Massen-
und
Energietransport bei vorgegebenem Glühkörperdurchmesser und
Gesamtbetriebsdruck stark vom Innendurchmesser des Lampenkolbens abhängen. Die Ergebnisse
zeigen, daß mit zunehmendem Kolbeninnendurchmesser die Verluste zunächst abnehmen,
dann jedoch wieder zunehmen. Der optimale Kolbeninnendurchmesser in bezug auf Massen-
und Energieverlust ist dabei in etwa gleich. Wenn das Füllgas hauptsächlich aus
Argon, Krypton oder Xenon besteht, ist der Unterschied zwischen den optimalen Kolbeninnendurchmessern
für Massen- und Energieverlust maximal 25%.
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Aus der DT-OS 2 420 283 ist es bekannt, bei gasgefüllten elektrischen
Glühlampen den optimalen Durchmesser in Abhängigkeit vom verwendeten Füllgas sowie
von der Glühkörpertemperatur, der Kolbenwandtemperatur, dem Glühkörperdurchmesser
und dem Fülldruck zu bestimmen. Hierbei wurde jedoch von experimentellen Daten ausgegangen,
die aus Messungen an Glühkörpern bei freier Konvektion gewonnen wurden. Durch den
Einfluß des Lampenkolbens wird der konvektive Wärmetransport aber stark vermindert.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für eine elektrische
Glühlampe mit zylindrischem Kolben und axial angeordnetem Glühkörper den Kolbeninnendurchmesser
auch für solche Fälle genau anzugeben, in denen der konvektive Wärme-und Massentransport
in starkem Maße durch die Kolben- und Glühkörperabmes sungen beeinflußt wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Glühlampe eingangs erwähnter
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kolbeninnendurchmeser
beträgt, worin bedeuten di = Innendurchmesser des Lampenkolbens in mm do = Glühkörperdurchmesser
in mm p = Betriebsdruck in Atm A = eine vom Füllgas abhängige Konstante, und zwar
A = 1 für Argon A = 1,8 für Krypton A = 3 für Xenon.
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Glühlampen mit einem so dimensionierten Kolbeninnendurchmesser weisen
minimale Verluste auf. Gleichzeitig wurde gefunden, daß die maximale lokale Kolbenwandtemperatur
ebenfalls dann am niedrigsten ist, wenn der Lampenkolben einen optimalen Innendurchmesser
besitzt. Dies ist besonders wichtig für hoohbelastete Glühlampen mit einem BetriebBdruck
über 10 Atm.
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Der nach obiger Formel berechnete optimale Kolbeninnendurchmesser
kann um + 25 % variieren, ohne daß hierdurch die Verluste in unzulässiger Weise
ansteigen.
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Für die Lampenherstellung ist es von Bedeutung, bei welchem Fülldruck
der in der obigen Formel angegebene Betriebsdruck p erreicht wird. Dieser Fülldruck
pO läßt sich annäherungsweise wie folgt berechnen:
Die Erfindung wird nunmehr anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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1. Zylindrische Halogenlampe 24 V, 100 W mit einer Glühwendel aus
Wolfram Füllgas: Krypton + 0,18% CH2Br2 Fülldruck: pO = 14 Atm.
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Betriebsdruck: p ss 100 Atm.
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Wendeldurchmesser: d = 1,1 mm Wendeltemperatur: T = 3500 K Innerer
Kolbendurchmesser: di i 2,7 mm Die mittlere Lebensdauer solcher Lampen beträgt etwa
100 Stunden. Sie liegt deutlich über derjenigen vergleichbarer Lampen mit di <
2,3 mm oder di> 3 mm.
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2. Zylindrische Halogenlampe 24 V, 75 W mit einer Glühwendel aus Wolfram
Füllgas: Krypton + 0,18% CH2Br2 Fülldruck: PO = 10 Atm.
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Betriebsdruck: p C 70 Atm.
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Wendeldurchmesser: do = 1,3 mm Wendeltemperatur: T . 3200 K Innerer
Kolben- d = 3,1 mm durchmesser: i Die mittlere Lebensdauer solcher Lampen beträgt
etwa 2000 Stunden. Sie liegt deutlich über derjenigen vergleichbarer Lampen mit
d. < 2,8 mm oder di > 3,5 mm.
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3. Zylindrische Halogenlampe 24 V, 250 W mit einer Glühwendel aus
Wolfram Füllgas: Argon + 0,18 CH2Br2 Fülldruck: PO = 7,5 Atm.
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Betriebsdruck: p X 50 Atm.
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Wendeldurchmesser: do = 2,5 mm Wendeltemperatur: T = 3200 K Innerer
Kolbendurchmesser: di = 5,7 mm Die mittlere Lebensdauer solcher Lampen beträgt etwa
1000 Stunden. Sie liegt deutlich über derjenigen vergleichbarer Lampen mit di <
5 mm oder di> 6,5 mm.
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Patentansprüche: