DE2811037A1

DE2811037A1 - Gluehlampe

Info

Publication number: DE2811037A1
Application number: DE19782811037
Authority: DE
Inventors: Ronald Koo; Luke Thorington; Wolfgang Thouret; Peter Walsh
Original assignee: Duro Test Corp
Current assignee: Duro Test Corp
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1978-10-05
Also published as: SE442253B; JPS53146482A; AT379032B; IL54281A0; ATA201178A; FR2385223B1; US4160929A; CA1103730A; AU510796B2; SE7803235L; BE865135A; IL54281A; NL7803063A; GB1582685A; IT1102120B; JPS59853A; FR2385223A1; CH629624A5; IT7848542A0; AU3409078A

Description

North Bergen, New Jersey 07074-»„JJSA

Glühlampe

Die Erfindung betrifft eine Glühlampe. Ein typisches Beispiel einer Glühlampe, die Argon oder Stickstoff oder ein Argonstickstoffgemisch als Füllgas und einen Wolframglühfaden verwendet, zeigt eine Lichtausbeute in der Grössenordnung von 17 Lumen pro Watt Eingangsleistung. Diese Ausbeute kann etwas verbessert werden, indem beispielsweise statt des Argonfüllgases ein Kryptonfüllgas verwandt wird.

Es sind bereits Versuche unternommen werden, die Ausbeute der Lampe dadurch zu verbessern, dass ein überzug auf den Kolben aufgebracht wird, der soviel wie möglich der Infrarotstrahlung, die durch den Wolframglühfaden erzeugt wird, zum Glühfaden zurück-

809840/0720

TELEFON (O8O) 22 0802

TELEX 00-20 880

TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERKR

reflektiert, während er die Strahlung im sichtbaren Bereich, die durch den Glühfaden erzeugt wird, durch den Kolben hindurchgehen lässt.

Die Erfindung betrifft eine Glühlampe, bei der die geometrische Form des Kolbens, die geometrische Form des Glühfadens und der reflektierende überzug in einer bestimmten Beziehung zueinander verwandt werden, um die von einem Wolframglühfaden erzeugte infrarotstrahlung zu reflektieren und die von einem Wolframglühfaden erzeugte sichtbare Strahlung durchzulassen, um dadurch die Gesamtausbeute der Lampe zu verbessern. Der erfindungsgemäss verwandte Überzug wird Wärmespiegel genannt, da er die Infratrotenergie reflektiert, während er für das sichtbare Licht durchlässig ist. Ein bevorzugter Überzug besteht aus einer Metallschicht hoher Leitfähigkeit·, die in Sandwich-Bauweise zwischen lichtdurchlässigen dielektrischen Schichten angeordnet ist, deren Brechungsindex für das Licht im sichtbaren Bereich im wesentlichen auf den imaginären Anteil des Absorptionsindex am Brechungsindex des Metalls abgestimmt ist. Das Metall hat eine hohe Leitfähigkeit und reflektiert die Infrarotstrahlung, ist jedoch in einer Schicht vorgesehen, die dünn genug ist, um die Energie im sichtbaren Bereich hindurchzulassen. Die dielektrischen Schichten sorgen für eine Phasenabstimmung und eine Reflexverminderung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein aus drei Schichten bestehender überzug verwandt, der von Filmen aus Titandioxid,/Silber und Titandioxid (Ti0₂/Ag/Ti0₂) gebildet ist.

Ein besonders, bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einer Glühlampe mit einem transparenten Wärmespiegel, der auf dem Lampenkolben vorgesehen ist und einen wesentlichen Teil der Energie im sichtbaren Bereich, die durch den Glühfaden erzeugt wird, durchiässt, während er wenigstens etwa 80 bis 85 % der vom Glühfaden erzeugten Infrarotenergie zum Glühfaden zurückreflektiert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Wärmespiegel von einem mehrschichtigen überzug aus TiO₂ZAgZTiO₂ gebildet, der optimal auf den Arbeitstemperaturbereich des Glühfadens abgestimmt ist. Der Glühfaden ist so geformt, dass er optisch der Form des Kolbens \ der Lampe entspricht.

809840/0720 ,

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in einer teilweise gebrochenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Glühlampe.

Fig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäss vorgesehenen Überzuges.

Fig. 2A zeigt in einer grafischen Darstellung die Eigenschaften des bevorzugten Überzuges.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des bei der erfindungsgemässen Glühlampe verwandten Glühfadens.

Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht ein weiteres Ausführungs— beispiel des Glühfadens.

In der Zeichnung ist eine Glühlampe 10 dargestellt, die einen gewöhnlichen Sockel 13 mit einem Kontaktgewinde 14 und einem knopfartigen Bödenkontakt.16,aufweist. Ein Quetschfuss 17 ist im Inneren des Sockels angebracht/lurch den hindurch für eine Abdichtung gesorgt ist. Zwei Zuleitungsdrähte 18 und 20 gehen durch den Quetschfuss und ein Ende jedes dieser Drähte steht in Kontakt mit den Sockelkontakten 14 und 16.

Am Quetschfuss ist ein Glühfaden 22 angebracht. Der in Fig. 1 dargestellte Glühfaden 22 ist ein Wolframdraht, der erforderlichenfalls dotiert sein kann. Der Glühfaden ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er eine Form hat, die zur Geometrie des Kolbens passt. D.h., dass der Glühfaden bezüglich des Lampenkolbens, der als Reflektorfläche dient, so geformt ist, dass die Möglichkeit, dass der Glühfaden den durch den Kolben reflektierten Teil seiner Energie auffängt, optimal ist. Das wird später im einzelnen beschrieben. Der Glühfaden 22 ist in der dargestellten Weise in vertikaler Richtung durch Halterungen 23, 24 angeordnet, die mit den Zuleitungsdrähten 18 und 20 verbunden sind. Es können

809840/0720

auch andere Halterungen für den Glühfaden verwandt werden.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein im allgemeinen kugelförmiger Kolben 11 vorgesehen, der an seinem unteren Ende, wo sich der Quetschfuss 17 befindet, nicht kugelförmig ausgebildet ist. An seinem kugelförmigen Teil ist der Kolben optisch so fehlerfrei wie möglich ausgebildet. D.h., dass er glatt mit konstantem Krümmungsradius ausgebildet ist, so dass dann, wenn der Glühfaden im optischen Mittelpunkt des Kolbens angeordnet ist, der grösste Teil ..der Infrarotenergie von der Wand des Kolbens im wesentlichen total zum Glühfaden zurückreflektiert werden kann, vorausgesetzt, dass der Kolben in der Lage ist, die Energie zu reflektieren. Vorzugsweise ist der Glühfaden optisch im kugelförmigen Teil des Kolbens so genau wie möglich zentriert.

Auf dem Kolben 11 befindet sich ein transparenter Wärmespiegelüberzug 12. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Überzug 12 aus einem mehrschichtigen Überzug verschiedener Materialien, die im einzelnen später beschrieben werden. Vorzugsweise befinden sich alle Schichten des Überzuges 12 auf der Innenseite des Kolbens, da sie dadurch am stärksten geschützt sind. Es kann sich jedoch auch ein passend ausgebildeter mehrschichtiger Überzug auf der Aussenseite des Kolbens zusätzlich zum überzug auf der. Innenseite des Kolbens oder anstelle, des Überzuges auf der Innenseite des Kolbens befinden.

Die grundsätzlichen Anfordernisse an den transparenten Wärmespiegelüberzug sind diejenigen, dass er eine so grosse Energiemenge im sichtbaren Bereich, die durch den Glühfaden erzeugt wird, wie möglich durchlässt und überträgt und dass er so viel wie möglich der vom Glühfaden erzeugten Infrarotenergie zum Glühfaden zurückreflektiert= Die Reflexion der Infrarotenergie zum Glühfaden zurück erhöht dessen Temperatur bei konstanter Leistung oder hält dessen Temperatur bei einer geringeren Leistung aufrecht, wodurch die Ausbeute des Glühfadens erhöht wird. Dadurch wird die in Lumen pro Watt ausgedrückte Lichtausbeute der Lampe verbessert.

809840/0720

-/ίΓ-

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Durchlässigkeit des Überzuges 12 für den mittleren Bereich der sichtbaren Energie über dessen Bereich von etwa 400 Nanometer bis etwa 700 Nanometer wenigstens etwa 60 % und liegt das Reflexionsvermögen des Überzuges für die mittlere Infrarotenergie von etwa 700 Nanometer im Mittel über 80 bis 85 %. Das Verhältnis der mittleren Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich zur mittleren Durchlässigkeit im Infrarotbereich, die gleich 1 minus dem Reflexionsvermögen ist, sollte daher wenigstens über 60 % : 15 % oder über 4 : 1 liegen. Das Spektrum des sichtbaren Lichtes, das durch einen Glühfaden bei einer Arbeitstemperatur von etwa 2900⁰K erzeugt wird,ist in der grafischen Darstellung in Fig. 2A überlagert dargestellt.

Die Eigenschaften eines idealen Wärmespiegels bestehen darin, . dass die gesamte Energie im sichtbaren Bereich durchgelassen wird und dass die gesamte Energie im Infrarotbereich reflektiert wird. Theoretisch sollte der Knickpunkt zwischen der Durchlässigkeit und dem Reflexionsvermögen bei etwa 700 Nanometern auftreten. D.h., daß die Strahlung unter 700 Nanometer durch den Kolben hindurchgelassen werden sollte, und dass die Strahlung über 700 Nanometern reflektiert werden sollte. In der Praxis können · Knickpunkte bis zu bis 850 Nanometern und sogar etwas darüber hingenommen werden. In Fig. 2A ist grafisch die Durchlässigkeit eines bevorzugten Überzuges dargestellt.

Wie es im Obigen dargestellt wurde, wird der bevorzugte überzug von einer Metallschicht gebildet, die in Sandwich-Bauweise zwischen zwei Schichten eines dielektrischen Materials angeordnet ist. Ein besonders wirksamer Überzug ist ein mehrschichtiger überzug aus TiO2/Ag/TiO2· Dieser überzug ist vorzugsweise auf das Innere des kugelförmigen Kolbens 11 der Lampe niedergeschlagen. -

809840/0720

Wie esin Fig. 2 dargestellt ist, besteht der Kolben 11 vorzugsweise: aus einem herkömmlichen Glasmaterial, das für Kolben verwandt wird, nämlich aus Kalkglas. Es kann auch irgendein anderes geeignetes Glasmaterial verwandt werden» Die Schichten des Überzuges sind mit 12a für die erste TiO₂ Schicht, die dem Glühfaden am nächsten ist, mit 12b für die Silberschicht und mit 12c .für die TiO₂ Schicht bezeichnet, die vom Glühfaden am weitesten entferntist, und sind der Reihe nach auf die Innenseite des Glases' niedergeschlagen* Das kann beispielsweise durch Hochfrequenzsprühen in einer Inertgasatmosphäre, beispielsweise in einer Ärgonatmosphäre*erfolgen. Die Schichten des Überzuges können auch mittels eines anderen herkömmlichen Verfahrens einschliesslich durch Eintauchen, Aufsprühen, Aufdampfen, chemisches Niederschlagen usw. entwickelt werden. In allen Fällen sollte die Stärke jeder der Schichten in passender Weise unter Kontrolle gehalten werden, so dass diese Schicht die gewünschte Stärke haben kann.

Bei dem bevorzugten, aus drei Schichten Ti0₂/Ag/Ti0₂ bestehenden Spiegel sorgt die mittlere Silberschicht 12b für die Durchlässigkeit für sichtbares Licht und für die Reflexion des Irtfrarotlichtes-. Eine dünne Silberschicht mit einer Stärke von etwa 20 Nanometern absorbiert nur etwa 10 % oder weniger der einfallenden Energie im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes. Die Titandioxidschichten: lassen in ähnlicher Weise das sichtbare Licht durch und dienen auch als reflexvermindernde Schichten und Phasenabstimmurigsschichten. D.h., dass die innere Schicht 12a, die dem Glühfaden am nächsten ist, die Phase der sichtbaren Strahlung auf die Silberschicht 12b abstimmt, die so wirkt, dass sie die Infrarotstrahlung reflektiert, das sichtbare Licht jedoch durchlässt. Die äussere Schicht 12c stimmt die Phase des durchgelassen sichtbaren Lichtes auf das Glas ab, um das Licht schliesslich

809840/0720 > η _

ORIGINAL

mit geringen sichtbaren Reflexionen durch den Kolben hindurchzulassen.

Die Stärke der Schichten des Überzuges 12 ist so gewählt, dass der Durchgang des sichtbaren Lichtes und die Reflexion des Infrarotlichtes, die durch einen Glühfaden bei seiner Arbeitstemperatur erzeugt werden, optimal ist. Diese Arbeitstemperatur liegt im Bereich von etwa 2600⁰K bis etwa 2900⁰K. Die Arbeitstemperatur der Lampe ist im allgemeinen unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Lampe und unter Berücksichtigung anderer Faktoren gewählt. Bei einer kurzen Lebensdauer der Lampe, d.h. bei einer Lampe, die eine Nennlebensdauer von etwa 750 Stunden hat, liegt die Arbeitstemperatur des Glühfadens bei etwa 2900⁰K. Bei einer längeren Lebensdauer, d.h. bei einer Lampe, die länger als 2000 bis 2500 Stunden arbeitet, liegt die Arbeitstemperatur bei etwa 2750⁰K. Die Farbtemperatur liegt im allgemeinen um etwa 50⁰K tiefer.

Der Silberüberzug wird zur Erhöhung der Durchlässigkeit für das sichtbare Licht optimiert. Bei einer Ausführungsform, des Überzuges können die Stärken der inneren und der äusseren Schicht 12a und 12c aus TiO₂ entweder im Verhältnis 1 : 1 oder 1:3 zueinander stehen, so dass die Ti0_ Schicht 12c, die am weitesten vom Glühfaden entfernt ist, dreimal stärker als die innere Schicht 12a, d.h. die dem Glühfaden am nächsten liegende Schicht ist. Bei einer Überzug mit einem Verhältnis 1 : 1 hat sich herausgestellt, dass eine Silberschicht von etwa 20 Nanometern über einen Arbeitstemperaturbereich des Glühfadens von etwa 2600⁰K bis 2900⁰K leistungsfähig ist, wenn die innere und die äussere TiO₂ Schicht 12a und 12c 18 Nanometer stark sind. Bei einem Überzug mit einem Verhältnis von 1:3 besteht ein leistungsfähiger Überzug aus einer Silberschicht mit einer Stärke von 6 Nanometern -mit einer äusseren TiO₂ Schicht mit einer Stärke von 60 Nanometern und einer inneren Schicht mit einer Stärke von 20 Nanometern.

809840/0720

Der Bereich der Schichten des Überzuges für einen leistungsfähigen transparenten Wärmespiegel gemäss der erfindungsgemässen Glühlampe, der in der Lage ist, wenigstens etwa 80 % bis 85 % der erzeugten Infrarotenergie zu reflektieren und wenigstens 60 % der sichtbaren Energie durchzulassen, wird im folgenden angegeben:

TiO₂	Schicht	1	2a	13	bis	28	nm	13	bis	28	nm
Ag	Schicht	1	2b	13	bis	28	nm	4	bis	9	nm
TiO₂	Schicht	1	2c	13	bis	28	nm	39	bis	84	nm

Es können auch andere Überzüge als die bevorzugte ^

Kombination verwandt werden. Es können auch andere Dielektrika als TiO₂ benutzt werden.

Wie es oben dargestellt wurde, besteht das Hauptkriterium für die Auswahl der Komponenten der Schichten des Überzuges darin, dass der Absorptionsindex für die Lichtenergie der dielektrischen Schicht .T) auf die des Metalles (K¹) in der Nähe des betrachteten Wellenlängenbereiches Xp abgestimmt ist. Einige zusammenpassende Metalle und Dielektrika werden in der folgenden Tabelle aufgeführt:

809 8 4 0/0720

_ of _

2.6

Silber

Glas	1.5\	-Kalium
Mg F	I.5/
Na F	1.3\	Rubidium
Li F	„
Glas -	l.J
TiO₂	2.6	Gold

Dielektrikum	η	Metal1	K
TiO₂	2.6>	Natrium	2.6
Zn S	*²-³ί*
Cd S	2.5i

3.6

1.5

1.2

2.8

Es müssen auch andere Eigenschaften in Betracht gezogen werden/ von denen die wichtigste die Durchlässigkeit des Metalles für sichtbares Licht ist.

Es kann mathematisch dargestellt werden, dass die dielektrischen Filme und die Metallfilme in einer der folgenden Kombinationen von Schichtstärken vorliegen:

(D X₁ = P₃ - λ p/an : Dielektrikum

	λρ 2π	Il Il	to	KT	arc t
(2)		1 K	λρ 3λ{	/⁸η
		arc	tanh

Π²-Π_ΟΠ₃ . Metall

Dielektrikum

Metall

8 0 9840/0720

- 10 -

- Wobei'"I jj = Index des Gases im Kolben, der im wesentlichen gleich eins ist, i

μ 2 - Index des Glases des Kolbens 6| = - Stärke der dielektrischen Schicht in Nanometern,

die dem Glühfaden am nächsten liegt, eg ~~ Stärke der Metallschicht in Nanometern und e₃ = Stärke der dielektrischen Schicht in Nanometern, die . am weitesten vom Glühfaden entfernt liegt.

Das Füllglas für den Kolben kann nach den normalen Auswahlkriterien für die Lebensdauer des Glühfadens, die Abnahme des Energieverbrauches usw. ausgewählt werden. Es kann somit ein herkömmliches Argonfüllgas, ein Kryptonfüllgas oder Vakuum verwandt werden. Andere herkömmliche Füllgase oder Gemische daraus können gleichfalls benutzt werden.

Wenn ein kugelförmiger Kolben verwandt wird, befindet sich vorzugsweise ein gekrümmter Reflexionsschirm 25 im Halsteil· des Kolbens, um die Energie von diesem Bereich des Kolbens zum Glühfaden zurückzureflektieren. Der Schirm 25 besteht aus einem; reflektierenden Metallmaterial und kann am Quetschfuss 17 angebracht sein. Dabei kann irgendeine geeignete Befestigungseinrichtung verwandt werden. Ein angemessen guter Reflektor ist Aluminium. Ein besserer Reflektor ist Siiber oder Gold. Der Schirm25 kann denselben Krümmungsradius wie der kugelförmige Teil des Kolbens haben, und kann im Halsteil des Kolbens an einer derartigen Stelle angeordnet sein, dass die Kugelform geschlossen ist und die Energie zum Glühfaden zurückreflektiert wird. Durch eine geeignete Auslegung seines Krümmungsradius kann der Schirm 25 an verschiedenen Steven, d.h. näher am Glühfaden angeordnet sein und dennoch die Energie zum Glühfaden zurückreflektieren,

Es wurde festgestellt, dass der bedeutendste Aspekt einer Glühlampe, die einen Wärmespiegel verwendet, der Spiegel selbst, d.h. die Frage, wie wirksam er als Infrarotreflektor und wie durchlässig er, für sichtbares Licht ist,und die. Auslegung, d.h. die Geometrie und die Zentrierung des Glühfadens ist. Obwohl die Glühfadenzentrierung von besonderer Bedeutung ist, wurde festgestellt, dass mit einer passenden Glühfadengeometrie für eine gegebene

809840/0720

Form des Kolbens, d.h. des Reflektors, eine beträchtliche Erhöhung der Ausbeute der Lampe in Lumen pro Watt erzielt werden kann, wenn das Reflexionsvermögen für infratrotes Licht des Spiegels 45 % bis 50 % übersteigt, und zwar selbst wenn sich der Glühfaden ausserhalb der optischen Achse des Kolbens um bis zu der Hälfte des Durchmessers des Glühfadens befindet.

Um die Ausbeute der Lampe zu optimieren, sollte der Glühfaden vorzugsweise eine Geometrie haben, die zu der des Kolbens passt und sollte der Glühfaden im optischen Mittelpunkt des Kolbens angeordnet sein. Bei einem kugelförmigen Kolben sollte der Glühfaden beispielsweise im idealen Fall kugelförmig ausgebildet und im optischen Mittelpunkt des Kolbens angeordnet sein. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, befindet sich der Glühfaden in einer solchen Situation, dass theoretisch die gesamte von dem Kolben reflektierte Energie zurück auf den Glühfaden fällen wird. ·

In der Praxis ist es nicht möglich, einen Glühfaden herzustellen, dessen Geometrie vollständig der eines kugelförmigen Kolbens entspricht. Die Herstellung eines kugelförmigen Glühfadens aus einem Wolframdraht bietet beispielsweise viele praktische Schwierigkeiten.

Aufgrund dieser Tatsache.werden einige Kompromisse geschlossen. Zunächst wird dafür gesorgt, dass die Geometrie des Glühfadens so nahe wie möglich der Geometrie des Kolbens entspricht. Zum zweiten wird der Glühfaden in einer relativ geschlossenen Form ausgebildet. D.h., dass der Glühfaden geschlossen ausgebildet wird, so dass nur eine minimale Menge der Infrarotenergie, die vom überzug im Kolben von irgendeiner Richtung reflektiert wird, durch den Glühfaden hindurch zur gegenüberliegenden Wand geht, ohne durch den Glühfaden absorbiert zu werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die relative Offenheit des Glühfadens derart gewählt, dass im Mittel weniger als 50 % des reflektierten Lichtes direkt durch den Glühfaden geht, wobei eine bevorzugte Offenheit unter etwa 40 % liegt. D.h., dass 60 % oder mehr der reflektierten Infrarotenergie durch den Glühfaden absorbiert wird.

809840/0720 -,o

Fig. 3 zeigt die Form eines Glühfadens, die bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Lampe verwandt werden kann. Das Ziel der Auslegung des Glühfadens besteht darin, einen Glühfaden zu erzeugen, der die Wirkung einer Kugel innerhalb der Grenzen hat, die durch die herkömmlichen Materialien des Glühfadens und durch die Herstellungsverfahren gegeben sind. Ein zylindrisch geformter Glühfaden stellt einen durchschnittlich wirksamen Radiator dar und arbeitet auch gleichfalls durchschnittlich wirksam, selbst wenn die Längsachse des Zylinders aus dem optischen Mittelpunkt des Kolbens herausversetzt ist.

Der Glühfaden 35 in Fig. 3 besteht aus einem herkömmlichen Glühfadenmaterial t beispielsweise aus einem Wolframdraht, der gegebenenfalls dotiert sein kann, um die Arbeitsweise zu verbessern. Diese Dotierungen sind allgemein üblich. Der Glühfaden von Fig. 3 ist ein dreifach gewendelter Glühfaden.

Der Glühfaden wird dadurch hergestellt, dass zuerst ein herkömmlich doppelt gewendelter Glühfaden gebildet wird, d.h. dass ein' Wolframdraht in Form einer Schraubenwendel ausgebildet wird und ansehliessend eine weitere Schraubenwendel aus dem gewendelten Draht gebildet wird. Der doppelt-gewendelte Glühfaden wird nochmals in Form einer Schraubenwendel ausgebildet, um den dreifach gewendelten Glühfaden zu bilden. Die Dreifachwendel wird in Form einer Schraubenlinie gewickelt, die die allgemeine Axissenform. eines Zylinders hat. Die Höhe und der Durchmesser des Zylinders sind annähernd gleich, so dass, der Zylinder einer Kugel nahekommt. Der Radiusdes durch den Draht gebildeten Zylinders beträgt vorzugsweise wenigstens- etwa 1/5 oder, weniger des Radius des kugelförmigen: Teiles; des Kolbens. Die relative Offenheit liegt vorzugsweise bei etwa 40 % oder darunter. Unter Verwendung der oben beschriebenen Geometrie und des Wertes der Offenheit kann der in Fig. 3 dargestellte Glühfaden in einem Kolben mit einem 40 % wirksamen Infrarotlicht- reflektierenden überzug verwandt werden^ wobei sich eine beträchtliche Verbesserung: der Ausbeute ergibt.

- 13 -

.809840Λ0720

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Glühfadens 40, dessen Aussenflache grob einer Kugel nahekommt. In diesem Fall wird wiederum ein dreifach gewendelter Glühfadendraht verwandt und so gewickelt, dass er an seinen Enden engere Wicklungen und' in der Mittel breitere Wicklungen hat. Ein Glühfaden dieser Art hat den weiteren Vorteil, dass er der Kugelform des Kolbens der Lampe noch näher kommt und daher optisch noch genauer ausgerichtet werden kann.

Obwohl im Vorhergehenden ein kugelförmiger Kolben beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass ein passend leistungsfähiger transparenter Wärmespiegel auch bei einer Lampe mit einem anders geformten Kolben und passend geometrisch ausgebildeten Glühfaden zu einer höheren Ausbeute führen wird. Beispielsweise kann der Kolben die Form eines Zylinders haben, wobei eine zylindrische Strahlungsquelle entweder aus einem Draht oder einer perforierten zylindrischen Hülse gebildet ist. Der Kolben kann auch ellipsoidförmig oder in Form einer Rotationsellipsoiden ausgebildet sein. In diesen Fällen haben, die Glühfäden vorzugsweise eine Form, die notwendig ist, um ein Strahlungsmuster zu erzeugen, das so nahe wie möglich dem des Kolbens entspricht. Im Fall eines Kolbens aus einem Ellipsoiden können zwei Glühfaden verwandt werden, von denen jeweils einer an jedem Brennpunkt des Ellipsoiden liegt.

809840/0720

Claims

EWTA*Ii/VäL1 E A. GRUNECKER

H. KINKELDEY

DR-(NS

W. STOCKtWlAtR

K. SCHUMANN

OR REK Ν«Π- tSPL-FWiS

F». Hv JAKOB

G. BEZOLD

CR FERJiAE-DK.-OEM

S MÜNCHEN 22

MAXtMIUANSTRASSE 43

12 483

P Ä FEJTiHSPHIfCHE

ft Λ Glühlampe mit einem Kolben, einem Glühfaden im Kolben, der beim Anliegen eines elektrischen Stromes Strahlungsenergie im sichtbaren und im infraroten Bereich erzeugt, wobei der Glühfaden bezüglich des Inneren des Kolbens so angeordnet ist und der Kolben so geformt ist, dass wenigstens ein Teil der Infrarotenergie ,die durch den Glühfaden beim Aufglühen erzeugt wird und den Kolben erreicht, zurück zum Glühfaden reflektiert wird, gekennzeichnet durch einen transparenten Hannespiegelüberzug f12) am Kolben C!1>, der von einer Metallschicht (12b> und wenigstens einer Schicht aus einem dielektrischen Material (12a, t2c> gebildet wird, die daneben angeordnet

803840/0720

telefon (oaa)aaaaea telex oo-aaaao toeqimmme monapat telekopierer

ist, um wenigstens im Mittel mehr als etwa 40 % der vom Glühfaden (22, 35, 40) erzeugten Energie über den infraroten Bereich zurück zum Glühfaden (22, 35, 40} zn reflektieren und im Mittel über etwa 60 % der vom Glühfaden (22, 35, 40) erzeugten Energie über den sichtbaren Bereich, üie. den überzug (12) erreicht, hindurchzulassen.
2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Schicht aus dielektrischem Material (12a, 12c) auf jeder Seite der Metallschicht (12b) befindet.
3. Glühlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht oder beide Schichten aus dielektrischem Material |12a_r 12c) des Überzuges (12) einen Brechungsindex für die üxchtenergie im sichtbaren Bereich hat bzw. haben, der im wesentlichen auf den imaginären Anteil des Brechungsindex des Metalls (12b) abgestimmt ist.
4. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug (12) so ausgebildet ist, dass für die ihn erreichende - Energie das Verhältnis der durch den Oberzug (12) durchgelassenen mittleren Energie über den sichtbaren Irichtbereich, die durch den Glühfaden (22, 35, 40) erzeugt wird, zur durchgelassenen mittleren Energie über den Infrarotbereich, die durch den Glühfaden (22, 35, 40) erzeugt wird, wenigstens etwa 3 r 1 beträgt.
5. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis wenigstens etwa 4:1 beträgt.
6. Glühlampe nach. Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dex Überzug (12) so ausgebildet ist, dass er wenigstens etwa 68 % der mittleren Energie über den sichtbaren Bereich, die ihn erreicht, durchlässt und wenigstens etwa 80 bis 85 % der mittleren Energie über den. Infrarotbereich, die ihn erreicht, zum Glühfaden {22, 35, 4OJ zurückreflektiert.

80S840/0720 _ ₃ _
7. Glühlampe nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichne t , dass der Überzug (12) so ausgebildet ist, dass er wenigstens im Mittel über etwa 80 % der Energie über den Infrarotbereich oberhalb von etwa 700 Nanometern, die durch den Glühfaden (22, 35, 40) erzeugt wird, zum Glühfaden (22, 35, 40) zurückreflektiert und im Mittel wenigstens über etwa 60 % der Energie im sichtbaren Bereich zwischen 400 Nanometern bis etwa 700 Nanometern hindurchlässt.
8. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch g e .k e η η ζ e'i c h η et ,dass der Glühfaden (22, 35, 40) beim Aufglühen in einem Temperaturbereich von etwa 2600⁰K bis etwa 2900⁰K arbeitet.
9. Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge ken η ζ ei c h η et ,dass das Material der dielektrischen Schicht öder der dielektrischen Schichten (12a, 12c) Titandioxid ist und dass die Metallschicht (12b) aus Silber besteht.
10. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e ken η ζ ei Ch η e t , dass das Metall des Überzuges (12) aus eine Gruppe gewählt ist, die aus Gold, Silber, Rubidium, Natrium und Kalium besteht. .
11. Glühlampe nach Anspruch 9, dadurch gekeniizeichli et jv dass-das-Verhältnis der Stärken der Schichten (12a, 12c) aus einem dielektrischen Material des Überzuges (12) im wesentlichen gleich 1 : 1 beträgt*
12. Glühlampe nach Anspruch 9 oder 11, dadurch g e k e η η ζ eic h η e t , dass der Glühfaden (22,35, "40-) eine Arbeitstemperatur im Bereich von 2600⁰K bis 2900°K hat und dass die Schichten (12är Λ2b, 12c) des Überzuges (12) die folgenden Stärken haben: '"-.-

aoaa.40/07

Stärke in nm

von etwa bis etwa

innere dielektrische
Schicht (12a)

(das dem Glühfaden am 13 28

nächsten liegende Material)

Metallschicht (12b) 13 28

äussere Schicht aus dielektrischem Material (12c) 13 28.
13. Glühlampe nach Anspruch 9/ dadurch g e k e η η ze lehnet, dass das Verhältnis der Stärke der Schicht aus dielektrischem Material (12a), die dem Glühfaden (22, 35, 40) am nächsten liegt, zu der Stärke der Schicht aus dielektrischem Material (12c), die am weitesten vom Glühlfaden (22, 35, 40) entfernt liegt, im wesentlichen 1:3 beträgt.
14. Glühlampe nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühfaden (22, 35, 40) eine Arbeitstemperatur im Bereich von etwa 2600⁰K bis etwa 2900⁰K hat und dass die Schichten (12a, 12b, 12c) des Überzuges (12) die folgenden Stärken haben;

Stärke in nm

von etwa bis etwa

innere dielektrische
Schicht

(das dem Glühfaden am
nächsten liegende Material)
(12a) 13 28

Metallschicht (12b) 4 9

äussere Schicht aus di- -

elektrischem Material (12c) 39 84.
15. Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke jeder Schicht (12a, 12b, 12c) des Überzuges (12) gleich 1/10 oder weniger der niedrigsten Wellenlänge des durchzulassenden sichtbaren Lichtes ist.

809840/0720
16. Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , dass der Glühfaden (22, 35, 40) eine Arbeitstemperatur im Bereich von etwa 2600⁰K bis etwa 2900⁰K hat und dass der Überzug (12) optimal an das Durchlassen der Energie im sichtbaren Bereich und an die Reflexion der Energie im infraroten Bereich bei diesem Temperaturbereich angepasst ist.
17. Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühfaden (22, 35, 40) so aufgebaut und bezüglich des Kolbens (11) so angeordnet ist, dass wenigstens etwa 60 % der mittleren Energie im Infrarotbereich, die vom Kolben (11) und vom Oberzug (12) zurück auf den Glühfaden (22, 35, 40) reflektiert wird, auf den Glühfaden (22, 35, 40) auftrifft.
18. Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Kolbens (11) kugelförmig ist und eine Reflexionsfläche für die Infrarotenergie bildet und dass der Glühfaden (22, 35, 40) so geformt ist, dass er körperlich der Geomtrie einer Kugel nahekommt und im wesentlichen im optischen Mittelpunkt des kugelförmigen Teiles des Kolbens (11) angeordnet ist, der die Reflexionsfläche bildet.
19. Glühlampe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühfaden in Form eines Zylinders ausgebildet ist, dessen Höhe und Durchmesser im wesentlichen gleich gross sind.
20. Glühlampe nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η ζ eic h η e t , dass der Glühfaden aus einem gewendelten .Draht in der allgemeinen Form eines Basis an Basis angeordneten Doppelkonus gebildet ist. *
21. Glühlampe nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η -

ze i c h η e t , dass der Glühfaden einen Radius hat, der etwa gleich 1/5 oder weniger des Radius des kugelförmigen Teiles des Kolbens (11) ist.

8098 40/0720- - 6 -
22. Glühlampe nach einem der Ansprüche 18, 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , dass der Glühfaden (35) aus einem Draht gebildet ist, der dreifach gewendelt und körperlich so gebildet ist, dass er der Geometrie des reflektierenden Teiles des Kolbens (11) nahekommt,und dass der Glühfaden (35) im wesentlichen am optischen Mittelpunkt des reflektierenden Teils des Kolbens (11) angeordnet ist.
23. Glühlampe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühfaden so geformt ist, dass er ein Energiemuster ausstrahlt, das im wesentlichen mit der Form der Oberfläche des reflektierenden Teils des Kolbens (11) übereinstimmt.
24. Glühlampe nach Ansp^ch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierende Teil des Kolbens (11) im allgemeinen zylindrisch ist und dass der Glühfaden gleichfalls zylindrisch geformt ist.
25. Glühlampe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , dass der reflektierende Teil des Kolbens (11) im allgemeinen kugelförmig ist, und dass der Glühfaden so ausgebildet ist, dass er der Form einer Kugel nahekommt.
26. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 23 und nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , dass der Kolben (11) kugelförmig ist und einen langgestreckten Halsteil aufweist und dass eine Reflektoreinrichtung (25) in der Nähe des Halsteiles angeordnet ist, um die vom Glühfaden (22) erzeugte und zum Haisteil ausgestrahlte Infrarotenergie zum Glühfaden (22) zurückzureflektieren.
27. Glühlampe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , dass die Reflektoreinrichtung (25) im Abstand von der Fortsetzung der Innenfläche des kugelförmigen Teils des Kolbens (11) im Halsteil angeordnet ist und einen derartigen Krümmungsradius hat, dass die.Infrarotenergie zum Glühfaden (22) zurückreflektiert wird.

80984 0/0720 -7-
28. Glühlampe nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch ge ken η ζ ei c h η e t , dass die Reflektoreinrichtung

(25) im wesentlichen denselben Krümmungsradius wie der kugelförmige Teil des Kolbens (11I hat und bezüglich des kugelförmigen Teils des Kolbens so angeordnet ist, dass sie zum Umriss des kugelförmigen Teils passt.
29. Glühlampe nach einem der Ansprüche 26, 27 oder 28, dadurch ge k en η ζ ei c h η e t , dass die Reflektoreinrichtung (25) eine metallisierte Oberfläche mit einem darauf befindlichen Metall aufweist.
30. Glühlampe nach Anspruch 29, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, dass das Metall der metallisierten Oberfläche aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Älumiiiium, Silber und Gold besteht.
31. : Glühlampe nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch ge k en ή ζ ei c Sn et , dass ein Quetschfuss (17). im Halsteii des Kolbens (11) vorgesehen ist, an dem der Glühfaden

(22) angebracht ist,und dass eine Einrichtung zum Anbringen der Reflektöreinrichtung (25) am Quetschfuss (17)vorgesehen ist.

809840/0720