DE3001755C2

DE3001755C2 - Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer von Allgebrauchsglühlampen

Info

Publication number: DE3001755C2
Application number: DE3001755A
Authority: DE
Inventors: Dieter 1000 Berlin Binninger; Wolfgang Bogen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE3001755A1

Description

a) daß die Allgebrauchsglühlampen mit einer für Normalbetrieb höher als verwendungsgemäß benötigten Lichtausbeute von mindestens 135 Lumen pro Watt für Verkehrssignalleuchten ausgestattet sind und

b) daß die Farbtemperatur des Glühfadens mindestens 350⁰K unterhalb der Normaltemperatur, bei der die durchschnittliche Lebensdauer 1000 Stunden beträgt, liegt.

2 Verf.ihisn nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Allgebrauchsglühlampen eine Doppelwendel aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Allgebrauchsglühlampen mit einer Gasfüllung aus Krypton und /oder Xenon und/ oder in einer Ausbildung als Haiogenlampe verwendet werden.

Die Erfindung betrifft tin VerOhren zur Verlängerung der Lebensdauer vor. Allgcbrauchsglühlampcn laut Oberbegriff des Palenlanspruc r> 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 29 21 864 bekannt (ältere Anmeldung).

Bei Straßciivcrkchrs-Signalleuchlcn werden spezielle Langlcbcnsdauer-Glühlampen, sogenannte Sig-Lampen, mit den Werten 70 Watt und 220—240VoIt verwendet, deren Ausfallrate trotz ihres speziellen Aufbaues nach dreimonatigem Betrieb zwei Prozent übersteigt. Wegen der hierdurch entstehenden Verkehrsgefährdung müssen diese Glühlampen spätestens alle drei bis vier Montage ausgewechselt werden. Aufgrund der gestiegenen Personalkosten ist das Auswechseln wesentlich teurer geworden als die auszuwechselnde Glühlampe selbst kostet. Zum Auswechseln der Glühlampen werden die Signalleuchten abgeschaltet und in den ersten Sekunden danach haufen sich erfahrungsgemäß die Verkehrsunfälle. Diese nachteiligen Verhältnisse haben in den letzten zwei Jahrzehnten wegen des ebenfalls zugenommenen Straßenverkehrs und der hiermit steigenden Anzahl der Straßenvcrkehrs-Signallcuchlcn zu lawinenartig ansteigenden Kosten geführt.

Ei ist auch nicht gelungen, mit Hilfe spezieller Niedcrvolt-Langlebensdauer-Glühlampen dieses Problem zu lösen.

Es ist bekannt, die Lebensdauer von Glühlampen dadurch zu optimieren, daß man die Lichtausbeute auf das notwendige Minimum beschränkt und die höchstmögliche, mit der Anwendung zu vereinbarende Wattleistung anwendet.

Zur Verlängerung der Lebensdauer der Glühlampen bei Verkehrssignalleuchten wird daher ein Unterspannungsbetrieb mit einer Farbtemperatur von 2400—2450° K bei 220VoIt Betriebsspannung angewendet, der jedoch wegen des hierdurch stark verringerten Wirkungsgrades bei gegebener Wärmebelastbarkeit der Signalleuchten, seine Grenze findet Zum Beispiel sinkt bei Halbierung der Leistungsaufnahme einer Glühlampe durch Verringern der Betriebsspannung deren Lichtausbeute auf etwa ein Drittel. Außerdem tritt ein allgemein nicht mehr tragbarer Verlust des Biaulichtanteiles ein, so daß die für das menschliche Auge günstige spektrale Zusammensetzung des Glühlampenlichtes verloren geht.

to Für den Unterspannungsbetrieb ausgelegte 220 Volt Glühlampen haben einen gegenüber den üblichen Glühlampen verlängerten Glühdraht, der mehr Wärme an das Füllgas der Glühlampe abgibt und daher zusätzlich den Wirkungsgrad herabsjtzt

Ferner ist es üblich, bei Langlebensdauer-Glühlampen den längeren einfach gewendelten Glühdraht zur Verbesserung der Stoßfestigkeit mit bis zu neun Halterungen aufzuhängen. Diese Halterungen verursachen wegen ihrer Wärmeableitung eine weitere wesentliche Verringerung des Glühlampenwirkungsgrades, so daß die Wärmebelastungsgrenze der Verkehrssignalleuchten erreicht ist Da trotzdem das Ziel einer ausreichend langen Glühlampen-Lebensdauer nicht erreicht wird, kann man den beträchtlichen hierfür benötigten Ene~- gieaufwand an elektrischer Leistung als Energievergeudung bezeichnen.

Außerdem kosten die speziellen Langlebensdauer-Glühlampen für Verkehrssignalleuchten wesentlich mehr als normale handelsübliche Glühlampen, die sogenannten Allgebrauchsglühlampen.

In der DE-OS 23 21 864 wurde vorgeschlagen, zur Erhöhung der Lebensdauer der Lampen die effektive Spannung auf 60—80% der Nennspannung zu begrenzen. Der sich hierdurch ergebende geringere Wirkungs-

r> grad sollte durch Verwendung von Glühlampen mit größerer Leistung ausgeglichen werden. Auch diese i.fisiing würde einen beträchtlich höheren Knergienufwand erfordern und aufgrund der Wärmebclastungsgrcn/o üblicher Signalleuchlcn nicht praktikabel sein.

Die »Straßen-Verkehrs-Technik« (v70. Heft 3. -Seite 71 bis 74 beschreibt ein Verfahren mit Speziallampcn. die einmal im Jahr ausgewechselt werden, deren mittlere Lebensdauer 8000 Stunden beträgt. Gemäß dieser Veröffentlichung ist die Lichtausbeute von sekundärer Bedeutung und der Preis dieser Speziallampen etwa viermal so hoch wie der einer normalen stoßfesten Lampe. Dieses Verfahren berücksichtigt nicht, daß eine mittlere Lebensdauer von schätzungsweise 150 000 Stunden erforderlich ist. um bei einjährigem Dauerbetrieb die Ausfallrate unter die angestrebten 2 Prozent drücken zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei nahezu gleichem Aufwand an elektrischer finergic den Cjliihlampenausfall bei .Signalleuchlcn wesentlich zu vernii

Vi gern, um den Zeitraum für d;is Auswechseln der Glühlampen auf mindestens ein bis /wci lahrc zu verlängern, die damit zusammenhängenden Kosten entsprechend zu reduzieren und gleichzeitig die Verwendung kostenaufwendiger Spezialglühlampen zu umgehen.

Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung nutzt mehrere ineinandergreifende Effekte:
Die bei Verkehrssignalleuchten verwendeten roter^.

gelben und grünen Streuscheiben lassen nur einen engen Spektralbereich des Lichtes hindurch. Der Farbton des roten oder gelben Lichtes verändert sich daher nur unwesentlich, selbst wenn die Farbtemperatur der in

den Signalleuchten befindlichen Glühlampen auf 20(M)⁰K eingestellt wird. Der Farbton des grünen Lichtes wird erst unter 2250" K Glühdrahltemperalur !eiehl bräunlich. Der benötigte Blaulichtanteil ist somit wesentlich geringer als die bisher in diesen Signalleuchten verwendeten Glühlampen hergeben, die üblicherweise eine Farbtemperatur des Glühlampendrahtes von 2400° K aufweisen.

Benutzt man ferner anstelle der 70 Watt/ 220—240 Volt oig-Lampen, gemäß eines Anwendungsbeispiels der Erfindung, 150 Watt/220-230 Volt Allgebrauchs-GIühlampen bei einem Unterspannungsbetrieb ■nit etwa 2310° K, die gegenüber den Sig-Lampen bei vergleichbarer Farbtemperatur eine wesentlich höhere Lichtausbeute wegen der geringeren Anzahl der Glühdrahthaiterungen und eine mehr als zweifache Lebensdauer wegen des dickeren doppelt gewendelten Glühdrahtes mit nahezu doppeltem Querschnitt aufweisen, wird die höhere Lichtausbeute in zusätzliche Lebens dauer verwandelt. Hierbei entsteht ein Multiplikatoreffekt, weil sich die aufgrund des dickeren doppelt gewenddien Glühdrahtes gewonnene längere Lebensdauer wegen der durch die höhere Lichtausbeute u.id des höheren Wirkungsgrades möglichen Farbtempcraiursenkung vervielfacht

Bei dem schlechten Wirkungsgrad der Sig-Lampen «.ntstcht ein gegenteiliger Multiplikatoreffekt, daß eine Senkung der Farbtemperatur die Lichtausbeute soweit verringern würde, daß sie nicht mehr durch eine höhere Glühlampenleistung ausgeglichen werden kann, weil die Temperaturbelastung der Signalleuchte an die zulässige Grenze stößt.

Hinsichtlich der Erschütterungsempfindlichkeit des Glühlampendrahtes ergibt sich dagegen bei der erfindungsgemäßen Lösung ebenfalls ein positiver Multiplikatoreffekt aufgrund des kürzeren und dickeren Glühiampendrahtes und der geringeren Farbtemperatur. Die derart um ein Vielfaches verringerte Erschütterungsempfindiichkeit verlängert zusätzlich die Lebensdauer, du der Glühlampenausfall bei Verkehrssignalleuchten f-jst immer auf einem erschütterungsbedingten Drahtbruch beruht.

Diese Lffcklc ergeben zusammengenommen, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung der Farbtemperaturunlersehied mindestens 350" K beträgt, während die üblichen Sig-Lampen maximal nur 300⁰K unter derjenigen Farbtemperatur betrieben werden, bei der sie im TestbetrseD eine durchschnittliche Lebensdauer von 1000 Stunden aufweisen.

Während die 70Waü Sig-Lampen bei Betrieb an 200 Volt eine Leistung von etwa 65 Watt aufnehmen, ist bei dem erfindungsgemäßen Beispiel die Leistungsaufnahme gleich oder geringfügig bis zu 5 Prozent höher. L¹UrCh unterschiedliche Betriebsspannungen der den roten, grünen oder gelben Streuscheiben zugeordneten Glühlampen läßt sich die durchschnittliche Leistungsaufnahme gegenüber der herkömmlichen Lösung geringfügig senken. Die Lebensdauer ist jedoch gegenüber den Sig-Lampen mehr als verzehnfacht.

In dem Diagramm sind die Farbtemperaturwerte von 40, 75, 100 und 150 Watt/220-230 Volt Allgebraughslampen in Abhängigkeit vom Betriebsstrom dargestellt. Ferner sind die FarbtemperaUirwerte von drei aus verschiedenen Herstellungsserien stammenden 70 Watt Sig-Lampcn und einer 40 Watt Sig-Lampe, bei 220 Volt Betriebsspannung gemessen, eingetragen.

220^-230 Volt Allgebrauchslampen sind allgemein auf ene Betriebsspannung von 227 Volt und eine durchschnittliche Lebensdauer von 1000 Stunden ausgelegt. Diejenigen Furbleinpernturwerte. die sich jeweils bei 227 Volt Betriebsspannung ergeben, sind auf dem Diagramm mit einer 1000-Stunden-Kurve verbunden. Aus Betriebsspannungs-Lebensdauerdiagrammen der Glühlampenindustrie sind ferner die Punkte für eine jeweilige Lebensdauer von 5000.20 000. 100 000 und 1 000 000 Stunden mit Hilfe eines Spannungs-Strom-Diagramms in das Diagramm übertragen und miteinander verbun-

:o den dargestellt.

Die Lage der Eintragungsorte der 70 Watt Sig-Lampenwerte zeigt eine Lebensdauer zwischen 30 000 und 50 000 Stunden und einen Abstand der Farbtemperatur zur 1000-Stundenkurve von etwa 250—300° K und der 40 Watt Sig-Lampe von 200° K, während die im Anwendungsbeispiel genannten 150 Watt Allgebrauchslampen mit einem Betriebsstrom von 0,5 Ampere, der etwa dem erfindungsgemäßen Arbeitspunkt entspricht, gemäß dieses Diagramms eine Lebensdauer von einer Million Stunden aufweisen. Dieser erfindungsgemäße Arbeitspunkt, bei dem sich eine Farbterp-^.ratur von etwa 23iö"K ergibt, liegt etwa 490" K umer dem Arbeiispunkl bei 1000 Stunden durchschnittlicher Lebensdauer von 2800⁰K. 227 Voll und 0.67 Ampere. Da man in der Praxis die Glühlampen bereits auswechselt, wenn ein bis zwei Prozent der Glühlampen ausfallen, sind etwa nur ein Zehntel der durchschnittlichen Lebensdauerwerte des Diagramms für den Wartungszeitraum anzusetzen, der jedoch gegenüber den Sig-Lampen mit Hilfe der erfindungsgemäß betriebenen 150 Wat: Allgebrauchslampen etwa 15-fach verlängert werden kann.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel besteht darin, für die bei Verkehrssignalanlagen gebräuchlichen Betriebsspannungen von zum Beispiel 220 oder 42 Volt spezielle gemäß der Erfindung ausgelegte Glühlampen zu verwenden. Mit Hilfe einer Gasfüllung aus Krypton oder Xenon, eines doppelt gewendelten Glühlarnpendrahtes mit möglichst wenigen Glühdrahthalterungen und/oder als Halogenlampe ausgebildet, laßt si :h die Lichtausbeute trotz des dünneren und längeren Glühlampendrahtcs für 220 Volt und besonders bei den 42 Voll Glühlampen cxlrem hoch einstellen, so daß sich neben dem Vorteil einer ebenfalls verlängerten Lebensdauer, eine Spannungsumstellung der Signalanlage umgangen wird und außerdem eine wesentliche Ersparnis an elektrischer Energie gegenüber den konventionellen Verkehrssignalanlagen eintritt. Bei diesen speziell ausgelegten Glühlampen beträgt der Unterschied der Farbtemperatur zwischen dem Betriebszustand in acr Verkehrssignalanlage und dem Lebensdaueriest bei hoher Farbtemperatur mit durchschnittlich 1000 Stunden Lebensdauer ebenfalls erfindungsgemäß mindestens 350° K. Diese Glühlampen können jedoch in den Verk«hn.ugnalanlagen mit einer Farbtemperatur bis zu etwa 2600⁰K mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als die Sig-Lauipen betrieben werden.

Als letztes Anwendungsbeispiel sind die roten, gelben oder orangefarbenen Signalleuchten an Kraftfahrzeugen zu nennen. Legt man deren Betriebsdaten erfindungsgemäß aus. so verlängert sich die Glühlampen-Lebensdauer aerart. daß ein Auswechseln dieser Glühlampen während der Lebensdauer des Kraftfahrzeuges nicht mehr erforderlich ist. Sie können daher in die Signalleuchten feslintegriert werden.

Hierzu f Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer von Allgebrauchsglühlampen mit Hilfe eines Unterspannungsbetriebes mit einem Ausgleich des geringeren Flühlampenwirkungsgrades durch eine entsprechend höhere elektrische Leistungaufnahme, dadurch gekennzeichnet.