DE3428137A1

DE3428137A1 - Allzweckgluehlampe

Info

Publication number: DE3428137A1
Application number: DE19843428137
Authority: DE
Inventors: Ivan South Euclid Ohio Berlec
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-08-01
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1985-02-21
Also published as: GB2144264B; GB2144264A; BE900263A; GB8419452D0; NL8402394A; BR8403885A; FR2550381A1; US4524302A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Allzweckglühlampe und betrifft insbesondere eine Allzweckglühlampe mit höherem Betriebswirkungsgrad, die einen äußeren Kolben, der mit einem Inertgas gefüllt oder evakuiert ist, und einen inneren Kolben aufweist, der eine Halogenatmosphäre zusammen mit einem unter relativ hohem Druck stehenden Füllgas sowie einen räumlich angeordneten Niederspannungsglühfaden enthält.

Das fortgesetzte Bemühen, den Betriebswirkungsgrad von Lampen zu verbessern, ist aufgrund der steigenden Energiekosten von wachsender Bedeutung. Eine Lampe aus der Familie von Lampen, bei der der Betriebswirkungsgrad verbessert werden soll, ist die Glühlampe. Glühlampen haben zwar Nennbetriebswirkungsgrade, die niedriger sind als diejenigen von Leuchtstoff- und Entladungslampen hoher Intensität, sie haben jedoch viele attraktive

Merkmale, wie beispielsweise niedriger Preis, kompakte Größe, sofortige Lichtabgabe, Dimmbarkeit, bequeme Handhabbarkeit, angenehme Spektralverteilung und Millionen von existierenden Fassungen in den Heimen von Benutzern, die sich an die angenehme Glühlampenbeleuchtung gewöhnt haben.

Es gibt verschiedene Typen von Glühlampen, der bekannteste Typ ist aber die Α-Linie, die typisch als Allzweckglühlampe bezeichnet wird und einen breiten Bereich von Nennwattzahlen hat. Weiter hat die Allzweckglühlampe typisch einen Wolframglühfaden.

Der Wolframglühfaden wird auch üblicherweise in relativ teuereren, aber einen besseren Betriebswirkungsgrad aufweisenden Sonderzweckhalogenlampen benutzt. Im typischen Betrieb über eine längere Zeitspanne verdampft etwas Wolfram des Wolframglühfadens und schlägt sich auf der Kolbenwand nieder, was wiederum typisch eine Schwärzung der Kolbenwand verursacht, die ihrerseits die Lichtstromabgabe und dadurch die Lichtausbeute der Lampe in Lumen pro Watt verringert. Es ist bekannt, daß die Schwärzung der Kolbenwand, die durch den Wolframglühfaden verursacht wird, beträchtlich reduziert werden kann, indem eine Halogengasatmosphäre um den Wolframglühfaden vorgesehen wird, die einen regenerativen (Transport-) Zyklus ergibt, welcher die Kolbenwand sauber hält, was zu einer besseren Lichtstromabgabe führt. Es wird als erwünscht angesehen, Maßnahmen zum Verbessern der Lichtausbeute, wie beispielsweise eine Halogenatmosphäre, die in einer relativ teueren Sonderzweckhalogenlampe benutzt wird, an eine Allzweckglühlampe anzupassen und dabei gewisse attraktive Merkmale der relativ billigen Allzweckglühlampe beizubehalten.

Der Betrieb eines Wolframglühfadens kann relativ zu der Lichtausbeute der Glühlampe weiter verbessert werden, indem der Glühfaden in einem geeigneten effizienten Füllgas, wie beispielsweise Xenon, Krypton oder Argon, das auf einen relativ hohen Druck gebracht wird, untergebracht wird. Das Hochdruck-

füllgas verbessert den Betrieb des Glühfadens durch Verringerung der Verdampfung des Wolframmaterials aus dem Glühfaden und gestattet außerdem das Erhöhen der Glühfadenbetriebstemperatur, was beides zur Verbesserung der Lichtausbeute der Lampe beiträgt. Der Entladungsbogen-Durchbrennwiderstand des Glühfadens, das heißt, der Widerstand des Glühfadens gegen Durchbrennen aufgrund eines Entladungsbogenszustands innerhalb seines Gehäuses kann durch den Zusatz von etwas Stickstoffgas verbessert werden. Es wird als erwünscht angesehen, eine Glühlampe zu schaffen, bei der der Lichtausbeutegewinn ausgenutzt wird, welcher durch das Hochdruckfüllgas aus Xenon, Krypton oder Argon realisiert wird, und den Entladungsbogen-Durchbrennwiderstand des Glühfadens durch den Zusatz des Stickstoffgases zu verbessern.

Es sind noch weitere Verbesserungen der Glühlampe erwünscht. Beispielsweise ist es erwünscht, die Lebensdauer der Glühlampe zu verlängern und gleichzeitig die Lichtausbeute der Lampe beizubehalten. Wie oben erwähnt wird durch die Erhöhung des Füllgasdruckes und durch die Verwendung von Xenon, Krypton oder Argon der Betrieb des Glühfadens verbessert, was die Lebensdauer der Glühlampe entsprechend steigert und außerdem die Lichtausbeute der Glühlampe erhöht.

Eine weitere Maßnahme zum Verlängern der Lebensdauer einer Glühlampe besteht darin, die Betriebsspannung des Glühfadens herabzusetzen, wobei aber erwünscht ist, daß diese Herabsetzung der Betriebsspannung unter Aufrechterhaltung der Wattzahl und der Lichtausbeute der Lampe erfolgt. Es wird als erwünscht angesehen, einen Glühfaden vorzusehen, der eine längere Lebensdauer ergibt, die Wattzahl der Lampe aufrechterhält und die Lichtausbeute der Glühlampe sogar steigert, wenn diese an einer niedrigen Spannung betrieben wird.

Es wird als erwünscht angesehen, mehrere Maßnahmen zu verwirklichen, die alle die Lebensdauer der Glühlampe verlängern und alle die Lichtausbeute der Glühlampe aufrechterhalten und so-

gar noch steigern.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine relativ billige Allzweckglühlampe zu schaffen, die (1) ein effizientes Füllgas/ wie beispielsweise Xenon,Krypton oder Argon hat, welche alle einen relativ hohen Druck haben, wobei sowohl das effiziente Füllgas als auch der relativ hohe Druck zur Verbesserung des Betriebes des Glühfadens beitragen, (2) ein Füllgas unter relativ hohem Druck hat, welches einen Zusatz an Stickstoff enthält, so daß der Lichtbogen-Durchbrennwiderstand des Glühfadens verbessert wird, (3) einen Glühfaden hat, der an einer niedrigen Spannung betrieben wird, so daß die Lebensdauer der Glühlampe verlängert wird, wobei trotzdem die Wattzahl der Lampe erhalten bleibt und die Lichtausbeute der Lampe sogar noch gesteigert wird, (4) eine Halogengasatmosphäre hat, um einen Transportzyklus für das verdampfte Wolfram zu schaffen, und (5) das unter relativ hohem Druck stehende Füllgas mit dem Stickstoffzusatz, den Niederspannungsglühfaden und die Halogenatmosphäre derart in sich vereinigt, daß durch die Gesamtwirkung derselben die Lebensdauer der Glühlampe verlängert wird und sich eine bessere Lichtausbeute ergibt, wobei beide grosser als die erwarteten Gewinne sind, die üblicherweise durch die einzelnen Beiträge realisiert werden.

Die Erfindung ist auf eine verbesserte Hochleistungsallzweckglühlampe gerichtet, die einen äußeren Kolben und einen inneren Kolben hat, in welchem ein Niederspannungsglühfaden räumlich angeordnet ist und welcher eine Atmosphäre aus Halogen und einem unter relativ hohem Druck stehenden Füllgas enthält.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat eine verbesserte Allzweckglühlampe (a) einen elektrisch leitenden Sockel; (b) einen äußeren Kolben, der hermetisch dicht mit dem Sockel verbunden ist; (c) einen inneren Kolben, der in dem äußeren Kolben räumlich angeordnet ist und ein Halogengas sowie ein unter relativ hohem Druck stehendes Füllgas aus Xenon, Krypton oder Argon oder Gemischen dieser Inertgase enthält; und (d) einen

Wolfrainglühfaden, der innerhalb des inneren Kolbens räumlich angeordnet und speziell angepaßt ist, so daß er bei der normalen Betriebsnennwattzahl mit gegenüber der typischen Haushaltsspannung herabgesetzter Spannung betreibbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer verbesserten Allzweckglühlampe nach der Erfindung,

Fig. 2 die Befestigung des Glühfadens innerhalb des inneren Kolbens der Allzweckglühlampe nach der Erfindung,

Fig. 3 den Glühfaden der Allzweckglühlampe nach der Erfindung,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der verbesserten Allzweckglühlampe nach der Erfindung, die einen einendigen inneren Kolben hat, und

Fig. 5 eine verbesserte Allzweckglühlampe ähnlich der in Fig. 4, deren Glühfaden aber innerhalb des inneren Kolbens räumlich quer angeordnet ist.

Fig'. 1 zeigt eine verbesserte Allzweckglühlampe 10 mit einem hermetisch verschlossenen äußeren Kolben 12, der in einem elektrisch leitenden Sockel 14 dicht befestigt ist. Der äußere Kolben 12 kann mit einem Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, bei einem typischen Druck von 533,3 mbar (400 Torr) gefüllt oder evakuiert sein. Der äußere Kolben 12 besteht aus einem lichtdurchlässigen Material und hat eine Form, die typisch als Typ-A-Linie bekannt ist. Fig. 1 zeigt weiter einen inneren Kolben 22, der ein Halogengas und ein Gas unter relativ hohem Druck enthält, bei welchem es sich um Xenon, Krypton oder Argon oder um Gemische dieser Gase handelt, wobei dem Hochdruckgas ein Stickstoffgas zugesetzt ist. Der innere Kolben 22 ist in dem äußeren Kolben 12 räumlich angeordnet. Der innere Kolben 22 hat einen Glühfaden 24, der in ihm räumlich angeordnet ist.

Der Glühfaden 24 ist speziell ausgebildet, so daß er bei der normalen Betriebsnennwattzahl an einer gegenüber der typischen Haushaltsspannung herabgesetzten Spannung mit gutem Wirkungsgrad speisbar ist.

Die herabgesetzte Spannung ist entweder eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung und wird an den Glühfaden 24 angelegt. Die herabgesetzte Spannung wird durch eine äußere Einrichtung (nicht dargestellt) gebildet. Die Einzelheiten der äußeren Einrichtung werden nicht als Teil der Erfindung betrachtet, denn eine äußere Einrichtung, wie beispielsweise ein Spannungsumsetzer, braucht nur eine gegenüber der typischen Haushaltswechselspannung herabgesetzte Wechsel-oder Gleichspannung zu liefern, deren Werte weiter unten angegeben sind. Einzelheiten einer solchen Einrichtung sind in einer gleichzeitig eingereichten weiteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben.

Die Allzweckglühlampe 10 nach Fig. 1 hat zwei elektrische Zuleitungs- und Halteteile 18 und 20, die innerhalb des äußeren Kolbens 12 durch einen Quetschfuß 16 starr gehaltert sind. Ein Ende der Halteteile 18 und 20 erstreckt sich durch den Quetschfuß und stellt eine elektrische Verbindung mit geeigneten elektrischen Kontaktteilen des metallischen Sockels 14 her. Die Halteteile 18 und 22 bilden die Vorrichtung zum Befestigen des inneren Kolbens 22. Der innere Kolben 22 ist ausführlicher in Fig. 2 gezeigt.

Fig. 2 zeigt den inneren Kolben 22, der doppelendig ausgebildet ist und den Glühfaden 24 enthält, welcher den Glühfaden 24 in bezug auf die Lampe 10 räumlich und axial angeordnet enthält. Der innere Kolben 22 besteht aus relativ dickem, lichtdurchlässigem Material, wie beispielsweise Quarz oder Glas, mit einer Dicke von etwa 1 mm. Der innere Kolben 22, der aus einem Quarz- oder einem Glasrohr hergestellt ist, hat einen äußeren Durchmesser in dem Bereich von 8 - 15 mm und ein Fassungsvermögen in dem Bereich von ungefähr 0,33 - 5,0 cm³.

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Gemäß der folgenden weiteren Beschreibung kann ein doppelendiger innerer Kolben 22 für verschiedene Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung entweder ein T2-1/2- oder ein T3-Quarzrohr aufweisen, die Außendurchmesser von ungefähr 8 mm bzw. von ungefähr 10 mm und Fassungsvermögen von ungefähr 0,34 cm³ bzw. 0,8 cm³ haben. Glasrohre, die Abmessungen haben, welche denen der Quarzrohre T2-1/2 und T3 entsprechen, können ebenfalls bei der Erfindung benutzt werden. Weiter können gemäß der folgenden Beschreibung einendige innere Kolben aus Quarz- oder Glasrohr bestehen, das ein Fassungsvermögen in dem Bereich von ungefähr 1,5 bis 5,0 cm³ hat. Weiter kann der einendige innere Kolben einen Außendurchmesser in dem Bereich von ungefähr 11 mm bis 15 mm sowohl als Quarzrohr als auch als Glasrohr haben.

Das relativ dicke Material des inneren Kolbens 22 ergibt in bezug auf die Wände des äußeren Kolbens einer Allzweckglühlampe dicke Wände zum Einschließen des Glühfadens 24. Die relativ dicken Wände des inneren Kolbens 22 sind vorteilhaft, weil die Wände ein Füllgas einschließen, das unter einem relativ hohen Druck steht, der bei Raumtemperatur beispielsweise 2000 - 9333 mbar (1500-7000 Torr) beträgt. Das Füllgas besteht aus Xenon, Krypton oder Argon oder aus Gemischen dieser Gase und enthält einen Stickstoffzusatz. Das relativ kleine Fassungsvermögen des inneren Kolbens 22 ist vorteilhaft, weil es nur ein kleines Volumen des relativ teueren, Halogengases und ein kleines Volumen der effizienteren, relativ teueren Xenon-, Krypton- und Argongase erfordert. Das Halogengas dient als ein regeneratives Mittel zum Sauberhalten der Wände des inneren Kolbens. Weiter ergibt das relativ kleine Volumen des inneren Kolbens 22 in Kombination mit der Dicke der Wand eine bauliche Festigkeit für das innere Rohr, so daß dieses eine große Bruchfestigkeit hat. Das kleinere Volumen des inneren Kolbens 22 ergibt eine relativ kleine Druck χ Volumen-Größe (P . V\ wodurch die im Falle eines Kolbenbruches freigesetzte gespeicherte Energie verringert wird.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist der Glühfaden 24 in dem inneren Kolben 22 ohne irgendwelche Halteteile angeordnet und eingekapselt. Der innere Kolben 22 nach Fig. 2 kapselt außerdem zw2i Molybdänfolienteile 28 und 32 und Teile von Molybdänzuleitungen 30 und 34 ein. Der freiliegende Teil der Molybdänzuleitungen 30 und 34 ist mit den Halteteilen 20 bzw. 18 verbunden. Die eingekapselten Molybdänfolienteile 28 und 32 bilden die Einrichtung zum Verbinden des Glühfadens 24 mit den Zuleitungen 30 bzw. 34. Die Molybdänfolienteile 28 und 32 gestatten aufgrund ihrer Ausbildung als Folie das hermetische Verschließen des inneren Quarzkolbens 22 an den Molybdänzuleitungen 30 bzw. 34. Bei anderen Ausführungsformen des inneren Kolbens 22, bei denen ein Glasrohr benutzt wird, können die Molybdänfolienteile 28 und 32 weggelassen werden und der aus einem Glasrohr bestehende innere Kolben 22 kann an den stabartigen Molybdänteilen 30 und 34 verschlossen werden, die direkt mit den entgegengesetzten Enden des Glühfadens 24 verbunden werden. Der Glühfaden 24 ist am ausführlichsten in Fig. 3 gezeigt.

Fig. 3 zeigt einen doppelt gewendelten Glühfaden 24, der für verschiedene Ausführungsformen der Allzweckglühlampe benutzt wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen der Allzweckglühlampe 10 kann auch ein einfach gewendelter Glühfaden 24 benutzt werden. Verschiedene Wendeltypen zusammen mit verschiedenen Lampennennleistungen, die bei der Ausführung der Allzweckglühlampe 10 nach der Erfindung benutzt werden können, sind in Tabelle 1 angegeben.

TABELLE 1 NIEDERSPANNUNGSWENDELN

Lampennennwerte Wendeltyp

150W-48V Doppelwendel

100W-84V Doppelwendel

100W-48V Doppelwendel

75W-6OV Doppelwendel

75W-30V Doppelwendel

75W-27V Doppelwendel

6OW-5OV Doppelwendel

60W-26V Doppelwendel

6OW-24V Doppelwendel

50W-84V Doppelwendel

5OW-26V Doppelwendel

Weitere Einzelheiten, die sich auf die verschiedenen Wendeln für den Glühfaden 24 der Allgebrauchsglühlampe 10 beziehen, sind weiter unten mit Bezug auf die Tabellen 2, 5, 6 und 7 beschrieben. Der Kürze halber wird ein doppelt gewendelter Glühfaden 24, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, im folgenden beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, daß die meisten baulichen Einzelheiten eines doppelt gewendelten Glühfadens 24 den weniger komplizierten Einfachwendelglühfaden 24 nach der Erfindung umfassen.

Fig. 3 zeigt den Doppelwendelglühfaden 24, der einen gewendelten Körper 24a, zwei entgegengesetzt angeordnete Schenkel 24b und 24d und zwei entgegengesetzt angeordnete Verankerungsstücke 24c und 24e hat, die innen an den entgegengesetzt angeordneten Schenkeln 24b bzw. 24d befestigt sind. Die Verankerungsstücke 24c und 24e können entweder Molybdän- oder Wolframstäbe sein. Die Verankerungsstücke 24c und 24e werden benutzt, um den Schweiß- oder Klemmprozeß zu erleichtern.

Der Glühfaden 24 nach Fig. 3 kann auch innerhalb eines einendigen inneren Kolbens 36 räumlich so angeordnet sein, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Der Glühfaden 24 ist mit Zuleitungs- und Halteteilen 38 und 40 verbunden. Das Zuleitungs- und Halteteil 38 erstreckt sich durch den Quetschfuß 16 und ist mit einem geeigneten elektrischen Teil des metallischen Sockels 14 durch Zuleitungs- und Halteteile 46 und 48 verbunden, die in Fig. 4 gezeigt sind, wohingegen sich das Zuleitungs- und Halteteil 40 durch den Quetschfuß 16 erstreckt und mit einem geeigneten elektrischen Teil des metallischen Sockels 14 durch Zuleitungsund Halteteile 42 und 44 verbunden ist, die ebenfalls in Fig. 4 gezeigt sind.

Bei kurzen Wendellängen kann der Glühfaden 24 nach Fig. 3 in dem inneren Kolben 36 quer befestigt sein, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Der in Fig. 5 gezeigte Glühfaden 24 ist vorzugsweise ein Doppelwendelglühfaden, kann aber auch ein Einfachwendelglühfaden sein. Der innere Kolben 36 nach Fig. 5 kann in dem äußeren Kolben 12 auf ähnliche Weise wie in Fig. 4 angeordnet sein.

Der Glühfaden 24 nach Fig. 3 ist ein Niederspannungsglühfaden aus Wolfram. Der Durchmesser des Glühfadens 24 hat verschiedene Abmessungen, die relativ zu den Nennwerten der gewünschten Wattzahl und der Niederspannung der Allzweckglühlampe 10 gewählt werden. Der Durchmesser des Glühfadens 24 in bezug auf die verschiedenen Nennwerte der Wattzahl und der Spannung sowie die Drahtlänge des Glühfadens 24, welche in den inneren Kolben 22 und 36 freiliegt, sind in Tabelle 2 angegeben.

-"yr"-

TABELLE 2

AKTIVE DRAHTABMESSUNGEN DER ALLZWECKGLÜHLAMPEN 10

Lampe Drahtdurchmesser yxa (mils) Drahtlänge, mm

60W-26V 120,65 (4.75) 174,3

75W-30V 120,65 (4.75) 184,1

100W-48V 113,79 (4.48) 266,9

150W-48V 148,08 (5-83) 300,1

Die Niederspannungsglühfäden nach Tabelle 2 haben größere Drahtdurchmesser und kürzere aktive Drahtlängen als entsprechende Glühfaden von typischen Lampen der Α-Linie, die mit 120 V betrieben werden und entsprechende Nennwattzahlen haben, wie es in Tabelle 3 angegeben ist.

TABELLE 3

AKTIVE DRAHTABMESSUNGEN VON TYPISCHEN 120V-LAMPEN DER A-LINIE

Lampe Drahtdurchmesser, μπι (mils) Drahtlänge, mm

6OW 45,72 (1.8) 517,2

75W 53,34 (2.1) 541,4

100W 63,50 (2.5) 555,4

150W 83,82 (3.3) 632,3

Ein Vergleich zwischen den Tabellen 2 und 3 ergibt, daß die Glühfaden nach Tabelle 2 einen viel größeren Drahtdurchmesser und eine viel kürzere Drahtlänge als die Glühfäden nach Tabelle 3 haben. Das Durchhangproblem und die Wendelverwindungen sind bei den Glühfaden 24 nach Tabelle 2 reduziert oder eliminiert, weil die Glühfäden nach Tabelle 2 die relativ großen Drahtdurchmesser und relativ kurze aktive Drahtlängen haben.

Die Eigenschaft der kürzeren aktiven Glühfadenlängen zusammen mit dem großen Drahtdurchmesser des Glühfadens 24 ergeben eine kompaktere Glühlichtquelle und gleichzeitig auch (1) eine überlegene mechanische Festigkeit sowie (2) eine längere Lebensdauer als bei den Glühfäden typischer Glühlampen. Die längere Lebensdauer der verbesserten Allzweckglühlampe nach der Erfindung ist im folgenden mit Bezug auf weitere Vorteile der Erfindung noch näher beschrieben .

Die Erfindung schafft also auf dem Glühlampengebiet einen Glühfaden 24 mit größerem Drahtdurchmesser und kürzerer Drahtlänge, der als robuste und kompakte Glühlichtquelle dient, die in einem kleinen Behälter untergebracht ist, der durch den inneren Kolben 22 oder 36 gebildet wird und Halogen-und Hochdruckfüllgase wie Xenon, Krypton, Argon oder Gemische dieser Gase mit einem Stickstoffzusatz enthält, die alle den Betrieb des Glühfadens 24 verbessern und dessen Lebensdauer verlängern, wodurch die Allzweckglühlampe 10 geschaffen wird, die eine gesteigerte oder verbesserte Lichtausbeute und eine längere Lebensdauer hat.

Zum besseren Verdeutlichen der Lichtausbeuteverbesserung der AlIzweckglühlampe 10 nach Fig. 1 wird zuerst auf Tabelle 4 Bezug genommen, die die Leistungskenndaten von typischen Glühlampen der Α-Linie zeigt.

TABELLE 4

LEISTUNGSKENNDATEN

TYPISCHE LAMPEN DER A-LINIE

Volt Watt Lumen lm/W Lebensdauer, h

120	60	870	14,5	1000
120	75	1190	15,9	750
120	100	1750	17,5	750
120	150	2850	19.0	750

Fig. 4 zeigt die typischen Leistungskenndaten von Glühlampen für verschiedene Nennwattzahlen und eine an den Glühfaden angelegte Betriebswechselspannung von 120 V. Weiter enthält der äußere Kolben der Glühlampen nach Fig. 4 ein Füllgas, das aus 95 % Argon und 5 % Stickstoff besteht und unter einem Druck von 799,93 mbar (600 Torr) steht. Weiter zeigt Tabelle 4 die beiden Hauptleistungskenndaten, nämlich (1) die Lichtausbeute in Lumen pro Watt und (2) die Lebensdauer in Stunden, welches die typische erwartete Lebensdauer der Lampe ist. Bekanntlich stehen die Lichtausbeute und die Lebensdauer in Stunden in derartiger gegenseitiger Beziehung, daß die Lebensdauer der Lampe durch entsprechendes Reduzieren der Lichtausbeute der Lampe bei einer bestimmten Nennwattzahl und einer bestimmten Nennspannung verlängert werden kann.

Es wird nun auf Tabelle 5 Bezug genommen, die die verbesserten Lexstungskenndaten zeigt, welche durch die Allzweckglühlampe nach der Erfindung gegenüber den in Fig. 4 gezeigten Leistungskenndaten erzielt werden.

	Lampe	Volt	Watt	5	ALLZWECKGLÜHLAMPEN 10	lm/W	Lebensdauer in
					Lumen		Stunden
TABELLE	6OW-26V 75W-30V 100W-30V 150W-48V	26,0 30,0 48,0 48,0	60,35 74,36 101,2 150,5			19,66 23,64 20,90 22,08	8678 2393 3242 4067
LEISTUNGSKENNDATEN DER	1186 1758 2115 3323

Die 60W-26V- und die 75W-30V-Lampen nach Tabelle 5 enthalten eine Gasatmosphäre, die unter einem relativ hohem Druck von 3599,69 mbar (2700 Torr) steht, innerhalb des inneren Kolbens 22 oder 36 aus etwa 99,9 % Xenon und 0,1 % eines Halogengases der Zusammensetzung CH₃Br. Darüberhinaus kann der innere Kolben 22 oder 36 zusammen mit dem gewählten Füllgas ein Halogengas in dem Bereich von ungefähr 0,02 % bis 0,2 % des Füllgases haben, das aus den Zusammensetzungen der Gruppe CH₃Br, CH₃Br₂, CH₃I, I₂ und HBr ausgewählt wird.

Die 100W-48V- und 150W-48V-Lampen nach Tabelle 5 enthalten eine Gasatmosphäre unter einem relativ hohen Druck von 2933,08 mbar (2200 Torr) in dem inneren Kolben 22 oder 36 aus ungefähr 83 % Xenon, 17 % Stickstoff und 0,1 % eines Halogengases der Zusammensetzung CH₃Br. Das Stickstoffgas verbessert den Lichtbogen-Durchbrennwiderstand der Lampen nach Tabelle 5. Die Lampen der Typen 60W-26V, 75W-30V, 100W-48V und 150W-48V nach Tabelle 5 haben die entsprechenden aktiven Drahtabmessungen nach Tabelle 2.

Die Werte 8678 und 2393 der Lebensdauer in Stunden nach Tabelle 5, die den 6OW-26V- bzw. 75W-30V-Lampen zugeordnet sind, sind Mittelwerte bezogen auf zehn Lampen jedes Typs, für die die Lebensdauertests durchgeführt wurden. Die Werte

3242 und 4067 der Lebensdauer in Stunden nach Tabelle 5, die den 100W-48V- bzw. 150W-48V-Lampen zugeordnet sind, sind Mittelwerte bezogen auf zehn Lampen jedes Typs, für die die Lebensdauertests durchgeführt wurden .

Ein Vergleich zwischen den Tabellen 4 und 5 zeigt für die Lampen entsprechender Wattzahl die Verbesserungen der Allzweckglühlampe 10 nach der Erfindung, die in Tabelle 6 aufgelistet sind.

TABELLE 6 VERBESSERUNGEN DER ALLZWECKGLÜHLAMPE

Lampentyp lm/W(Lichtausbeute) Lebensdauer in

Stunden

60W-26V 35,6 % 768 %

75W-30V 48,7 % 219 %

100W-48V 19,4 % 332 %

150W-48V 16,2 % 442 %

Wie für Tabelle 4 beschrieben stehen die Verbesserungen der Lichtausbeute und der Lebensdauer in Stunden in derartiger gegenseitiger Beziehung, daß eine Verringerung der Lichtausbeuteverbesserung eine entsprechende Steigerung der Verbesserung der Lebensdauer in Stunden bei einer bestimmten Nennwattzahl und einer bestimmten Nennspannung ergibt.

Die Erfindung schafft also eine Allzweckglühlampe mit verbessertem Betriebswirkungsgrad gegenüber typischen Glühlampen. Weiter werden diese Betriebswirkungsgradverbesserungen mit einem mechanisch robusten, kompakten

Glühfaden 24 zusammen mit einer verbesserten Lampenlebensdauer erzielt.

Die Verbesserungen, die durch die 100W-48V- und 150W-48V-Lampen verwirklicht werden, sind zwar beträchtlich, ein
bevorzugter Betriebsspannungsbereich für diese 100W- und 150W-Lampen liegt jedoch zwischen 30 und 40V. Weiter haben die 60W- und die 75W-Lampen vorzugsweise eine Betriebsspannung in dem Bereich von 20 bis 30 V. Weiter sei angemerkt, daß sämtliche Spannungswerte, die in den beschriebenen Tabellen 1, 2, 5 und 6 sowie in den weiter
unten beschriebenen Tabellen 7 und 8 angegeben sind,
gleichermaßen für Wechselstrom oder für Gleichstrom
gelten.

Wie erwähnt enthält der innere Kolben 22 ein effizientes Füllgas, bei welchem es sich um Xenon, Krypton oder Argon handelt. Von diesen drei Gasen ist die bevorzugte
Priorität der Wahl Xenon (Xe), Krypton (Kr) und dann Argon (Ar). Zur weiteren Beschreibung der bevorzugten Wahl zwischen Xenon und Krypton wird nun auf Tabelle 7 Bezug
genommen.

TABELLE 7

ALLZWECKGLÜHLAMPEN 10 MIT VERSCHIEDENEN FÜLLGASEN FÜR EINEN 75W-27V-TYP UNTER VERWENDUNG EINES EINFACH GEWENDELTEN GLÜHFADENS

Volt Watt tiuinen lm/W Lebensdauer, h Füllgas Halogen 27 75,71 1670 22,06 5234 Kr 0,1%CH₂Br,

27 75,35 1674 22,22 5511 Xe 0,UCH₃Br'

Druck, mbar (Torr) 3599,7 (2700) 3599,7 (2700)

Auf ähnliche Weise wie mit Bezug auf Tabelle 5 beschrieben ist die Lebensdauer in Stunden der Lampen nach Tabelle 7, die Xenon (Xe) als Füllgas haben, der durchschnittliche Lebensdauerwert von zehn getesteten Lampen, wohingegen die Lebensdauer in Stunden der Lampen nach Tabelle 7, die Krypton (Kr) als Füllgas haben, der mittlere Lebensdauerwert von acht getesteten Lampen ist. Ein grober Vergleich zwischen der Lichtausbeute und der Lebensdauer in Stunden in Tabelle 7 zeigt, daß die Verwendung von Xenon als Füllgas eine Verbesserung der Lichtausbeute von ungefähr 1 % und eine Verbesserung der Lebensdauer von 5 % gegenüber Krypton (Kr) als Füllgas ergibt. Zur weiteren Beschreibung der Priorität der Wahl von Xenon, Krypton und Argon als Füllgas wird nun auf Tabelle 8 Bezug genommen.

	ALLZWECKGLÜHLAKPEN	Watt	53 48 35	UND UNTER	TABELLE 8	Lebensdauer,	_rh Füllgas Halogen-Typ	75W-3OV-TYP	mbar (Torr)
		73, 73, 75,	Lumen	10 MIT VERSCHIEDENEN FÜLLGASEN FÜR EINEN	1897 1875 1756	Xe+14%N₂ 0,1%CH₃Br Kr+14%N₂ 0,1%CH₂Br₂ Ar+5%N₂ 0,1%CH₃Br		(2700) (2700) (2700)
	1625 1602 1571	VERWENDUNG EINES DOPPELWENDELGLÜHFADENS		Druck, :
Volt	lm/W	3599,7 3599,7 4266,3
30 30 30	22,10 21,81 20,85

Auf ähnliche Weise wie für die Tabellen 5 und 7 beschrieben sind die Lebensdauer in Stunden der Lampen nach Tabelle 8, die als Füllgase Xe+14%N₂ und Kr+14%N₂ haben, durchschnittliche Lebensdauerwerte von acht bzw. sieben getesteten Lampen. Die mittlere Lebensdauer von neun Lampen nach Tabelle 8, die als Füllgas Ar+5%N₂ haben, betrug 1756 Stunden.

Ein grober Vergleich zwischen den Lichtausbeuten in Tabelle 8 zeigt, daß das Xenonfüllgas eine Verbesserung von ungefähr 6 % gegenüber dem Argonfüllgas erbringt und daß ähnlich das Kryptonfüllgas eine Verbesserung von ungefähr 5 % gegenüber dem Argonfüllgas erbringt.

Die Allzweckglühlampen nach Tabelle 8 und auch nach den Tabellen 5 und 7, die alle dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechen, wurden experimentell hergestellt und verarbeitet. Die Glühfäden nach Tabelle 2, die sich auf 60W-26V- und 75W-30V-Lampen beziehen, wurden in einem Quarzrohr mit 8 mm Außendurchmesser angeordnet, das dann durch Zuquetschen verschlossen wurde, wohingegen die Glühfäden nach Tabelle 2, die sich auf 100W-48V- und 150W-48V-Lampen beziehen, in Quarzrohren von 10 mm Außendurchmesser angeordnet wurden, das dann durch Zuquetschen verschlossen wurde.

Die Glühfäden nach Tabelle 2 wurden in dem Kolben 22 zuerst in reinem Wasserstoff bei 933,25 mbar (700 Torr) und mit ungefähr 60 % der Entwurfsspannung zum Aufleuchten gebracht. Beispielsweise wurde an einen 48-Volt-Glühfaden eine Spannung von ungefähr 30 V angelegt. Das Aufleuchten in Wasserstoff beseitigte die Oberflächenverunreinigungen des Glühfadens. Nach diesem Aufleuchten des Glühfadens und dem Evakuieren des Kolbens 22 oder 36 auf ein Vakuum von ungefähr 1,33 · 10~⁴ mbar ( 10 Torr) wurde ein Füllgas

unter relativ hohem Druck eingeleitet. Gemäß der obigen Beschreibung wurde das Füllgas unter verschiedenen Typen von Gasen, wie beispielsweise Xenon, Krypton oder Argon mit Gemischen von Halogengasen und in einigen Fällen mit einem Stickstoffgaszusatz, ausgewählt. Die Füllgasdrücke, die bei diesen Rohren benutzt wurden, reichten von 1999,83 bis 6666,10 mbar (1500-5000 Torr) bei Raumtemperatur, wobei ein bevorzugter Bereich 2666,44 bis 3999,66 mbar (2000-3000 Torr) war. Nach dem Einfrieren der gewünschten Füllgasmenge mit flüssigem Stickstoff wurden die Quarzrohre verschlossen und in äußeren Kolben des Typs A-19 befestigt.

Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Allzweckglühlampe nach der Erfindung wird durch folgende Beiträge erzielt: (1) ein effizientes Füllgas wie Xenon, Krypton oder Argon oder Gemische derselben, die alle unter einem relativ hohen Druck stehen, wobei das Füllgas und der relativ hohe Druck beide zur Verbesserung des Betriebes des Glühfadens 24 durch Verringern der Wolframverdampfung des Glühfadens beitragen, wodurch wiederum die Lebensdauer des Glühfadens verlängert wird, (2) die Halogengasatmosphäre innerhalb des inneren Kolbens 22 oder 36 zusammen mit dem Füllgas um den Glühfaden 24 herum, wobei das Halogengas zur Verbesserung des Betriebes des Glühfadens 24 dadurch beiträgt, daß es einen Transportzyklus schafft, der das verdampfte Wolfram von der Wand des Kolbens 22 oder 36 zurück zu dem Glühfaden 24 bringt, wodurch die Wände des inneren Kolbens 22 oder saubergehalten werden, (3) die robuste und kompakte Glühlichtquelle, die aus dem mechanischen Gebilde des Glühfadens 24 besteht, und, (4) den Glühfaden 24, der bei normaler Betriebsnennwattzahl mit einer herabgesetzten Spannung speisbar ist, wobei trotzdem die Lebensdauer und die Lichtausbeute der Lampe verbessert werden.

Die Spannung, die für den Betrieb des Glühfadens 24 bei der

Lampe nach der Erfindung erwünscht ist, braucht gegenüber der typischen Wechselspannung von 120 V nur unbedeutend herabgesetzt zu werden. Eine unbedeutend herabgesetzte Spannung ergibt unbedeutende Verbesserungen der Lampenleistungsfähigkeit gegenüber der typischen Glühlampe, die an einer Wechselspannung von 120 V betrieben wird und dieselbe Nennwatttzahl wie der Glühfaden 24 hat, wohingegen die auf einen Wert von 26 V verringerte Spannung bei einer 60-Watt-Lampe eine Lichtausbeuteverbesserung von 35,6 % und eine Lebensdauerverlängerung von 768 % ergab, was in Tabelle 6 angegeben ist. Es ist erwünscht, die 60-Watt-Lampen nach Tabelle 6 für eine Betriebsspannung in dem Bereich von 20-30 V auszulegen. Ebenso ergibt der Betrieb der 100W-und 150W-Lampen gemäß Tabelle 6 Verbesserungen der Lichtausbeute von 19,4 % und der Lebensdauer in Stunden von 332 % für die 100-Watt-Lampe und Verbesserungen der Lichtausbeute von 16,2 % und der Lebensdauer in Stunden von 442 % für die 150-Watt-Lampe. Der bevorzugte Spannungsbereich der 100W- und 150W-Lampen liegt zwischen 30-40 V.

Die gegenüber den typischen 120 V Wechselspannung herabgesetzten Wechsel- oder Gleichspannungen, die an einen Glühfaden 24 angelegt werden, können durch verschiedene Einrichtungen gebildet werden. Beispielsweise kann ein elektrischer Transformator,der das gewünschte WindungsZahlverhältnis zum Heruntertransformieren der Wechselspannung von 120 V auf einen gewünschten Wert von beispielsweise 30 V für die 7SW-Lampe nach Tabelle 5 hat, zum Bilden der Spannung an dem Glühfaden 24 der Allzweckglühlampe nach Fig. 1 gewählt werden, die für das Anlegen einer Wechselspannung von 30 V ausgelegt ist.

Die gesamten Verbesserungen der Allzweckglühlampe lagen über den erwarteten Gewinnen, die aufgrund der Erfahrung als üblicherweise durch die einzeln beitragenden Merkmale realisierbar erwartet wurden. Weiter ergänzen die beitragenden Merkma-

le einander. Beispielsweise ist der Niederspannungsglühfaden 24, der eine relativ kurze Länge und einen größeren Drahtdurchmesser hat und nicht durchhängt, für das Anordnen in einer Kammer relativ kleinen Fassungsvermögens vprteilhaft, die ihrerseits insofern vorteilhaft ist, als eine relativ kleine Menge des relativ teueren Halogen-, Xenon-, Krypton- und Argongases zum Füllen der Kammer notwendig ist, wodurch sich wiederum ein relativ billiger, in sich abgeschlossener und robuster Kolben 22 ergibt, der seinerseits einen robusten inneren Kolben mit niedriger Druckvolumengrösse (P · V) darstellt, was unter Sicherheitsgesichtspunkten vorteilhaft ist und wiederum einen relativ billigen, in sich abgeschlossenen, robusten und in der Sicherheit verbesserten inneren Kolben 22 ergibt, was insgesamt eine relativ billige und äußerst leistungsfähige Allzweckglühlampe 10 nach Fig. ergibt.

Claims

Patentansprüche
QJ, Allzweckglühlampe, gekennzeichnet durch:

a) einen elektrisch leitenden Sockel (14);

b) einen äußeren Kolben (12), der an dem Sockel (14) hermetisch verschlossen ist;

c) einen inneren Kolben (22; 36), der innerhalb des äußeren Kolbens (12) räumlich angeordnet ist und ein Halogengas sowie ein Füllgas relativ hohen Druckes aus Xenon, Krypton oder Argon oder Gemischen dieser Inertgase enthält; und

d) einen Wolframglühfaden (24), der in dem inneren Kolben (22) räumlich angeordnet und speziell so ausgebildet ist, daß er bei normaler Betriebsnennwattzahl mit einer gegenüber der typischen Haushaltsspannung reduzierten Spannung wirksam speisbar ist.
2. Allzweckglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (24) doppelt gewendelt und in Bezug auf die Lampe (10) räumlich axial angeordnet ist.
3. Allzweckglühlarape nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (24) doppelt gewendelt und in

dem inneren Kolben (36) quer räumlich angeordnet ist.
4. Allzweckglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (24) einfach gewendelt und in bezug auf die Lampe räumlich axial angeordnet ist.
5. Allzweckglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (24) einfach gewendelt und in dem inneren Kolben (36) räumlich quer angeordnet ist.
6. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der relativ hohe Druck des Füllgases bei Raumtemperatur in dem Bereich von ungefähr 2000 bis 9330 mbar (1500 - 7000 Torr) liegt.
7. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der relativ hohe Druck des Füllgases bei Raumtemperatur vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 2670 bis 4000 mbar (200 - 3000 Torr liegt).
8. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas einen Stickstoffgaszusatz in dem Bereich von ungefähr 1 bis 15 % enthält.
9. Allzweckglühlampe nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogengas in dem Bereich von ungefähr 0,02 % bis 0,2 % des Füllgases liegt und CH₃Br, CH Br_, CH^I, I₂, oder HBr ist.
10. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Allzweckglühlampe (10) eine Nennwattzahl von 60 W hat und daß der Glühfaden (24) bei seiner normalen Betriebswattzahl durch eine Spannung in dem Bereich von ungefähr 20 bis 30 V speisbar ist.
11. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Allzweckglühlampe (10) eine Nennwattzahl von 75 W hat und daß der Glühfaden (24) bei seiner normalen Betriebswattzahl durch eine Spannung in dem Bereich von ungefähr 20 bis 30 V speisbar ist.
12. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Allzweckglühlampe (10) eine Nennwattzahl von 100 W hat und daß der Glühfaden (24) bei seiner normalen Betriebswattzahl durch eine Spannung in dem Bereich von ungefähr 30 bis 50 V speisbar ist.
13. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Allzweckglühlampe (10) eine Nennwattzahl von 100 W hat und daß der Glühfaden (24) bei seiner normalen Betriebswattzahl durch eine Spannung speisbar ist, die vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 30 bis 40 V liegt.
14. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Allzweckglühlampe (10) eine Nennwattzahl von 150 W hat und daß der Glühfaden (24) bei seiner normalen Betriebswattzahl durch eine Spannung in dem Bereich von ungefähr 30 bis 50 V speisbar ist.
15. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Allzweckglühlampe (10) eine Nennwattzahl von 150 W hat und daß der Glühfaden (24) bei seiner normalen Betriebswattzahl durch eine Spannung speisbar ist, die vorzugsweise in dem Bereich von 30 bis 40 V liegt.
16. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolben (22; 36) ein Fassungsvermögen in dem Bereich von ungefähr 0,33 bis

5,0 cm hat.
17. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolben (22; 36) aus Quarzmaterial besteht.
18. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolben (22; 36) ans einem Glasmaterial besteht.
19. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolben (22) ein doppelendiger Kolben ist.
20. Allzweckglühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolben (33) ein einendiger Kolben ist.