DE3621195A1 - High-power incandescent lamp - Google Patents

High-power incandescent lamp

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DE3621195A1
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pressure
incandescent lamp
glass
gas
filling gas
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DE19863621195
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German (de)
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Hidetaka Motooka
Yukio Murakami
Masatoshi Chiba
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Stanley Electric Co Ltd
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Stanley Electric Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/50—Selection of substances for gas fillings; Specified pressure thereof

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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

A high-power incandescent lamp is proposed having a glass body whose external diameter is less than 40 mm and consists of soft glass; the main component of the filling gas with which the glass body is to be filled is an inert gas whose atomic weight is greater than 80 and whose thermal conductivity is less than 25 . 10<-6>cal.cm<-1>.s<-1>.degrees<-1>; the pressure of the filling gas is between 1.5 and 2.5 times or 1 and 3.5 times the atmospheric pressure, when the lamp is not switched on.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühlampe für Kraftfahrzeuge und insbesondere kompakte Glühlampen aus weichem Glas mit verbesserter Leuchtleistung.The invention relates to an incandescent lamp for motor vehicles and in particular compact incandescent lamps made of soft glass improved light output.

Der Glaskörper einer herkömmlichen kompakten Glühlampe der vorstehend genannten Art wird meistens evakuiert, um eine Oxydation oder ein Verbrennen des aus Wolfram hergestellten Glühfadens zu verhindern. Wenn die Temperatur des Glühfadens angehoben wird, um die Leuchtleistung zu verbessern, erhöht sich die Verdampfungsrate des Fadens erheblich, woraus eine sehr kurze Lebenszeit der Lampe resultiert. Aufgrund dieser Tatsache wurden in den Fällen, in denen eine Lichtausbeute oder eine Leuchtleistung von mehr als 10 lm/W benötigt wird, herkömmliche Glühlampen mit Inertgas, beispielsweise Argon, mit einem Druck von 0,5 bis 0,6 Atmosphären gefüllt, um die von dem Faden herrührende Dampfmenge zu reduzieren und die Lebensdauer zu verlängern.The glass body of a conventional compact incandescent lamp the above type is mostly evacuated to a Oxidation or burning of the tungsten To prevent filament. If the temperature of the filament is raised to improve the light output, increased the evaporation rate of the thread significantly, resulting in a very short lamp life results. Based on these It became a fact in cases where there was a light output or a light output of more than 10 lm / W is required, conventional incandescent lamps with inert gas, for example argon, filled with a pressure of 0.5 to 0.6 atmospheres to the reduce the amount of steam originating from the thread and the Extend lifespan.

Neuerdings hat man jedoch versucht, die Qualität der Beleuchtung, d. h. die Farbwiedergabe, auf dem Gebiet dieser kompakten Glühlampen, d. h. auf dem Gebiet der Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, zu verbessern. Die Verbesserung der Farbwiedergabe ist theoretisch dadurch möglich, daß man die Farbtemperatur oder in anderen Worten die Temperatur des Glühfadens selbst anhebt. Die Anhebung der Temperatur des Fadens führt auch zu einer hohen Lichtausbeute, so daß ein solcher Betriebszustand als ideal angesehen werden sollte. Wenn jedoch bei der herkömmlichen Technologie eine Farbtemperatur verwendet werden soll, die größer ist als die derzeit verwendete (beispielsweise 2300 K bis 2400 K für eine Stecksockellampe, wie sie in einem Armaturenbrett für Kraftfahrzeuge verwendet wird), wird die Verdampfungsrate des Glühfadens im Vakuum aufgrund des Temperaturanstieges des Glühfadens extrem hoch. Daher wird die Lebensdauer einer solchen Lampe sehr kurz und für praktische Zwecke ungeeignet. Selbst wenn ein Inertgas, beispieslweise Argon, mit einem Druck von 0,5 bis 0,6 Atmosphären eingefüllt wird, ist damit die Möglichkeit, eine Verdampfung zu verhindern, nahe ihrer Grenze bei einer laufenden Lichtausbeute von etwa 10 lm/W. Eine wesentliche und praktische Verbesserung der Lichtausbeute kann unter diesen Umständen nicht mehr erwartet werden. Darüber hinaus steigt die Hitzebildung selbst bei einer geringfügigen Steigerung der Lichtausbeute, so daß das eingefüllte Argon mit seiner thermischen Leitfähigkeit (38,8 × 10-6 cal×cm-1×s-1×grd-1) dazu führt, daß die Temperatur des Glaskörpers, der aus weichem Glas wie beispielsweise Natronglas besteht, ihren Grenzwert überschreitet. Aus diesem Grunde hat es bei der Herstellung derartiger Lampen Probleme gegeben. Es hat sich gezeigt, daß es derzeit unmöglich ist, derartige Lampen herzustellen.However, attempts have recently been made to improve the quality of the lighting, ie the color rendering, in the field of these compact incandescent lamps, that is to say in the field of lighting devices for motor vehicles. The improvement in color rendering is theoretically possible by raising the color temperature or, in other words, the temperature of the filament itself. The increase in the temperature of the thread also leads to a high luminous efficacy, so that such an operating state should be regarded as ideal. However, if the conventional technology is to use a color temperature that is greater than that currently used (e.g. 2300 K to 2400 K for a plug-in lamp as used in a dashboard for automobiles), the rate of evaporation of the filament in vacuum is reduced due to the Temperature rise of the filament extremely high. Therefore, the life of such a lamp is very short and unsuitable for practical purposes. Even if an inert gas, for example argon, is filled with a pressure of 0.5 to 0.6 atmospheres, the possibility of preventing evaporation is close to its limit with a running light efficiency of about 10 lm / W. Under these circumstances, a significant and practical improvement in the luminous efficacy can no longer be expected. In addition, the heat generation increases even with a slight increase in the light output, so that the argon filled with its thermal conductivity (38.8 × 10 -6 cal × cm -1 × s -1 × grd -1 ) leads to the temperature of the glass body, which consists of soft glass such as soda glass, exceeds its limit. For this reason, there have been problems in the manufacture of such lamps. It has been shown that it is currently impossible to manufacture such lamps.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine Glühlampe mit einem Glaskörper, dessen Außendurchmesser kleiner als 40 mm ist, anzugeben, die eine hohe Lichtausbeute aufweist.The invention has for its object, while avoiding the above-mentioned disadvantages of an incandescent lamp Glass body with an outside diameter of less than 40 mm, specify that has a high luminous efficacy.

Die erfindungsgemäß hierzu vorgeschlagene Glühlampe weist die folgenden Merkmale auf:The incandescent lamp proposed according to the invention for this purpose has the following features:

Der Glaskörper besteht aus weichem Glas;The glass body is made of soft glass;

der Hauptbestandteil des in den Glaskörper eingefüllten Füllgases besteht aus einem Inertgas, dessen Atomgewicht größer als 80 ist und dessen thermische Leitfähigkeit kleiner als 25 × 10-6 cal×cm-1×s-1×grd-1 ist;the main constituent of the filling gas filled into the vitreous body consists of an inert gas, the atomic weight of which is greater than 80 and whose thermal conductivity is less than 25 × 10 -6 cal × cm -1 × s -1 × grd -1 ;

der Druck des Füllgases hat einen Wert zwischen 1,5 und 2,5 oder zwischen 1 bis 3,5 Atmosphären im nicht erregten Zustand der Glühlampe. the pressure of the filling gas is between 1.5 and 2.5 or between 1 to 3.5 atmospheres when not excited the light bulb.  

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following description, which in connection with the accompanying drawings, the invention using an exemplary embodiment explained. Show it:

Fig. 1 den Hauptteil einer Glühlampe mit hoher Lichtausbeute entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei das Verfahren zum Füllen der Glühlampe mit einem Füllgas hohen Druckes bei gleichzeitiger Kühlung des Füllgases schematisch dargestellt ist, und Fig. 1 shows the main part of an incandescent lamp with high luminous efficacy according to the present invention, the method for filling the incandescent lamp with a filling gas of high pressure while cooling the filling gas is shown schematically, and

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühlampe. Fig. 2 is a side view of an embodiment of the light bulb according to the invention.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt in schematischer Weise das Verfahren zum Einfüllen von Gas in die erfindungsgemäße Lampe hoher Lichtausbeute. In der Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 1 den Glaskörper einer Glühlempe, in dem die notwendigen Elemente wie beispielsweise der Glühfaden eingeschlossen sind. Der Glaskörper 1 ist an ein Verteilerrohr 4 über eine gläserne Austrittsleitung 2 und ein Abschlußventil 3 angeschlossen. An das Verteilerrohr 4 sind eine Vakuumpumpe und ein Behälter für das Füllgas austauschbar angeschlossen. Die Vakuumpumpe und der Behälter sind nicht dargestellt. Auf diese Weise kann der Innenraum des Glaskörpers 1 durch Öffnen des Abschlußventiles 3 mit Füllgas gefüllt werden, wobei zunächst die Vakuumpumpe in Betrieb genommen wird und anschließend das Füllgas über die Verteilerleitung 4 zugeführt wird.First, reference is made to FIG. 1. Fig. 1 shows schematically the method for filling gas into the lamp according to the invention with high luminous efficacy. In Fig. 1, the numeral 1 designates the glass body of an incandescent lamp, in which the necessary elements such as the filament are enclosed. The glass body 1 is connected to a distributor pipe 4 via a glass outlet line 2 and a shut-off valve 3 . A vacuum pump and a container for the filling gas are interchangeably connected to the distributor pipe 4 . The vacuum pump and the container are not shown. In this way, the interior of the glass body 1 can be filled with filling gas by opening the shut-off valve 3 , the vacuum pump first being put into operation and then the filling gas being supplied via the distributor line 4 .

Nach dem Schließen des Abschlußventils wird der Glaskörper 1 in eine Lösung 5 wie beispielsweise flüssigen Stickstoff getaucht, um das Füllgas in dem Glaskörper 1 zu kühlen. Das Füllgas verringert sein Volumen in Übereinstimmung mit dem Boyle-Charles'schen Gesetz, d. h. Volumen = V×R×T. Die Temperatur der Lösung 5 wie beispielsweise flüssigen Stickstoffs beträgt ca. -200°C, so daß sich für das Volumen gemäß der obigen Gleichung der Wert 75/(275 + 25) ergibt. Das Volumen reduziert sich also auf ein Viertel. Somit wird der Innendruck des Glaskörpers 1 und der Austrittsleitung 2 kleiner als der Atmosphärendruck. In diesem Zustand wird die Austrittsleitung 2 mit Gasbrennern 6 und 6′ auf die Erweichungstemperatur des Glases erwärmt, um die Austrittsleitung 2 bei Atmosphärendruck abzuquetschen und damit das Füllgas in dem Glaskörper 1 dicht einzuschließen. Danach wird der Glaskörper 1 aus der Lösung 5 herausgenommen und verbleibt bei Raumtemperatur so lange, bis das Volumen des Füllgases seinen normalen Zustand einnimmt. Angenommen, der Druck des Füllgases betrage während des Füllvorganges aus der Verteilerleitung 4 das 2,5-Fache des Atmosphärendruckes, so hat das Füllgas in seinem Normalzustand also einen Druck von 2,5 Atmosphären. In der Praxis kann es notwendig werden, den Druck im Hinblick auf die Kühlleistung o. dgl. etwas einzustellen. Mit 7 ist der Glühfaden bezeichnet.After the closing valve is closed, the glass body 1 is immersed in a solution 5 such as liquid nitrogen in order to cool the filling gas in the glass body 1 . The fill gas reduces its volume in accordance with Boyle-Charles' law, ie volume = V × R × T. The temperature of solution 5, such as liquid nitrogen, is approximately -200 ° C., so that the volume according to the above equation is 75 / (275 + 25). The volume is reduced to a quarter. The internal pressure of the glass body 1 and the outlet line 2 thus becomes lower than the atmospheric pressure. In this state, the outlet line 2 is heated with gas burners 6 and 6 'to the softening temperature of the glass in order to squeeze out the outlet line 2 at atmospheric pressure and thus tightly enclose the filling gas in the glass body 1 . The glass body 1 is then removed from the solution 5 and remains at room temperature until the volume of the filling gas assumes its normal state. Assuming that the pressure of the filling gas during the filling process from the distribution line 4 is 2.5 times the atmospheric pressure, the filling gas in its normal state thus has a pressure of 2.5 atmospheres. In practice, it may be necessary to adjust the pressure somewhat in view of the cooling capacity or the like. With 7 the filament is designated.

Wie man aus dem oben beschriebenen Verfahren erkennt, wird der Druck des Füllgases auf das 1,5- bis 2,5-Fache des Atmosphärendruckes eingestellt im Vergleich zu dem herkömmlichen Druck, der das 0,5- bis 0,6-Fache des Atmosphärendruckes beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, die Verdampfungsrate des Glühfadens merklich zu senken und die Lichtausbeute deutlich zu steigern. Bei der Durchführung verschiedener Versuche zur Lösung der herkömmlichen Probleme wurde bestätigt, daß die Verdampfungsmenge oder Verdampfungsrate des Glühfadens von dem Atomgewicht des Inertgases abhängt, das verwendet wird. Ferner hat sich gezeigt, daß die thermische Leitfähigkeit des Füllgases vorzugsweise gering sein soll, so daß die Temperatur des Glaskörpers nur geringfügig angehoben wird. Diese Bedingungen wurden für kompakte Glühlampen wie solche geprüft, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Die Versuchsergebnisse für eine Glühlampe, deren Außendurchmesser weniger als 40 mm beträgt und deren Glaskörper aus weichem Glas hergestellt ist, haben als beste Bedingungen folgende Werte ergeben: Der Druck des inerten Füllgases beträgt das 1,5- bis 2,5-Fache des Atmosphärendruckes; das Atomgewicht ist größer als 80; die thermische Leitfähigkeit ist kleiner als 25×10-6 cal×cm-1×s-1×grd-1. As can be seen from the method described above, the pressure of the filling gas is set to 1.5 to 2.5 times the atmospheric pressure compared to the conventional pressure which is 0.5 to 0.6 times the atmospheric pressure is. In this way it is possible to noticeably reduce the evaporation rate of the filament and to significantly increase the luminous efficacy. In carrying out various attempts to solve the conventional problems, it was confirmed that the amount of vaporization or rate of vaporization of the filament depends on the atomic weight of the inert gas used. Furthermore, it has been shown that the thermal conductivity of the filling gas should preferably be low, so that the temperature of the vitreous body is raised only slightly. These conditions have been tested for compact incandescent lamps such as those used in motor vehicles. The test results for an incandescent lamp whose outer diameter is less than 40 mm and whose glass body is made of soft glass have given the following best conditions: the pressure of the inert filler gas is 1.5 to 2.5 times the atmospheric pressure; the atomic weight is greater than 80; the thermal conductivity is less than 25 × 10 -6 cal × cm -1 × s -1 × grd -1 .

In der folgenden Tabelle sind die Atomgewichte und thermischen Leitfähigkeiten für Krypton und Xenon aufgeführt, die als Inertgas dienen, das die erfindungsgemäß geforderten Bedingungen erfüllt. Zum Vergleich sind die Werte für das Edelgas Argon aufgeführt.The following table shows the atomic weights and thermal Conductivities listed for krypton and xenon, which serve as an inert gas that the required according to the invention Conditions met. For comparison, the values are for the noble gas argon listed.

Ein Vergleich der für Stecksockellampen für Kraftfahrzeuge erhaltenen experimentellen Daten mit den für herkömmliche Lampen erhaltenen Daten ergibt folgendes: Die Lichtausbeute wird um 50% von 9 lm/W auf 13,5 lm/W erhöht. Die Farbtemperatur, die ein Maß für die Farbwiedergabe ist, steigt von 2300 K auf 2700 K; die Farbwiedergabe veränderte sich in positiver Weise von einem rötlichen Gelb zu einem gelblichen Weiß für den visuellen Eindruck. Hinsichtlich der Lebensdauer ergab sich eine Verbesserung um 350 % von 800 Stunden auf 2800 Stunden. Diese Tatsache bedeutet, daß eine weitere Steugerung der Lichtausbeute und der Farbtemperatur möglich ist, wenn man den Faden so wählt, daß er dieselbe Lebensdauer wie bei einer herkömmlichen Lampe besitzt. Unter den oben beschriebenen Bedingungen stieg die Temperatur des Glaskörpers nicht über 300°C. Dieser Wert stellt den erlaubten Grenzwert für weiches Glas dar.A comparison of those for socket lamps for motor vehicles experimental data obtained with that for conventional Data obtained from lamps gives the following: Luminous efficacy is increased by 50% from 9 lm / W to 13.5 lm / W. The color temperature, which is a measure of the color rendering increases from 2300 K to 2700 K; the color rendering changed to positively from a reddish yellow to a yellowish White for the visual impression. In terms of life there was a 350% improvement of 800 hours to 2800 hours. This fact means that another Control of light output and color temperature possible  is if you choose the thread so that it has the same lifespan as with a conventional lamp. Among the conditions described above, the temperature of the Vitreous body not over 300 ° C. This value represents the allowed Limit for soft glass.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Glühlampe ein inertes Füllgas in den Glaskörper mit einem Druck von 1,5 bis 2,5 Atmosphären eingefüllt, um die Verdampfungsrate des Glühfadens zu senken. Ferner wird ein Füllgas mit einem Atomgewicht von mehr als 80 verwendet, um die Verdampfungsrate des Glühfadens weiter zu senken. Ferner wird ein Füllgas mit einer thermischen Leitfähigkeit von weniger als 25×10-6 cal×cm-1×s-1×grd-1 verwendet, um eine Temperaturerhöhung des Glaskörpers über einen erlaubten Wert zu vermeiden. Dadurch ist es möglich, konventionelles Weichglas (Natronglas) zu verwenden, das niedrige Kosten verursacht.According to the above description, in the incandescent lamp according to the invention, an inert filling gas is introduced into the glass body at a pressure of 1.5 to 2.5 atmospheres in order to reduce the vaporization rate of the filament. In addition, a fill gas with an atomic weight of more than 80 is used to further decrease the evaporation rate of the filament. In addition, a filling gas with a thermal conductivity of less than 25 × 10 -6 cal × cm -1 × s -1 × grd -1 is used in order to avoid a temperature increase of the vitreous body beyond a permitted value. This makes it possible to use conventional soft glass (soda glass), which causes low costs.

Ein weiterer Vorteil schließlich ist, daß kompakte Glühlampen, deren Dimensionen durch Vorgaben definiert sind, wie beispielsweise Glühlampen für Kraftfahrzeuge, eine herkömmliche Form und Abmessung annehmen können bei gleichzeitiger Steigerung ihrer Lichtausbeute.Finally, another advantage is that compact light bulbs, whose dimensions are defined by specifications, such as for example light bulbs for motor vehicles, a conventional one Can take shape and dimensions at the same time Increase their light output.

Claims (2)

1. Hochleistungsglühlampe mit einem Glaskörper, dessen Außendurchmesser weniger als 40 mm beträgt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: Der Glaskörper (1) besteht aus Weichglas; der Hauptbestandteil des in den Glaskörper einzufüllenden Füllgases ist ein Inertgas, dessen Atomgewicht größer als 80 und dessen thermische Leitfähigkeit kleiner als 25 × 10-6 cal×cm-1× s-1×grd-1 ist; der Druck des Füllgases liegt zwischen dem 1,5- bis 2,5- Fachen des Atmosphärendruckes, wenn die Lampe nicht eingeschaltet ist. 1. High-performance incandescent lamp with a glass body, the outer diameter of which is less than 40 mm, characterized by the following features: the glass body ( 1 ) consists of soft glass; the main component of the filling gas to be filled into the vitreous body is an inert gas, the atomic weight of which is greater than 80 and whose thermal conductivity is less than 25 × 10 -6 cal × cm -1 × s -1 × grd -1 ; the pressure of the filling gas is between 1.5 to 2.5 times the atmospheric pressure when the lamp is not switched on. 2. Hochleistungsglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas in den aus Weichglas bestehenden Glaskörper bei einem Druck von ungefähr dem 1- bis 3,5-Fachen des Atmosphärendruckes eingefüllt wird.2. High-performance incandescent lamp according to claim 1, characterized in that that the fill gas in the soft glass existing vitreous at a pressure of approximately filled in 1 to 3.5 times the atmospheric pressure becomes.
DE19863621195 1985-06-26 1986-06-25 High-power incandescent lamp Ceased DE3621195A1 (en)

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