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Lichtquelle, hauptsächlich elektrische Lichtquelle, mit einem glühenden
lichtausstrahlenden Leuchtkörper Bei den heute bekannten, auf Temperaturstrahlung
beruhenden Lichtquellen wird neben dem Lichtstrom ein diesen weit übersteigender
Betrag an Wärmestrahlen ausgesandt, so daß ein unnötig großer Energiebetrag zugeführt
werden muß. Beispielsweise wird von der der gasgefüllten W olframlampe zugeführten
Energie nur etwa g °/o in Form von sichtbarem Licht gewonnen. Die Erfindung betrifft
eine Lichtquelle, bei der der glühende Leuchtkörper nur einen Bruchteil der Wärmeenergie
ausstrahlt, die er sonst bei der gleichen Temperatur und Lichtausstrahlung erzeugt.
Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß der glühende lichtausstrahlende Leuchtkörper
von einer temperaturbeständigen Hülle umgeben ist, die seine unökonomisch wirkende
Wärmestrahlung deshalb zurückzuhalten vermag; weil sie im sichtbaren Gebiet möglichst
durchlässig, im Gebiete des Energiemaximums der Strahlung bei der Temperatur, welche
die Hülle beim Betriebe annimmt, dagegen möglichst undurchlässig gewählt ist. Es
sind zwar bereits elektrische Lichtquellen bekannt, bei denen der glühende lichtausstrahlende
Leuchtkörper von einer die Wärmestrahlung zurückhaltenden temperaturbeständigen
Hülle umgeben ist. Diese bekannte Hülle ist aber auf der Innenwand der Glashülle
angebracht und dient lediglich dazu, die Wärmestrahlen des Glühkörpers auf diesen
zurückzuwerfen. Besonders günstig wirkt die Verwendung mehrerer ineinandergeschachtelter
Hüllen mit obigen Eigenschaften. Diese Hüllen umgeben den Leuchtkörper in geeigneten
Abständen ganz oder teilweise und bewirken so, daß bei der Betriebstemperatur ein
großer Teil der Wärmestrahlen in ihnen absorbiert und z. T. von ihnen reflektiert
wird, während die sichtbaren Strahlen oder wenigstens ein wesentlicher Teil derselben
die Hüllen unbehindert passieren können. Diese Hüllen nehmen unter dem Einfluß der
Leuchtkörperstrahlung eine hohe Temperatur an, die aber stets niedriger ist als
die des Leuchtkörpers selbst. Die innerste Hülle besitzt dann die höchste, die äußerste
die niedrigste Temperatur. Wesentlich für die Temperaturen, welche die Hüllen beim
Betriebe annehmen, ist auch ihre Zahl, ihr gegenseitiger sowie ihr Abstand vom Leuchtkörper
und ihre Form. Beispielsweise ist die Temperatur der innersten Hülle um so höher,
je näher sie sich dem Leuchtkörper befindet und je mehr weitere Hüllen sie umgeben.
Für eine einzige Hülle -kugelförmig und konzentrisch zum ebenfalls kugelförmigen
Leuchtkörper vorausgesetzt -kann man berechnen, daß der Leuchtkörper im günstigsten
Falle; das ist wenn die Hülle ihn möglichst nahe umschließt, nur wenig mehr als
die halbe Energiezufuhr benötigt, um auf derselben Temperatur und Lichtausstrahlung
zu bleiben wie ohne Hülle. Bei Verwendung mehrerer Hüllen kann die nötige Energiezufuhr
auf einen noch wesentlich geringeren Bruchteil herabgedrückt werden. Vorausgesetzt
ist
bei dieser Berechnung, daß die Hülle das Ultrarot nicht merklich
reflektiert. Bei den wirklich zur Verfügung stehenden Substanzen wird aber immer
ein wesentliches Reflexionsvermögen vorhanden sein, das die Verhältnisse noch günstiger
gestaltet insofern, als die Energieersparnis noch größer ist oder aber die Temperatur
der Hülle niedriger gewählt werden kann bei gleicher Ersparnis.
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Als Material für die Leuchtkörper solcher Lichtquellen nach der Erfindung
kommen, insbesondere wenn es sich um elektrische Lampen handelt, alle bisher bekannten
in Betracht: Kohle, Wolfram, Tantalcarbid, Nernststift; nur selten aber wird es
möglich sein, sie in der günstigsten kugelförmigen Gestalt zu verwenden. Man wird
vielmehr die Form des Leuchtkörpers und der Hülle dem besonderen Falle anpassen.
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Als Material für die Hüllen kommen schwer schmelzbare, im sichtbaren
Gebiet nicht absorbierende Körper in Betracht, die im wirksamen Ultrarot entweder
an sich schon stark absorbieren oder sich durch Zumischung eines Bestandteiles absorbierend
machen lassen. Dabei genügt es praktisch, wenn die Absorption, und zwar die bei
der Betriebstemperatur der Hülle stattfindende, in dem Gebiet des Energiemaximums
der von dem Leuchtkörper ausgesandten Strahlung liegt, also in der Gegend von 1,5
u. Als Grundsubstanz für die Hüllen kommen demnach z. B. schwer schmelzbare weiße
Oxyde, wie beispielsweise Aluminiumoxyd, Thoriumoxyd, Zirkonoxyd, Hafniumoxyd, Yttriumoxyd,
Lanthanoxyd, Calciumoxyd oder Magnesiumoxyd, in Bettacht, während als färbende Bestandteile,
die eine Absorption im Ultrarot hervorrufen, z. B. die Oxyde des Eisens, Kobalts,
Kupfers, Praseodyms Verwendung finden können.
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Die selektive Durchlässigkeit von Hüllen nach der Erfindung ist um
so ausgeprägter, je weniger Korngrenzen vorhanden sind, da letztere über den Bereich
des ganzen Spektrums strahlen und daher auch absorbieren (vgl. Skaupy, »Physikalische
Zeitschrift«, 1927, S. 8q.2 bis 8q6). Daher sind möglichst große Einkristalle zu
bevorzugen, aus denen die Hülle sich zusammensetzt. Die Hüllen können also aus durchsichtigen
größeren Stücken oder Platten (Einkristalle oder hochschmelzende Gläser) bestehen,
die, durch Halter zusammengefügt, den Leuchtkörper umschließen. Z. B. kann ein Wendelleuchtkörper,
dessen Mittelachse in einer Ebene liegt, zwischen zwei dieser Mittelachse parallelen
durchsichtigen, beispielsweise aus eisenhaltigem künstlichen blauen Saphir gefertigten
Platten angeordnet sein. Auch glühstrumpfartige Gewebe sind günstig. Die Durchsichtigkeit
der einzelnen Fädchen unter dem Mikroskop zeigt, da;ß hier wenig Korngrenzen vorhanden
sind. Wenn feinkörnige Schichten Verwendung finden, ist darauf zu sehen, daß sie
wenigstens sehr dünn sind, damit die Häufung der Korngrenzen nicht zu ungünstig
wirkt. Bei Verwendung mehrerer Hüllen ist es zweckmäßig, diese untereinander durch
Brücken aus denselben Stoffen wie die Hüllen selbst zu verbinden, um dauernd den
gleichen Abstand zu sichern. Die Befestigung der Hüllen in der Lampe erfolgt zweckmäßig
durch metallische Halter, die, wenn es sich um eine Glühlampe handelt, in ähnlicher
Weise auf dem Fuß der Lampe befestigt werden können wie sonst die Zuführungen zu
den Leuchtdrähten oder die Träger der Elektroden bei Entladungsröhren.
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Abb. x zeigt eine besonders einfache Ausführungsform des Erfindungsgedankens.
Ein V-förmiger Leuchtkörper a, z. B. eine Wolframdrahtwendel, liegt zwischen zwei
seiner Ebene parallelen dünnen Platten b aus durchsichtigem Kristall, z. B. künstlichem
blauen Saphir (d. i. eisen- und kobalthaltiges Aluminiumoxyd).
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Abb.2 zeigt schematisch. einen auf engen Raum zusammengedrängten Wendelleuchtkörper
a, der von zwei Hüllen b umgeben ist, die aus glühstrumpfähnlichem Gewebe bestehen,
das ebenso hergestellt werden kann wie die gewöhnlichen Auer-Glühstrümpfe unter
Verwendung anderer chemischer Stoffe, die den hier beschriebenen Bedingungen genügen.
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Abb. 3 zeigt einen Wendelleuchtkörper a, der von einer sehr dünnen,
etwa zylindrischen Hülle b in geringem Abstand umgeben ist. Die Herstellung kann
in der Weise geschehen, daß der Leuchtkörper zuerst in einer organischen blasse
(Papierbrei) eingebettet wird. Auf diese Masse wird dann ein Brei aus der Substanz
der Hülle in dünner Schicht aufgebracht, das Ganze getrocknet und schließlich in
einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff geglüht, wobei die organische Substanz
herausgebrannt wird und eine "dünne, vom Leuchtkörper etwas abstehende Hülle aus
feuerfestem Material übrigbleibt.
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In vielen Fällen wird die Absorption im Ultrarot teilweise in das
sichtbare Gebiet reichen und daher das erzeugte Licht gefärbt erscheinen. In solchen
Fällen braucht dann nicht die Lichtausbeute überhaupt vergrößert zu sein, wohl aber
kann dies für die Ausbeute von Licht bestimmter Farbe gelten. Wenn beispielsweise
vom roten Ende des sichtbaren Spektrums ein Teil absorbiert wird, wird man eine
tageslichtähnliche Lichtquelle von günstigerer Lichtausbeute als sonst erhalten
können.
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Die Dicke der Hülle wird im allgemeinen nur gering gewählt werden.
Wenn die Natur der Substanz es erlaubt, dickere zu verwenden, kommt als weiteres
günstiges Moment der Temperaturabfall von der Innenoberfläche der Hülle zur äußeren
in Betracht, der die ausstrahlungsbehindernde
Wirkung der Hülle
natürlich vergrößert.
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Wenn der Leuchtkörper sich nicht im Vakuum, sondern in einer Gasatmosphäre
befindet (Stickstoff oder Argon bei gasgefüllten Wolframglühlampen oder Tantalcarbidglühlampen,
Luft beim Nernstleuchtkörper), beeinflußt natürlich auch die Wärmeleitung durch
das Gas den Energieverbrauch des Leuchtkörpers. Auch diese Wärmeableitung wird durch
die Hüllen günstig beeinflußt, da ein Teil der vom Leuchtkörper durch das Gas weggeführten
Wärme von der Hülle aufgenommen wird und deren Rückstrahlung nach dem Leuchtkörper
begünstigt.