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Die Verwendung des kondensationsraumlosen Glaskolbens für gasgefüllte
elektrische Glühlampen mit schraubenförmigem Glühkörper Eine jede elektrische Glühlampe
muß bekanntlich zwei Anforderungen Genüge leisten. Sie muß einen möglichst großen
Teil der verbrauchten elektrischen Energie in Licht umwandeln und muß eine genügend
lange nützliche Brenndauer aufweisen. Diese zwei Forderungen stehen bezüglich der
Lampenkonstruktion gewissermaßen im Gegensatze zueinander, indem eine bessere Ausnutzung
der Energie am einfachsten' durch Erhöhung der Temperatur erreicht wird, wobei dasselbe
Mittel eine Steigerung der Zerstäubungsgeschwindigkeit des Glühkörpers und hierdurch
die Verkürzung der Lebensdauer der Lampe mit sich bringt.
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Die seit dem Jahre 1914 allgemein verwendeten gasgefüllten Lampen
brachten die bis heute unübertroffene Vollendung bezüglich gleichzeitiger Erfüllung
der vorgenannten zwei Forderungen: durch die Gasfüllung von hohem Druck wird die
Zerstäubung zurückgedrängt und hierdurch ermöglicht, daß der Glühfaden der Lampe
bei einer einige hundert Grad höheren Temperatur als in den Vakuumlampen benutzt
wird, ohne die Nutzbrenndauer der Lampe herabzusetzen. Um dem durch die höhere Temperatur
bedingten größeren Energieverlust infolge größerer Wärmeableitung und Strahlung
zu begegnen, wird bekanntlich der Glühkörper in möglichst gedrängter Form, beispielsweise
in Schraubenlinienform, angewendet.
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Als die obenerwähnten günstigen Abkühlungsverhältnisse erkannt wurden,
sind die ersten gasgefüllten Lampen für größere Stromstärken gebaut worden. Die
in diesen verwendeten Schrauben wiesen wegen ihrer beträchtlichen Fadenstärke eine
genügende Steifheit auf, erlaubten daher eine stärkere Belastung. Diese Lampen hatten
einen spezifischen Wattverbrauch von etwa 1(2 Watt pro Kerze. Deswegen sind' die
ersten gasgefüllten Glühlampen Halbwattlampen genannt worden. Der Umstand, daß die
gasgefüllten Lampen ein bedeutend weißeres Licht haben als das etwas rötlichere
der Vakuumlampen, hat dazu Anlaß gegeben, auch Lampen für geringere Ampereaufnahme
mit Gasfüllung zu konstruieren. Bei solchen Lampen mit dünnerem Faden und geringerem
Schraubendurchmesser beeinflußten die Konvektionsverluste die Ökonomie sehr nachteilig,
so daß, um mit den Vakuumlampen gleichwertige Lampen zu bekommen,pro Hefnerkerze
über 1 Watt Energie zugeführt werden mußte. So stark belastete Lampen .wiesen wegen
Zerstäubung des Fadenmaterials eine beträchtliche Schwärzung auf, so daß sie nach
einigen hundert
Stunden beinahe ?o°/, ihrer Lichtstärke einbüßten.
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Um die Schwärzung nur auf bestimmte, nicht im Wege der Lichtstrahlen
liegende Teile der Kolben zu begrenzen, hat man einen schornsteinartigen Kondensationsraum
im oberen Teil der Kolben angebracht, in welchem das mitgerissene Fadenmaterial
sich ablagert. In dieser Weise entwickelte sich die heute bekannte Form der gasgefüllten
Lampe. Nicht nur die Zerstäubung des Fadens, sondern auch die geringere Formbeständigkeit
des damals bekannten durchhängenden Fadenmaterials hat die Anwendung des schornsteinartigen
Kühlers zwecks Kühlung des Füllgases begründet.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die Ökonomie der Lampe durch
Herabsetzung des spezifischen Wattverbrauches noch weiter zu erhöhen. Die Versuche
zur Anwendung des hierzu führenden einfachsten Mittels, der Erhöhung der Glühfadentemperatur
durch stärkere Belastung, zeitigten keine brauchbaren Resultate, da die stärkere
Belastung mit einer bedeutenden Herabsetzung der Nutzbrenndauer einherging. Es ist
aber gelungen, eine bezüglich des Nutzeffektes der Lampe bedeutende Herabsetzung
der Wärmeabfuhr dadurch zu erreichen, daß die Zirkulation der in der Lampe enthaltenen
Gase gehindert wird.
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Die Einführung eines neuen Drahtmaterials, das nach Rekristallisation
langkristallinisch ist und an den Grenzflächen der Einzelkristalle überlappte und
zahnartig ineinandergreifende Stoßstellen aufweist, in die Lampenfabrikation erlaubt
größere Freiheiten in der Konstruktion der Lampe. Vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Lampen, deren Glühkörper aus solchem im wesentlichen nicht durchhängenden
Drahtmaterial oder mit ähnlichem oder gleichwertigem Material hergestellt sind.
Sie bezieht sich auch auf solches Fadenmaterial, aus welchem hergestellte Glühkörper
bei Betriebstemperatur der Lampe sich so verhalten, daß die durch vorliegende Erfindung
erzielten Vorteile ausnutzbar sind. Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung eines
im wesentlichen nicht durchhängenden Fadenmaterials das Weglassen des Kondensationsraumes
nicht nur keine Nachteile mit sich bringt, sondern neue Vorteile besitzt.
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Es ist bekannt, daß bei der Betriebstemperatur von gasgefüllten elektrischen
Glühlampen die Schraube mit einer Schutzschicht, der sogenannten Langmuirschen Hülle,
umgeben ist. Innerhalb dieser Hülle erfolgt ein lebhafter Austausch der verdampften
Metallatome, also ein Umbau der Schraubenwindungen. Durch kräftige Gaszirkulation
wird aber die Langmuirsche Schicht an ihrer Oberfläche gestört, und die Atome werden
von den aufsteigenden Gasen mitgerissen, und so erfolgt ein Abbau des Fadens. Wenn
nun ein Mittel gefunden wird, um die Ungestörtheit dieser Hülle aufrechtzuerhalten,
so kann man die Abtragung des Fadenmaterials weitgehend zurückdrängen und dadurch
eine längere Lebensdauer und geringere Schwärzung erreichen. Die Weglassung des
Kondensationsraumes erfüllt diese Bedingung.
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In derselben Richtung ist auch eine weitere im Sinne der vorliegenden
Erfindung zu verwendende Maßnahme wirksam, die in der möglichsten Einschränkung
des Ballonumfanges besteht. Je kleiner der Lampenkolben, um so geringer ist die
Gaszirkulation. Gleichzeitig ist auch die von seiner Außenfläche abgegebene Wärmemenge
eine geringere. Es wurde gegenüber der bisherigen Annahme festgestellt, daß auch
die Herabsetzung des Kolbenumfanges die Lampe in keiner Weise schädigt. Natürlich
darf die Größe des Kolbens nicht unter ein Mindestmaß sinken, welches durch die
Beschleunigung der Fadenzerstäubung und Ablösung des Lampensockels und der Armatur
bedingt ist. So kann z. B. für eine zzo Volt/75 Watt gasgefüllte Lampe statt der
bisher gebräuchlichen Kolben mit einem Durchmesser von ungefähr 7o mm ein 5o-mm-Kolben
ohne Kondensationsraum verwendet werden.
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Beim früher verwendeten, nicht formbeständigen Drahtmaterial hatte
dieses Ziel mit den gleichen Mitteln nicht erreicht werden können, da Schrauben
aus diesem Material bekanntlich während des Brennens der Lampe einen ständig zunehmenden
Durchhang aufweisen, was infolge Oberflächenvergrößerung der Schraube eine beträchtliche
Ökonomieverminderung mit sich bringt.
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Vorliegende Erfindung ermöglicht eine weitere Erhöhung der Lebensdauer
durch zweckmäßige Anordnung des Glühkörpers. Es ist bekannt, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit
des Wolframs im Bereiche der Betriebstemperatur der gasgefüllten Lampen mit der
38. bis 4o. Potenz der Temperatur wächst, also eine Erhöhung der Temperatur um 111/o
eine 3o- bis 4o°/oige Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit verursacht. Wenn
eine Schraube, wie in Fig. z der Zeichnung dargestellt, durch einen einzigen Fadenhalter
getragen, in einer vertikalen Ebene in V-Form montiert ist, erhält sie nach der
ersten Einschaltung der Lampe einen in Fig. 2 stark übertrieben dargestellten Durchhang,
auch wenn sie aus im wesentlichen nicht durchhängendem Drahtmaterial hergestellt
wurde. Fig. 3 veranschaulicht die Deformation der Schraube und die Lage der einzelnen
Windungen nach der Deformation. In der mit a bezeichneten Stelle setzt die Kühlwirkung
des Halters die Schraubentemperatur beträchtlich herab. An der Stelle b, wo die
Windungen infolge Verkleinerung des Krümmungsradius der Schraube an der Innenseite
sich einander nähern,
wird durch Vergrößerung der gegenseitigen
Strahlung der einzelnen Windungen die Temperatur erhöht. An der Stelle c entsteht
dagegen ein Temperaturabfall durch Auseinanderrücken der Windungen.
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Wenn man die Temperaturänderung entlang der Schraube bestimmt, und
zwar immer die jeweilig höchste Temperatur der Schraubenabschnitte, kommt man zu
einer Temperaturverteilungskurve, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
Es sind da zwei gefährliche Temperaturgradienten, wo neben der normalen Schraubentemperatur,
für welche die Lampe konstruiert ist, sich zwei überhitzte Stellen befinden, an
denen infolge beschleunigter Verdampfung des Fadenmaterials Verjüngungen entstehen,
die zu baldigem Ausbrennen führen.
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Erfindungsgemäß wird durch eine schiefe Anordnung der Schraubenebene
ermöglicht (Fig. 4), daß nach Deformation der Schraube keine überhitzten Stellen
entstehen und die in Fig.2 dargestellten Temperaturmaxima wegfallen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Lampe ist in Fig. 5 dargestellt.
Wie ersichtlich, bezieht sich die Erfindung auf elektrische Glühlampen von etwa
ioo Volt Betriebsspannung aufwärts, da bei Lampen von geringer Betriebsspannung
(z. B. Autolampen) eine V-förmige Schraube schon früher angebracht werden konnte,
weil dort ein starker Faden verwendet wird. Naturgemäß erstreckt sich aber die Erfindung
auch auf Lampen von geringer Spannung, bei denen ein dünner Faden verwendet ist,
wie bei hochvoltigen Lampen.
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Diese Neuerungen bringen außer einer erhöhten Lichtausbeute und einer
verbesserten Lichtverteilung auch weitere Vorteile mit sich, die die Folgen des
kleineren Lampenkolbens und der einfacheren Halterung sind und in der wesentlichen
Verbilligung der Herstellung sowie in der Herabsetzung der Versandspesen bestehen.
Infolge der Weglassung des schornsteinartigen Aufsatzes (Kondensationsraumes) und
Anwendung eines auch sonst möglichst kleinen Kolbens wird viel Glasmaterial erspart,
ohne mit der Wandung des Kolbens unterhalb der bisher verwendeten Stärke hinunterzugehen.
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Dies bringt auch eine bedeutende Herabsetzung des Lampengewichtes
und dadurch der Versandspesen mit sich. Es ergab z. B. bis jetzt ein Gramm des Gewichtes
einer iio-Volt/ 75-Watt-Lampe 1,4 sph. Kerzen, wogegen die Gewichtseinheit der neueren
Lampe für dieselbe Spannung und denselben Stromverbrauch 3,3 sph. Kerzen ergibt.
Ein weiterer Vorteil liegt in der durch die einfache Halterung bedingte Verbilligung
des Herstellungsverfahrens und in der entsprechenden Materialersparnis.