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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Glühlampe mit:
einer geformten
Glasplatte, die mit Stromleitern und einer Metallröhre, die
durch die genannte Platte verlaufen, gasdicht verbunden ist;
einem
mit den Stromleitern verbundenen Glühkörper, der relativ zu der geformten
Platte eine zuvor bestimmte Position einnimmt;
einem Glaskolben
um den Glühkörper herum,
der mit der geformten Platte mittels eines Emails gasdicht verbunden
ist;
einem Füllgas,
das bei Raumtemperatur innerhalb des Kolbens einen Druck von zumindest
1 bar hat,
wobei die genannte Metallröhre außerhalb des Kolbens einen gasdichten
Abschluss aufweist.
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Eine
derartige elektrische Glühlampe
ist aus FR-B-913,579 bekannt.
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Die
bekannte Lampe hat eine geformte oder gepresste Glasplatte mit einem
kreisförmigen
Rand mit darauf einem Passstift. Die Lampe ist so entworfen, dass
sie mit ihrem Kolben nach vorn durch eine Öffnung in einem Reflektor geschoben
wird und mit dem Rand der Platte gegen eine Begrenzung der genannten Öffnung gedrückt wird.
Der Reflektor mit der Lampe kann als Autoscheinwerfer verwendet
werden, um ein Abblendlichtbündel
und ein Fernlichtbündel
zu erzeugen.
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Ein
Nachteil der bekannten elektrischen Lampe ist, dass die Glasplatte
nur mit großen
Maßtoleranzen
hergestellt werden kann. Das bedeutet, dass die Position des Glühkörpers auch
schlecht definiert ist.
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Bei
anderen Glühlampenanwendungen,
beispielsweise an der Rückseite
von Fahrzeugen wie z.B. Autos, ist es erwünscht, über elektrische Glühlampen
zu verfügen,
die rückwärts, d.h.
mit einem Lampensockel oder einer Basis nach vorn, gegen einen Träger an bewegt
werden können,
und deren Glühkörper dann
eine genau definierte Position relativ zu diesem Träger einnehmen,
wobei der Kolben dem Träger
abgewandt ist. Derartige Lampen können für das Bremslicht, Rücklicht,
den Rückfahrscheinwerfer,
die Nebelschlussleuchte, Richtungsanzeiger usw. verwendet werden.
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Bekannte
elektrische Glühlampen
für diese Funktionen
sind mit Lampensockeln versehen. Ihr Glühkörper hat eine Position, die
nur in weiten Grenzen relativ zu dem Lampensockel definiert ist,
und die Lampen haben eine verhältnismäßig kurze
Lebensdauer. Zudem gibt es verhältnismäßig viele
Frühausfälle infolge
von Undichtigkeit der Lampe.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine elektrische Glühlampe der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die eine genaue, zuvor bestimmte
Position des Glühkörpers relativ
zu der Glasplatte sowie einen kompakten Aufbau möglich macht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Glasplatte ein gesinterter Körper ist, der eine Zusammensetzung
hat, die der Zusammensetzung des Glases des Kolbens entspricht, um
Spannungen im Glas zu vermeiden.
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Die
gesinterte Glasplatte kann mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden.
Die Stromleiter und die Metallröhre
können
in diesem Fall von Beginn an vorhanden sein und gasdicht durch das
Glas geführt
werden. Die gesinterte Glasplatte hat den weiteren Vorteil, dass
sie eine helle Farbe hat, beispielsweise weiß oder hellgrau, sodass sie
einfallendes Licht reflektiert. Dadurch wird verhindert, dass das
darauf einfallende Licht für
das Lichtbündel
verloren geht, das mit Hilfe eines Reflektors gebildet werden kann.
Die Übereinstimmung
hinsichtlich der Glaszusammensetzung verhindert Spannungen im Glas.
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Die
Lampe hat dank des Füllgasdrucks
von über
1 bar eine verhältnismäßig lange
Lebensdauer. Es ist günstig,
den Druck des Füllgases
bei Raumtemperatur zwischen 2 und 15 bar zu legen, im Allgemeinen
zwischen 2 und 8 bar, beispielsweise zwischen 3 und 5 bar. Darüber hinaus
ist es für
die Lebensdauer der Lampe und auch, um einer durch Schwärzung des
Kolbens – infolge
von Niederschlägen
von aus dem Glühkörper verdampftem
Wolfram – bewirkten
Abnahme des Lichtstroms der Lampe entgegenzuwirken, günstig, wenn
das Füllgas
Xe, Kr oder eine Mischung davon beispielsweise in dem Verhältnis enthält, in dem
sie in Luft vorliegen. d.h. ungefähr 6 Vol.-% Xe. Die Verdampfung
von Wolfram wird durch das hohe Molekulargewicht dieser Gase und
durch ihren Druck stark behindert, sodass es möglich ist, einen verhältnismäßig kleinen
Kolben zu verwenden, während
doch ein hoher Lichtstromfaktor erreicht wird. Dies ermöglicht es,
der Lampe eine sehr geringe Bauhöhe
zu geben, sodass Leuchten, in denen die Lampe eingesetzt werden soll,
verhältnismäßig flach
sein können.
Die Lampe kann beispielsweise eine Abmessung von weniger als 2 cm
von der Außenseite
der Glasplatte bis zur höchsten
Stelle des Kolbens haben.
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Bei
einer günstigen
Ausführungsform
befindet sich in dem Kolben ein Wasserdampfgetter. Der Wasserdampfgetter
kann auf der Glasplatte aufgebracht sein oder an einem Stromleiter,
aber ein besonders bequemer Getter wird durch eine Beschichtung
auf zumindest einem der Stromleiter gebildet. Der Wasserdampfgetter
ermöglicht
es, den Kolben und die Platte auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur zu erwärmen und
so verhältnismäßig hohe
Leistungen in einem verhältnismäßig kleinen
Kolben abzuführen.
Die Lampe ist daher imstande, Leistungen bis zu ungefähr 25 W
bei den genannten kleinen Abmessungen abzuführen. Aus dem Glas freigesetzter Wasserdampf
wird durch den Getter verbunden, sodass verhindert wird, dass ein
Wasserdampfzyklus in der Lampe auftritt, wobei Wolfram vom Glühkörper zur
Platte und zur Kolbenwandung transportiert wird.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Abschluss der Metallröhre eine erstarrte Metallschmelze
ist. In diesem Fall ist es möglich,
Lampen in einer sauberen Atmosphäre
abzudichten, beispielsweise in einem gasdichten Raum, beispielsweise
mit einem Laser. Eine andere Möglichkeit
ist, dass ein Metalltropfen von beispielsweise Wolfram abgeschieden
wird, wodurch beispielsweise eine TIG-Schweißung erhalten wird. Diese Verfahren,
um gasdichte Abschlüsse
zu verschaffen, haben den Vorteil, dass sie schnell realisiert werden
können
und sehr zuverlässig
sind. Eine Metallröhre
hat den Vorteil, dass sie und ihr Abschluss nicht sehr empfindlich
sind und dass die Röhre
unter Vermeidung von Spannungen verschlossen werden kann.
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Bei
einer günstigen
Ausführungsform
ist der Glühkörper mit
den Stromleitern mittels einer erstarrten Metallschmelze verbunden.
Diese Ausführungsform
hat nicht nur den Vorteil gegenüber
alternativen Ausführungsformen,
wie z.B. Quetschungen oder Widerstandsschweißungen, dass sie schnell realisiert
werden kann und zuverlässig
ist, sondern auch dass sie genau ist. Der Glühkörper kann dabei relativ zu
der gesinterten Platte in eine genaue, zuvor definierte Position
gebracht werden, vorzugsweise relativ zu einer dem Kolben angewandten
Außenfläche davon,
wobei Enden des Glühkörpers bis
in die Nähe der
Stromleiter bewegt werden und nicht notwendigerweise gegen sie an.
Im letztgenannten Fall überbrückt die
Metallschmelze die Lücke
zwischen den Stromleitern und den Enden des Glühkörpers, wodurch beide beim Erstarren
miteinander verbunden werden. Die Metallschmelze, beispielsweise
Molybdän,
kann von außen
her, beispielsweise über
einen Spender, in dem sogenannten Tropfenabscheidungsprozess zugeführt werden,
aber als Alternative kann man den Stromleiter, von der Platte aus
gesehen bis über
das Ende des Glühkörpers hinaus,
selbst zum Schmelzen bringen, beispielsweise mit einem Laser.
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Bei
einer günstigen
Ausführungsform
weisen die Stromleiter zwischen einem ersten Leiterteil, der aus
einem ersten Metall hergestellt ist und durch die geformte Platte
in den Kolben gelangt, und einem zweiten Teil, der aus einem zweiten
Metall hergestellt ist und sich zum Glühkörper hin erstreckt, nahe der Platte
je eine Schweißung
auf. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass der zweite Teil nach der Herstellung der Platte
beispielsweise mit Hilfe einer Stumpfschweißung angebracht werden kann.
Der zweite Teil wird dann nicht den Temperaturen ausgesetzt, die
zur Herstellung der Platte notwendig sind und kann daher bei gleicher
Dicke eine größere Steifigkeit
haben als der erste Teil, weil er nicht weichgeglüht ist.
Ein wichtiger Vorteil hiervon ist, dass diese Ausführungsform
eine große
Wahlfreiheit bietet. So kann für
den zweiten Teil beispielsweise ein verhältnismäßig kleiner Durchmesser gewählt werden,
um zu verhindern, dass dieser Teil in dem erzeugten Lichtbündel einen
Schatten wirft.
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Es
ist günstig,
wenn der Kolben einen kugelförmigen
Endabschnitt mit einem Krümmungsmittelpunkt
hat, der über
einen zylindrischen Abschnitt mittels eines Emails mit der geformten
Platte verbunden ist, wobei der Glühkörper den Krümmungsmittelpunkt umgibt. Der
Glühkörper ist
gewöhnlich
quer zu der gesinterten Platte auf einer Mittellinie des Kolbens angeordnet.
Bei einer günstigen
Ausführungsform weisen
der zylindrische Abschnitt und ein angrenzender Abschnitt des Endabschnittes
eine weiße,
diffus streuende Beschichtung auf. Diese Ausführungsform hat den Vorteil,
dass die Beschichtung das erzeugte Licht in einer Richtung von der
Platte weg reflektiert, und auch, dass ein die Lampe festhaltender
Träger aus
einem Material mit niedrigem Wärmewiderstand hergestellt
werden kann, weil die Beschichtung auch Wärmestrahlung reflektiert.
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Es
ist auch möglich,
dass der Kolben einen Abschnitt mit einer anderen Form hat, beispielsweise einen
parabolischen Abschnitt oder einen ellipsoidischen Abschnitt. Der
Kolben kann eine spiegelnde Beschichtung haben oder beispielsweise
auch eine IR-reflektierende Beschichtung, um IR-Strahlung zurück auf den
Glühkörper zu
werfen.
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Es
ist günstig,
wenn die geformte Platte einen unrunden Rand hat, der aus dem Kolben
herausragt. Der Rand kann dann dazu dienen, zu ermöglichen,
dass ein Halter für
die Lampe, beispielsweise ein Träger,
an dem die Lampe angebracht ist, die Lampe um greift. Die unrunde
Form des Randes kann in diesem Fall andeuten, wo die Stromleiter
aus der Platte heraus nach außen
treten. Der unrunde Rand kann auch dazu dienen, den Glühkörper in
Bezug auf den genannten Rand in Richtungen parallel zur Platte zu
positionieren. Es ist günstig,
wenn der Rand einander gegenüber
liegende flache Seiten aufweist. Solche flachen Seiten sind für die oben
genannten Zwecke sehr wirkungsvoll und können dennoch in einfacher Weise
realisiert werden. Sie können
auch dazu dienen zu verhindern, dass eine Lampe, die beispielsweise
an einem Träger
montiert ist, relativ zu diesem Träger drehen kann.
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Es
ist günstig
für den
Umweltschutz, wenn das Glas des Kolbens und der geformten Platte
zumindest im Wesentlichen bleifrei ist. Bleifreies Glas, das für die Lampe
geeignet ist, ist beispielsweise aus US-A-5.470.805 bekannt und
hat eine Zusammensetzung von im Wesentlichen: SiO2 60–72; Al2O3 1–5; Li2O 0,5–1,5;
Na2O 5–9;
K2O 3–7;
MgO 1–2;
CaO 1–3;
SrO 1–5;
BaO 7–11;
Rest < 0,5 Gew.-%.
Ein solches Glas hat zwischen 25 und 480 °C einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von ungefähr
11 × 10–6 °C–1.
Das Glas ist außerordentlich
gut zur Verwendung in Kombination mit Stromleitern und mit einer
Metallröhre
aus beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung geeignet. Alternativ
kann das Lampengefäß aus Hartglas
oder Quarzglas hergestellt sein, besonders wenn das Füllgas ein
Halogen oder eine Halogenverbindung umfasst.
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Es
ist günstig,
wenn die gesinterte Platte an ihrer dem Kolben abgewandten Oberfläche plan
ist. Diese Oberfläche
kann an einem Halter montiert sein, beispielsweise einem Träger, und
ist daher eine geeignete Oberfläche,
um als Referenz für
die Position des Glühkörpers zu
dienen. Die Oberfläche
der Platte, die dem Glühkörper zugewandt
ist, weist bei einer günstigen
Ausführungsform
eine zentrale Erhöhung
auf, die dazu dient, den Kolben während der Herstellung der Lampe
in Bezug auf die Platte zu zentrieren, aber die auch nützlich ist,
um einen zuvor geformten Ring aus Emailmaterial zu positionieren.
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Bei
einer günstigen
Ausführungsform
hat die gesinterte Glasplatte eine dem Kolben zugewandte Oberfläche, die
breiter ist als eine dem Kolben abgewandte Oberfläche. Die
Glasplatte hat dann eine konisch geformte Seitenfläche und
ist dann selbstführend,
wenn die Lampe in einen Halter eingesetzt wird.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Glühlampe
nimmt im Allgemeinen eine Leistung von ungefähr 5 bis 25 W bei einer Spannung
von 13,5 V auf. Die Lampe kann eine Nutzlebensdauer von zumindest 2000
h bei einer Lichtausbeute von 18 lm/W haben.
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In
US-4354717 wird eine Entladungslampe offenbart, wobei die Lampe
eine mit Hilfe eines Zwischenglases an ein Entladungsgefäß geschmolzene, gesinterte
Glasplatte aufweist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen elektrischen
Glühlampe
ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1 die
Lampe in Seitenansicht;
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2 die
Lampe in vergrößertem Maßstab, ohne
Beschichtung, in Seitenansicht;
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3 die
gesinterte Platte entlang der Linie III in 2; und
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4 die
Verteilung der Lichtintensität
der Lampe.
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In 1 und 2 hat
die elektrische Glühlampe
eine geformte Platte 1 aus Glas, die gasdicht mit Stromleitern 2 und
einer Metallröhre 3 verbunden ist,
welche durch die genannte Platte geführt werden. Ein Glühkörper 4 ist
mit den Stromleitern 2 verbunden und nimmt eine zuvor definierte
Position relativ zu der geformten Platte 1 ein. Über dem
Glühkörper 4 ist
ein Glaskolben 5 platziert und mit der geformten Platte
mittels eines Emails 6 gasdicht verbunden. In dem Kolben 5 befindet
sich ein Füllgas
mit einem Druck von zumindest 1 bar. Die Metallröhre 3 hat außerhalb
des Kolben 5 einen gasdichten Abschluss 30.
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Die
Glasplatte 1 ist ein gesinterter Körper mit einer Zusammensetzung,
die der Zusammensetzung des Glases des Kolbens 5 entspricht.
In der Zeichnung ist die Glaszusammensetzung im Wesentlichen: SiO2 67,59; Al2O3 3,56; Li2O 1,27;
Na2O 7,38; K2O 4,88;
MgO 1,24; CaO 1,89; SrO 3,04; BaO 8,81; CeO2 0,12;
SO3 0,17; Rest 0,05 Gew.-%. Das Glas des
Kolbens 5 und das Glas der geformten Platte 1 sind
zumindest nahezu bleifrei.
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Das
Füllgas
hat einen Druck von 2 bis 15 bar bei Raumtemperatur, im Allgemeinen
von 2 bis 8 bar, insbesondere einen Druck von 3 bis 5 bar, und umfasst
Xe, Kr, oder eine Mischung davon, in der Figur Krypton bis zu einem
Druck von 5 bar. Das Füllgas kann
einige wenige Vol-% N2 und eventuell Halogen oder
eine Halogenverbindung umfassen.
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In
dem Kolben 5 befindet sich ein Wasserdampfgetter 20,
in der Zeichnung in Form einer Beschichtung auf beiden Stromleitern 2.
Der Getter wird durch eine Pulver beschichtung aus ZrAl gebildet, aber
er kann auch eine Beschichtung aus beispielsweise ZrPd umfassen.
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Der
Abschluss 30 der Metallröhre 3 ist eine erstarrte
Metallschmelze, in der Figur ein aus einem Endabschnitt der Röhre 3 stammender
Tropfen, der mit Hilfe eines Entladungsbogens geschmolzen wurde.
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Der
Glühkörper 4 ist
mit den Stromleitern 2 mittels einer erstarrten Metallschmelze 21 verbunden,
in 2 indem der zweite Teil 23 des Stromleiters 2 mittels
eines Lasers lokal geschmolzen worden war.
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In
der Zeichnung weisen die Stromleiter 2 zwischen einem ersten
Teil 22 des Leiters, der aus einem ersten Metall hergestellt
ist, beispielsweise einer Nickel-Eisen-Chrom-Legierung, und durch die geformte
Platte 1 in den Kolben 5 gelangt, und einem zweiten
Teil 23, der aus einem zweiten Metall hergestellt ist und
sich zum Glühkörper 4 hin
erstreckt, nahe der Platte 1 je eine Schweißung auf.
In 2 ist der zweite Teil aus Mo hergestellt, aber
er kann auch beispielsweise aus MnNi hergestellt werden. Die zwei
Teile sind mit Hilfe einer Stumpfschweißung miteinander verbunden.
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Der
Kolben 5 hat einen kugelförmigen Endabschnitt 50 mit
einem Krümmungsmittelpunkt 51, der über einen
zylindrischen Abschnitt 52 mittels eines Emails 6 mit
der geformten Platte 1 verbunden ist. Der Glühkörper 4 umgibt
den Krümmungsmittelpunkt 51 und
ist senkrecht zu der Platte 1 positioniert, um mit der
Achse 54 des Kolbens 5 zusammenzufallen.
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Der
zylindrische Abschnitt 52 und ein angrenzender Abschnitt
des kugelförmigen
Endabschnitts 50 des Kolbens 5 weisen eine weiße Beschichtung 53 auf.
Die Beschichtung in der Figur wurde dadurch erhalten, dass eine
Aufschlämmung
von TiO2 oder alternativ ZrO2 angebracht
wurde.
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Die
geformte Platte 1, siehe auch 3, hat einen
unrunden Rand 10, der aus dem Kolben 5 herausragt.
Der Rand 10 hat einander gegenüber liegende flache Seiten 11.
Die Platte hat eine zentrale Erhöhung 12,
die den Kolben 5 an seiner dem Kolben 5 zugewandten
Oberfläche 13 zentriert.
Die dem Kolben 5 abgewandte Oberfläche 14 der Platte 1 ist
enger als die Oberfläche 13,
sodass die Platte 1 eine konische Seitenfläche hat
und selbstführend
ist, wenn die Lampe in einem Halter oder an einem Träger platziert
wird. Der Glühkörper ist
in Bezug auf die Oberfläche 14 der
dem Kolben 5 abgewandten Platte 1 vertikal ausgerichtet
und in Bezug auf die flachen Seiten 11 in Richtungen parallel
zur Platte 1 ausgerichtet.
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Die
Lampe hat in Hinsicht auf Genauigkeit, Lebensdauer und Lichtstromfaktor
sowie in Hinsicht auf eine äußerst zuverlässige Gasdichtheit
eine hohe Qualität.
Außerdem
ist sie sehr kompakt, bei einem größten Durchmesser von ungefähr 16 mm
und einem Abstand vom Kolben bis zur Außenseite der Platte von weniger
als 20 mm.
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In 4 repräsentiert
Kurve a die Verteilung der Lichtintensität einer 15-W-Lampe mit einem Klarglaskolben,
und Kurve b die gleiche Verteilung für die gleiche Lampe, aber jetzt
außen
mit einer diffus reflektierenden ZrO2-Schicht
versehen, wie in 1 gezeigt. Die Lampe war während der
Messungen in der dargestellten Position, mit dem Glühkörper in
der Mitte der Kurvendarstellung.
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Kurve
a zeigt, dass die Lampe mit dem Klarglaskolben praktisch ebenso
viel Licht schräg
nach vorn wirft wie schräg
nach hinten, wo es im Allgemeinen nutzlos ist. Es wird auch deutlich,
dass die Lampe in einer Richtung direkt nach vorn nur eine geringe Lichtintensität von ungefähr 4 cd
aufweist.
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Aus
Kurve b ist ersichtlich, dass die beschichtete Lampe nahezu kein
Licht mehr nach hinten abstrahlt, über die Grenze der Beschichtung
hinaus. Praktisch alles Licht wird schräg nach vorn abgestrahlt, wo
besonders die Richtungen weiter vorn von der Beschichtung profitieren.
Die Intensität
ist in der Richtung direkt nach vorn auf 12 cd angestiegen.