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Elektrische Mischlichtlampe, bestehend aus einer Gasentladungsröhre
mit durch die Entladung aufgeheizten Glühelektroden, einem mit dieser Röhre in Reihe
geschalteten und deren Vorschaltwiderstand bildenden Glühdraht sowie einer die Entladungsröhre
und den Glühdraht gasdicht umschließenden Außenhülle Es ist bekannt"daß das von
Gasentladungsröhren (worunter hier und in -den Patentansprüchen nicht nur Entladungsröhren
verstanden werden, deren Füllung aus einem oder mehreren Gasen besteht, sondern
auch Röhren, die mit einem oder mehreren Dämpfen oder einem Gas-Dampf-Gemisch versehen
sind) ausgestrahlte Licht eine spektrale Zusammensetzung aufweist, die erheblich
vom Sonnenspektrum abweicht; das Licht der Entladungsröhren ist farbiger Natur,
wodurch die Anwendungsgebietedieser Röhaen erheblich beschränkt sind.
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Man hat schon vorgeschlagen, zwei oder mehr Lichtquellen, die Licht
verschiedener Farbe ausstrahlen, derart einander zuzuordnen, daß das von den Lichtquellen
ausgesandte Licht gemischt wird. Durch geeignete Wahl der Farbe und der Intensität
des Lichtes der einzelnen Lichtquellen, kann man in weitem Umfange den Farbeindruck
des gemischten. Lichtes regeln. Mehrere dieser Kombinationsleuchten haben jedoch
den --Nachteil eines komplizierten Aufbaues, so daß die großen Herstellungskosten
und auch die -Schwierigkeiten, die bei der Installation, und beim Betrieb auftreten,
die praktische Anwendung sehr hemmen.
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Es ist bereits bekannt, einen Glühdraht in Reihe mit einer Gasentladungsröhre
zu schalten, ferner ist es bekannt, Gasentladungsröhren zusammen mit lumineszierenden
Schichten zu verwenden. Beide Maßnahmen dienen zur Verbesserung der spektralen Zusammensetzung
des Lichtes der Gasentladung.
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Die Erfrnduiig bezieht sich auf eine Mischlichtlampe, bestehend aus
einer Gasentladungsröhre mit durch die Entladung aufgeheizten Glühelektroden, einem
mit der Röhre in Reihe geschalteten und deren Vorschaltwiderstand
bildenden
Glühdraht sowie einer die Entladungsröhre und den Glühdraht gasdicht umschließenden
Außenhülle. Die bekannte Lampe dieser Art weist den Vorteil auf, daß sie nur zwei
Stromzuführungen besitzt und eine Glühlampe ersetzen kann, ohne .daß die Schaltung
der Anlage verändert zu «-erden braucht. Sie besitzt jedoch nur zwei Lichtquellen,
was die Erzielung eines gewünschten Mischlichtes sehr erschwert, ja in manchen Fällen
selbst unmöglich macht.
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Die Erfindung fügt eine dritte Lichtquelle hinzu, so daß jede gewünschte
Mischfarbe erzielt -,verden kann, ohne dabei die Vorteile des einfachen Aufbaues
und der unmittelbaren Verwendungsmöglichkeit an Stelle einer Glühlampe preiszugeben.
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Gemäß der Erfindung ist die Außenhülle lumineszierend ausgebildet.
Ferner sind die Gasentladungsröhre, der Glühdraht und der lumineszierende Stoff
derart aufeinander abgestimmt, daß das erzeugte Licht die gewünschte Mischfarbe
ergibt, z. B. derart, daß der Farbpunkt des kombinierten Lichtes zur Erzielung weißen
Lichtes innerhalb des Weißfeldes des Farbendreiecks gelegen ist. Der lumineszierende
Stoff kann sowohl auf als in dem Material der Außenhülle angebracht sein.
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Diese Kombinationslampe ist verhältnismäßig einfach und billig herzustellen.
Sie enthält nämlich nicht, wie schon bekannte Kombinationsleuchten, zwei oder mehr
Entladungsröhren, sondern nur eine Entladungsröhre. Hierfür wird zweckmäßig eine
Quecksilberdampfentladungsröhre mit im Betrieb sehr hohem Quecksilberdampfdruck
(höher als Atm.) benutzt. Diese Röhren können in sehr kleinen Abmessungen hergestellt
werden, so daß auch die Abmessungen des Kolbens klein bleiben.
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In der erfindungsgemäßen Lampe bildet die lumineszierende Außenhülle
die dritte Lichtquelle. Durch die Hinzufügung dieser Lichtquelle wird die Lampe
praktisch nicht verwickelter, da der lumineszierende Stoff in oder auf der auch
anderen Zwecken dienenden Außenhülle angebracht ist. Die Außenhülle dient nämlich
auch zum Schutz der Entladungsröhre und bildet zu gleicher Zeit die Wand des Raumes,
in dem der Glühdraht glüht. Dieser Raum kann evakuiert oder mit einer Gasfüllung
versehen sein, die indifferent gegenüber dem Glühdraht und dem lumineszierenden
Material ist. überdies braucht der lumineszierende Stoff keine besondere Zufuhr
elektrischer Energie. Diese dritte Lichtquelle wird also den beiden anderen, durch
die Entladungsröhre und den Glühdraht gebildeten Lichtquellen in äußerst einfacher
Weise hinzugefügt. Die von dein Glühdraht ausgesandten infraroten Strahlen beschleunigen
das Zurückfallen der angeregten Zentren des lumineszierenden Stoffes in den normalen
Zustand und gestatten damit, die Menge der im Leuchtstoff umgesetzten Energie zu
erhöhen. Falls in unerwünschtem Maß Tilgung der Lumineszenz durch von dem Glühdraht
ausgesandte infrarote Strahlen größerer Wellenlänge auftritt, so kann dies dadurch
vermieden «-erden, daß zwischen dem Glühdraht und dem lumineszierenden Stoff ein
Filter angeordnet wird, das die unerwünschten infraroten Strahlen absorbiert.
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l-' "-steht die Entladungsröhre aus einer Hochdruckdampfentladungsröhre,
deren Brennspannung bekanntlich nach der Zündung erheblich ansteigt, wodurch die
Gefahr entsteht, daß der Glühdraht während der Anheizperiode der Entladungsröhre
überlastet wird, so werden zweckmäßig innerhalb der Außenhülle Mittel vorgesehen,
um dieser Überlastung des Glühdralrtes vorzubeugen. Man kann z. B. in Reihe mit
dem bei normalem Betrieb benutzt,-n Glühdraht einen Widerstand schalten, der beim
Zünden der Entladungsröhre in Reihe mit der Entladungsröhre und dein Glühdraht liegt,
jedoch kurzgeschlossen wird, nachdem die Brennspannung der Entladungsröhre bis zu
einem gewissen Wert gestiegen ist. Dieser Kurzschluß kann vorteilhafterweise mittels
eines Bimetallschalters geschehen, der von der in der Entladungsröhre erzeugten
Wärme geheizt wird. Auch ist es möglich, in Reihe mit dem Glühdraht einen Widerstand
zu schalten, der in kaltem Zustand einen größeren Widerstand hat als bei der Betriebstemperatur.
Diese' Ausführung zeigt den Vorteil, daß sie keinen Schalter innerhalb der Lampe
braucht.
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Die erfindungsgemäße Lampe enthält drei Lichtquellen, weil es durch
geeignete Kombination von drei Lichtquellen verschiedener Farbe möglich ist, Licht
eines jeden Farbeindruckes zu erhalten. Die Entladungsröhre, der Glühdraht und der
lumineszierende Stoff werden vorzugsweise derart gewählt, daß der Farbpunkt des
kombinierten Lichtes im Weißfelde des Farbendreiecks gelegen ist. Bekanntlich entspricht
jede Mischfarbe einem bestimmten Punkt im Farbendreieck. Fig. i der Zeichnung stellt
dieses Farbendreieck gemäß dein vom I. C. I. - 1931 (International Commission
in Illumination) festgelegten System dar. In der Mitte des Dreiecks liegt der Punkt,
der das weiße Licht angibt. In der Nähe dieses Punktes liegen Punkte, die Farbeindrücken
entsprechen, welche nur wenig vom Weiß abweichen. In Fig. 1 sind durch die gestrichelte
Ellipse _ 2 Punkte umrahmt, die Lichtfarben darstellen, welche man mit nicht allzu
großer
Ungenauigkeit als weiß bezeichnen kann. Das von der gestrichelten
Ellipse umgebene Feld wird hier Weißfeld genannt. Die Stelle dieser Ellipse im Farbendreieck
wird hier wie folgt definiert. Die Enden der langen Achse der Ellipse liegen auf
der Kurve B, welche die Farben des vom schwarzen Körper bei verschiedenen Temperaturen
ausgestrahlten Lichtes darstellt. Die Punkte C und D (das sind die Enden der langen
Achse) entsprechen der Strahlung vom schwarzen Körper bei 390o° bzw. 8o00° Kelvin.
Die Enden der kurzen Achse der Ellipse werden durch den Sättigungsgrad der durch
diese Punkte dargestellten Lichtfarbe gekennzeichnet. Der Sättigungsgrad der Punkte
E und G beträgt o,20 bzw. minus o,25.
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Wählt man die drei Komponenten der erfindungsgemäßen Lampe derart,
daß die Farbpunkte dieser Komponenten so im Farbendreieck liegen, daß das durch
diese Punkte gebildete Dreieck das Weißfeld umrahmt, so kann man durch geeignete
Wahl der Intensität des von jeder Lichtquelle ausgesandten Lichtes den Farbpunkt
des kombinierten Lichtes auf jede gewünschte Stehdes Weißfeldes legen. Es ist jedoch
nicht notwendig, daß das durch die Farbpunkte der drei Komponenten gebildete Dreieck
das ganze Weißfeld umrahmt. Auch wenn nur ein Teil des Weißfeldes umrahmt wird,
können bereits viele Farbtönungen erreicht werden.
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Der Farbpunkt des von der Entladungsröhre ausgesandten Lichtes hängt
natürlich von der Art der Füllung und öfters auch von der Stromstärke und dem Druck
der Füllung ab. Der Farbpunkt des vom Glühdraht ausgestrahlten Lichtes ist von der
Temperatur des Drahtes abhängig, die durch Dimensionierung des Drahtes eingestellt
werden kann. Der Farbpunkt des von der lumineszierenden Außenhülle ausgesandten
Lichtes wird von der Artdes lumineszierenden Stoffes bedingt.
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Die Fig.2 der Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Lampe gemäß
der Erfindung dar.
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Die Entladungsröhre i besteht aus einem Quarzröhrchen mit innerem
bzw. äußerem Durchmesser von q. bzw. 7 mm. In dieser Entladungsröhre befinden sich
zwei Elektroden 2 und 3, die von der Entladung erhitzt werden und mit einem .die
Elektronenemission fördernden Stoff, etwa Oxyd, bedeckt sind. Der gegenseitige Abstand
dieser Elektroden ist 8 mm. Die Entladungsröhre enthält eine Menge Argon, das z.
B. bei Zimmertemperatur einen Druck von 3o mm aufweist. Überdies befindet sich in
der Röhre eine Menge Quecksilber, das beim Betrieb so stark verdampft, daß ein sehr
hoher Quecksilberdampfdruck, etwa 15 Atm., entwickelt wird. Die Entladungsröhre
i ist von einer vollkommen geschlossenen, aus gewöhnlichem Glase bestehenden Hülle
d. umgeben, die die Form eines üblichen Glühlampenkolbens hat. Die Röhre ist mittels
des Stützdrahtes 5, der zugleich die Stromzuführung zu der Elektrode 2 bildet, auf
dem Füßchen 6 der Hülle 4 befestigt. Letztere ist mit einem Schraubensockel 7 versehen.
Die Hülle 4 ist gefüllt mit Stickstoff, der bei Zimmertemperatur einen Druck von
etwa So cm hat.
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Innerhalb der Hülle 4. befindet sich der Wolf ramdraht 8, der kreisförmig
gebogen ist, von den Stützdrähten 9 getragen wird und mit der Entladungsröhre i
in Reihe geschaltet ist, so daß er von. dem Entladungsstrom durchflossen wird und
zugleich als Vorschaltwiderstand dient. In Reihe mit der Entladungsröhre und dem
Strahlungskörper 8 liegt noch ein Widerstand io, der bei Zimmertemperatur einen
wesentlich höheren Widerstand aufweist als bei der Betriebstemperatur. Hierdurch
wird vermieden, daß der Entladungsstrom kurz nach dem Einschalten, @d. h. in der
Aufheizperiode eine zu große Stärke annimmt. Der Widerstand io besteht z. B. aus
einem Stab aus einem gesintertes, keramisches Material und Silicium enthaltenden
Gemisch. Bei der Herstellung dieses Widerstandes kann man z. B. von Ferro-Silizium
mit einem hohen Siliziumgehalt (etwa 98°J,) ausgehen und dieses in Pulverform bringen,
wonach es mit Aluminiumsilicät und Tragant, beide in Pulverform, unter Zusatz von
Wasser zu einer homogenen Masse vermischt wird. Aus dieser Masse werden dann Stäbchen
gepreßt, wobei gleichzeitig an den Enden der Stäbchen Graphitblöcke eingepreßt werden
können, welche als Kontaktteile des Widerstandes benutzt werden können. Die Stäbchen
werden getrocknet und in einer reduzierenden Gasatmosphäre derart erhitzt, daß das
Material sintert. Durch Wahl der Verhältnisse der vermischten Bestandteile und auch
durch Wahl der Temperatur, bei der gesintert wird, kann man das Verhältnis der Widerstandswerte
bei Zimmertemperatur und Betriebstemperatur regeln.
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Parallel zu dem Widerstand io ist ein aus Wolfram bestehender Widerstand
ii geschaltet, der bei Stromdurchgang den Widerstand io aufheizt. Bei der Inbetriebnahme
fließt zuerst nahezu der ganze Strom durch den Draht i i ; die in diesem Draht entwickelte
Wärme bringt dann den Widerstand io auf eine höhere Temperatur, wodurch der elektrische
Widerstand abnimmt.
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Die Innenseite der Hülle 4. ist mit einer lumineszierenden Schicht
12 überzogen. Diese Schicht wird von den von der Entladungsröhre i ausgesandten
Strahlen angeregt und
sendet sichtbares Licht aus. Die lumineszierende
Schicht besteht aus einer Mischung von durch Silber aktiviertem Zinksulfid und von
durch Kupfer aktiviertem Zinkcadmiumsulfid. Das Mischungsverhältnis ist derart gewählt,
daß das von diesem lumineszierenden Gemisch ausgesandte Licht einen Farbpunkt hat,
der in Fig. i mit H bezeichnet ist.
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Die Lampe wird an ein Wechselstromnetz von 2-2o Volt und 5o Hertz
angeschlossen. Der durch die Röhre i fließende Strom beträgt nach Ablauf der Anheizzeit
o,5 Amp. Die Energieaufnahme der Entladungsröhre beträgt dann 40 Watt, während der
Quecksilberdampfdruck dann etwa 15 Atmosphären erreicht hat. Das von dieser Quecksilberdampfentladungsröhre
ausgesandte Licht hat einen Farbpunkt, der in Fig. i mit k angegeben ist.
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Der Glühdraht 8 ist so bemessen, daß er beim Betrieb eine Temperatur
von 28oo° Kelvin erreicht und dann 700 Int. Lumen an sichtbarem Licht ausstrahlt.
Der Farbpunkt dieses Lichtes ist in Fig. i mit I bezeichnet.
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Der Farbpunkt des kombinierten Lichtes der Quecksilberdatnpfentladungsröhre,
des Glühdrahtes und der fluoreszierenden Schicht ist in Fig. i mit 11T angegeben.
Wie ersichtlich, stellt dieser Punkt ein praktisch weißes Licht dar.