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Elektrische Glühlampe Die Erfindung betrifft die Anordnung von wendelförmigen
Wolframleuchtkörpern in elektrischen Allgebrauchsglühlampen, insbesondere in solchen
Glühlampen, deren Leistungsaufnahme 100 Watt übersteigt und vorzugsweise zwischen
150 und 1000 Watt beträgt. Unter Allgebrauchsglühlampen sind dabei Lampen für allgemeine
Beleuchtungszwecke, Betriebsspannungen zwischen 100 und 250 Volt, Lebensdauern von
800 bis 2000 Stunden und Lichtausbeuten von etwa 10 bis 25 Lumen pro Watt zu verstehen,
die in großer Zahl hergestellt werden und bei denen Lichtausbeute und Lebensdauer
unter Verzicht auf besondere Eigenschaften so aufeinander abgestimmt sind, daß unter
Berücksichtigung der Kosten für Lampen und Strom die Beleuchtungskosten möglichst
gering sind.
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Bekanntlich erfolgt in einer Glühlampe die Umwandlung von elektrischer
Energie in Licht mit sehr geringem Wirkungsgrad, da dem hocherhitzten Wolframleuchtkörper
ständig durch Wärmeleitung Energie entzogen wird, die dann für die Umwandlung in
Licht nicht mehr zur Verfügung steht. Diese Wärmeableitung erfolgt über die Stromzuführungen
und die Halter des Leuchtkörpers sowie durch das in die Glühlampe eingefüllte Gas,
durch welches die Verdampfungsgeschwindigkeit des Wolframs herabgesetzt wird. Die
durch das Gas erfolgenden Wärmeverluste hängen sehr stark von der Form des Leuchtkörpers
ab und wachsen praktisch linear mit dessen Länge, dagegen nur sehr schwach mit seinem
Durchmesser. Zur Verringerung dieser Verluste ist man bestrebt, das Verhältnis der
Längsdimension zur Querdimension des Leuchtkörpers herabzusetzen und diesem die
Form einer Doppelwendel zu geben, deren Wärmeverluste durch die durch das Kolbenfüllgas
erfolgende Wärmeleitung etwa denen eines entsprechenden Stabes gleichkommen. Der
zu einer Doppelwendel geformte Wolframdraht wird durch Punktschweißen oder Anklemmen
an zwei Stromzuführungen befestigt und muß eventuell je nach Nennspannung und Leistungsaufnahme
noch zusätzlich durch einen oder mehrere Halter gestützt werden, um auch im Betrieb
und insbesondere nach längerer Brenndauer die ihm gegebene Form beizubehalten.
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Für Allgebrauchsglühlampen zwischen 40 und 100 Watt Leistungsaufnahme
werden fast ausschließlich Doppelwendelleuchtkörper aus Wolframdraht verwendet,
und auch Lampen mit kleinerer Wattzahl besitzen Doppelwendelleuchtkörper, falls
auch für diese Typen eine Gasfüllung vorgesehen ist. Die Verwendung von Doppelwendelleuchtkörpern
in Hochwattglühlampen stieß jedoch auf Schwierigkeiten, die damit zusammenhängen,
daß die Lebensdauer eines Doppelwendelleuchtkörpers durch einen Steigungsfehler,
d. h. durch einen falschen Abstand von auch nur zwei Windungen, stark verringert
wird. Die Steigungsgleichmäßigkeit von Doppelwendeln muß um so besser sein, je dicker
die verwendeten Leuchtdrähte sind, so daß es zwar noch möglich ist, 40- bis 100-Watt-Doppelwendelleuchtkörper
ohne merkliche Nachteile auf die Lebensdauer in Korbform herzustellen, ein für eine
Leistung von über 100 Watt bemessenerDoppelwendelleuchtkörper jedoch praktisch geradachsig
angeordnet sein muß, weil allein bei dieser Montage - Steigungsfehler zu vermeiden
sind.
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Aber auch bei Glühlampen niedriger oder mittlerer Leistungsaufnahme
ist aus dem erwähnten Grund der Doppelwendelleuchtkörper häufig in einer Achse senkrecht
zur Lampenachse angeordnet. Die Länge eines Glühlampenleuchtkörpers ist jedoch bei
gegebener Spannung durch die gewünschte Leistung in sehr engen Grenzen festgelegt
und erreicht für Leistungen ab 100 Watt ein solches Ausmaß, daß selbst der zu einer
Doppelwendel geformte und am im Lampenfuß eingeschmolzenen Lampengestell in einer
geradlinigen Achse senkrecht zur Lampenachse ausgespannte Wolframdraht nicht mehr
durch den Hals des Glühlampenkolbens hindurchpaßt und so der Lampenfuß nicht in
den Kolben eingeschmolzen werden kann. Eine an sich naheliegende Vergrößerung des
Lampenhalses stellt eine sehr unbefriedigende Lösung dar, weil damit nicht nur neue
Einschmelz- und Pumpautomaten, sondern auch andere Kolbenblasmaschinen erforderlich
wären. Eine Erweitereng
des Kolbenhalses würde außerdem einen größeren
Kolben bedingen, was nicht nur an sich unerwünscht ist, sondern wegen der nunmehr
benötigten größeren Menge an Glas und Füllgas eine Verteuerung der Lampe nach sich
ziehen würde.
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Es sind schon Lampen höherer Leistungsaufnahme mit Doppelwendeln bekanntgeworden,
deren Leuchtkörper nicht wie bei Typen kleinerer Leistung senkrecht zur Lampenachse,
sondern in der Lampenachse angeordnet ist. Wenn es bei so angeordneten Doppelwendeln
auch möglich ist, die bisher üblichen Dimensionen des Kolbens beizubehalten, so
erwiesen sich doch recht kostspielige Änderungen an den Einschmelz- und Pumpautomaten
als notwendig. Bisher geschah, wie alle Arbeitsgänge auf diesen Maschinen, so auch
das der Rekristallisation des Leuchtkörpers und dem Gettem von Restgasen dienende
erste Hochbrennen des Leuchtkörpers, bei welchem eine die Nennspannung übersteigende
Spannung angelegt wird, an stehend angeordneten Lampen. Bei den in Lampenachse angeordneten
Doppelwendelleuchtkörpern tragen die sockelnahe Stromzuführung sowie die Halter
bei dieser Stellung der Lampe nicht zur Halterung des Leuchtkörpers bei, dieser
wird vielmehr nur von der oberen Stromzuführung getragen. Um die beim Abblitzen
häufig auftretenden Beschädigungen des Leuchtkörpers zu vermeiden, müssen also Zusatzvorrichtungen
verwendet werden, welche die senkrecht angeordneten Lampen während des Abblitzens
in die Waagerechte kippen, so daß der Leuchtkörper tatsächlich von beiden Stromzuführungen
und von den Haltern getragen wird. Diese Lampen sind außerdem mit dem Nachteil behaftet,
daß sie nicht in allen Brennlagen gleich gute Betriebseigenschaften aufweisen und
sich insbesondere in der gerade bei Hochwattglühlampen sehr häufig verlangten hängenden
Brennlage der sockelnahe Teil des Leuchtkörpers auszieht, während der untere Teil
gestaucht wird.
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Es wurden deshalb für Allgebrauchsglühlampen mit einer 100 Watt übersteigenden
Nennleistung fast ausschließlich Einfachwendelleuchtkörper aus Wolframdraht verwendet,
die wellenartig und oft in Form eines Kreises oder in Korbform angeordnet sind.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Vorteile des Doppelwendelleuchtkörpers
auch für Hochwattglühlampen zu erschließen, ohne daß gleichzeitig die Qualität der
Lampe verschlechtert oder ihr Preis erhöht wird und ohne daß für die Herstellung
derartiger Lampen bei den Kolbenblas-und Einschmelzrnaschinen Änderungen vorgenommen
werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird bei Allgebrauchsglühlampen mit einem aus Wolframdraht
bestehenden geradachsigen Doppelwendelleuchtkörper, dessen Länge den Durchmesser
des Halses des Glühlampenkolbens übertrifft und deren Kolben zur Aufnahme des Leuchtkörpers
einen zur Lampenachse rotationssymmetrischen gegenüber dem Kolbenhals erweiterten
Teil besitzt, der Leuchtkörper so angeordnet, daß er mit der Lampenachse einen Winkel
einschließt, der zwischen 20 und 70°, vorzugsweise aber zwischen 30 und 60° liegt
und sich etwa in der Mitte des erweiterten Kolbenteiles befindet.
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Durch die Erfindung ist es möglich, Doppelwendelleuchtkörper auch
für Hochwattglühlampen vorzusehen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, von den bisher
üblichen Abmessungen der Lampen abzugehen oder insbesondere den Kolbenhals zu erweitern.
Die schräge Anordnung des Doppelwendelleuchtkörpers gestattet mühelos das Einbringen
des Leuchtkörpers in den normalen engen Kolbenhals. Zur Herstellung der Lampen können
die vorhandenen Maschinen dienen, und es ist nicht nötig, die Lampen etwa während
des Abblitzens aus ihrer senkrechten Lage zu kippen. Selbst die Montage des erfindungsgemäß
angeordneten Leuchtkörpers läßt sich nach geringfügigen Änderungen an den bisher
dafür vorgesehenen Maschinen durchführen. Gegenüber den in der Achse der Lampe angeordneten
Doppelwendeln weisen die erfindungsgemäßen Lampen außerdem noch den Vorteil auf,
daß sie bei stehendem, hängendem und liegendem Betrieb gleich gute Betriebseigenschaften
besitzen und der Leuchtkörper in jeder vorkommenden Brennlage von beiden Stromzuführungen
und allen vorgesehenen Haltern getragen wird.
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Gegen die erfindungsgemäße Anordnung des Leuchtkörpers bestand bisher
das Vorurteil, daß damit eine ungleichmäßige Liehtverteilung verbunden sei. Es ist
beispielsweise eine mit einem Reflektor kombinierte elektrische Glühlampe bekannt,
bei welcher der Leuchtkörper unsymmetrisch, beispielsweise schräg zur Refiektorachse,
angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine besondere Lichtverteilung angestrebt,
nämlich ein in der Mitte intensives Strahlenbündel, welches sich ringsum allmählich
abschwächt. Unter einer Vielzahl von zu diesem Zweck vorgeschlagenen Leuchtkörperformen
wie gebogene und gerade Leuchtkörperwendeln, wobei eine gerade Leuchtkörperwendel
sowohl in Richtung der Lampenachse als auch senkrecht zu ihr angeordnet sein kann,
befindet sich auch eine schräg zur Lampenachse angeordnete gerade Leuchtkörperwendel.
Doppelwendeln als Leuchtkörper sind bei dieser bekannten Anordnung nicht vorhanden.
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Durch die Erfindung wird das Vorurteil, daß mit einem schräg zur Lampenachse
angeordneten Leuchtkörper eine ungleichmäßige Lichtverteilung verbunden sei, überwunden.
Untersuchungen zeigten nämlich, daß die in Leuchten beliebiger bekannter Konstruktion
eingesetzten erfindungsgemäßen Glühlampen annähernd dieselbe symmetrische Lichtverteilung
ergeben wie bisherige Glühlampen.
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Die durch die Erfindung möglich gewordene Verwendung von Doppelwendelleuchtkörpem
in Hochwattglühlampen bewirkt eine Erhöhung der Lichtausbeute gegenüber den bisherigen
mit Einfachwendeln ausgestatteten Glühlampen gleicher Leistung, welche auf zwei
verschiedene Ursachen zurückzuführen ist. Die durch das Füllgas erfolgenden Wärmeleitungsverluste
werden durch die gedrängtere Bauart der Doppelwendel verringert, doch tritt dieser
Gewinn mit zunehmender Leistungsaufnahme immer mehr zurück. Die Verkürzung des Leuchtkörpers
erlaubt es aber außerdem, die Zahl der bisher bez mit Einfachwendelleuchtkörper
versehenen Hochwattglühlampen notwendigen Halter zu verringern. Der durch eine Verringerung
der Halterzahl erzielbare Gewinn an Lichtausbeute steigt mit zunehmender Leistungsaufnahme
und beträgt beispielsweise für jeden weggelassenen Halter bei einer 40-Watt-Lanipe
0,5%, bei einer 1000-Watt-Lampe jetfach 3%. Waren für eine 500=Watt-Glühlampe bisher
vier Halter notwendig, so verringert sich deren Zahl nunmehr auf zwei.
Insgesamt
ergibt sich durch das Zusammenwirken beider Gewinnursachen gegenüber den bisherigen
Einfachwendellampen ein Lichtausbeuteanstieg, der bei einer 150-Watt-Lampe mit 61/o
beginnt, mit zunehmender Leistungsaufnahme ansteigt und bei einer 1000-Watt-Lampe
10% beträgt.
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Die nach längerem Betrieb gemessenen Sockelrandtemperaturen sind bei
Glühlampen nach der Erfindung geringer als bei den bisherigen Glühlampen.
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Dieser Umstand kann durch eine entsprechende Verkleinerung der Kolben-
und Lampenabmessungen ausgenutzt werden.
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Ein weiterer Vorteil, den die erfindungsgemäßen Lampen auch gegenüber
den Lampen aufweisen, deren Doppelwendelleuchtkörper senkrecht zur Lampenachse angeordnet
ist, besteht in einem weit geringeren Durchhängen der Wendel während des Betriebes.
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Aus diesen Gründen erwies sich die Anwendung der Erfindung auch bei
Glühlampen mittlerer und kleinerer Nennleistung als nützlich, bei welchen schon
bisher Doppelwendeln üblich waren, diese sich aber senkrecht zur Lampenachse erstreckten.
Von besonderem Vorteil ist diese Maßnahme bei solchen Glühlampen, die für hängende
oder stehende Brennlage vorgesehen sind.
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Falls gewünscht, läßt sich die Erfindung auch bei solchen Glühlampen
verwenden, deren Gasfüllung einen den Atmosphärendruck übersteigenden Druck besitzt
oder neben den meist üblichen Bestandteilen Krypton bzw. Argon und Stickstoff zur
Erzielung besonderer Wirkungen noch andere Zusätze, wie beispielsweise Wasserstoff
oder Jod, enthält.
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Um eine für die Qualität der Lampe erforderliche Abwesenheit schädlicher
Gase, insbesondere von Sauerstoff, zu erreichen, kann dem Leuchtkörper, wie allgemein
üblich, während des Lampenherstellungsprozesses als Gasfangstoff etwas Phosphor
aufgesprüht werden, oder es können sich im Kolbeninnern auch andere Gasfangstoffe,
insbesondere nichtverdampfende Metallgetter befinden, die z. B. Zirkon und Aluminium
und, falls gewünscht, Cer und Thorium im Gemisch mit Nickel enthalten und vorzugsweise
an den Stromzuführungen abgelagert sind.
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Die Figur zeigt eine elektrische Glühlampe nach der Erfindung, die
für eine Nennleistung von 500 Watt und eine Nennspannung von 220 Volt bemessen ist.
1 ist der aus Glas bestehende Kolben der Glühlampe, in welchen der Quetschfuß 2
eingeschmolzen ist. Die Stromzuführungen bestehen aus dem sich im Kolbeninnern befindenden
nickelplattierten Eisendraht 3, den in den Fuß eingeschmolzenen Kupfermanteldrähten
4 sowie den Kupferdrähten 5, die an die Sockelhülse 6 bzw. an das Bodenkontaktstück
7, das gegenüber der Sockelhülse durch den Sockelstein 8 isoliert ist, befestigt
sind. Die Stromzuführungen 3 tragen den unter einem Winkel von etwa 40° gegenüber
der Lampenachse angeordneten geradachsig ausgestreckten Leuchtkörper 9, der aus
zu einer Doppelwendel geformten Wolframdraht besteht und der zusätzlich durch die
beiden aus Molybdändraht gefertigten Halter 10 gehalten wird. Die Stromzuführungen
3 sind so gebogen, daß sich der Leuchtkörper 9 in der Mitte der etwa kugelförmigen
Erweiterung des Kolbens befindet und die durch den Leuchtkörper gehende Achse etwa
einen Durchmesser dieses Kolbenteiles bildet. 11 ist eine kreisförmige, als Wärmeschutz
wirkende Scheibe aus Glimmer, welche mit Aluminium bedampft ist und Einschmelzung
und Sockel vor zu starker Erwärmung schützt. Im Lampenfuß ist ferner eine Sicherungspatrone
12 angeordnet, welche bei einem Kurzschluß innerhalb der Lampe durchbrennt.