DE2448348A1 - Gluehlampe mit hohem wirkungsgrad - Google Patents

Description

• Glühlampe mit hohem Wirkungsgrad Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühlampe mit einem rohrförmigen Glaskolben, der an jedem Ende eine Preßdurchführung bzw. einen Duetschfuß aufweist sowie mit einem außen auf dem zylindrischen Teil des Glaskolbens, der vorzugsweise aus Quarzglas ist, aufgebrachten Überzug zum Zurückwerfen der Infrarotstrahlung auf den axial im Kolben angeordneten, zweifach gewendelten Wolframfaden, dessen Enden mit sich von den Preßdurchführungen nach außen erstreckenden Zuführungsdrähten elektrisch verbunden sind.
• Es ist bekannt, daß ein bedeutender Anteil der Sesamtausstrahlung eines durch Stromdurchgang bis zum Glühen erhitzten Wolframfadens im Infrarotbereich des Spektrums liegt. Mit Erhöhung der Glühfadentemperatur verschiebt sich das Maximum der Spektralstrahlungskurve zum sichtbaren Bereich des Spektrums hin. Doch sowohl die Brenndauer wie die mechanische Stärke des Glühfadens setzen der Fadentemperatur eine obere Grenze: Bei dieser Grenze liegen mehr als 80% der Gesamtstrahlung im Infrarotbereich. Die daraus folgende Energieversclw -"ung, das heißt die in die Umgebung abgelFitete Wärmestrahlung, macht die Wolframglühlampe zu einer Quelle sichtbaren Lichtes mit relativ niedrigem Wirkungsgrad.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines mehrschichtigen Überzugs, der die sonst unbenutzte, von einer Glühfadenquelle ausgehende Infrarotstrahlung zurückleitet und die Nutzung dieser Strahlung zum Erhitzen dieses Glühfadens, womit die gleiche Glühfadentemperatur bei einer Gesamtverminderung der der Glühfadenquelle zugeführten elektrischen Leistung erreicht wird.
• Auf Glühlampen befindliche Überzüge zum Zurückwerfen der Infrarotstrahlung auf den Glühfaden sind bekannt, z.B. die US-Patentschriften 1 425 967 und 2 859 369.
• Ferner werden im Stande der Technik mehrschichtige Überzüge für Farbkorrekturzwecke oder zum Zurückwerfen von Infrarotstrahlung auf einen Glühfaden offenbart, wie die US-Patentschriften 3 288 989 und 3 527 974 zeigen.
• Die bekannten Lampen ergeben aber keine Lichtquelle mit höherem Wirkungsgrad. Der Grund dafür liegt darin, daß der mehrschichtige Überzug nicht 100% des sichtbaren Lichtes durchläßt: Der beste dieser Überzüge mit einem ausreichend hohen Reflexionsvermögen für Infrarotstrahlung besitzt eine Durchlässigkeit für das sichtbare Licht von nur ca. 90 bis 95%.
• Die sich hieraus ergebende Aufgabe wird für den Gattungsbegriff erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.
• Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
• Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Ansicht einer Glühlampe gemäß der Erfindung.
• Die Lampe besitzt einen rohrförmigen Quarzkolben 1 mit einer P-reßdurchführung bzw. einem Duetschfuß 2 an jedem Ende. Der Kolben 1 enthält eine Halogen aufweisende Füllung zur Schaffung des bekannten regenerierenden Wolframkreislaufs zur Verhinderung eines Dunkel- bzw.
• Schwarzwerdens der Kolbenwand. Im Kolben 1 ist ein gewendelter Wolframfaden 3 in axialer Richtung angeordnet. Drähte 4 unterstützen den Glühfaden 3 und verbinden ihn mit Molybdänbändern 5, die in die Preßdurchführungen 2 eingebettet und mit äußeren Zuführungsdrähten 6 verbunden sind.
• Auf der Außenfläche des Kolbens 1 ist ein mehrsch-ichtiger Überzug 7 angeordnet, der eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht und ein hohes Reflexionsvermögen für Infrarotstrahlung aufweist. Der Überzug 7 muß sich ausreichend nahe beim Glühfaden 3 befinden, damit ungefähr im mittleren Abschnitt des Glühfadens 3 ein gedachte, spitzwinkliges Dreieck entsteht, das gebildet wird aus der Basis, die dem Durchmesser des Glühdrahtes entspricht, und den beiden Seiten, die von einem Punkt auf der Oberfläche des Überzug es senkrecht über der Basis bis zu deren Enden hin verlaufen. Dieses Dreieck sollte einen der Basis gegenüberliegenden Winkel von mindestens 150 aufweisen.
• Das führt zu einer hohen Temperatur der Kolbenwand bei normalem Lampenbetrieb und erfordert gewöhnlich die Verwendung eines Hochtemperaturglases für den Kolben 1, z.B. von geschmolzenem Ouarz. Es ist ferner erforderlich, daß der mehrschichtige Überzug 7 bei relativ hohen Temperaturen eine entsprechende Haltbarkeit aufweist. Viertelwellenschichtungen (quarterwave stacks) aus MgF2-ZnS haben sich als zufriedenstellend für mehrschichtige Überzüge 7 erwiesen. Viertelwellenschichtungen aus SiO2-TiO2, die höhere Temperaturen als die Überzüge aus MgF2-ZnS aushalten können, haben sich ebenfalls als zufriedenstellend für mehrschichtige Überzüge 7 erwiesen.
• In einem Beispiel einer Glühlampe gemäß dervorliegenden Erfindung bestand der Glühfaden 3 aus 0,29 mm Wolframdraht, einfach gewendelt mit 50 Windungen pro Zoll (TPI) auf einem 1 mm Dorn und zweifach gewendelt mit 13 Windungen pro Zoll auf einem 2 mm Dorn. Der Außendurchmesser betrug 5,7 mm und die Körperlänge des Glühfadens 3 betrug 18 mm. Der Kolben 1 bestand aus einem Quarzrohr T6 (19,1 mm Außendurchmesser) und die Länge des Kolbens 1 (zwischen den Preßdurchführungen 2) betrug 69,9 mm. Mit einem, um die Außenseite des Kolbens 1 herum angeordneten, mehrschichtigen Überzug 7 gemäß der Erfindung ergab sich ein Gewinn von 28,2% an Lichtausbeute (Lumen pro Watt) gegenüber der gleichen Lampe ohne den mehrschichtigen Überzug bei einem Betrieb mit 750 Watt. Ferner wurde im Fall der mehrschichtig überzogenen Lampe eine einem Fadenwiderstand von 13,16 Ohm entsprechende Glühfadentemperatur mit einer um 16% geringeren elektrischen Leistung erzielt.
• Wie schon oben erwähnt, sollte zur Erzielung einer Erhöhung des Lampenwirkungsgrades der Glühfaden einen solchen Durchmesser bei gegebenem Durchmesser des Glaskolbens mit Beschichtung haben, daß sich das beschriebene Dreieck denken läßt und dabei der der Basis gegenüberliegende Winkel größer als 150 ist.
• Das entspricht einem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Glaskolbens mit Überzug und dem Fadendurchmesser von weniger als ungefähr 8:1. Andernfalls reicht die den Glühfaden erreichende reflektierte Infrarotstrahlung nicht aus, um eine Erhöhung im Lampenwirkungsgrad zu erzielen. Diese Begrenzung ermöglicht ferner einen Wirkungsgradgewinn, während sie normale Herstellungstoleranzen beim Anordnen des Glühfadens in der genauen Achse des Überzugs zuläßt. Da aber die von den Enden des Glühfadens ausgehende Infrarotstrahlung nur unzulänglich auf den Glühfaden zurückgeworfen wird, kann der Lampenwirkungsgrad nicht allgemein erhöht werden, wenn nicht das Verhältnis von Glühfadenlänge zu Überzugsdurchmesser größer als ungefähr 1 ist. Diese Situation kann dadurch verbessert werden, daß man die Enden des Lampenkolbens mit einem, Infrarotstrahlung reflektierendem Material überzieht, dies jedoch auf Kosten erhöhter Produktionskosten.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Glühlampe mit einem rohrförmigen Glaskolben, der an jedem Ende eine Preßdurchführung bzw. einen Ouetschfuß aufweist sowie mit einem außen auf dem zylindrischen Teil des Glaskolbens, der vorzugsweise aus Quarzglas ausgeführt ist, aufgebrachten überzug zum Zurückwerfen der Infrarotstrahlung auf den axial im Kolben angeordneten, meist zweifach gewendelten Wolframfaden, dessen Enden mit sich von den Preßdurchführungen nach außen erstreckenden Zuführungsdrähten elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Kombination von Merkmalen vorhanden ist: A. Der Überzug (7) auf dem Glaskolben (1) besitzt für den sichtbaren Bereich der abgegebenen Strahlung mindestens etwa 85% und B. ein Reflexionsvermögen für Infrarotstrahlen von mindestens etwa 758; C. Gleichzeitig stehen die Durchmesser von Glaskolben (1) einschließlich Beschichtung (7) und Wolframfadenwendel (3) in einem Verhältnis von weniger als 8:1, wobei der spitze Winkel nicht kleiner als 150 ist, der in dem gedachten, gleichschenkligen Dreieck mit der Basis gleich dem Durchmesser der Wolframfadenwendel (3) dieser an der Oberfläche des Überzuges (7) gegenüber liegt.
2. 2. Glühlampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Glühfadenlänge zu Überzugsdurchmesser größer als oder gleich Eins ist.