DE1051974B - Gasgefuellte elektrische Gluehlampe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 051 ANHE LDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER PATENTSCHRIFT:

DBP 1051974 KL.21f 40

INTERNAT. KL. H 01 k 28. JUNI 1957

5. MÄRZ 1959

21. NOVEMBER 1963 WEICHT AB VON

AUSLEGESCHRIFT

(E 14339 VIII c/2If)

Die Erfindung betrifft gasgefüllte elektrische Glühlampen mit wendelförmigen Wolframglühkörpern und bezweckt .die Erhöhung der Qualität solcher Glühlampen durch weitgehende Vermeidung von Gasentladungen in der Lampe.

Es ist bekannt, daß in gasgefüllten elektrischen Glühlampen mit wendeiförmigen Wolframglühkörpern und insbesondere in Glühlampen mit doppelwendeiförmigen Glühkörpern während des Brennens der Lampe, insbesondere nach dem Einschalten, oft elektrische Gasentladungen auftreten, wobei dann durch das Gas ein Strom wesentlich höherer Intensität als durch den Glühfaden, fließt. Diese sogenannte Bogenentladung kann zerstörende Wirkungen haben, indem sie die Stromz'uführungen zum Schmelzen bringt, Sprünge im Füßchen der Lampen verursacht, den Sockel beschädigt, ja sogar die ganze Glühlampe explosionsartig zerstört. Diese heftige Bogenentladung wird in der Praxis Lichtbogenkurzschluß, Kurzschluß oder Abblitzen, im folgenden daher »Abblitzen« genannt.

Es ist bekannt, als Schutzmaßnahme gegen die zerstörende Wirkung dies Abblitzens jenen. Abschnitt des einen oder beider Stromzuführungsdrähtie der Glühlampe, welcher durch den zwischen dem metallischen Sockel und dem Glaskörper liegenden Raum führt, als Sicherungsschmelzdraht auszubilden und derart zu bemessen, daß dieser Abschnitt den Betriebsstrom der Lampe durchläßt, jedoch zu Beginn der Bogenentladung infolge des plötzlichen Ansteigens des Stromes durchschmilzt.

Außerdem werden bekanntlich die gasgefüllten Glühlampen selbst derart gebaut, daß das Entstehen einer Bogenentladung möglichst verzögert oder verhindert wird. Zu diesem Zweck wird der Edelgasfüllung der Lampe Stickstoff, meistens in einer Menge von etwa 5 bis 20%, zuigemischt und in der Lampe ein roter Phosphorgetter oidier eventuell ein Sb₂O₃-Getter vorgesehen, wobei die Glühkörper, insbesondere die doppelwendelförmligen Glühkörper, derart ausgebildet werden, daß der entlang dem Mantel des Glühkörpers im Gasraum gemessene Spannungsabfall einen vorbestimmten kritischen Wert nach Möglichkeit nicht erreicht. Es ist ferner bekannt, die Gefahr der Entstehung der Bogenentladung durch Erhöhung des Füllgasdruckes der Lampe oder Verwendung von Halogengasen zu verringern.

Die Wahrscheinlichkeit des Abblitzens bei gasgefüllten Glühlampen, denen Gasfüllung bei normaler Temperatur einen unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck aufweist und aus einem der bekannten und üblichen Gemische \^ron Edelgas und Stickstoff besteht, hängt hauptsächlich vom obengenannten Spannungsabfall entlang des Glühkörpers ab und ist prak-Gasgefüllte elektrische Glühlampe

Patentiert für:

Egyesült Izzolampa es Villamossägi
Reszvenytarsasäg, Budapest

Beanspruchte Priorität:
Ungarn vom 22. Dezember 1956 (Nr. ξβ-433)

Dipl.-Ing.-Chem. Dr. Tivadar Millner

und Dipl.-Ing. Emil Theisz, Budapest,

sind als Erfinder genannt worden

tisch erst dann vorhanden, wenn dieser Spannungsabfall über eine gegebene Länge, der in Volt/mm ausgedrückt werden kann'und nachstehend kurz »Gradient« genannt wird, einen kritischen Wert überschreitet. Bei einfach wendelförmigen Glühkörpern wird in der Glühlampenindustrie dieser Gradient mittels der Formel

_G V

30

L — nd

und bei doppelwendelförmigen Glühkörpern mittels der Formel

G =

L₂ —

berechnet. In diesen Formeln bedeutet G den in Volt/ mm ausgedrückten Gradienten, V die Nennspannung der Lampe, L die Länge des einfach wendeiförmigen Glühkörpers, η die Anzahl der Wendelgänge desselben und d den Durchmesser des die Wendel bildenden Wolframdrahts in mm, L₂ die Länge des doppelwendelförmigen Glühkörpers, n₂ die Anzahl der Doppel-

wendelgänge d*es Glühkörpers und d₂ den Außendurchmesser der einfachen Primärwendel !in mm. Bei den früher in gasgefüllten Glühlampen verwendeten, meistens einfach wendeiförmigen Glühkörpern, deren Gradient niedrig war, d. h. 12 Volt/mm nur selten überstieg, war das Aliblitzen bei Lampen, deren Füllgasdruck und Stickstoffgehalt genügend hoch war, eine seltene Erscheinung. Neuerdings werden aber gedrängtere, meistens döppelwendtelförmige Glühkörper verwendet, deren Gradient mehr als 12 Volt/mm, mei-

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stens 15 oder noch mehr Volt/mm beträgt, und bei solchen Glühkörpern ist die Gefahr des Abblitzens bereits sehr erheblich.

Die Erfindung betrifft deshalb solche Glühlampen, bei denen der Gradlient mindestens 12, meistens aber 15 ader noch mehr Volt/mm beträgt. Bezüglich der Wahrscheinlichkeit oder der Gefahr des Abblitzens ist nicht nur der entlang der Mantelfläche des Glühkörpers gemessene Gradlient maßgebend, sondern auch der im Giasraum gemessene, der zwischen zwei solchen Punkten des Glühkörpers bestimmt wird, deren Abstand voneinander so klein ist, daß der Wert des aus der

Formel —~ berechneten Gradienten mindestens 12 beträgt. In dieser Formel bedeutet V_kr die Spannungsdifferenz der betreffenden zwei Punkte in Volt und L ihre im Gasraum gemessene Entfernung voneinander. Solche Gradienten können bei Lampen vorhanden sein, bei denen, wfie z. B. bei Projektionslampen, ein einfach wendeiförmiger Glühkörper nicht geradlinig oder bogenförmig, sondern in gedrängter, z. B. zickzackförmiger Anordnung mit zueinander parallelen, nahe zueinander liegenden gr'adlio'igen Teilen angeordnet ist, wobei sich Punkte des GHihkörpers mit verhältnismäßig hoher Spannungsdifferenz nahe beieinander befinden können. Es kann daher bei solchen Lampen vorkommen, daß, obzwar der auf Grund der obigen ersten oder gegebenenfalls zweiten Formel berechnete Gradient einen unter 12 liegenden Wert besitzt, der gemäß der dritten Formel bestimmte Gradient bedeutend höhere, oft das Mehrfache des entlang des Glühkörpermantels der geraden Glühkörperabschnitte vorhandenen betragende Werte aufweist und demzufolge die Gefahr des Abblitzens bei solchen Lampen ebenfalls vorhanden ist und auch durch die hohe Fadentemperatur solcher Lampen erhöht wird. Für das Abblitzen ist außer dem Gradienten auch die Betriebstemperatur des Glühkörpers, der Füllgasdruck und die Art und Zusammensetzung der Gasfüllung, insbesondere die Ionisationsspannung des in der Lampe vorhandenen Edelgases niedrigster Ionisationsspannung, maßgebend.

Bei solchen mit Edelgas gefüllten Glühlampen liegt der Druck der halogenfreien Gasfüllung zwischen etwa 500 und 700 Torr. Die Gasfüllung enthält außer mindestens 70% Edelgas oder Edelgasgemisch noch Stickstoff und Wasserstoff. Der wendeiförmige WoIframdrahtglühkörper ist von gedrängter Bauart und besitzt einen Gradienten von mehr als 12 Volt pro Millimeter.

Die durch das Abblitzen verursachten Beschädigungen bzw. Zerstörungen der Lampe können zwar durch Verwendung der obenerwähnten, in die Stromzuführungsdrähte eingebauten Schmelzsicherungen vermieden werden, doch beseitigt die Verwendung solcher Sicherungen das infolge des Abblitzens auftretende vorzeitige Ausbrennen der Lampen nicht. Eine ansehnliche Anzahl der Lampen, deren Gradient 12 bzw. 15 übersteigt, beendet ihr Leben durch Abblitzen noch vor Ablauf der vorbestimmten durchschnittlichen Lebensdauer, oft nach recht kurzer Brennzeit. Obzwar die durchschnittliche Lebensdauer einer größeren Anzahl von Lampen hierdurch in der Regel nicht vermindert wird, da andere Lampen derselben Gruppe eine die durchschnittliche übersteigende Lebensdauer aufweisen, bedeutet das vorzeitige Ausbrennen der Lampen einen schwerwiegenden' Nachteil, der den Wert der Lampen sehr nachteilig beeinflußt.

Zweck der Erfindung ist nun, gasgefüllte elektrische Glühlampen mit wendeiförmigen Wolframglühkörpern und einem mindestens 12 Volt/mm betragenden Gradienten von der Gefahr des Abblitzens praktisch zu befreien.

Die Erfindung beruht darauf, daß ein geringer Zusatz von Wasserstoff beim Vorhandensein von Stickstoff in der Edelgasfüllung d'er Lampe, insbesondere bei mit Phosphor gegetterten Lampen, geeignet ist, die Wahrscheinlichkeit des Abblitzens praktisch zu beseitigen.

ίο Der Zusatz von Wasserstoff dri geringen Mengen zur Gasfüllung der Lampen ist 'an sich bekannt und wurde ibereits vor mehr als 30 Jahren mit dem Zweck vorgeschlagen, das Durchhängen des Glühkörpers der Lampe zu vermindern bzw. zu vermeiden. Trotzdem es seit Jahrzehnten bekannt ist, idaß Wasserstoff als Zusatz zu der aus Edelgas bestehenden und a-uch Stickstoff enthaltenden Gasfüllung der Lampen verwendet werden kann, wurde seine Verwendung aus nachfolgenden Gründen als nachteilig betrachtet und daher stets vermieden, um so mehr, als inzwischen die Verwendung neuzeitlicher Wolframglühfäden, die Gefahr des Durchhängens der wendeiförmigen Glühkörper beseitigt hat. Die verbesserten Wolframfäd'en ermöglichen eine gedrängte, hohe Gradienten aufweisende Bauart der Glühkörper bei erhöhter Betriebstemperatur, wodurch aber die Gefahr des Abblitzens, die damals gar nicht vorhanden war, entstand.

Obzwar infolge der bekannten guten Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffes vermutet wenden könnte und nicht ganz eindeutige und reproduzierbare Beobachtungen auf anderen Gebieten darauf hinzuweisen schienen, daß ein Wasserstoffzusatz imstande sei, die Gefahr des Abblitzens bei Glühlampen zu verringern, schien die Verwendung von Wasserstoff, abgesehen von seiner die Lichtausbeute der Lampe infolge seiner guten Wärmeleitfähigkeit verringernden Wirkung, hauptsächlich deshalb zu vermeiden .seiiii, weil bereits geringe Mengen von Wasserstoff an der Lampe eine für den Wolframglühkörper äußerst schädliche, die Lebensdauer der Lampen verringernde Wasserdampfzirkulation herbeiführen und ständig aufrechterhalten können.

Die im Gasraum der Lampe befindlichen Wasserstoffmolekelni treffen nämlich an einigen Bestandteilen der Glühlampe reduzierbare Oxyde und wandeln sich bei der ziemlich hohen Betriebstemperatur dieser Bestandteile zu H₂O-Molekeln um. Bereits geringe Spuren des Wasse:rdampfes verbinden sich jedoch mit einem Teil des Wolframglühfadens hoher Temperatur zu einem Produkt, welches wesentlich flüchtiger ist als das Wolframmetäll selbst. Hierdurch wird der Wolframfaden weit über das Maß der normalen Verdampfung verbraucht und dadurch die Lebensdauer der Glühlampe stark verringert. Besonders nachteilig ist, daß sich dieser Vorgang in der Lampe von selbst aufrechterhält. Der das Wolfram oxydierende Wasserdampf liefert wiederum Wasserstoff, welcher sich am Wolframfaden hoher Temperatur zum Teil in. Wasserstoff atomaren Zustandes umwandelt. Dieser kann dann bei den ziemlich hohen Temperaturen der Bestandteile der in Betrieb stehenden Lampe die z. B. unter der Einwirkung des Wasserdampfes früheir entstandenen Wolframoxyde, die OxydVerunreimigungen der metallischen Bestandteile und das insbesondere in den aus Bleiglas bestehenden Bestandteilen vorhandene Bleioxyd¹ leicht reduzierein. Hierbei entsteht von neuem Wasserdampf, welcher wiederum den Glühfaden oxydiert. Auf diese Waise kann bereits eine kleine Menge von Wasserstoff einen intensiven Wasserdampfumlauf aufrechterhalten und in Glühlampen mit bleioxyd-

haltigen Glasbestandteilen den Glühfaden in erheblichem Maße zerstören.

Trotzdem ist die Verwendung des Wasserstoffzusatzes in edelgasgefüllten Lampen mit einem Gradient von über 12 unter gewissen Bedingungen ohne Verschlechterung der Qualität der Lampe möglich und zur praktischem Beseitigung der Gefahr des Abblitzens. ja sogar bei Anwendung besonderer Maßnahmen auch zur Verbesserung der Lichtausbaute der Lampe ohne Verringerung ihrer Lebensdauer geeignet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine gasgefüllte Glühlampe mit einem Füllgasdruck von 500 bis 700 Torr, deren Füllgas aus Edelgas oder einem Edelgasgemisch besteht, das einen Zusatz von Stickstoff und Wasserstoff enthält, und deren wendeiförmiger Wolframdrahtglühkörper gedrängter Bauart einen Gradienten von über 12 V/mm aufweist. Die Erfindung besteht darin, daß der Wasserstoffgehalt des Zusatzes zum Füllgas zwischen 0,1 und 1,5 Volumprozent liegt und der Stickstoffgehalt höher ist als 0,5 Volumprozent und kleiner als diejenige Volumprozentzahl, die einem Achtel des Atomgewichts des schwersten in der Gasfüllung vorhandenen Edelgases entspricht, und daß die mit der Gasfüllung in Berührung stehenden Oberflächen der Lampenteile von Oxyden frei sind, die bei Betriebsbedingungen der Lampe durch Wasserstoff reduzierbar sind.

Es ist ferner besonders zweckmäßig, daß von den Glasbestandteilen der Lampe mindestens das den Glühkörper tragende Stäbchen nebst Füßchen aus bleifreiem Glas besteht.

Wenn also z. B. die Gasfüllung der Lampe als Edelgas nur Argon enthält, kann der Stickstoffgehalt der Gasfüllung zwischen etwa 0,5 und 5 Volumprozent, bei Xenon enthaltenden Lampen hingegen zwischen etwa 0,5 und 16,5 Volumprozent liegen, da das Atomgewicht des Xenons 131,3 beträgt. Wenn als Füllgas der erfindungsgemäßen Lampen mehrere Edelgase dienen, wird die obere Grenze des Stickstoffgehaltes stets durch das in der Lampe als Füllgas, d. h. in einer nicht mehr als Verunreinigung zu betrachtenden Menge enthaltene Edelgas niedrigster Ionisationsspannung bestimmt.

Mehrere Beispiele für die Lampen nach der Erfindung nebst den die Herstellung derselben¹ ermöglichenden Regeln und, Anleitungen werden nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben.

Die Zeichnung enthält Diagramme, die sich auf Lampen handelsüblicher Typen beziehen, deren mit dem Füllgas in Berührung stehende Teile teilweise aus Bleioxyd enthaltendem Glas bestanden und somit von durch Wasserstoff bei den- Betriebsbedingungen der Lampen reduziierbaren Oxyden nicht ganz frei waren. Die Glühkörper der Lampen waren doppelwendeiförmig, mit über 15 Volt/mm liegenden Gradienten, und in ihre Strormzuführungisdrähte waren die bei Doppelwendellampen üblichen Schmelzsicherungen eingebaut. Auf den Abszissen der Diagramme sind die Wasserstoffgehalte der Gasfüllung in Volumprozent und auf den Ordinaten die prozentuale Anzahl der Lampen aufgetragen, die ihre Lebensdauer infolge eines durch Schmelzen der eingebauten Sicherung angezeigten Abblitzens beendeten. Die Diagramme stellen Ergebnisse der üblichen Dauerbrennversuche dar, bei denen eine größere Anzahl identischer Lampen bei gleicher Nennspannung bis zur Beendigung ihrer Lebensdauer gebrannt werden. Die prozentuale Anzahl der Lampen, die ihre Lebensdauer durch Abblitzen beenden, ist zur Feststellung des zahlenmäßig auswertbaren Maßes der Wahrscheinlichkeit des Abblitzens und zur Feststellung der Wirksamkeit der zur Unterdrückung der Entstehung des Abblitzens getroffenen Maßnahmen geeignet.

Fig. 1 der Zeichnung bezieht sich auf Lampen für 110 Volt Nennspannung mit einer Lichtleistung von 40'Dekalumen, die mit dem üblichen Phosphorgetter gegettert wurden und deren Füll gasdruck 700 Torr betrug. Der Glühkörper üblicher Konstruktion besaß einen Gradienten von etwa 20 Volt/mm. Diie obere Kurve des Diagramms bezieht sich auf Lampen, mit folgender Zusammensetzung der Gasfüllung: w% H₂ + 3%N₂+ (97-M)°/»Kr, während die Gasfüllung der Lampen der unteren Kurve die Zusammensetzung w«/oH₂+ 6% N₂+(94-M)VoKr besaß. Es wurde aber gleichzeitig auch eine Anzahl Lampen der obigen Bauart untersucht, deren Gasfüllung aus 10% N₂ und 90% Kr bestand, und es wurde festgestellt, daß 95% dieser Lampen ihre Lebensdauer infolge Abblitzens beendet haben. Hingegen beendeten, wie aus dem Diagramm ersichtlich, nur 17% der Lampen, deren Gasfüllung nur 6% N₂, aber außerdem 0,5% H₂ enthielt, ihr Leben durch Abblitzen. Mittels Extrapolation der unteren Kurve der Fig. 1 kann festgestellt werden, daß bei einem Zusatz von etwa 0,7% H₂ die Wahrscheinlichkeit des Abblitzens mit einem Zusatz von nur· etwa 6% N₂ zum Krypton praktisch vollkommen beseitigt werden kann. Dies kann aber mit Gasfüllungen ohne Wasserstoffzusatz selbst dann nicht erreicht werden, wenn der Stickstoffgehalt, wie üblich, 10 bis 13% beträgt, da, wie bereits oben angegeben, 95% solcher Lampen ihr Leben durch AbbMtzen ibeenden. Die Verringerung des Stickstoffzusatzes von 10 bis 13% auf 6% verursacht aiber bekanntlich bereits eine beträchtliche Verringerung der Wärmeverlusted'es Glühkörpers durch Konvektion und somit eine namhafte Erhöhung der Lichtausbeu.te, wogegen der durch den geringen Wasserstoffzusatz verursachte Wärmeverlust unbedeutend ist.

Das Diagramm der Fig. 2 bezieht sich auf mit Argon gefüllte Lampen von ebenfalls 110 Volt und 40 Dekalumen rriiit einem Füllgasdruck von 700 Torr. Die Zusammensetzung des Füllgases war die folgende: M°/oH₂ + 2% N₂ + (98 - n) % Ar. Die obere Kurve betrifft Lampen ohne, die untere Kurve Lampen mit Phosphorgetter. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß bei den mit Phosphor gegetterten Lampen der Prozentsatz des Abblitzens durch einen Zusatz von 0,1% H₂ auf etwa 10% und durch einen Zusatz von 0,5% H₂ praktisch auf Null verringert werden kann. Der übliche Stickstoffzusatz zum Argon beträgt bei Lampen dieser Type 8%, so daß durch den Zusatz von 0,5% H₂ der Stickstoffzusatz auf 2% verringert und das Abblitzen praktisch beseitigt werden kann. Gleichzeitig werden Lichtausbeute und Marktwert der Lampen bedeutend erhöht.

Das Diagramm der Fig. 3 bezieht sich auf Lampen der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Type, jedoch ohne Phoephorgetter und ohne Stickstoffzusatz, deren Gaszusammensetzung ihrer Gasfüllung die folgende war: «% H₂ + (100 — n)%Kr. Man sieht, daß bei solchen Lampen nur ein H₂-Zusatz von 5% zur Beseitigung des Abblitzens genügt und ein Zusatz von 1%H₂ noch sozusagen keine meßbare Wirkung bezüglich der Verringerung der Gefahr des Abblitzens ergibt.

Diese Versuchsergebnisse geben die überraschend energische Wirkung des Wasiserstoffzusatzes in Gegenwart von Stickstoff insbesondere bei mit Phosphor gegetterten Lampen wieder. Zur Feststellung, inwieweit der Wasserstoffzusatz infolge seiner guten

Wärmeleitfähigkeit die Lichtausbeute der Lampen verringert, wurden Lampen derjenigen Type, auf die sich Fig. 1 bezieht, im Dauerbrenmversuch auf ihre durchschnittliche Lichtausbeute geprüft, und zwar Lampen mit Wasserstoffzusätzen von 0,1 bis 5%. Die Lichtausbeute wunde, auf eine 'durchschnittliche Lebensdauer von 1000 Stunden umgerechnet, in Im/ Watt bestimmt. Es ergab sich, daß die Lichtausbeute bei einem etwa 1% übersteigenden Wasserstoffzusatz schon merklich und meßbar abnimmt, wobei als merkliche Änderung der Lichtausbeute eine mindestens 0,5% betragende Änderung zu verstehen ist.

Bei Lampen derselben Type, bei-denen der Wasserstoffizusatz unter etwa 0,5% war, nahm die Lichtausbeute bei Verringerung des Wasserstoffzusatzes wiederum ab, was auf ersten Blick unerklärlich zu sein scheint. Es läßt sich jedbch feststellen, daß dies der Tatsache zuzuschreiben ist, daß bei solchen Lampen mit 6% Stickstoffgehalt der Gasfüllung ein Zusatz von unter 0,5% H₂ zur befriedigenden Unterdrückung des Abblitenzs nicht mehr genügt und daher eine nicht vernachlässigbare, dem Diagramm emtnehmbare Anzahl der Lampen ihr Leben durch Abblitzen beendet. Wenn diese Lampen ihre vorausbestimmte Lebensdauer erreicht hätten, hätte dies die durchschnittliche Lichtausbeute, die ja für die Lampen der untersuchten Gruppe, auf die Lebensdauer von 1000 Stunden umgerechnet, bestimmt worden iist, der Lampen dieser Gruppe erhöht. Hieraus folgt aber, daß mittels des Wasserstoffzusatzes durch Verringerung der Gefahr des Abblitzens auch die Lichtausbeute der Lampen erhöht werden kann, wenn die Menge des Zusatzes derart gewählt wird, daß die infolge Vermeidung des Abblitzens erreichte Erhöhung der durchschnittlichen effektiven Lebensdauer und die hierdurch bedingte Erhöhung der durchschnittlichen Lichtausbeute, mitsamt der durch die Verringerung des Stickstoffgehaltes der Gasfüllung erreichten Erhöhung der Lichtausbeute, größer ist als die infolge der besseren Wärmeleitfähigkeit des H₂ verursachte Lichtausbeutenyerringerung.

Es kann den Diagrammen! der Zeichnung entnommen werden, daß dieser günstige Bereich des H₂-Zusatecs auch davon abhängt, wieviel und welches Edelgas und wieviel Stickstoff das Füllgasgemisch enthält. So z. B. zeigt Fig. 3, daß bei stickstofffreiem Gasgemisch bereits etwa 5%, d. h. so viel H₂ zwecks Vermeidung des Abblitzens zugesetzt werden muß, daß die hierdurch verursachte Verminderung der Lichtausbeute größer ist als die durch den üblichen Stickstoffzusatz von etwa 13% verursachte. Hingegen ist eine Verbesserung der Lichtausbeute vorhanden, falls man einen Teil, z. B. etwa die Hälfte, des üblichen Stickstoffzusatzes durch Krypton ersetzt und die hierdurch erhöhte Gefahr des Abblitzens durch einen geringen, z. B. etwa 0,5% betragenden H₂-Zusatz unterdrückt. Dasselbe günstige Ergebnis kann auch bei mit Argon gefüllten Lampen erreicht werden, indem man bei diesen üblicherweise etwa 8% N₂ enthaltenden Doppelwendellampen nur einen Stickstoffgehalt von z. B. etwa 1 bis 3% mit einem H₂-Zusatz von z. B. etwa 0,5 °/o verwendet.

Übersteigt jedbch der Wasserstoff zusatz einen gewissen, von der Lampentype abhängigen ziemlich geringen Wert, dann ist die volle Ausnutzung seiner günstigen Wirkungen nur im Falle der Abwesenheit reduzierbarer Oxyde an den mit dem Füllgasgemisch in Berührung stehenden Oberflächenteilen der Bestandteile der Lampe möglich. Dies kann am einfachsten dadurch erreicht werden, daß d'ie betreffenden Glasbestandteile aus bleifreiem Glas verfertigt und die Metallbestandteile sorgfältig, z. B. mittels bekannter elektrolytischer Verfahren, gereinigt werden. Es ist aber auch möglich, die betreffenden Bestandteile der Lampe mit Schutzüberzügen zu versehen, die von den genannten, durch Wasserstoff bei den Betriefosibedingungen der Lampe reduzierbaren Oxyden frei sind. Zu diesen Zwecke kann z. B. das aus Bleioxyd enthaltendem Glas bestehende Stäbchen mit einem Überzug

ίο von Siliziumoxyd versehen wenden, und die Halterungsdrähte können gegebenenfalls mit elektrolytischen Überzügen von· entsprechenden Metallen, z. B. Chrom, versehen sein.

In den nachstehenden Beispielen ist für einige übliehe Lampentypen deren Ausführung nach der Erfindung angegeben.

Beispiel 1

Für allgemeine Beleuchtungszwecke bestimmte Glühlampen für 110 Volt Nennspannung und 40 Watt Energieverbrauch mit dem bei solchen KryptonJampen üblichen doppelwendeiförmigen Wo'lframglühkörper, einem Gradient von etwa 20 Volt/mm, einem zwischen 650 und 700 Torr liegeniden Füllgasdruck und dem üblichen Phosphorgetter wunden -mit Stäbchen aus bleifreiem Glas ausgeführt und fünfzehn Lampen mit dem üblichen Füllgasgemisch', das aus 87% Kr und 13% N₂ bestand, fünfzehn Lampen jedoch mit einem aus 93,5% Kr, 6% N₂ und 0,5% H₂ bestehenden Füllgasgemisch gefüllt. Der Dauerbrennversuch dieser mit den üblichen Schmelzsicherungen versehenen Lampen ergab folgendes:

35 T Lampe	Abblitzen °/o	Lichtausbeute für 1000 Stunden lm/W	Durchschnittliche Lebensdauer bei Nennspannung Stunden
Bekannt . . 4° Neu	100 7	13,7 13,8	1010 1180

Beispiel 2

Lampen der Type gemäß Beispiel 1, jedoch mit einem für Xenonfüllamg konstruierten doppelwendeiförmigen üblichen Glühkörper und daher einem Gradient von etwa 18 Volt/mm, ebenfalls für 110 V, 40 Watt, mit Phosphor gegettert und einem Stäbchen aus bleifreiem Glas, wurden einesteils mit dem üblichen Füllgasgemisch aus 87% Xe und 13% N₂ und anderenteils mit einem aus 86,2% Xe, 13% N₂ und 0,8% H₂ gefüllt. Die Dauerbrennvensuche von je fünfzehn Lampen ergaben folgendes:

55' Lampe	Abblitzen Vo	Lichtausbeute für 1000 Stunden lm/W	Durchschnittliche Lebensdauer bei Nennspannung Stunden
6o Bekannt . . Neu	100 10	14,7 14,8	960 1030

Die obigen Beispiele stellen keine optimalen Ergebnisse, sondern hauptsächlich die Art der Untersuchung dar.

Beispiel 3

Bei für allgemeine Beleuchtungszwecke dienenden Kryptonlampen der üblichen Ausführung und Nennspannungen für unter etwa 170 Volt, hauptsächlich 110 bis 130 Volt, ist es unter Beibehaltung der

üblichen Gradienten, von etwa 13 bis 15 Volt/mm aufweisenden Konstruktion des doppelwendeiförmigen Glühkörpers und des normalen Füllgasdruckes .von etwa 600 bis 700 Torr und das üblichen Phosphorgetters, jedoch unter Verwendung bleifreier Glasbestandteile, möglich, durch einen H₂-Zusatz von 0,2 bis 0,7% den Stickstoff zusatz vorn üblichen Wert von 13% auf 8 bis 3% zu verringern und hierdurch nebst praktisch vollkommener Beseitigung der Gefahr des Abblitzens die für 1000 Stunden durchschnittliche Lebensdauer umgerechnete Lichtausbeute der Lampen um meßbare Werte zu erhöhen.

Die im Beispiel 3 angegebene Erhöhung der in lm/W gemessenen Lichtausbeute »um meßbare Werte« bedeutet eine Erhöhung um mindestens 0,5% und die angegebene »praktisch vollkommene Beseitigung der Gefahr des Abblitzens« die Verringerung der ihr Leben durch Bogenabbrand beendenden Anzahl der untersuchten Lampen unter 10 bis 15%.

Beispiel 4

Bei im Beispiel 3 beschriebenen, jedoch für über etwa 170 Volt liegende, hauptsächlich 220 bis 240 Volt betragende Nennspannungen konstruierten und dementsprechend Gradienten von etwa 16,5 bis 18 Volt/mm aufweisenden Lampen ermöglichte ein H₂-Zusatz von 0,2 bis 0,7% eine Verringerung des üblichen Stickstoffzusatzes von 13% auf 9 bis 4% mit denselben Ergebnissen wie bei den obenerwähnten Kryptonlampen für unter 170 Volt.

Beispiel 5

Bei den gemäß Beispiel 3 ausgeführten, jedoch für Argonfüllung konstruierten und dementsprechend Gradienten von etwa 19,5 bis 21 Volt/mm aufweisenden Doppelwendellampen ermöglichte ein H₂-Zusatz von 0,1 bis 0,5% die Verringerung des üblichen N₂-Gehaltes von 8% des Füllgasgemisches dieser Argonlampen für Spannungen unter 170VoIt auf 3 bis 1 % mit den im Beispiel 3 angegebenen Ergebnissen.

B e is ρ i e1 6

Bei Argonlampen gemäß Beispiel 5, jedoch für Nennspannungen von über 170 Volt und dementsprechend Gradienten von etwa 22,5 bis 28 Volt/mm, ermöglichte ein H₂-Zusatz von 0,1 bis 0,5% die Verringerung des üblichen N₂-Zusatzes von 8% auf 5 bis 2% mit den im Beispiel 3 angegebenen Ergebnissen.

Beispiel 7

Bei Xenonlampen der Ausführung gemäß den Beispielen 3 und 4 Sowohl für über wie für unter 170VoIt liegende Spannungen und dementsprechend Gradienten von etwa 18 bis 22 Volt/mm' ermöglichte ein H₂-Zusatz von 0,4 bis 0,9% die Verringerung des ansonsten erforderlichen Stickstoffzusatzes von 25 bis 30% auf etwa 15 bis 8% mit den im Beispiel 3 angegebenen Ergebnissen.

Es ist ferner zu beachten, daß durch¹ die Beseitigung des Abblitzens die Streuung der Lebensdauer der Lampen bedeutend vermindert wird. Ursache dieser oft bedeutenden Streuung ist außer den unvermeidlichen Toleranzen der Herstellung auch das Abblitzen, das in sehr verschiedenen Zeitpunkten der Lebensdauer der einzelnen Lampen vorkommt. Nimmt man nun z.B. an, daß bei einem Durchschnittswert der Lebensdauer von 1000 Stunden 60% der einzelnen' Lebensdauerwerte zwischen 900 und 1100 Stunden liegen, so ist es klar, daß dieser Prozentsatz in derselben Gruppe erhöht werden und z. B. 90% betragen kann, falls es gelingt, das Abblitzen als bedeutende Ursache der Streuung zu beseitigen. In diesem Falle ist aber die Wahrscheinlichkeit, daß bei einer kleineren Lampengruppe von z. B. zehn Lampen die durchschnittliche Lebensdauer tatsächlich 1000 Stunden beträgt, bedeutend größer und der Wert der Lampen erhöht.

In Anbetracht der durch den Wasserstoffzusatz erreichbaren Unterdrückung der Gefahr des Abblitzens ist es auch möglich, Konstruktion und Anordnung des Glühkörpers noch gedrängter als üblich zu wählen, insbesondere bei Speziallampen, bei denen die ansonsten bei Lampen mit gedrängten Glühkörpern empfehlenswerten eingebauten Schmelzsicherungen auch weggelassen werden können. Das Füllgasgemisch

20.kann außer einem einzigen Edelgas auch mehrere Edelgase, z. B. das bei der Herstellung schwerer Edelgase anfallende Gemisch von Krypton und Xenon enthalten, und sowohl der Stickstoff wie der Wasserstoff können dem Edelgas auch in Form entsprechender Verbindungen, z.B. NH₃ oder HN₃, zugesetzt werden, wobei mit einem Zusatz von elementarem H₂ und/oder N₂ das erforderliche Mengenverhältnis von N₂ und H₂ zueinander stets leicht eingestellt werden kann. Statt oder neben dem üblichen Phosphorgetter können auch andere Getter verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasgefüllte Glühlampe mit einem Füllgasdruck von 500 bis 700 Torr, deren Füllgas aus Edelgas oder einem Edelgasgemisch besteht, das einen Zusatz von Stickstoff und Wasserstoff enthält und deren wendeiförmiger Wolframdrahtglühkörper gedrängter Bauart einen Gradienten von über 12 V/mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffgehalt zwischen 0,1 und 1,5 Volumprozent liegt und der Stickstoffgehalt höher ist als 0,5 Volumprozent, aber kleiner als diejenige Volumprozentzahl, die einem Achtel des Atomgewichtes des schwersten in der Gasfüllung vorhandenen Edelgases entspricht, und daß die mit der Gasfüllung in Berührung stehenden Oberflächen der Lampenteile von Oxyden frei sind, die bei Betriebsbedingungen der Lampe durch Wasserstoff reduzierbar sind.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von ihren Glasbestandteilen mindestens das den Glühkörper tragende Stäbchen nebst Füßchen aus bleifreiem Glas besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 411 737, 723 870.
845 674;

britische Patentschrift Nr. 575 175;
USA.-Patentschriften Nr. 1 463 178, 1 572 670,
1 651 387, 1 687 496, 2 279 871;

»Journal of Applied Physiks«, Volume 9, März 1938, S. 209 bis 214;

»Technisch-Wissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft«, Band V, S. 151 ff., Aufsatz von C.Reiter, »Zur Physik und Technik der Kryptonlampe«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 809 768/247 2. 59 (309 743/287 11.63)