LICHTQUELLE

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle, insbesondere Glühlampe, mit einem Kolben und einem in dem Kolben angeordneten beheizbaren Filament.

Lichtquellen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in verschiedenen Ausführungsformen. Bekannte Lichtquellen sind beispielsweise als Lampen oder Leuchtkörper mit Glühfilamenten ausgebildet, wobei Glühfilamente beispielsweise durch direkt elektrisch beheizte oder induktiv beheizte Filamente bekannt sind. Filamente werden aus Metallen oder Metallkarbiden oder Legierungen mit Metallen oder Metallkarbiden hergestellt. Entsprechende Lichtquellen sind als einfache Glühlampen, Halogenlampen oder Tantalkarbidlampen bekannt.

All diesen bisher bekannten Lichtquellen oder Lampentypen ist gemein, dass die Filamente Rekristallisierungserscheinungen zeigen, die zur Zerstörung des Filaments führen. Die Glühfilamente werden nach einer bestimmten Brenndauer zerstört. Dabei reißt das Glühfilament ab und ein meist folgender Lichtbogen schmilzt dann die Enden der Bruchstellen auf. Der Filamentbruch wird häufig an überhitzten Stellen des Glühfilaments beobachtet, wobei diese Stellen als „Hotspots" bezeichnet werden. Die Hotspots können ihre Ursache in den inneren Kristallphänomenen des Glühfilaments oder in den äußeren Bedingungen eines das Glühfilament umgebenden elektromagnetischen Strahlungsfelds oder Teilchenstrahlungsfelds, beispielsweise eines Elektronengases, haben. Für Glühfilamente wie beispielsweise Wolframfilamente, Tantalfilamente oder Metallkarbidfilamente, beispielsweise Tan- talkarbidfilamente, kann für den Filamentbruch an Hotspots die folgende Modellvorstellung dienen.

Glühlampen mit Wolfram- oder Metallkarbidfilamenten benötigen einen inneren Transportprozess, der vom Filament abdampfende Elemente wie beispielsweise Wolfram, Tantal, Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen wieder auf das Filament zurückführt, um das Auftreten des Filamentbruchs zu verzögern. Die Rückführung geschieht üblicherweise vornehmlich aus der Abscheidung von Wolfram, Tantal, Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen aus einer das Filament umgebenden Gasatmosphäre mit einer geeigneten Gaszusammensetzung und mit einer geeig-

neten Partialdruckzusammensetzung der Gaskomponenten in einem bestimmten Temperaturbereich .

Die Hotspots können an oder um Kristallkorngrenzen der Filamente beobachtet werden. Die Kristallkomgrenzen in den Filamenten sind durch Ebenen oder Schichten großer kristallographischer Gitterstörungen gebildet, in denen beispielsweise Kohlenstoff beweglicher ist und schneller an die Filamentoberfläche diffundieren kann als im Restgitter. Diese Diffusion wird bei elektrisch beheizten Filamenten durch eine erhöhte Temperatur gefördert, die durch den erhöhten Wärmeabfall an den stromdurchquerten Korngrenzschichten aufgrund ihres höheren elektrischen Widerstands entstehen kann.

Der größere mögliche Kohlenstoffverlust bei beispielsweise Tantalkarbidlampen an den Korngrenzbereichen der Filamentoberfläche führt dort in der weiteren Folge zu einem Abdampfen von Tantalkarbid oder sogar von metallischem Tantal. Die Kris- tallkomgrenzbereiche zeigen sich deshalb auf den Filamentoberflächen nach einer bestimmten Brenndauer unter dem Mikroskop als Rillen mit beispielsweise V-förmigem Querschnittsprofil, die ausgefressen wurden.

Da der nun beschriebene Modellprozess sowohl für Metallfilamente als auch für Metallkarbidfilamente weitgehend sehr ähnlich ist, soll dieser Modellprozess hier stellvertretend nur für Metallkarbidfilamente wie beispielsweise Tantalkarbidfila- mente beschrieben werden. Als Modellvoraussetzung werden annähernd zylindrische Filamentabschnitte angenommen und der im Transportkreislauf von der Filamentoberfläche abdampfende und auf diese wieder zurückgeführte Kohlenstoff betrachtet. Die angenommene annähernd zylindrische Oberfläche ist durch Korngrenzrillen gestört.

Der Kohlenstoff, der aus der umhüllenden Gasatmosphäre auf das Filament abgeschieden werden kann, liegt über der Filamentoberfläche atomar oder molekular, beispielsweise in Form von CH- oder CO-Verbindungen, und elektrisch neutral oder ionisiert vor. Der Partialdruck bzw. die Konzentration ist über den Kristallkomgrenz- bereichen der Oberfläche als annähernd homogen anzusehen. Die Abscheidung des Kohlenstoffs durch eine beliebig orientierte gedachte Fläche hindurch auf ihre Projektionsfläche auf der ungestörten Zylinderoberfläche des Filaments ist deshalb

homogen. Der auf die tatsächliche Filamentoberfläche abgeschiedene Kohlenstoff kann so die Oberflächenbereiche, in denen auch die beobachteten Komgrenzrillen abschnittsweise vorliegen, nicht gleichmäßig bedecken. Da die Korngrenzrillenbe- reiche, die unter gleich großen Projektionsflächenabschnitten liegen wie die Nichtril- lenabschnitte, eine größere tatsächliche Abscheidungsoberfläche aufweisen als die Bereiche der Nichtrillenabschnitte, ist eine Kohlenstoffbelegung auf den Rillenwänden dünner als in den Bereichen außerhalb der Rille.

Im Fall des Vorliegens von ionisiertem Tantal oder Kohlenstoff oder von ionisierten Tantalverbindungen oder Kohlenstoffverbindungen kann ein Transport unter der Wirkung eines elektrischen Felds zur Filamentoberfläche hin geschehen. Dieses elektrische Feld kann durch einen Potentialunterschied zwischen der Filamentoberfläche und der Gasatmosphäre um das Filament herum entstehen, da die teilweise ionisierte Gasatmosphäre über eine endliche elektrische Leitfähigkeit verfügt und mit anderen elektrischen Bauteilen wie beispielsweise den Lampenelektroden in Berührung steht.

Ein weiteres elektrisches Feld baut sich in elektrischen Glühlampen mit gewendel- ten Filamenten aufgrund des elektrischen Filamantwiderstands zwischen den gegenüberliegenden Wendelwindungen auf. Bei Kleinglühlampen mit typischen Wen- delfilamenten von 5 bis 10 Windungen und Betriebsspannungen von 12 Volt beträgt die elektrische Spannung zwischen benachbarten Wendelgängen ca. 1 Volt bis 2 Volt.

Darüber hinaus können elektrische Felder durch Raumladungen entstehen, die aus der Elektronenglühemission des Filaments stammen. Für pulvermetallurgisch heiß- gepresstes Tantalkarbid berichten J. H. Ingold, E. Blue und WJ. Ozeroff eine Elektronenaustrittsarbeit bei der Glühemission von 3,97 eV zwischen 1.300 K - 1.900 K mit einer Richardsonkonstante von 37 A/cm ² K ² . Für Tantalkarbiddrähte berichten B. H. Eckstein und R. Formann zwischen 1.600 K - 2.250 K eine Elektronenaustrittsarbeit von 3,17 eV mit einer Richardsonkonstante von 0,22 A/cm ² K ² . K. Becker und H. Ewest berichten eine 2,8 mal kleinere Elektronenglühemission bei Tantalkarbid im Vergleich zu reinem Tantal. Aus den Angaben von Eckstein et al. lässt sich nach Richardson eine Elektronenglühemission von 357 A/cm ² bei 4.000 K Filamenttemperatur abschätzen. Für Wolfram beträgt der Glühemissionsstrom bei

3.000 K 14,19 A/cm ² und bei 3.655 K 479,9 A/cm ² . Experimentell wurde für Wolfram bei 3.000 K ein Elektronenemissionsstrom von 5 mA pro Watt Heizleistung gefunden, der sich auf 3.655 K auf ca. 170 mA/W extrapolieren lässt. Um die Glühfila- mente treten deshalb bei hohen Temperaturen sehr hohe Elektronenraumladungen auf. Für die oben erwähnten Kleinglühlampen mit 10 Filamentwindungen, mit Windungsradien von 0,5 mm und mit einer Filamentoberfläche von ca. 15 mm ² können bei der Verwendung von Tantalkarbid als Filamentmaterial bei einer Temperatur von 4.000 K mögliche Sättigungsglühemissionselektronenströme von bis zu 50 A abgeschätzt werden.

An der heißen Filamentoberfläche oder zwischen den heißen Wendelwindungen können Elektronen aus der Glühemission, die im elektrischen Feld zwischen den Wendelwindungen beschleunigt werden, eine dortige Ionisation von Atmosphärenbestandteilen unterstützen. Die direkte Stoßionisation im idealen Gas bei 4.000 K ist aufgrund der maximalen verfügbaren kinetischen Stoßenergie von ca. 4,3 eV für eine positive Ionisation von Atomen wie W, Ta, C, H und O nicht ausreichend. Die lonisationsenergien dieser Elemente liegen alle über 7 eV.

Daher ist das Auftreten von positiv ionisierten Gasbestandteilen unwahrscheinlich. Jedoch können Radikale, die aus der Thermolyse von Kohlenstoffverbindungen am heißen Filament stammen, Elektronen aus dem das Filament umgebenden Elektronengas aufnehmen. Das Auftreten von negativ geladenen Ionen ist wahrscheinlich. Auch ungeladene Gasatmosphärenbestandteile können durch einen Glühelektronenstrom entlang den elektrischen Feldlinien mitgerissen werden. Sie verhalten sich dann quasi wie Ionen und sollen hier deshalb Quasiionen genannt werden. Auf den heißen Filamentoberflächen kann nach einer bestimmten Brenndauer ein Aufwachsen von nadelartigen Kristallen beobachtet werden, wobei die Kristallnadeln zur nächsten Filamentschleife hin gerichtet sind bzw. entlang den Feldlinien zwischen den Windungen.

Auch ionisierter Kohlenstoff oder ionisierte Kohlenstoffverbindungen oder deren geladene Radikale oder deren Quasiionen werden weniger in die Rillen hinein abgeschieden als auf Nichtrillenoberflächenbereiche, da sich das elektrische Feld in Rillen hinein reduziert oder ggf. verschwindet. Die Rillenoberfläche wird also weniger mit zurückgeführtem Kohlenstoff versorgt als die Nichtrillenoberfläche.

Die heißen Filamentoberflächenbereiche strahlen das Licht nicht gleichmäßig ab. Nichtrillenbereiche von Zylinderabschnitten strahlen das Licht von der Zylinderoberfläche ab, ohne dass es zu einer Rückstrahlung bzw. Reabsorption dieses Lichts in diesen Nichtrillenbereich kommt. Rillenbereiche strahlen das Licht unter einer gewissen Rückstrahlung bzw. Selbstabsorption ab, denn die gegenüberliegenden Wandflächen der Rillen strahlen sich teilweise gegenseitig an. Die Rillenbereiche der Filamentoberfläche sind deshalb heißer als die Nichtrillenbereiche.

Eine weitere Aufheizung der Rillenbereiche oder anderer Bereiche mit gestörter Oberfläche erfolgt durch den Stromeintritt der Glühemissionselektronen und das Auftreffen geladener Gasbestandteile oder Quasiionen auf die Filamentoberfläche. Diese werden im elektrischen Feld zwischen den Wendelgängen elektrisch beheizter Filamente auf die Filamentoberfläche transportiert. Dort geben die Elektronen beim Eintritt in die Filamentoberfläche die ihrer Potentialdifferenz zwischen ihrem Potential im Außenraum des Filaments und dem Potential im Filament entsprechende Energie, die gerade der Glühemissionselektronenaustrittsarbeit entspricht, in Form von Wärme ab. Zwar ist die Energiebilanz ausgeglichen, da die Glüh- emissionsströme beim Filamentaustritt durch die Mitnahme der Elektronenaustrittsarbeit kühlend wirken, jedoch treten diese „externen Heizströme" nicht homogen sondern konzentriert in bestimmte Filamentoberflächenbereiche ein, da sie der elektrischen Feldliniendichte bzw. der elektrischen Feldstärke folgen, die auf gestörten Oberflächenbereichen mit stark konvexen Krümmungen extreme Werte annehmen kann. Solche Bereiche sind unter anderem wieder die Ränder bzw. die Kanten der Korngrenzrillen, die durch die eintretenden Glühemissionselektronen oder die dort auftreffenden geladenen Gasbestandteile noch stärker aufgeheizt werden als Nichtrillenbereiche.

Die temperaturabhängige Abdampfrate und Abdampfgeschwindigkeit von Kohlenstoff aus den Rillen ist aufgrund der dort höheren Temperatur größer als diejenige von Nichtrillenbereichen. Da die Abdampf rate und Abdampfgeschwindigkeit von Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen in Rillenbereichen größer ist als in Nichtrillenbereichen und da die Abscheidungsrate bzw. Rückführungsrate von Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen in die Rillen geringer ist als in Nichtrillenbereichen, kann dies zu einer Unterversorgung der Rillenbereiche mit Kohlenstoff führen.

Die Folge kann im Fall von Metallkarbidfilamenten ein Phasenübergang zwischen Metallkarbidphasen sein. Im Fall von Tantalkarbidfilamenten kann sich die temperaturstabilste Gamma-Phase des vorliegenden Tantalkarbids in die weniger temperaturstabile Beta- oder Alpha-Phase umwandeln, was zu einem weiteren drastischen Anstieg der Kohlenstoffdiffusion im Tantalkarbidgitter und folgend zu einem Anstieg der Kohlenstoffabdampfrate und Abdampfgeschwindigkeit im Rillenbereich führt und letztendlich zur Bildung von Bitantalkarbid führt. Die Koh I enstoffdif fusionskonstante ist beispielsweise bei 2.650 ⁰ C in Ta ₂ C ca. 9 mal höher als in TaC. Zunehmend entkohltes Tantalkarbid zeigt jedoch bis zu einer Molzusammensetzung von C/Ta = 0,75 herab einen ansteigenden elektrischen spezifischen Widerstand, was im Fall von elektrisch beheizten Filamenten zu einem höheren Wärmeabfall und damit zu einer weiteren Temperaturerhöhung in den sich zunehmend entkohlenden Rillenbereichen führt. Eine Entkohlung des Tantalkarbids in elektrisch beheizten Filamenten ist also selbstbeschleunigend.

Die stetig zunehmende Temperaturüberhöhung in den Rillenbereichen kann zu einem zusätzlichen Abdampfen von Tantalkarbid oder nach genügender Entkohlung sogar von metallischem Filamentmaterial, d.h. Tantal, führen, wodurch sich die Rillen vergrößern und vertiefen. Dies beschleunigt abermals die oben beschriebene Entwicklung bzw. eine weitere Temperaturüberhöhung in den Rillenbereichen durch beispielsweise die gleichermaßen zunehmende Strahlungsselbstabsorption.

Das Tantalkarbid zeigt mit zunehmender Entkohlung eine starke Dichteänderung, wodurch starke mechanische Spannungen in den Rillenbereichen auftreten können. Mit dieser Entwicklung geht bei zunehmender Brenndauer ein temperaturinduziertes Kristallkornwachstum im Filament einher. Das Kristallkornwachstum endet erst, wenn die Kristallkömer den Durchmesser des Filamentdrahts erreicht haben. Dann können sich Einzelkorngrenzen über den gesamten Drahtquerschnitt spannen und eine durchgehende Bruchebene oder Gleitebene bilden. Die wachsenden Kristallkorngrenzschichten zeigen wegen der dortigen starken Gitterstörungen schon selbst eine Dichteänderung, die mechanische Spannungen erzeugt.

Folglich liegt in den Rillen und den von hier ausgehenden Korngrenzschichten die größte Gitterstörung bzw. die geringste mechanische Festigkeit des Filaments zu-

sammen mit den großen mechanischen Spannungen vor. An diesen selbstinduzierten Bruchstellen reißt nach einer bestimmten Brenndauer der Filamentdraht ab. Um dieses Verhalten wenigstens zu verzögern, werden heute bekannterweise die Filamente wie beispielsweise Wolframfilamente mit Metallen wie Rhenium oder Hafnium legiert oder mit Fremdmetalloxiden aus Thorium, Aluminium, Kalzium, Silizium oder Kalium dotiert. Die Legierung führt zur Bildung von Mischkristallen mit geringeren Kristallwachstumsgeschwindigkeiten im Filament, wohingegen die Fremdmetalloxiddotierung zu Gitterstörstellen führt, die das Kristallkornwachstum verzögern oder in bestimmte Wachstumsrichtungen lenken, um beispielsweise im Fall von in den Filamentrohdraht gebrachten Kaliumclustern, die sich durch den Drahtziehvorgang entlang der Drahtachse verziehen bzw. Längsspuren bilden, ein so genanntes Stapeldrahtgefüge zu erzeugen, das das Hochtemperatur-Korngrenzgleiten einschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle anzugeben, bei der eine Verlängerung der Betriebsdauer mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.

Die voranstehende Aufgabe ist durch eine Lichtquelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Lichtquelle derart ausgestaltet und weitergebildet, dass dem Filament mindestens eine ein elektrisches Feld zur Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament erzeugende Elektrode zugeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die voranstehende Aufgabe auf überraschend einfache Weise durch den Einsatz einer zusätzlichen Elektrode im Kolben der Lichtquelle gelöst wird. Im Konkreten ist die Elektrode derart ausgestaltet und angeordnet, dass mit der Elektrode ein elektrisches Feld zur Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament erzeugt werden kann. Mit anderen Worten kann bei der erfindungsgemäßen Lichtquelle die hinsichtlich der Stabilität des Filaments ungünstige Glühemission von Elektronen während des Betriebs der Lichtquelle in weitem Umfang unterdrückt werden. Dies hat zur Folge, dass gleichermaßen die für die Stabilität des Filaments schädlichen externen Heizströme und Hotspots unterdrückt werden können. Externe Elektronenströme im Außenraum des Filaments oder um das Filament herum sind damit weitestgehend unterdrückt.

Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Lichtquelle eine Lichtquelle angegeben, bei der eine Verlängerung der Betriebsdauer mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.

Zur Realisierung eines besonders wirksamen elektrischen Felds und einer besonders sicheren Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament könnte die Elektrode zumindest bereichsweise die Form des Filaments aufweisen. Ein durch das Filament erzeugtes und gegebenenfalls zwischen Abschnitten des Filaments vorliegendes elektrisches Feld könnte hierdurch besonders wirkungsvoll kompensiert werden.

Bei einer konkreten Ausgestaltung könnte die Elektrode die Form einer Zylinderwendel aufweisen und hierbei besonders günstig an ein zylinderwendelförmiges Filament angepasst sein. Mit der Elektrode könnte in diesem Fall zwischen den Wendelwindungen ein elektrisches Gegenfeld erzeugt werden, das das elektrische Feld kompensiert oder überkompensiert, das zwischen benachbarten Filamentwen- delwindungen beim Lichtquellenbetrieb vorliegt.

In besonders wirksamer Weise könnte die wendeiförmige Elektrode parallel oder koaxial zu einer Wendel des Filaments angeordnet sein. Eine zu der Filamentwen- del formgleiche Elektrode könnte dann so angeordnet werden, dass ihr Wendelgang parallel zum Filamentwendelgang verläuft und genau mittig zwischen den Filament- wendelwindungen liegt. Mit anderen Worten könnten die Windungen der wendeiförmigen Elektrode in etwa in der Mitte der Windungen des Filament angeordnet sein.

Die wendeiförmige Elektrode könnte dieselbe Wendelachse, dieselbe Anzahl an Windungen und denselben Windungsradius wie eine Wendel des Filaments aufweisen. Hierdurch könnte in besonders wirksamer Weise quasi eine Doppelwendel mit zwei Wendelgängen vorgesehen sein, bei der ein Wendelgang das Filament und der andere Wendelgang die Elektrode bildet. Eine Herstellung der Lichtquelle könnte dann dadurch erfolgen, dass beispielsweise zwei gleiche Filamentrohdrähte nebeneinander gemeinsam gewickelt werden, um die Doppelwendel zu ergeben.

Zu r sicheren Erzeugung des notwendigen Gegenfelds könnte eine Seite der Elektrode oder Elektrodenwendel an den negativen Filamentanschluss angeschlossen sein. Der negative Filamentanschluss ist quasi die Elektronenzuführungsseite des Filaments. Diese Anordnung bietet sich für einen Lichtquellenbetrieb mit Gleichspannung an.

Der Anschluss der Elektrode an das Filament könnte außerhalb des Kolbens vorliegen. Hierdurch ist ein einfacher Zugang bei möglichen Defekten der Lichtquelle gewährleistet.

Die andere Seite der Elektrode könnte in besonders einfacher Weise als offener Kontakt ausgebildet sein. Als Alternative zu diesem elektrisch unangeschlossenen Zustand könnte die andere Seite der Elektrode ebenfalls an den negativen Filamentanschluss angeschlossen sein. Die Elektrode oder Elektrodenwendel bleibt damit stromfrei.

Bei einer weiteren Alternative könnten beide Seiten der Elektrode als offener Kontakt oder elektrisch unangeschlossen ausgebildet sein. Mit anderen Worten bleibt die Elektrode oder Elektrodenwendel hierbei an beiden Seiten zum Filament oder zur Filamentwendel unkontaktiert bzw. offen. Eine derartige Ausführung bietet sich an, wenn die Filamentwendel oder das Filament auf ein anderes elektrisches Potential als das der Filamentanschlüsse gelegt werden soll, beispielsweise wenn für den Lichtquellenbetrieb eine Wechselspannung vorgesehen ist.

Zur exakten und sicheren Positionierung der Elektrode oder der Elektrodenwendel relativ zum Filament oder zur Filamentwendel könnte die Elektrode zumindest an einem Ende mit dem Filament fest verbunden oder verschweißt sein. Dabei könnte die Elektrodenzuführung bzw. der Elektrodensteg fest mit der negativen Filament- zuführung bzw. mit dem negativen Filamentsteg verbunden sein. Dies könnte durch eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder eine Verbindung realisiert sein, bei der der Filamentsteg bzw. der Elektrodensteg den Elektrodensteg bzw. Filamentsteg fest umschlingt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung könnte die Elektrode mit ihren Enden jeweils an separaten elektrischen Kontakten angeschlossen sein. Hierdurch ist eine

unabhängige Spannungsversorgung des Filaments und der Elektrode und damit eine besonders individuelle und an individuelle Erfordernisse anpassbare Auswahl der Filament- und Elektrodenspannung ermöglicht.

Wird die Lichtquellenbetriebsspannung angelegt, so zeigt eine Elektrodenwendel gegenüber einer Filamentwendel aufgrund des elektrischen widerstandsbedingten Spannungsabfalls entlang der Filamentwendel von Windung zu Windung einen immer negativeren elektrischen Potentialunterschied zur Filamentwendei. Am Anfang der Elektrodenwendel bzw. der Filamentwendel an der ersten Wendelwindung ist der gegenseitige elektrische Potentialunterschied klein und rührt vom Zuleitungswiderstand der Filamentwendel bzw. vom zusammenhängenden Spannungsabfall her. Die Elektrodenwendel wird nur durch die Strahlungsabsorption der Filamentstrah- lung aufgeheizt, während die Filamentwendel zum Zweck der Lichtemission stark beispielsweise elektrisch aufgeheizt wird.

Daher bleibt eine Elektrode oder Elektrodenwendel stets wesentlich kälter als das Filament oder die Filamentwendel und zeigt nur gegebenenfalls eine unwesentliche Glühelektronenemission bzw. einen unwesentlichen inneren Glühemissionselektro- nenstrom und damit einen unwesentlichen Spannungsabfall. Ein gegebenenfalls auftretender Glühemissionsstrom von der Elektrode oder Elektrodenwendel kann konstruktiv zusätzlich vermindert werden, indem als Elektrodenmaterial ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird, die für Glühemissionselektronen eine möglichst hohe Elektronenaustrittsarbeit besitzt und/oder die eine möglichst geringe Strahlungsabsorption besitzt, um die eigene Aufheizung und damit die Glühemissi- onsfähigkeit im Strahlungsfeld der Filamentwendel möglichst gering zu halten. Dies wird neben der Elektrodenmaterialauswahl auch durch eine möglichst glatte oder polierte Oberfläche mit folglich möglichst großem Strahlungsreflexionsgrad erreicht.

Am Ende der Elektrodenwendel bzw. der Filamentwendel an der letzten Wendelwindung ist der gegenseitige elektrische Potentialunterschied maximal und entspricht etwa der Lichtquellenanschlussspannung. Von Wendelwindung zu Wendelwindung nimmt der elektrische Potentialunterschied bei den oben erwähnten Kleinglühlampenfilamenten mit zehn Windungen und 12 Volt Anschlussspannung je Windung um ca. -1 Volt zu, so dass spätestens nach der ersten Windung das elektrische Feld zwischen den benachbarten Filamentwendelwindungen durch das

zwischen den Elektrodenwindungen und den benachbarten Filamentwindungen anliegende elektrische Feld überkompensiert ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Lichtquelle könnte die Elektrode zwei einander gegenüberliegende Elektrodenelemente mit dazwischen angeordnetem Filament aufweisen. Mit anderen Worten werden in diesem Fall jeweils ein Elektrodenelement an einem Ende des Filaments angeordnet und wird zwischen den Elektrodenelementen das zur Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament erforderliche elektrische Feld erzeugt.

Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung könnten die Elektrodenelemente als Platten ausgebildet sein. Dies würde letztendlich zur Realisierung eines Plattenkondensators führen, dessen Platten durch die Elektrodenelemente gebildet sind.

In besonders vorteilhafter Weise könnten die Elektrodenelemente jedoch als flache Drahtspiralen ausgebildet sein, die letztendlich die Funktion der Platten in einem Plattenkondensator übernehmen. Im Gegensatz tu undurchsichtigen Platten wird durch die Drahtspiralen der Lichtstrom des Filaments nicht abgeschattet. Die Drahtspiralen sind dabei tellerförmig oder plattenförmig ausgebildet und könnten auch nur einige wenige Windungen aufweisen.

Die Längsachse einer Filamentwendel könnte parallel zu den Flächennormalen der durch die Platten oder Drahtspiralen gebildeten Flächen oder Ebenen angeordnet sein oder könnte gar mit den Flächennormalen übereinstimmen. Mit anderen Worten könnte sich eine Filamentwendel quer durch das durch die Platten oder Drahtspiralen eingefasste Volumen erstrecken.

Zur Gewährleistung einer besonders sicheren Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament könnte ein Durchmesser der Platten oder Drahtspiralen größer sein als der Durchmesser des Filaments oder einer Filamentwendel. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn das Filament oder die Filamentwendel in den durch die Platten oder Drahtspiralen aufgespannten Zwischenraum hineinpasst und jedenfalls nicht aus diesem Zwischenraum heraussteht.

Die Platten oder Drahtspiralen könnten rechtwinklig von den durch die Platten oder Drahtspiralen gebildeten Flächen oder Ebenen abgewinkelte gerade Drahtenden aufweisen, die als Anschlusskontakte beispielsweise parallel zu den Filament- anschlüssen oder Wendelfilamentanschlüssen bzw. Filamentstegen durch den Lichtquellen- oder Lampensockel geführt sein könnten.

Die Spannung zwischen den Elektrodenelementen könnte im Konkreten der an das Filament angelegten Spannung entgegengesetzt sein, um eine Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament zu gewährleisten. Hierdurch ist eine Kompensation des zwischen den Filamentwindungen vorliegenden Felds erreicht. Mit anderen Worten wird zwischen den Anschlusskontakten der Platten oder Drahtspiralen eine elektrische Spannung angelegt, die der Spannung zwischen den FiIa- mentanschlusskontakten entgegengesetzt ist, so dass das elektrische Feld zwischen den Elektrodenelementen dem elektrischen Feld zwischen den Filamentwindungen entgegengesetzt ist und dieses kompensiert. Diese Ausgestaltung ist sowohl für einen Gleichspannungsbetrieb als auch für einen Wechselspannungsbetrieb der Lichtquelle einsetzbar.

Die Elektrodenelemente könnten jeweils an einen Filamentanschluss - umgekehrt - angeschlossen sein. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Elektrodenelemente mit demselben Spannungsbetrag versorgt sind wie das Filament. Es ist jedoch auch ein separater elektrischer Anschluss der Elektrodeneiemente denkbar.

In besonders vorteilhafter Weise könnte die Elektrode ein Metall oder eine Metalllegierung mit hoher Elektronenaustrittsarbeit aufweisen. Hierdurch ist eine ungewünschte θlühemission von Elektronen aus der Elektrode weitestgehend reduziert. Des Weiteren könnte die Elektrode eine glatte oder polierte Oberfläche aufweisen, um keine elektrischen Felderhöhungen entlang der Elektrodenoberfläche zu erzeugen.

In weiter vorteilhafter Weise könnten oder könnte das Filament und/oder die Elektrode ein Metall oder Metallkarbid oder mindestens eine Legierung mit einem Metall oder Metallkarbid aufweisen. Als Metall bietet sich hierbei Tantal oder Wolfram an. Als Metallkarbid ist Tantalkarbid bevorzugt.

Bθi der erfindungsgemäßen Lichtquelle erfahren die Glühemissionselektronen kein elektrisches Absaugfeld zwischen benachbarten Filamentwindungen mehr und werden im resultierenden elektrischen Feld zwischen der Elektrode oder Elektrodenwendel und dem Filament oder der Filamentwendel auf die Fifamentoberfläche zurückgedrückt. Sie bilden dabei lediglich eine stationäre Elektronenwolke um den Filamentdraht herum und die weitere Glühemission wird unterdrückt.

Die Unterdrückung des externen Glühemissionsstroms hat einen weiteren Vorteil für den Lichtquellenbetrieb. Jedes emittierte Glühelektron nimmt bei seiner Wanderung von einer Filamentwindung zur nächsten aus dem elektrischen Feld zwischen den Windungen mit dem elektrischen Potentialunterschied δU die Feldenergie eδU auf. Diese wird beim Eintritt der Glühemissionselektronen aber nicht an das Filament abgegeben, denn bei den üblichen Atmosphärenbedingungen um das Filament von beispielsweise typisch 760 Torr Edelgasdruck liegt die freie Weglänge der Elektronen im Umgebungsgas unter 2 x10 ^'5 cm bei einem Filamentwendelwindungsabstand von 0,15 cm.

Deshalb geben die Elektronen ihre im elektrischen Feld gewonnene kinetische Energie durch Stoß mit einer Stoßfrequenz von größer als 10 ¹⁰ /s an die Atmosphärenteilchen ab. Wird jedoch der externe Glühemissionsstrom erfindungsgemäß unterdrückt, so wird diese Feldenergie nicht dem Lichtquellenbetrieb entzogen und die Lichtemission erfolgt effizienter und energiesparender.

Die danach fertig gestellte Erfindung bzw. Lichtquelle zeigt aufgrund der Elektroden und des hierdurch unterdrückten inhomogenen externen Heizstroms nicht die oben beschriebenen nachteiligen Eigenschaften. Die erfindungsgemäße Lichtquelle weist deshalb wesentlich längere Lebensdauern bzw. Betriebsdauem auf. Die Erfindung ist überall dort vorteilhaft, wo Glühfilamentlampen bzw. Glühfilamente durch Hotspots zerstört werden, die von Glühelektronenemissionsströmen verursacht werden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lichtquelle anhand der

Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung sechs Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lichtquelle und

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung zwei weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lichtquelle.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht sechs Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lichtquelle, die als Glühlampe ausgebildet ist. Des Weiteren zeigt Fig. 2 zwei weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lichtquelle, die ebenfalls als Glühlampe ausgebildet ist. Die Lichtquellen weisen einen Kolben 7 und ein in dem Kolben 7 angeordnetes beheizbares Filament 1 auf. Im Hinblick auf eine verlängerte Betriebsdauer und Lebensdauer der Lichtquelle ist dem Filament 1 eine ein elektrisches Feld zur Unterdrückung der Emission von Elektronen aus dem Filament 1 erzeugende Elektrode 2 zugeordnet.

Das Filament 1 ist bei sämtlichen Ausführungsbeispielen als Zylinderwendel ausgebildet. Bei den Ausführungsbeispielen in der linken und in der mittleren Spalte der Fig. 1 und bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 2 ist auch die Elektrode 2 in Form einer Zylinderwendel ausgebildet.

Bei den Ausführungsbeispielen in der rechten Spalte der Fig. 1 weist die Elektrode zwei einander gegenüberliegende Elektrodenelemente 3 mit dazwischen angeordnetem Filament 1 auf. Die Elektrodenelemente 3 sind dabei als Platten ausgebildet, so dass hier letztendlich ein Plattenkondensator realisiert ist, in dessen Zwischenraum das Filament 1 angeordnet ist.

Jede Spalte in Fig. 1 zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Lichtquelle. Dabei weisen diese beiden Ausführungsbeispiele im Wesentlichen die gleiche Konstruktion auf, wobei lediglich das Filament 1 und die Elektrode 2 einmal horizontal und einmal vertikal angeordnet sind. In gleicher Weise unterscheiden sich die beiden Ausfüh-

rungsbeispiele in Fig. 2 lediglich durch die horizontale und vertikale Anordnung des Filaments 1 und der Elektrode 2.

Das Filament 1 weist außerhalb des Kolbens 7 angeordnete Filamentanschlüsse 5 auf. In gleicher Weise weist die Elektrode 2 mindestens einen außerhalb des Kolbens 7 angeordneten Elektrodenanschluss 4 auf. In der linken und in der mittleren Spalte der Fig. 1 sind das Filament 1 und die Elektrode 2 quasi ineinander angeordnet. Diese Anordnung weisen auch die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 auf. In der linken Spalte der Fig. 1 ist eine Seite der Elektrode 2 an den negativen FiIa- mentanschluss 5 angeschlossen. Die andere Seite der Elektrode 2 ist ebenfalls an den negativen Filamentanschluss 5 angeschlossen.

Bei den Ausführungsbeispielen in der mittleren Spalte der Fig. 1 ist die Elektrode 2 über separate Elektrodenanschlüsse 4 elektrisch kontaktiert. Hierbei liegen demnach vier Anschlüsse für die beiden Seiten des Filaments 1 und die beiden Seiten der Elektrode 2 vor.

Bei den in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist eine Seite der Elektrode 2 ebenfalls an den negativen Filamentanschluss 5 angeschlossen. Die andere Seite der Elektrode 2 ist jedoch als offener Kontakt 8 ausgebildet, der außerhalb des Kolbens 7 endet.

Die rechte Spalte der Fig. 1 zeigt zwei Ausführungsbeispiele mit als Platten ausgebildeten Elektrodenelementen 3 der Elektrode 2. Die Elektrodenelemente 3 sind mit ihren Elektrodenanschlüssen 4 jeweils an die Filamentanschlüsse 5 mit angeschlossen, jedoch in entgegengesetzter Polung. Damit ist die Spannung zwischen den Elektrodenelementen 3 der an das Filament 1 angelegten Spannung entgegengesetzt aber vom Betrag her gleich.

Bei allen Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 und 2 sind die zu einer Spannungsversorgung führenden Anschlusskontakte mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet.

Die in der linken Spalte der Fig. 1 sowie in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiele sind vorzugsweise für den Gleichspannungsbetrieb ausgebildet. Die in der mittleren

und in der rechten Spalte der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiele sind bevorzugt für den Wechselspannungsbetrieb ausgebildet.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.

Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.