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Verfahren zur Herstellung von gasgefüllten elektrischen Glühlampen
Die Erfindung betrifft gasgefüllte elektrische Glühlampen mit Metallglühkörpern, insbesondere wendelförmigen Wolframglühkörpern, und bezweckt die Erhöhung der Qualität und des Verkaufswertes solcher Glühlampen durch weitgehende Vermeidung von Gasentladungen in der Lampe.
Es ist bekannt, dass in gasgefüllten elektrischen Glühlampen mit wendelförmigen Wolframglühkörpern und insbesondere in Glühlampen mit doppelwendelförmigen Glühkörpern während des Brennens der Lampe, insbesondere nach dem Einschalten, oft elektrische Gasentladungen auftreten, wobei dann ein Strom wesentlich höherer Intensität durch das Gas als durch den Glühfaden fliesst. Diese sogenannte Bogenentladung kann zerstörende Wirkungen ausüben, indem sie die Stromzuführungen zum Schmelzen bringt, Sprünge im Füsseheii. der Lampen verursacht, den Sockel beschädigt, ja sogar die ganze Glühlam- pe explosionsartig zerstören kann.
Dieses, mangels besonderer Massnahmen eine zerstörende Wirkung aus- hubende heftige Mass der Bogenentladung wird in der Praxis Lichtbogenkurzschluss, Kurzschluss oder Abblitzen, in vorliegender Beschreibung daher"Abblitzen"genannt.
Als schützende Massnahme gegen die zerstörende Wirkung des Abblitzens ist es bekannt, jenen Abschnitt des einen oder beider Stromzuführungsdrähte 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 5-20%, zugemischt und in der Lampe ein roter Phosphorgetter vorgesehen. Es ist ferner bekannt, die Gefahr der Entstehung der Bogenentladung durch Erhöhung des Füllgasdruckes der Lampe zu verringern.
Anlässlich von Untersuchungen des Abblitzens wurde nun beobachtet, dass das Abblitzen manchmal bedeutend öfter vorkommt, als dies aus sämtlichen Fabrikationsdaten der unter schärfster Kontrolle mit grösster Sorgfalt hergestellten Lampen vorausgesehen werden konnte. Auch eine nachträgliche Untersuchung derjenigen Lampen, die ihre Lebensdauer durch Abblitzen vorzeitig beendet hatten, gab keine Aufklärung über die Ursache der stark erhöhten Gefahr des Abblitzens der betreffenden Lampen. Die systematische Untersuchung dieser unerklärlichen Erscheinungen führte aber endlich zu der, die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildenden Entdeckung, dass scheinbar unbegründetes Abblitzen der Radioaktivität des Füllgases zuzuschreiben ist.
Um einen einwandfreien Beweis der Richtigkeit dieser Entdeckung zu erhalten, wurden einzelne Glühlampen der untersuchten Lampengruppen während des üblichenDauerbrennversuches radioaktiver Bestrahlung ausgesetzt und festgestellt, dass bei den derart bestrahlten Lampen, selbst bei verhältnismässig geringer Intensität dieser Bestrahlung, der Prozentsatz der ihr Leben durch vorzeitiges Abblitzen beendenden Lampen beträchtlich anstieg.
Zwecks billigerer, schnellerer und genauerer Feststellung der zahlenmässigen Werte der Gefahr des
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Abblitzens wurde ferner eine Untersuchungsmethode ausgearbeitet, bei der die Entstehung der Bogenentladung in der Lampe willkürlich und ohne hiedurch erfolgende Zerstörung des Glühkörpers herbeigeführt werden kann. Bei dieser Methode wird die zu untersuchende Glühlampe an ihrer Nennspannung gebrannt, und dieser Spannung wird zeitweise und nur auf eine sehr kurze Zeitdauer eine stets wachsende Gleichspannung überlagert. Bei einer gewissen Überlagerungsspannung erfolgt nun unter Einwirkung derselben eine Bogenentladung in der Lampe, die weder den Glühkörper der Lampe zerstört, noch die etwa in die Lampe eingebaute Schmelzsicherung durchbrennt.
Diejenige Spannung, bei welcher bei obiger Anordnung die obengenannte Bogenentladung in der Lampe entsteht, sei "Impulsspannung" genannt und es wurde festgestellt, dass zwischen derselben und der prozentuellen Anzahl der ihr Leben durch vorzeitigen Bogenabbrand beendenden Glühlampen ein eindeutiger Zusammenhang besteht, der für die betreffende Lampentype experimentell zahlenmässig festgestellt werden kann und die Gefahr des Abblitzens umso geringer ist, je höher die Impulsspannung liegt. So z.
B. wurden Lampen für 220 Volt Nennspannung, 40 Watt Energieverbrauch und einem doppelwendeiförmigen Wolframglühkörper mit einer Gasfüllung, die aus 880/0 Kr und 12% N bestand und bei Zimmertemperatur einen Druck von 700 Torr aufwies, untersucht.
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gende Radioaktivität aufwies, dass die Impulsspannung 1690 Volt betrug, etwa 8% der untersuchten Lampen ihre Lebensdauer durch vorzeitigen Bogenabbrand beendeten, während bei einem Füllgasgemisch obiger Zusammensetzung, aber von einer solchen, nur etwa 1, 5.
10-9 Curie/Liter betragenden Radioaktivität, bei der die Impulsspannung, bei einer Lampe obigen Aufbaus und unter identischen Bedingungen bestimmt, 1740 Volt betrug, nur etwa 2% der untersuchten Lampen ihre Lebensdauer durch vorzeitigen Bogenabbrand beendete.
Messungen der Radioaktivität der verschiedenen üblichen Füllgasgemische ergabenwerte bis 1. 10- Curie/Liter (bei einem Gemisch von Kr, Xe und N) und Messungen der Radioaktivitäten der einzelnen Füllgase Radioaktivitäten von zwischen etwa 1, 5. 10-9 und 3. 10-9 Curie/Liter bei Argon, zwischen etwa 1, 5. 10-9 und 9. 10-9 Curie/Liter bei Krypton und zwischen etwa 9. 10-9 und 1. 10-1 Curie/Li- ter bei Xenon. Diese Messungen wurden bei Abschirmung der Strahlung der Umgebung mittels 15 mm starken Bleiplatten, in durch das Messgerät strömenden Gasen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 3-5 Liter pro Stunde durchgeführt.
Die Füllgase werden bekanntlich aus atmosphärischer Luft hergestellt bzw. abgeschieden. Ihre Radioaktivität ist dem im Laufe des Herstellungsverfahrens sich insbesondere in den schweren Edelgasen anreichernden radioaktiven Luftbestandteilen und Verunreinigungen, also insbesondere dem Radongas nebst dessen radioaktiven Zersetzungsprodukten und den übrigen, ebenfalls im Laufe des Herstellungsverfahrens angereicherten sonstigen natürlichen und bzw. oder künstlichen radioaktiven Stoffen zuzuschreiben, zwischen dessen sich i. i letzterer Zeit oft auch solche radioaktive Isotopen befinden, die Produkte künstlich herbeigeführter nuldearer Reaktionen sind.
Da die Erhöhung der Gefahr des Abblitzens der ionisierenden Wirkung der verschiedenen Strahlungen der radioaktiven Stoffe zuzuschreiben ist, folgt erfindungsgemäss aus den obigen Beobachtungen und Messungen - ungeachtet dessen, ob die oben beschriebene, im allgemeinen bestehende Radioaktivität natürlichen oder künstlichen Ursprung hat-, dass zwecks Herstellung von Lampen, bei denen die Gefahr des Abblitzens vermindert und deren durchschnittliche Lebensdauer
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sen.
Erfindungsgemäss werden daher gasgefüllten elektrische Glühlampen derart hergestellt, dass zur Füllung derselben ein Füllgas verwendet wird, das vor der Einfüllung in die Lampe mindestens einem zur minde- stens teilweisen Entfernung der radioaktiven Verunreinigungen geeigneten Reinigungsprozess unterworfen worden ist.
Da Lampen bekanntlich meistens mit aus mehreren Gasen bestehenden Gemischen gefüllt werden, ist es zweckmässig, die das Füllgasgemisch bildenden Gase einzeln zu reinigen, umsomehr, als diese Reini- gung vorteilhaft im Laufe ihres Herstellungsverfahrens erfolgen kann. Zweckmässig ist es aber jedenfalls, auch das fertige Füllgasgemisch vor seiner Einfüllung in die Lampe auf seine Radioaktivität zu prüfen, t oder dieselbe laufend zu kontrollieren. Der Reinigung bedürfen vorwiegend die schweren Edelgase, doch kann es auch oft zweckmässig oder erforderlich sein, das fertige Füllgasgemisch ebenfalls einem Reini- gungsprozess zu unterwerfen. Das Ausmass der Entfernung der radioaktiven Stoffe hängt von verschiedenen
Faktoren ab, und wird ausserdem auch durch wirtschaftliche Erwägungen beeinflusst.
Eine zu weitgehende
Entfernung der radioaktiven Stoffe ist nämlich umständlich und kostspielig, und auch technisch sozusagen i zwecklos, wenn die hiedurch verringerte Radioaktivität des Füllgasgemisches unter ein gewisses Mass sinkt.
Als dieses Mass ist im allgemeinen dasjenige anzunehmen, bei dem die in Röntgen-Einheiten gemessene
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Strahlungsintensität, die durch die Radioaktivität der Füllgase verursacht wird, etwa gleich der die Lampe ohnehin treffenden Intensität sonstiger ionisierender Strahlungen, z. B. der kosmischen Strahlung, ist.
Ausserdem hängt das noch jeweils zulässige Mass der Radioaktivität des Füllgasgemisches weitgehend von der Lampentyp, deren Fadentemperatur, Füllgaszusammensetzung, Füllgasdruck, usw. ab. Der wesentliche, durch die Erfindung ermöglichte Fortschritt besteht darin, die Ursache des bisher unerklärlichen allzu häufigenAbblitzens der Lampen einzelner Fabrikationsserien ermittelt und der Industrie ein Verfahren zur Verfügung gestellt zu haben, mittels dessen die Gefahr des Abblitzens ständig und von der unkontrollierbar eintretenden radioaktiven Verunreinigung der Luft unabhängig innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden kann, wodurch auch die durchschnittliche Lebensdauer und der Wirkungsgrad der Lampen und ihr Verkaufswert erhöht wird.
Die Entfernung der radioaktiven Verunreinigungen der Füllgase kann verschiedenartig erfolgen, je nach der Art derselben und sonstigen Erwägungen. Die schweren Edelgase, d. h. Krypton und Xenon, aber auch das Argon, werden vom radioaktiven Radongas, welches ja ebenfalls ein Edelgas ist, zweckmässig im Laufe ihres Herstellungsverfahrens, in an sich bekannter Weise, z. B. durch Fr ktionierung, befreit. Erfahrungsgemäss genügt dies aber meistens noch nicht, und die andern und auf diese Art nicht entfernbaren radioaktiven Verunreinigungen, z. B. einige Isotopen künstlichen Ursprungs, müssen aus den einzelnen Edelgasen oder deren Gemisch, gegebenenfalls aus dem bereits zum Füllen der Lampen zu verwendenden Füllgasgemisch, ebenfalls mindestens teilweise entfernt werden. Dies kann z.
B. durch Filtrieren in der Flüssigkeitsphase, oder durch elektrostatische Reinigung in der Gasphase, d. h. Verwendung eines Elektrofilter erfolgen.
Unerwünschte radioaktive Edelgasverunreinigungen. z. B. irgendein radioaktives Edelgasisotop, können auch mittels massenspektroskopischer Verfahren oder mittels der sogenannten Clusius-Röhre, d. h. durch thermische Diffusion, entfernt werden. Es ist aber auch die Entfernung einiger radioaktiver Verunreinigungen auf chemischem Wege. möglich, z. B. im Falle einzelner Zersetzungsprodukte. So z. B. kann das Polonium od. dgl. in ein Halogenid, z. B. Bromid, übergeführt und hiedurch chemisch gebunden werden, wonach es dann in dieser Form, als Halogenid, leicht entfernt werden kann.
Die obengenannten Reinigungsprozesse werden in der Praxis zweckmässig gemeinsam, d. h. nacheinander bzw. miteinander kombiniert verwendet. Man verwendet also z. B. bei der Herstellung der Edelgase eine Fraktionierungskolonne, die das Radongas abscheidet, wodurch die übrigen Edelgase hievon be- freit werden. Dieselben werden dann in noch flüssigem Zustand filtriert, und hienach, gegebenenfalls bereits in der Gasphase, unter geeignetem Druck, weitere radioaktive Verunreinigungen chemisch, in Form von Halogeniden, entfernt, und hienach die Gase einer elektrostatischen Reinigung unterworfen. Hienach kann erforderlichenfalls z. B. eine massenspektroskopische Entfernung einzelner Isotopen und bzw. oder eine thermische Diffusion vorgenommen werden.
Jedenfalls ist es aber zweckmässig, das fertig zusam- mengesetzt, Füllgasgemisch auf seine Radioaktivität laufend zu prüfen, indem z. B. ein Teil des zu den Vorratsbe-tern oder Automaten strömenden Gasstroms abgezweigt und durch einePrüfeinrichtung geleitet wird, die beim Überschreiten eines gewissen vorbestimmten, von der Lampentype abhängigen Wertes
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nen stets den jeweiligen Erfordernissen angepasst, also gegebenenfalls in anderer Reihenfolge und bei den zweckmässigste Drücken und Temperaturen ausgeführt, einzelne weggelassen oder durch andere ersetzt werden.
Die mittels des neuen Verfahrens hergestellten Lampen können ihr Füllgas bzw. Füllgasgemisch sowohl unter dem üblichen wie auch unter erhöhtem Druck enthalten und in den verschiedenartigsten Ausführungen hergestellt werden, also einfach wendelförmige oder doppel-oder mehrfach wendelförmige Glühkörper aus Wolframdraht enthalten. Sie sind von der Gefahr des Abblitzens und daher des vorzeitigen Ausbrennens weitgehend und verlässlich frei. Obzwar die Radioaktivität ihres Füllgases, von der jeweiligen Type abhängig, zwischen ziemlich weiten Grenzen liegen kann, ist es im allgemeinen zweckmä- ssig, wenn dieselbe unter l0-9Curie/Liter liegt. Es ist unwesentlich ob die Radioaktivität des Füllgasemisches auf den gewünschten Wert durch Reinigung der einzelnen Komponenten oder des Gesamtgemisches gebracht worden ist.
Es ist deshalb auch möglich, einzelne in geringerer Menge vorhandene Kom- ponenten des Füllgasgemisches mit höherer Radioaktivität zuzulassen, d. h. nicht oder kaum zu reinigen, wenn die andere Komponente bzw. anderen Komponenten von den radioaktiven Verunreinigungen so weitgehend befreit worden sind, dass die Radioaktivität des fertigen Füllgasgemisches den gewünschten Wen nicht überschreitet.