Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper, insbesondere
mit Halogenfüllung,
gemäß dem Oberbegriff
des An spruchs 1 bereitzustellen, die eine lange Lebensdauer ermöglicht und
das Problem der Brüchigkeit
des Leuchtkörpers überwindet.
Diese
Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird dafür ein integraler Leuchtkörper verwendet,
bei dem die beiden Stromzuführungen
eine Fortführung
des gewendelten Leuchtkörpers
sind. Leuchtkörper
und Stromzuführung
sind aus einem einzigen Draht gebildet. Die Stromzuführung ist
teilweise beschichtet, wobei ein gewisser Abstand der Beschichtung
zum Leuchtkörper
sinnvoll ist. Der Abstand orientiert sich an der Temperatur, die
im Betrieb an der Stelle der Grenze zwischen beschichtetem und unbeschichtetem
Teil der Stromzuführung
erreicht wird.
Zur
Vermeidung bzw. Verringerung der Brüchigkeit des Leuchtkörpers in
dem Bereich, in dem das spröde
Ta2C vorliegt, werden zwei verschiedene Ausführungsformen
der Beschichtung vorgeschlagen.
Der
ersten bevorzugten Ausführungsform liegt
der Gedanke zugrunde, vor der Durchführung der Karburierung der
TaC Wendel diejenigen Stellen, an denen aufgrund der dort auftretenden
niederen Temperaturen die Karburierung des Tantals nicht abgeschlossen
werden kann und dementsprechend hauptsächlich das spröde Subcarbid
Ta2C vorliegt, vor der Durchführung der
Karburierung durch eine Beschichtung zu schützen. Die Beschichtung soll
primär
das Tantal in den entsprechenden Bereichen gegen die Kohlenstoff
enthaltende Atmosphäre
die während
der Karburierung über
den Pumpstengel bereitgestellt wird, abschirmen, so dass an diesen Stellen
keine Karburierung erfolgt. Nur diejenigen Bereiche des ursprünglich aus
Tantal bestehenden Leuchtkörpers,
die sich bei sehr hohen Temperaturen oberhalb 2000 °C, bevorzugt
oberhalb ca. 2300°C befinden,
werden nicht mit einer Schutzschicht versehen und folglich komplett
zu TaC durchkarburiert (der genaue Grenzwert hängt von den jeweiligen Randbedingungen
ab), siehe 1 in der Anlage. Das Auftreten
des spröden
Subcarbids Ta2C lässt sich bedingt durch die
longitudinale Diffusion von Kohlenstoff in Richtung des Temperaturgradienten nicht
vollständig
vermeiden, kann aber auf einen relativ kleinen Bereich beschränkt werden.
Sekundär kann
die Beschichtung auch zur Stabilisierung des Abgangs dienen, wenn
der schmale Bereich der Existenz des Subcarbids durch eine Schutzschicht mechanisch
stabilisiert wird (Vermeidung einer von der Oberfläche einsetzenden
Rissbildung). Die Schutzschicht muss wenigstens den Karburierungsprozess überstehen,
um einen sicheren Transport der Lampen zum Kunden zu gewährleisten.
Danach wird die Schutzschicht, abhängig von der konkreten Anwendung,
nicht mehr unbedingt benötigt;
ein – auch
teilweiser – Abbau
der Schutzschicht durch Diffusion oder chemische Prozesse kann dann
u.U. hingenommen werden. Sie ist im Regelfall jedoch nicht erwünscht. Das
Material der Schutzschicht darf bei den Temperaturen, bei denen
ohne die Schutzschicht das spröde
Subcarbid entstehen würde,
nicht schmelzen oder verdampfen, d.h. der Schmelzpunkt sollte möglichst
oberhalb ca. 2000 °C,
besser noch deutlich höher
liegen. Bei Schutz des aus Ta2C bestehenden Übergangsbereichs
gemäß diesem
Grundprinzip ist wesentlich, dass die Beschichtung an den Abgängen bis
zu Orten so nahe am Leuchtkörper
angebracht wird, dass der Übergangsbereich
zwischen den unbeschichteten und den beschichteten Orten am Abgang
sich bereits auf so hoher Temperatur befindet, dass am Bereich der
Stromzuführung,
der unmittelbar dem Ende der Beschichtung folgt, eine vollständige Karburierung
des Tantals zu Tantalcarbid stattfinden kann. In der Regel muss
daher die Beschichtung – zumindest
in den Bereichen nahe des Übergangs
zum unbeschichteten Bereich – so
dünn sein,
dass hier durch die Beschichtung keine erhöhte Wärmeabfuhr verursacht wird.
Typische Schichtdicken sind 1 bis 50 μm. Der jeweilige Wert hängt vom verwendeten
Beschichtungsmaterial und der Dicke des zu beschichtenden Drahtes
ab. In „kälteren" Bereichen nahe des
Abgangs kann die Beschichtung auch dicker sein, um hier zusätzlich eine
mechanische Stabilisierung zu erreichen. Die Schichtdicke kann also
einem Gradienten folgen, wobei in Richtung der Quetschkante die
Schichtdicke stetig oder sprunghaft zunimmt.
Gemäß einer
zweiten bevorzugt Ausführungsform
werden die Abgänge
mit einer relativ dicken Schicht eines Material umgeben, um zum
einen die Abgänge
mechanisch zu stabilisieren, und zum anderen die Stellen mit der
spröden Übergangsphase
Ta2C zu Orten so nahe am Leuchtkörper zu
verschieben, dass durch „Verkürzung des
Hebelarms" bei Stossbelastung
eine Erhöhung
der Stossfestigkeit stattfindet. Typische Schichtdicken liegen im
Bereich 50 bis 200 μm.
In diesem Fall übernimmt
die relativ dicke Schutzbeschichtung eine ähnliche Funktion wie die in
DE-Az 10 2004 014 211.4 (noch nicht veröffentlich) beschriebene Überzugswendel.
In diesem Fall können
als Material für
die Schutzbeschichtung neben den unter Grundprinzip 1 genannten
Stoffen auch solche Metalle verwandt werden, welche mit Kohlenstoff
Carbide bilden, welche zwar ebenfalls spröde sind, deren Sprödigkeit
aber nicht so groß ist wie
diejenige des Ta2C. In Frage kommen z.B.
die Metalle Wolfram, Molybdän,
Hafnium, Niob oder Zirkonium bzw. deren Carbide. Auch der Einsatz
der Carbide von Nichtmetallen ist möglich wie z.B. Borcarbid oder
Siliziumcarbid.
Für höhere Anforderungen
wird der Gebrauch einer Schutzschicht gemäß erster Ausführungsform
mit der Verwendung einer Überzugswendel
wie in DE-Az 10 2004 014 211.4 beschrieben kombiniert; daraus resultieren
weitere Vorteile wie die Erhöhung
der Einschaltfestigkeit. Die Beschichtung verhindert bzw. verzögert die
Karburierung an den Abgängen;
die Überzugswendel
sorgt für
eine weitere Stabilisierung. Wichtig ist, dass die Beschichtung
noch über
das Ende der Überzugswendel
hinaus in Richtung des Leuchtkörpers
verlängert
wird, da am Ende der Überzugswendel
häufig
noch so niedrige Temperaturen auftreten, bei denen die Karburierung
nicht abgeschlossen werden kann.
Die
hier beschriebene Erfindung bezieht sich insbesondere auf Lampen
mit reduziertem Kolbenvolumen, wobei der Abstand des Leuchtkörpers, insbesondere
dessen leuchtende Abschnitte, von der Innenwand des Kolbens höchstens
18 mm beträgt.
Insbesondere ist der Kolbendurchmesser höchstens 35 mm, insbesondere
im Bereich zwischen 5 mm und 25 mm, bevorzugt im Bereich zwischen
8 mm und 15 mm. Bei Kolben mit so geringen Abmessungen, insbesondere
so geringem Durchmesser muss der Gefahr einer Abscheidung von Feststoffen
an der Kolbenwand unbedingt entgegengetreten werden. Bei diesen
kleinen Kolbendurchmessern kann je nach Farbtemperatur der Wendel
die Kolbenschwärzung über einen
zweifachen Kreisprozess, wie er in der noch unveröffentlichten
DE-Az 103 56 651.1 beschrieben ist, deutlich reduziert bzw. vermieden
werden.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Stromzuführung
dadurch geschützt,
dass sie zumindest teilweise mit einer Beschichtung überzogen
ist.
Insbesondere
handelt es sich um einen axial oder quer zur Achse angeordneten
Leuchtkörper
in einem einseitig oder zweiseitig verschlossenen, insbesondere
gequetschten Kolben.
Bevorzugt
handelt es sich beim Leuchtkörper
um einen einfach gewendelten Draht, dessen Enden, die als Stromzuführung dienen,
ungewendelt sind. Typische Durchmesser des Drahtes für den Leuchtkörper sind
50 bis 300 μm.
Typisch ist der Leuchtkörper
aus 5 bis 20 Windungen gebildet. Ein bevorzugter Steigungsfaktor,
um möglichst
hohe Stabilität
des Leuchtkörpers
zu erreichen, ist 1,4 bis 2,8.
Besonders
bevorzugt erstreckt sich die Beschichtung auf den Bereich der Stromzuführung, der vom
Kolbeninneren in das Kolbenmaterial eintritt. normalerweise ist
der Kolben von einer oder zwei Quetschungen abgeschlossen. Dieser
Bereich wird als Quetschkante bezeichnet. Außerdem ist die Bruchempfindlichkeit
gerade im Bereich der Quetschkante besonders hoch, da hier ein hohes Biegemoment
auftritt.
Besonders
bevorzugt erstreckt sich die Beschichtung über mindestens 50 %, bevorzugt über mindestens
80 %, der Länge
der Stromzuführung
im Innern des Kolbens. Wichtig für
die Beschichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
mit relativ dünner Schicht
ist, dass die Beschichtung bis zu Stellen so nahe am Leuchtkörper hochgezogen
ist, dass die Temperatur an den ungeschützten Stellen bereits so groß ist, dass
hier eine vollständige
Karburierung erfolgt und das Auftreten des spöden Subcarbids Ta2C vermieden
wird. Eine Beschichtung gemäß der zweiten
Ausführungsfform
dient als Stütze;
sie sollte möglichst
weit am Abgang hochgezogen werden, um eine möglichst große Stabilisierung zu erreichen.
Dieser
Aspekt hat besondere Bedeutung deswegen, weil das Konzept der axialen
Leuchtkörpers
prinzipiell gut geeignet ist, um einen effizienzsteigernden Überzug auf
dem Kolben anzubringen. Bekannt ist ein sog. Infrarot-Coating (IRC),
wie es beispielsweise in der US-A 5 548 182 beschrieben ist. Entsprechend
kann auch der Kolben extra dafür angepasst
sein, beispielsweise elliptisch oder zylindrisch geformt, wie an
sich bekannt.
Ein
besonderer Vorteil liegt in der Anwendung von Halogenfüllungen,
da bei geeigneter Dimensionierung nicht nur ein Kreisprozess für das Material
des Leuchtkörper,
sondern auch für
das Material der Beschichtung in Gang gebracht werden kann. derartige
Füllungen
sind an sich bekannt. Insbesondere handelt es sich dabei um eine
Füllung
für einen zweifachen
Kreisprozess, wie er in der noch unveröffentlichten DE-A 103 56 651.1
beschrieben ist.
Darüber hinaus
ist die erfindungsgemäße Konstruktion
deutlich einfacher als bisherige Konstruktionen, weil, insbesondere
für NV-Anwendungen bis
maximal 80 V, kein Quarzbalken benötigt wird und weil meist auf
eine Umspinnungswendel verzichtet werden kann, und weil außerdem keine
problematischen Kontaktierungen zwischen einem bereits durchkarburierten,
aus TaC bestehenden Leuchtkörper
und den Stromzuführungen
(Schweißung
oder Klemmung bzw. Crimpung) erforderlich sind. Beim Handling eines
bereits durchkarburierten Leuchtkörpers aus TaC kommt es häufig zu
Beschädigungen an
den Enden des Leuchtkörpers
wegen der Sprödigkeit
des Materials.
Bevorzugt
ist das Material des Leuchtkörpers
TaC. Aber auch Carbide des Hf, Nb oder Zr sind geeignet.
Die
vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Niedervoltlampen mit einer
Spannung von höchstens
50 V, weil die dafür
notwendigen Leuchtkörper
relativ massiv ausgeführt
sein können und
dafür die
Drähte
bevorzugt einen Durchmesser zwischen 50 μm und 300 μm, insbesondere höchstens
150 μm für Allgemeinbeleuchtungszwecke
mit maximaler Leistung von 100 W, aufweisen. Dicke Drähte bis
300 μm werden
insbesondere bei fotooptischen Anwendungen bis zu einer Leistung
von 1000 W gebraucht. Besonders bevorzugt wird die Erfindung für einseitig
gequetschte Lampen verwendet, da hier der Leuchtkörper relativ
kurz gehalten werden kann, was die Bruchanfälligkeit ebenfalls reduziert. Aber
auch die Verwendung für
zweiseitig gequetschte Lampen und Netzspannungslampen ist denkbar.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
Im
folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Es
zeigen:
1 eine
Glühlampe
mit Carbid-Leuchtkörper
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine
Glühlampe
mit Carbid-Leuchtkörper
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine
Glühlampe
mit Carbid-Leuchtkörper
gemäß dem Stand
der Technik.
Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
1 zeigt
eine einseitig gequetschte Glühlampe 1 mit
einem Kolben aus Quarzglas 2, einer Quetschung 3,
und innere Stromzuführungen 6,
die Folien 4 in der Quetschung 3 mit einem Leuchtkörper 7 verbinden.
Der Leuchtkörper
ist ein einfach gewedelter, axial angeordneter Draht aus TaC, dessen
ungewendelte Enden 14 quer zur Lampenachse weitergeführt sind.
Die äußeren Zuleitungen 5 sind
außen an
die Folien 4 angesetzt. Der innere Durchmesser des Kolbens
ist 5 mm. Die Wendelenden 14 sind anschließend parallel
zur Lampenachse abgebogen und bilden dort die inneren Stromzuführungen 6 als integrale
Verlängerung.
Die Stromzuführungen 6 sind mindestens über den
Teil ihrer gesamten Länge,
der im Betrieb nicht heißer
als 2000 °C
wird, mit einer Beschichtung 8 versehen. Diese besteht
aus einem Material wie nachfolgend dargestellt.
Ausführungsbeispiele für die erste
Ausführungsform:
Zum
Beispiel bilden die Metalle Rhenium (Schmelzpunkt: 3453 K), Ruthenium
(Schmelzpunkt: 2583 K), Osmium (Schmelzpunkt: 3318 K), und Iridium
(Schmelzpunkt: 2683 K) keine Carbide bzw. nur in geringem Maße Karbide.
Sie sind für
Kohlenstoff weitgehend undurchlässig,
vgl. z. B. hinsichtlich der Verwendung von Rhenium beim Leuchtkörper die Patentschrift
US 1854970 .
Eine
Möglichkeit
besteht somit darin, diejenigen Bereiche des zunächst aus Tantal bestehenden Leuchtkörpers, die
nur auf Temperaturen unterhalb ca. 2500 K erhitzt werden, mit einer
Schutzschicht aus diesen Metallen zu umgeben. Da bei hohen Temperaturen
Tantal und das Material der genannten Metalle ineinander diffundieren,
muss die Dicke der Schutzschicht hinreichend groß gewählt werden, um wenigstens den
Karburierprozess zu überstehen.
Typisch sind Schichtdicken zwischen 1 μm und 50 μm; je nach Auslegung des Karburierprozesses.
Der Auftrag der Metalle kann z.B. Elektrolyse, CVD-Abscheidung oder
Sputterprozesse erfolgen.
Alternativ
kann das Material der Schutzschicht auch aus hochschmelzenden Verbindungen bestehen,
die weder mit dem Tantal der Abgänge
des Leuchtkörpers,
noch mit der Kohlenstoff enthaltenden Atmosphäre der Lampe reagieren dürfen bzw. nicht
in das Tantal eindiffundieren dürfen.
Zum
Beispiel sind HfB2, ZrB2,
NbB und TiB2 mindestens bis zu 2800 K gegen
eine Reaktion mit Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen aus der
Gasphase zu Karbiden stabil. Des weiteren sind die Verbindungen
HfB2, ZrB2 und NbB2 über
den gesamten hier relevanten Temperaturbereich gegen eine Reaktion
mit Tantal stabil, hingegen setzt sich TiB2 mit
Tantal zu TaB2 um (das dabei entstehende
Titan hat ohnehin einen zu niedrigen Schmelzpunkt). Somit sind z.B.
HfB2, ZrB2 und NbB
mögliche
Materialien für
die benötigten
Schutzschichten, da sie weder mit dem aus Tantal bestehenden Substrat
noch mit der kohlenstoffhaltigen Atmosphäre der Lampe reagieren. In diesem
Fall können
relativ geringe Schichtdicken eingesetzt werden, welche bevorzugt
im Bereich zwischen 0,5 μm
und 5 μm
liegen. Auch der Gebrauch von Tantalborid (ggf. zu Erreichen durch
eine Borierung der Oberfläche)
kann in Einzelfällen
zweckmäßig sein,
da das Tantalborid nicht mit dem Kohlenstoff in der Gasphase reagiert
und zunächst
das Bor in des Innere des Drahtes eindiffundieren muss, wodurch
die weitere Diffusion des Kohlenstoffs hinreichend lange verzögert wird.
Die
Nitride HfN, ZrN, NbN, TiN, VN und TaN sind gegen eine Reaktion
mit aus dem Methan stammenden Kohlenstoff zu Karbiden nur bis zu
Temperaturen um ca. 1000 K oder darunter stabil. Insbesondere ZrN
reagiert bis zu relativ hohen Temperaturen (ca. 1500 K) nicht mit
dem Kohlenstoff in der Lampenatmosphäre, auch HfN (bis zu 1100 K
beständig) ist
relativ stabil. ZrN und HfN reagieren im fraglichen Temperaturbereich
nicht mit Tantal zu TaN, d.h. Zirkoniumnitrid und Hafniumnitrid
sind stabiler als Tantalnitrid. Hingegen können NbN und VN mit dem Tantal zu
TaN reagieren; TiN zersetzt sich bei zu niedrigen Temperaturen um
2000 K. Somit sind die beiden Materialien HfN und ZrN bedingt als
Material für
Schutzüberzüge geeignet.
Für die
Umsetzung von HfN und ZrN bei hohen Temperaturen oberhalb ca. 1500
K zu den jeweiligen Karbiden wird eine bestimmte Reaktionszeit benötigt, welche – je nach
Verfahrensführung bei
der Karburierung und Dicke der aufgetragenen Schichten – hinreichend
sein kann, um den darunterliegenden Bereich des Tantaldrahts vor
einer Karburierung zu schützen.
In analoger Weise kann auch eine Beschichtung des Tantaldrahts im
fraglichen Bereich mit TaN in Einzelfällen hinreichend sein, um eine
Karburierung des fraglichen Bereichs so zu verlangsamen, dass sie
in der Praxis während
der Karburierung des Leuchtkörpers
keine Rolle spielt.
Eine
weitere Möglichkeit
besteht im Gebrauch von Systemen aus zwei Schichtmaterialien. Z.B
kann der Tantaldraht zunächst
mit ZrN oder HfN beschichtet werden, die beide im Bereich der in
Frage kommenden Temperaturen nicht mit Tantal reagieren. Die erste
auf dem Tantal aufgetragene Schicht kann dann noch mit z.B. Rhenium,
Osmium etc. beschichtet werden, die weder mit dem ZrN bzw. HfN noch
mit dem Kohlenstoff aus der Lampenatmosphäre reagieren. Auf diese Weise
lassen sich die jeweilig weniger erwünschten Eigenschaften der einzelnen
Schichtsysteme – nämlich die
Diffusion der Metalle Rhenium, Osmium usw. in das Tantal und die Reaktion
von Zirkoniumnitrid und Hafniumnitrid zu den jeweiligen Karbiden – umgehen.
Solche Systeme sind über
relativ lange Zeiten stabil.
Weiterhin
kann man den fraglichen Bereich des Tantaldrahts mit Bornitrid beschichten.
Der Zerfall des Bornitrids mit anschließender Reaktion des Tantals
zu Tantal(di)borid bzw. auch dem weniger stabilen Tantalnitrid schreitet
meist so langsam voran, dass die Karburierung des Tantals hinreichend lange
hinausgezögert
wird. Analog kann man Borcarbid verwenden, bei dessen Zerfall bevorzugt
das stabilere Tantal(di)borid entsteht und nicht das Tantalcarbid.
Durch die für
den Zerfall des Borcarbids, die Reaktion mit dem Tantal und die
Diffusion der Boratome in das Innere des Tantals benötigte Zeit
wird die Karburierung hinausgezögert.
Ein
Sonderfall oben beschriebener Beispiele stellt die Passivierung
der Abgänge – welche
vor der Carburierung aus Tantal bestehen – durch Borierung oder Nitridierung
dar, wodurch beim anschließenden Karburierprozess
die Karburierung im kritischen Temperaturbereich hinreichend lange
verzögert
bzw. unterbunden wird. In diesen Fällen wird keine Schutzschicht
auf die Abgänge
aufgetragen, sondern die Oberfläche
durch chemische Reaktion des Tantal mit Bor oder Stickstoff „passiviert" bzw. die Geschwindigkeit
der Karburierung hinreichend weit herabgesetzt.
Ausführungsbeispiele für die zweite
Ausführungsform:
Die
Abgänge
des Leuchtkörpers
werden in diesem Fall mit einer Schicht, deren Dicke bevorzugt im
Bereich zwischen einem Zehntel und der Hälfte des Durchmessers des zu
beschichtenden Tantaldrahtes liegt, beschichtet. Als Beschichtungsmaterialien
kommen neben den bei der Beschreibung des Grundprinzips 1 genannten
Metallen zusätzlich
Wolfram, Molybdän,
Hafnium, Zirkonium oder andere Karbide bildende Materialien in Betracht.
Im einfachsten Fall besteht die Schutzschicht aus Tantal bzw. man
verwendet von vorneherein im Bereich der Abgänge Tantaldrähte größeren Durchmessers
als im Bereich des Leuchtkörpers.
Die
beschriebenen Vorgehensweisen lassen sich auch auf Lampen mit Karbiden
anderer Metalle als Leuchtkörper
wie Hafniumkarbid oder Zirkoniumkarbid oder Niobkarbid übertragen.
2 zeigt
eine zweiseitig gequetschte Glühlampe 20,
auch als Soffitte bekannt, mit einem Kolben aus Quarzglas 21,
zwei Quetschung 24 und 25, Zuleitungen 27,
die mit einem Leuchtkörper 26 verbunden
sind. Der innere Durchmesser des Kolbens ist 15 mm. Der Leuchtkörper 26 ist
einfach gewendelt und besteht aus TaC. Die Stromzuführungen 27 sind
teilweise mit einer Beschichtung 30 aus Hafniumborid ummantelt
und enden in Sockelteilen 28, wie an sich bekannt, die
auf der Quetschung 24, 25 sitzen.
Zusätzlich kann
die Beschichtung bzw. ein Teil davon, der nicht die an der Beschichtung
erreichte Spitzentemperatur umfasst, noch von einer Umhüllung aus
Wendeldraht oder einer festen Hülse, beispielsweise
aus Molybdän,
umgeben sein, wie im Prinzip in DE-Az 10 2004 014 211.4 (noch nicht
veröffentlicht)
beschrieben.
Im
allgemeinen verwendet die Lampe bevorzugt einen Leuchtkörper aus
Tantalcarbid, der bevorzugt aus einem einfach gewendelten Draht
besteht.
Der
Kolben ist aus Quarzglas oder Hartglas mit einem Kolbendurchmesser
zwischen 5 mm und 35 mm, bevorzugt zwischen 8 mm und 15 mm, gefertigt.
Die
Füllung
ist hauptsächlich
Inertgas, insbesondere Edelgas wie Ar, Kr oder Xe, ggf. unter Beimengung
geringer Mengen (bis 15 mol-%) Stickstoff. Dazu kommt ein Kohlenwasserstoff,
Wasserstoff und ein Halogenzusatz.
Als
Leuchtkörpermaterial,
der bevorzugt ein gewendelter Draht ist, eignet sich auch Zirkoniumkarbid,
Hafniumkarbid, oder eine Legierung verschiedener Karbide wie z.B.
in US-A 3 405 328 beschrieben.
Eine
Alternative ist ein Leuchtkörper,
der aus einem Trägermaterial
wie z.B. einem Rheniumdraht als Kern oder auch einer Kohlenstofffaser
besteht, wobei dieser Kern mit Tantalcarbid oder einem anderen Metallcarbid
beschichtet ist, siehe hierzu die noch unveröffentlichte Anmeldung DE-Az
103 56 651.1.
Als
elementare Regeln für
die Füllung
gilt ein Kohlenstoff-Anteil von 0,1 bis 2 mol %. Der Wasserstoff-Anteil
liegt bei mindestens dem Kohlenstoff-Anteil, bevorzugt dem Zwei-
bis Achtfachen des Kohlenstoff-Anteils. Der Halogen-Anteil liegt
bei höchstens dem
Halben, insbesondere ein Fünftel
bis ein Zehntel des Kohlenstoff-Anteils. Bevorzugt sollte der Halogen-Anteil
höchstens
dem Wasserstoffanteil, bevorzugt höchstens dem Halben des Wasserstoffanteils entsprechen.
Eine Richtschnur für
den Halogenanteil ist 500 bis 5000 ppm.
Konkrete
Untersuchung werden für
eine 24 V/100 W Lampe vorgestellt. Die Farbtemperatur ist 3800 K.
Sie verwendet einen TaC-Draht (aus carburiertem Tantal gewonnen)
mit einem Durchmesser von 125 μm.
Er ist einfach gewendelt und zeigt ein deutlich besseres Bruchverhalten
als Lampen mit unbeschichteten Abgängen. Die Bruchtests wurden
mit einem Schlagpendel durchgeführt.
Dagegen
ist eine ansonsten gleiche Lampe, die jedoch die üblichen
steifen Elektrodenhalter aus Molybdän verwendet, erheblich bruchanfälliger,
weil bei Verwendung von massiven Mo-Haltern die Stellen das Leuchtkörpers nahe
des Verbindungspunktes zwischen Mo-Elektrode und der zunächst aus
Tantal bestehenden Wendel sich auf so niedriger Temperatur befinden,
dass die Karburierung nicht abgeschlossen werden kann, d.h. dass
das spröde
Subcarbid dort dominiert. Legt man die Mo-Elektroden so dünn aus, dass ihr Wärmeleitwert
so gering ist, dass die Ta-Wendel auch nahe den Verbindungspunkten vollständig durchkarburiert
wird, so bildet jetzt die wegen ihres geringen Durchmessers vollständig durchkarburierte
Mo-Elektrode selber einen Schwachpunkt. Mit Beschichtung versehene
Leuchtkörper eignen
sich für
den Transport der Lampe unter üblichen
Bedingungen. Bei anderen Konzepten ist der Leuchtkörper so
bruchempfindlich, dass für
den Transport der Lampe besondere Maßnahmen ergriffen werden müssten.
Das
Verwerfen des Leuchtkörpers
reduziert sich, je kürzer
die Wendelabgänge
gewählt
werden. Ursache des Verwerfens ist die Volumenzunahme bei der Carburierung.
Diese Zunahme macht sich insbesondere durch eine Zunahme der Länge bemerkbar.
Es hat sich gezeigt, dass das störende
Verwerfen nicht zu einer Verkippung innerhalb der Windungen des
Leuchtkörpers
führt,
sondern dass der Leuchtkörper
als Ganzes seitlich aus der axialen Lage kippt. Die Vermeidung des
Verwerfens ist unbedingte Voraussetzung zur Nutzung von Interferenzfiltern
auf dem Kolben im Sinne eines IRC-Coating, wie es an sich bekannt
ist, siehe
EP 765 528 .
Der
Außendurchmesser
bei der zusätzlichen Verwendung
einer Hülse
entspricht maximal dem Zweifachen des Durchmessers des Drahts des Leuchtkörper. Je
dünner
die Hülse,
desto geringer ist ihr Gewicht.
In
diesem Sinne versteht es sich von selbst, dass der Überzug möglichst
eng anliegend direkt auf der Stromzuführung aufgebracht ist. Eine
Beabstandung sowie zusätzliche
Einbringung von Masse mittels einer noch in den Überzug eingeschobenen Stützhilfe
in Form eines zusätzlichen
Drahtes wie in
US 3 355 619 ist
jedoch nicht ausdrücklich
ausgeschlossen. Einerseits kann dieser Zusatzdraht als zusätzliche
Stützhilfe
wirken. Andererseits können
an den Wendelabgängen
Zusatzstoffe bzw. der komplette Füllgaszusatz für den Füllgaskreisprozess
in fester Form in die Lampe eingebracht werden, z.B. beschichtete
Kohlenstofffaser oder Kunststofffaser aus halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen.
Für eine Lampe
mit einem Durchmesser des Kolbens von 10 mm und einem Leuchtkörper aus TaC
besteht eine ganz konkrete Füllung
aus folgenden Komponenten: 1 bar (Kaltfülldruck) Kr + 1% C2H4 + 1% H2 + 0,05%
CH2Br2. Die Konzentrationsangaben
sind mol-%.
Auch
wenn die Stromzuführungen
und der Leuchtkörper
integral aus einem Teil gefertigt sind, schließt dies nicht aus, dass das
Material der Stromzuführungen
Anteile des Metalls oder des Metallcarbids im Leuchtkörper in
anderer Stöchiometrie
aufweisen kann. Dieser Fall tritt insbesondere dann ein, wenn ein
Beschichtungsmaterial wie Rhenium in einen Draht aus anderem Metall
wie Tantal eindiffundiert.