DE102004052044A1

DE102004052044A1 - Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält

Info

Publication number: DE102004052044A1
Application number: DE102004052044A
Authority: DE
Inventors: Axel Bunk; Matthias Dr. Damm; Georg Rosenbauer
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-04-27
Also published as: CA2584458A1; JP4571981B2; ATE490547T1; DE502005010636D1; JP2008518409A; US20090045742A1; CN101048850A; EP1805785B1; EP1805785A2; WO2006045273A2; US7911121B2; CN101048850B; WO2006045273A3

Abstract

Die Glühlampe (1) ist ausgestattet mit einem Leuchtkörper (7), der zusammen mit einer Füllung in einem Kolben (2) vakuumdicht eingebracht ist, wobei der Leuchtkörper (7) ein Metallcarbid aufweist, dessen Schmelzpunkt oberhalb dem von Wolfram liegt. Der Kolben enthält ferner sowohl eine Quelle als auch eine Senke für ein Material, an dem der Leuchtkörper während des Betriebes verarmt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Glühlampen mit einem carbidhaltigen Leuchtkörper, insbesondere betrifft die Erfindung Halogenglühlampen, die einen Leuchtkörper aus TaC aufweisen, oder dessen Leuchtkörper TaC als Bestandteil oder Beschichtung enthält.

Aus vielen Schriften ist eine Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält bekannt. Ein bisher noch ungelöstes Problem ist die stark einschränkte Lebensdauer. Eine in WO-A 01/15206 dargestellte Möglichkeit besteht darin, den Leuchtkörper mit einem separaten Gestell zur Halterung zu verbinden.

Eine weit verbreitete Methode zur Lösung des Problems, ein Abdampfen von Material des Leuchtkörpers zu verhindern, besteht in der Verwendung von Kreisprozessen. Dabei wird dem Füllgas eine weitere chemische Substanz zugefügt, welche in kälteren Bereichen mit dem abgedampften Material zu einer relativ leicht flüchtigen Verbindung reagiert, welche sich nicht an der Kolbenwand abscheidet. Diese Verbindung wird im sich aufbauenden Konzentrationsgradienten – nämlich hohe Konzentration nahe der Kolbenwand, niedrige Konzentration nahe des Leuchtkörpers – in Richtung des Leuchtkörpers transportiert. Bei den hohen Temperaturen nahe des Leuchtkörpers zersetzt sie sich unter Zerfall in das Material des Leuchtkörpers und der zu gegebenen chemischen Substanz; das Material des Leuchtkörpers wird wieder an diesen angelagert.

Beispiele:

(a) Wolfram-Halogen-Kreisprozess

Das vom Leuchtkörper abdampfende Wolfram verbindet sich bei niedrigeren Temperaturen nahe der Kolbenwand zu Wolframhalogeniden, welche bei Temperaturen oberhalb ca. 200°C flüchtig sind und sich nicht an der Kolbenwand abscheiden. Dadurch wird ein Ausfall von Wolfram an der Kolbenwand verhindert. Die Wolframhalogenidverbindungen werden durch Diffusion und ggf. auch Konvektion zum heißen Leuchtkörper zurücktransportiert, wo sie sich zersetzen. Das dabei frei gewordene Wolfram wird wieder an den Leuchtkörper angelagert. Allerdings wird das Wolfram i.allg. nicht an dieselbe Stelle zurücktransportiert, von der es abgedampft ist, sondern an einer Stelle anderer Temperatur abgelagert, d.h. der Kreisprozess ist nicht regenerativ. Eine Ausnahme ist der Fluor-Kreisprozess.

(b) Kohlenstoff-Wasserstoff-Kreisprozess bei TaC Lampen

Der bei Zersetzung des TaC entstehende gasförmige Kohlenstoff wird in Richtung der Kolbenwand transportiert, wo er mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen wie Methan reagiert. Diese Kohlenwasserstoffe werden zum heißen Leuchtkörper zurück transportiert, wo sie sich wieder zersetzen. Der Kohlenstoff wird dabei wieder freigesetzt und kann sich an den Leuchtkörper anlagern. Allerdings zersetzen sich die Kohlenwasserstoffe bei niedrigen Temperaturen bereits unter 1000 K, so dass die Rückführung von Kohlenstoff nicht gezielt zu den heißesten Stellen des Leuchtkörpers erfolgt.

Wenn wie im zuletzt beschriebenen Beispiel die Abdampfung vom Leuchtkörper relativ stark ist und die den Kreisprozess tragende Verbindung nur bei sehr niedrigen Temperaturen stabil ist wie die Kohlenwasserstoffe im letzten Beispiel, so kommt es zu einer raschen Zerstörung des Leuchtkörpers, weil dieser schnell an dem abdampfenden Material wie Kohlenstoff im letzten Beispiel verarmt. Insgesamt wird der Kohlenstoff relativ schnell von den heißesten Stellen des Leuchtkörpers zu den kälteren Stellen des Leuchtkörpers bzw. den Abgängen zum Leuchtkörper transportiert, was ebenfalls z.B. durch Windungsschluss Probleme bereiten kann. Nur ein sehr geringer Anteil des zurücktransportierten Kohlenstoffs erreicht noch die heißeste Stelle der Wendel (sehr geringer Regenerationsgrad). Zudem verläuft die Rückreaktion des Kohlenstoffs mit dem Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen ohnehin nur bei einem relativ großen Wasserstoffüberschuss hinreichend schnell, so dass eine Abschwärzung des Kolbens vermieden wird.

Zusammenfassend ist in solchen Fällen wie bei der TaC Lampe der Gebrauch eines Kreisprozesses, bei dem:

(a) erstens das Material vom Leuchtkörper relativ schnell abdampft bzw. abtransportiert wird, und
(b) zweitens das abgedampfte Material nur bei sehr niedrigen Temperaturen eine chemische Verbindung eingeht,

für viele Anwendungsfälle nicht ausreichend, weil wegen der nur sehr geringen Rückführung von Material zur den Stellen, von denen es abtransportiert wurde, der Leuchtkörper schnell zerstört wird.

Als Möglichkeit zur Lösung des Problems wird in WO-A 03/075315 die Regeneration des Leuchtkörpers aus einem Depot heraus beschrieben. Aus dem Depot heraus verdampft fortlaufend eine chemische Substanz, die dem Leuchtkörper diejenige Substanz, an der er verarmt ist, wieder zuführt. Z.B. wird beschrieben, wie ein TaC Leuchtkörper aus einem mit einer organischen Verbindung (z.B. Aceton) getränktem Polymer regeneriert wird. Dabei wird der Gasphase permanent eine chemische_ Verbindung, die u.a. auch Kohlenstoff enthält, zugeführt; dabei wird fortlaufend Kohlenstoff zur Verfügung gestellt, welcher den vom Leuchtkörper abgedampften Kohlenstoff wieder ersetzen kann. Nachteilig dabei ist, dass sich durch die permanent zugeführ te chemische Verbindung die Zusammensetzung der Gasphase und auch des Leuchtkörpers fortlaufend ändert; ein Lampenbetrieb bei stabilen Bedingungen ist so kaum möglich. Die Konzentration an Kohlenstoff in der Gasphase wird ständig erhöht, was schließlich zur Abscheidung von Kohlenstoff an ungeeigneten Orten wie den Enden des Leuchtkörpers oder schließlich auch der Kolbenwand führt. Auch eine Anreicherung an Kohlenstoff im Leuchtkörper ist nicht wünschenswert, weil sich dabei die Eigenschaften des Leuchtkörpers fortlaufend verändern. Eine Anreicherung von Wasserstoff in der Gasphase führt durch eine Erhöhung der Wärmeleitung zu einer zunehmenden Kühlung des Leuchtkörpers.

Zusammenfassend ist ein stabiler Betrieb einer Lampe mit einem fortlaufend aus einem Depot ausdampfenden chemischen Verbindung nicht möglich, weil sich die Zusammensetzung der Gasphase und ggf. auch des Leuchtkörpers selber kontinuierlich ändern.

Als weitere Möglichkeit wird im WO- Patent 03/075315 die gegenseitige Regeneration zweier abwechselnd betriebener Leuchtkörper beschrieben. Hierbei dampft von einem bei hohen Temperaturen (über 3000 K) betriebenen „aktiven" Leuchtkörper permanent Kohlenstoff ab und wird zu einem zweiten bei relativ niedrigen Temperaturen (um oder unter 2000 K) betriebenen „inaktiven" Leuchtkörper transportiert, wo er sich abscheidet bzw. anlagert. Ist der „aktive" Leuchtkörper an Kohlenstoff verarmt, so wird umgeschaltet; der vorher „inaktive" Leuchtkörper wird bei hoher Temperatur betrieben und der vorher „aktive" Leuchtkörper wird auf niedriger Temperatur gehalten. Dabei wird der jetzt „inaktive" Leuchtkörper vom „aktiven" Kohlenstoff verdampfenden Leuchtkörper regeneriert. Hierbei ist nachteilig, dass man zwei Leuchtkörper benötigt, zwischen denen dauernd umgeschaltet werden muss.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung, und insbesondere einen car bidhaltigem Leuchtkörper, enthält, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine lange Lebensdauer ermöglicht und das Problem der Verarmung des Leuchtkörpers an einer abdampfenden Komponente überwindet.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Der Begriff hochtemperaturbeständige Metallverbindung meint Verbindungen, deren Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunkts von Wolfram liegt, teilweise sogar darüber. Bevorzugt ist das Material des Leuchtkörpers TaC oder Ta₂C. Aber auch Carbide des Hf, Nb oder Zr sind geeignet. Des weiteren Nitride oder Boride von derartigen Metallen. Diesen Verbindungen gemeinsam ist die Eigenschaft, dass ein Leuchtkörper aus diesem Material im Betrieb an mindestens einem Element verarmt.

Wird ein Leuchtkörper bei hohen Temperaturen betrieben, so kommt es – je nach der Beschaffenheit des Materials des Leuchtkörpers – zu einem Abdampfen von Material bzw. von Bestandteilen des Materials. Das abgedampfte Material bzw. seine Bestandteile werden durch z.B. Konvektion, Diffusion oder Thermodiffusion abtransportiert und scheiden sich an anderer Stelle in der Lampe ab, z.B. an der Kolbenwand oder Gestellteilen. Durch die Abdampfung des Materials bzw. seiner Bestandteile kommt es zu einer raschen Zerstörung des Leuchtkörpers. Durch das sich an der Kolbenwand abscheidende Material wird die Transmission des Lichtes stark reduziert.

Beispiele:

(a) Das von einer Glühwendel aus Wolfram abdampfende Wolfram wird bei einer konventionellen Glühlampe zur Kolbenwand transportiert und scheidet sich dort ab.
(b) Ein bei hohen Temperaturen betriebener Tantalcarbidleuchtkörper zersetzt sich unter Entstehung des spröden, gegenüber TaC bei niedrigeren Temperaturen schmelzenden Subcarbids Ta₂C und von gasförmigem Kohlenstoff, welcher zur Kolbenwand transportiert wird und sich dort abscheidet.

Die Aufgabenstellung besteht darin, durch geeignete Maßnahmen ein Abdampfen vom Leuchtkörper zu minimieren bzw. rückgängig zu machen.

Um eine Verarmung des Leuchtkörpers an der abdampfenden Komponente zu vermeiden, wird von außen eine solche Konzentration der abdampfenden Komponente eingestellt, dass im Idealfall sich Abdampfung und Sublimation das Gleichgewicht halten und der Leuchtkörper somit an der fraglichen Komponente weder verarmt noch angereichert wird. Die Einstellung der benötigten Konzentration über dem Leuchtkörper soll durch einen kontinuierlichen Transport eines die fragliche Komponente enthaltenden Stoffes von einer Quelle in eine Senke realisiert werden. Durch die fortlaufende Abscheidung des aus der Quelle nachgelieferten Stoffes wird eine Veränderung der Zusammensetzung der Gasphase vermieden und ein Betrieb des Leuchtkörpers bei konstanten Bedingungen ermöglicht.

Bei einer möglichen Auslegungsform einer Lampe mit TaC Leuchtkörper besteht die Quelle aus einem festen, oder auch flüssigen, Kohlenwasserstoff, welcher so in die Lampe eingebracht wird, dass sich über dem Quellenmaterial ein bestimmter Dampfdruck an gasförmigem Kohlenwasserstoff aufbaut. Dieser Kohlenwasserstoff wird durch Diffusion bzw. Konvektion in das Lampeninnere transportiert, wo er sich bei höheren Temperaturen nahe des Leuchtkörpers zersetzt. Der Leuchtkörper befindet sich somit in einer mit Kohlenstoff angereicherten Atmosphäre; eine Zersetzung des Leuchtkörpers wird dadurch verhindert. Im Idealfall gibt der Leuchtkörper dabei weder Kohlenstoff an die Umgebung ab, noch wird Kohlenstoff in ihm angereichert. Anders ausgedrückt stellt sich am Leuchtkörper ein Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffabscheidung und Kohlenstoffverdampfung ein. Bei niedrigeren Temperaturen nahe der Kolbenwand reagiert der Kohlenstoff wieder mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen zurück. An einem bei geeigneter Temperatur angebrachten Draht z.B. aus einem der Materialien Eisen, Nickel, Kobalt, Platin oder Molybdän hinreichend großer Oberfläche zersetzt sich der Kohlenwasserstoff unter Abscheidung von festem Kohlenstoff (Ruß). Dieser Vorgang entspricht etwa dem aus der Technischen Chemie bekannten Cracken von Kohlenwasserstoffen an geeigneten Katalysatoren, wobei in diesem Fall – im Gegensatz zur Reaktionsführung in Anlagen der chemischen Industrie – die Abscheidung von Kohlenstoff am Katalysator erwünscht ist. Insgesamt tritt somit fortlaufend Kohlenstoff aus einer Quelle aus und wird in einer Senke wieder abgeschieden. Der Leuchtkörper der Lampe wird somit weder an Kohlenstoff angereichert, noch verarmt er an Kohlenstoff; außerdem wird die Kohlenstoffkonzentration in der Gasphase konstant gehalten.

Mit dem Wasserstoff kann bevorzugt analog verfahren werden. Als Wasserstoffsenke wirkt die permeable Quarzkolbenwand bei hohen Temperaturen. Bei niedrigeren Temperaturen kann der entstehende Wasserstoff durch Jod abgefangen werden (Reaktion zu Jodwasserstoff); der dabei entstehende Jodwasserstoff ist hinsichtlich seiner Auswirkung auf die Maintenance der Lampe unkritisch, weil er weder in die Chemie des Metallkarbids eingreift noch die physikalischen Eigenschaften des Füllgases (insbesondere die Wärmeleitfähigkeit) ändert. Eine weitere Möglichkeit zur Bindung des freigesetzten Wasserstoffs (d.h. einer Senke für Wasserstoff) besteht im Gebrauch von Metallen wie z.B. Zirkonium oder Hafnium, welche bei geeigneten Temperaturen Wasserstoff „gettern".

Es soll noch einmal darauf hingewiesen werden, dass die Existenz einer Senke für die Funktionsfähigkeit der Lampe wichtig ist. Beim Fehlen von Senken für Kohlenstoff und Wasserstoff würde sich entweder die Gasphase oder der Leuchtkörper an dem jeweiligen Element anreichern; die Folge davon wäre eine Veränderung der Betriebsdaten der Lampe.

Insbesondere können die in den letzten Absätzen beschriebenen Transportprozesse noch von einem oder mehreren Kreisprozessen überlagert werden. Wenn z.B. in einer Lampe mit einem Leuchtkörper aus TaC ständig Kohlenstoff – zum Teil in Form von Kohlenwasserstoffen – von einer Quelle zu einer Senke transportiert wird, so kann diesem Transportprozess durch Zusatz einer halogenhaltigen Verbindung ein Tantal-Halogen-Kreisprozess überla gert werden, welcher das vom Leuchtkörper abgedampfte Tantal an der Abscheidung an der Kolbenwand hindert und zumindest teilweise zum Leuchtkörper zurück transportiert, wie z.B. in der noch unveröffentlichten Anmeldung DE-Az 103 56 651.1 beschrieben. Auf diese wird ausdrücklich bezug genommen. Weiterhin ist es für eine TaC Lampe denkbar, dem beschriebenen permanenten Transport von Kohlenstoff von einer Quelle in eine Senke einen Kohlenstoff-Kreisprozess zu überlagern, z.B. einen C-H-, C-Halogen-, C-S- oder C-N-Kreisprozess wie in der Anmeldung DE-Az 103 56 651.1 beschrieben.

Die als Senken dienenden Metalle können z.B. in Form von Drähten oder Plättchen an das Gestell bzw. die Stromzuführung angeschweißt werden, oder als Überzugswendel direkt um die Stromzuführung gewickelt werden, oder z.B. in Form von Drähten direkt mit eingequetscht werden. Wesentlich ist insbesondere bei der Verwendung von katalytisch wirkenden Metallen als Senken, dass die Oberfläche dieser Metalle hinreichend groß ist, da ja die Oberfläche fortlaufend mit Kohlenstoff belegt wird („Vergiftung" des Katalysators), um die Wirksamkeit des Katalysators zu erhalten. Auch die Beschichtung von Wendelabgängen bzw. Stromzuführungen mit als Senke dienenden Metallen ist eine weitere Ausführungsform.

In einer weiteren Ausführungsform wird als Quelle für Kohlenstoff elementarer Kohlenstoff verwandt. Dieser kann z.B. in Form von Kohlenstoffpresslingen, von Graphitfasern oder auf einem Substrat abgeschiedenem Russ vorliegen. Der Kohlenstoff wird auf einer „mittleren" Temperatur gehalten, die genau so groß sein muss, dass der resultierende Dampfdruck des Kohlenstoffs am Ort des heißen Leuchtkörpers zu einem Kohlenstoff-Partialdruck führt, welcher in etwa dem Kohlenstoff-Gleichgewichtsdampfdruck über dem Tantalkarbid entspricht. Damit halten sich am Leuchtkörper aus Tantalkarbid Kohlenstoffabscheidung und Kohlenstoffverdampfung das Gleichgewicht; eine Dekarburierung des Leuchtkörpers wird so vermieden. Gelangt der Kohlenstoff in kältere Bereiche nahe der Kolbenwand, so reagiert er mit Wasser stoff oder auch Halogenen zu (ggf. halogenierten) Kohlenwasserstoffen; dadurch wird die Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand verhindert. An einem Katalysator erfolgt dann die Zersetzung des Kohlenwasserstoffs, dabei scheidet sich der Kohlenstoff an der Oberfläche des Katalysators ab und der Wasserstoff wird wieder freigesetzt. In diesem Fall benötigt man keine Senke für den Wasserstoff bzw. ggf. das Halogen, welche ja nur die Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand verhindern und den in Form von Kohlenwasserstoff gebundenen Kohlenstoff zum Katalysator transportieren. Der Wasserstoff bzw. ggf. das Halogen dient somit hier lediglich als Transportmittel, um den Kohlenstoff zu transportieren und wird nicht verbraucht. Insgesamt wird in diesem Fall Kohlenstoff von der Kohlenstoffquelle (Kohlenstoffpressling, Graphitfasern, Ruß, ...) zur Kohlenstoffsenke (z.B. Draht aus Nickel, Eisen, Molybdän) transportiert, wo er sich wieder abscheidet.

Die zuletzt beschriebene Vorgehensweise ist auch von Nutzen zur Umgehung von Problemen hinsichtlich der relativ geringen Stossfestigkeit des Tantalkarbids beim Transport der Lampen zum Kunden. Eine Option zur Umgehung dieses Problems besteht darin, die Karburierung erst nach dem Transport der Lampen zum Kunden beim Einbrennen abzuschließen und zunächst noch wenigstens einen Tantalkern im Leuchtkörper aus TaC zu belassen. Um die Karburierung beim Kunden dann abzuschließen, muss man beim Einbrennen der Lampe dem noch nicht vollständig durchkarburierten Leuchtkörper große Mengen an Kohlenstoff zuführen. Speichert man diese große Mengen Kohlenstoff in Form von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in der Gasatmosphäre oder in Form von kontinuierlich verdampfenden festen Kohlenwasserstoffen, so werden bei der Karburierungsreaktion sehr große Mengen Wasserstoff freigesetzt, welche sich dann wegen der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit negativ auf die Effizienz der Lampe auswirken. Da die Reaktion mit dem Kohlenwasserstoff auch nicht vollständig verläuft, stellen die großen Mengen an freigesetztem Kohlenstoff, die in der Gasphase gehalten werden müssen, ebenfalls ein Problem dar. Dieses Problem lässt sich in der beschriebenen Weise umgehen, indem der noch nicht vollständig durchkarburierte Leuchtkörper sich in einem kontinuierlichen Strom eines von einer Kohlenstoffquelle ausgehenden Stroms von Kohlenstoff befindet. Der nicht zur Karburierung verwandte Kohlenstoff reagiert mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, wodurch die Abscheidung des Kohlenwasserstoffs an der Kolbenwand verhindert wird. Der Kohlenwasserstoff zersetzt sich schließlich wieder an einem Katalysator, wobei der nicht benötigte Kohlenstoff abgeschieden wird und der Wasserstoff freigesetzt wird. Dabei kommt man mit einer relativ geringen Menge Wasserstoff aus, weil dieser nicht verbraucht wird, sondern nur zum Transport des Kohlenstoffs zur Kohlenstoffsenke dient. Insbesondere bleibt die Menge an Wasserstoff dabei konstant und steigt nicht permanent während der Karburierung an. Ist bei hoher Kolbentemperatur, insbesondere bei einem Kolben aus Quarzglas, die Permeabilität des Wasserstoffs nicht mehr vernachlässigbar, kann der Wasserstoff durch den Gebrauch von Jod nahe der Kolbenwand wieder als Jodwasserstoff abgefangen und stabilisiert werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer Kohlenstoffquelle besteht in der Verwendung einer mit Tantalkarbid beschichteten Kohlenstofffaser. Bei den hohen Betriebstemperaturen diffundiert der Kohlenstoff durch die Tantalkarbidschicht hindurch; eine Verarmung der Tantalkarbidschicht an Kohlenstoff wird damit vermieden. Der dadurch in den Gasraum freigesetzte Kohlenstoff führt jedoch zu einer raschen Abschwärzung der Kolbenwand, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Durch Abfangen des Kohlenstoffs mit Wasserstoff lässt sich bei nicht zu hohen Kolbentemperaturen eine Abschwärzung des Kolbens verhindern. Allerdings werden sehr große Mengen an Wasserstoff benötigt, um den Kohlenstoff möglichst vollständig vor seiner Abscheidung auf der Kolbenwand „abzufangen". Dies lässt sich dadurch vermeiden, dass man den Kohlenwasserstoff an einem auf geeigneter Temperatur gehaltenen Katalysator, z.B. einem Draht aus Nickel, Eisen, usw. zersetzt. Dabei scheidet sich der Kohlenstoff am Nickeldraht ab, während der Wasserstoff wieder freigesetzt wird und zur Reaktion mit weiterem Kohlen stoff zur Verfügung steht. Der Wasserstoff dient somit lediglich als „Vehikel", um vom Leuchtkörper herantransportierten Kohlenstoff durch Bildung von Kohlenwasserstoff abzufangen und zur Kohlenstoffsenke (z.B. Draht aus Nickel, Molybdän, ...) zu transportieren. Insgesamt wird bei diesem Transportmechanismus kein Wasserstoff verbraucht, d.h. man kommt mit einer relativ geringen Menge an Wasserstoff aus. Würde man alternativ einen Kreisprozess implementieren, so müsste man sehr große Mengen an Wasserstoff verwenden, um den in großer Konzentration vom Leuchtkörper herantransportierten Kohlenstoff durch Bildung von Kohlenwasserstoffen abzufangen bzw. eine solch hohe Konzentration an Kohlenwasserstoffen nahe der Kolbenwand aufzubauen, dass der Rücktransport von Kohlenstoff zum Leuchtkörper den Abtransport genau ausgleicht. Bei Verwendung von so großen Mengen an Wasserstoff würde die Effizienz der Lampe stark zurückgehen.

Als eine weitere Quelle für Kohlenstoff kommen Sinterwerkstoffe mit Kohlenstoff in Betracht, wie z.B. in US 3405328 beschrieben. Dort wird beschrieben, wie durch Sinterprozesse bei hohen Temperaturen und hohen Drücken in Autoklaven Metallkarbide wie z.B. Tantalkarbid mit gelöstem Kohlenstoff hergestellt werden können. Diese Materialien enthalten dann deutlich mehr Kohlenstoff als gemäß der Stöchiometrie des TaC zu erwarten ist. In dem Patent wird zudem die Verwendung von Gemischen verschiedener Karbide beschrieben, um die Stossfestigkeit des Leuchtkörpers zu erhöhen.

Als weitere Optionen für Kohlenstoff- Senken kommen Metalle wie z.B. Wolfram, Tantal, Zirkonium etc. in Betracht, welche bei geeigneten Temperaturen Karbide bilden. Die Betriebstemperatur dieser Metalle richtet sich insbesondere nach dem vom Leuchtkörper kommenden Fluss an Kohlenstoff; üblich sind Temperaturen im Bereich zwischen 1800°C und 2500 °C. Bevorzugt wird beim Gebrauch dieser Metalle Wasserstoff eingesetzt, um den Kohlenstoff an einer Abscheidung an der Kolbenwand zu hindern und zur Kohlenstoff- Senke zu transportieren. Würde man auf den Wasserstoff verzichten, so würde vom Leuchtkörper herantransportierter Kohlenstoff sich – wenn er nicht auf seinem Weg vom Leuchtkörper zufällig auf das karbidbildende Metall trifft – auf der Kolbenwand abscheiden. Bei zusätzlichem Gebrauch von Wasserstoff reagiert der Kohlenstoff zunächst mit dem Wasserstoff zu einem Kohlenwasserstoff wie z.B. Methan, welches sich dann am karbidbildenden Metall wieder unter Übergang des Kohlenstoffs auf das karbidbildende Metall und Freisetzung des Wasserstoffs zersetzt.

Weitere mögliche Katalysatoren für die Zersetzung von Kohlenwasserstoffen sind Aluminium-, Molybdän- oder Magnesiumsilicate.

Als eine weitere Möglichkeit zur Verwendung als Kohlenstoffquelle kommt auch die Verwendung von Tantalkarbid bzw. anderer Karbide in Betracht. Bringt man etwa einen nicht vom Strom durchflossenen Stab aus Tantalkarbid auf eine dem Leuchtkörper entsprechende Temperatur, so stellt sich über dem Tantalkarbid gerade der geeignete Gleichgewichts-Dampfdruck an Kohlenstoff ein, bei dem am Leuchtkörper keine Verdampfung oder Abscheidung von Kohlenstoff mehr erfolgt. Dies lässt sich z.B. realisieren, indem man einen Stab/Draht aus Tantalkarbid im Inneren auf der Achse einer Wendel aus Tantalkarbid einbringt (analog einer Wendel mit Innenrückführung, wie sie für IRC- Lampen verwandt wird, wobei bei den Metallkarbid- Lampen aber der Draht auf der Wendelachse nicht vom Strom durchflossen wird), wobei die Windungen der stromführenden aus TaC Draht bestehenden Wendel den nicht stromführenden Stab aus TaC nicht berühren dürfen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Der Stab muss sich auf praktisch derselben Temperatur befinden wie die benachbarten Windungen. Er darf auf keinen Fall deutlich kälter sein als die benachbarten Windungen, d.h. die Wärmeableitung längs des Stabs muss – z.B. durch Wahl eines hinreichend kleinen Durchmessers – begrenzt werden. Über dem Stab stellt sich ein Gleichgewichtsdampfdruck an Kohlenstoff ein. Der Kohlenstoff wird im radial nach außen gerichteten Konzentrationsgradienten an den stromführenden TaC Wendeln vorbei zur Kolbenwand transportiert. Die einzelnen Windungen der TaC- Wendel befinden sich damit in einem ständigen Strom aus Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoff-Partialdruck dem Gleichgewichtsdruck über den Wendeln entspricht. Der nach außen transportierte Kohlenstoff reagiert nahe der Kolbenwand wieder mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, welche sich dann an einem geeigneten Katalysator wie oben beschrieben unter Abscheidung von Kohlenstoff und Freisetzung von Wasserstoff zersetzen. Insgesamt wird somit Kohlenstoff vom auf der Achse der Wendel befindlichen Stab aus TaC an den Windungen der TaC Wendel vorbei zur Kohlenstoff-Senke transportiert, wobei der Kohlenstoff-Partialdruck etwa dem Kohlenstoff-Gleichgewichtsdruck an den einzelnen Windungen entspricht und die aus TaC bestehenden Windungen somit stabilisiert werden. Anders ausgedrückt wird der von den einzelnen Windungen der TaC Wendel abdampfende und nach außen transportierte Kohlenstoff von innen her durch von dem vom TaC- Stab abdampfenden Kohlenstoff ersetzt. Der Vorteil einer Verwendung eines Stabes aus TaC gegenüber der Verwendung eines Stabes z.B. aus reinem Kohlenstoff liegt darin, dass bei derselben Temperatur der Kohlenstoff-Dampfdruck über reinem Kohlenstoff um Größenordnungen höher liegt als derjenige über Tantalkarbid, somit würde man in diesem Fall eine unnötig starken Kohlenstofftransport erzeugen und zum Teil sogar Kohlenstoff an der TaC Wendel abscheiden. Der Vorteil der Verwendung eines TaC Stabes auf der Wendelachse, dessen Temperaturprofil möglichst genau demjenigen der Wendel entspricht, besteht darin, dass sich dann an den einzelnen Windungen der TaC Wendel automatisch die Kohlenstoff- Gleichgewichtsdrücke, welche eine Zersetzung des Leuchtkörpers verhindern, einstellen.

Als Quelle für Kohlenstoff kommen neben dem Kohlenstoff selber und Kohlenstoff-Wasserstoff Verbindungen auch Verbindungen des Kohlenstoffs mit anderen Elementen in Betracht.

Vorteilhaft können z.B. Kohlenstoff und Fluor enthaltende Polymere verwandt werden, wie sie z.B. bei der Polymerisation von Tetrafluorethylen C₂F₄ entstehen (z.B. Polytetrafluorethylen PTFE, Markenname „Teflon" bei der Fa. DUPONT). Bei der Zersetzung dieser Verbindungen entstehen in der Gas phase Verbindungen wie z.B. CF₄, C₂F₄, usw. welche sich erst bei höchsten Temperaturen nahe des Leuchtkörpers zersetzen und dabei Kohlenstoff und Fluor freisetzen. Von Vorteil ist dabei, dass der Kohlenstoff besonders bzw. praktisch ausschließlich an Stellen hoher Temperatur freigesetzt wird. Der Kohlenstoff wird somit gezielt zu Stellen hoher Leuchtkörpertemperatur transportiert. Wegen des gezielten Rückflusses zu Stellen höherer Temperatur kann hier mit relativ geringen Flüssen an Kohlenstoff bzw. relativ geringen Partialdrücken an gasförmigen C-F-Verbindungen gearbeitet werden. Das freigesetzte Fluor reagiert an der Wand zu gasförmigem SiF₄, welches dann aber kaum noch in das Reaktionsgeschehen eingreift und sich auch nicht – wie etwa Wasserstoff – wegen seiner erhöhten Wärmeleitung negativ auf die Effizienz der Lampe auswirkt. Der dabei freigesetzte Kohlenstoff kann wieder – sofern er nicht in der Wandreaktion aufgebraucht wird – mittels eines Transportpartners wie z.B. Chlor in kälteren Bereichen zunächst gebunden und dann an einem heißen Metalldraht wieder zersetzt werden, wobei der Kohlenstoff sich wieder abscheidet und das Chlor freigesetzt wird (Kohlenstoff-Senke).

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 Anwendung auf zweiseitig gequetschte Lampen und Lampen für Netzspannungsbetrieb ist möglich.

Der Begriff Stab, wie er hier verwendet wird, meint ein Mittel, das als massiver Stab oder insbesondere als ein dünner Draht ausgebildet ist.

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 Ausführungsbeispiel;
2 eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 bis 5 eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine einseitig gequetschte Glühlampe 1 mit einem Kolben aus Quarzglas 2, einer Quetschung 3, und inneren Stromzuführungen 10, die Folien 4 in der Quetschung mit einem Leuchtkörper 7 verbinden. Der Leuchtkörper 7 ist ein einfach gewendelter, axial angeordneter Draht aus TaC, dessen Enden 14 ungewendelt sind und quer zur Lampenachse abstehen. Die äußeren Zuleitungen 5 sind außen an die Folien 4 angesetzt.
Die hier beschriebene Bauform lässt sich beispielsweise auch auf Lampen mit Leuchtkörpern anderer Metallkarbide, z.B. Hafniumkarbid, Zirkoniumkarbid, Niobkarbid, übertragen. Auch die Verwendung von Legierungen verschiedener Carbide ist möglich. Außerdem ist die Verwendung von Boriden oder Nitriden, insbesondere von Rheniumnitrid oder Osmiumborid, möglich.
Im allgemeinen verwendet die Lampe bevorzugt einen Leuchtkörper aus Tantalcarbid, der bevorzugt aus einem einfach gewendelten Draht besteht. Als Leuchtkörpermaterial, der bevorzugt ein gewendelter Draht ist, eignet sich bevorzugt auch Zirkoniumkarbid, Hafniumkarbid, oder eine Legierung verschiedener Karbide wie z.B. in US-A 3 405 328 beschrieben.
Der Kolben ist typisch 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 typisch ein Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und ein Halogenzusatz.
Ein Halogenzusatz ist unabhängig von möglichen Kohlenstoff-Halogen-Kreisprozessen bzw. Transportprozessen zweckmäßig, um vom Leuchtkörper aus Metallkarbid abgedampfte Metalle an der Abscheidung an der Kolbenwand zu hindern und möglichst zum Leuchtkörper zurück zu transportieren. Hier handelt es sich um einen Metall-Halogen-Kreisprozess wie z.B. in der Anmeldung DE-Az 103 56 651.1 beschrieben. Wichtig ist insbesondere folgender Umstand: Je mehr die Abdampfung von Kohlenstoff vom Leuchtkörper zurückgedrängt werden kann, um so geringer ist auch die Abdampfung der metallischen Komponente, siehe z.B. J.A. Coffmann, G.M. Kibler, T.R. Riethof, A.A. Watts: WADD-TR-60-646 Part I (1960).
Konkrete Ausführungsbeispiele, die das Wesen der Erfindung näher erläutern, werden im folgenden dargelegt.
(a) Ausführungsbeispiele für Lampe mit einem Leuchtkörper aus TaC und mit einem festen Kohlenwasserstoff als Quelle
Von den aliphatischen Kohlenwasserstoffen kommen in der Regel wegen des sonst zu niedrigen Schmelzpunktes nur hochmolekulare Verbindungen in Frage (z.B. liegt der Schmelzpunkt von C₅₆H₁₁₄ nur bei knapp unter 100°C, was für die meisten Anwendungen zu wenig ist; es sei denn, der Einsatz von flüssigen Verbindungen ist möglich). Geeigneter sind aromatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Anthracen (Schmelzpunkt 216°C), Naphthacen (Schmelzpunkt 355°C), Coronen (Schmelzpunkt 440°C), die zudem noch den Vorteil haben, dass pro C-Atom erheblich weniger Wasserstoff in die Lampe eingetragen wird. Z.B. liegt der Dampfdruck von Anthracen knapp unterhalb des Schmelzpunktes um 50 mbar, bei 145 °C etwas oberhalb 1 mbar. Durch Lokalisierung der Quelle in einem Bereich geeigneter Temperatur kann man einen geeigneten Dampfdruck einstellen. Der Dampfdruck des Kohlenwasserstoffs muss etwa so eingestellt werden, dass die sich nach seinem vollständigen Zerfall einstellende molare Konzentration an C-Atomen am TaC Leuchtkörper in der Größenordnung der Gleichgewichtskonzentration an C-Atomen über dem Leuchtkörper liegt; der genaue Wert hängt von Details ab (z.B. Abstand der C-Quelle zum Leuchtkörper und zur Senke, Zerfallsgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffe an der Senke, usw.). Bei Verwendung von Anthracen als Quelle für Kohlenstoff liegt die geeignete Temperatur für die Quelle im Bereich zwischen 120°C und 150°C, wenn der Abstand zwischen dem auf z.B. 3400 K befindlichen Leuchtkörper und der Quelle ca. 3 cm beträgt und die Abscheidung des Kohlenstoffs nach Zersetzung der Kohlenwasserstoffe an einem bei etwa 400°C–800°C heißen Nickeldraht erfolgt. Der Kaltfülldruck in einer solchen Lampe liegt im Bereich um 1 bar; das Inertgas (z.B. Argon, Krypton) enthält bevorzugt 2 mbar – 20 mbar Wasserstoff H₂, 0,5 mbar CH₂Br₂ und 2 mbar–20 mbar Jod. Durch das Brom soll die Abscheidung von Tantal am Kolben verhindert werden (siehe DE-Az 103 56 651.1), und durch das Jod soll der im Laufe der Verdampfung und Zersetzung des Anthracens freiwerdende Wasserstoff in Form von HJ gebunden werden. HJ stellt hier eine Senke für den freiwerdenden Wasserstoff dar.
1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine mögliche Bauform der Quelle und Senke für eine einseitig gequetschte Lampe. Die Quelle 6 benützt als Quellenmaterial einen festen Kohlenwasserstoff 8, der auf dem Ende eines drahtförmigen Stabes 9, oft Mittelhalter genannt, aus Wolfram abgeschieden wurde. Der Stab 9 ist gehaltert, indem er mit einer zusätzlichen Folie 11 in der Mitte der Quetschung 3 verbunden ist. Diese kann zur leichteren Einbringung einen äußeren Drahtansatz 12 aufweisen, der typisch aus Molybdän besteht.
Die Senke 13 ist durch Überzugswendeln 15 auf einer oder beiden Stromzuführungen 10 realisiert. Diese Wendeln bestehen beispielsweise aus Nickeldraht. Dieser kann im Innenvolumen angebracht sein, und zwar in der Nähe der Quetschung, oder sogar bis in die Quetschung hineinragen, wie an der rechten Wendel 15 gezeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel müssen sowohl Quelle als auch Senke bei relativ niedrigen Temperaturen, normalerweise unterhalb ca. 500°C, betrieben werden müssen, wie man sie nahe der Kolbenwand findet. Hinsichtlich der Einbringung ist die Verwendung der Stromzuführungen 10 nahe der Quetschung 3 am einfachsten. Alternativ könnte auch die Quelle an der einen Stromzuführung 10 und die Senke an der anderen Stromzuführung 10 befestigt sein.
Das Ende des Mittelhalters 9 ist hier mit dem als Quellenmaterial dienenden Kohlenwasserstoff beschichtet. Zwar ist diese Ausführungsform einfach herzustellen, man muss aber dabei in Kauf nehmen, dass der Transport von der Quelle in die Senke hauptsächlich am Leuchtkörper 7 vorbei erfolgt. Da jedoch für die Zersetzung des Kohlenwasserstoffs am Katalysator, der hier von der Senke aus Nickeldraht gebildet ist, eine bestimmte Zeit benötigt wird, stellt sich im stationären Zustand in der gesamten Gasphase, auch außerhalb des direkten Weges von der Quelle zur Senke, eine erhöhte Konzentration an Kohlenwasserstoff bzw. Kohlenstoff ein.
Von Vorteil für die Funktionsweise ist daher die Verwendung einer Anordnung wie in 2, wo die Quelle 16 aus einem in der Pumpspitze 17 eingequetschten Halter 18 aus Wolfram besteht, an dessen dem Leuchtkörper 7 zugewandten dessen Ende das Quellenmaterial 19 sitzt, nämlich ein Kohlenwasserstoff, der als Feststoff abgeschieden wurde.
Die Senke ist hier durch den unteren, quetschungsnahen Teil 21 der Stromzuführungen 22 realisiert. Dieser Teil 21 besteht aus Molybdän, der als Katalysator bei der Zersetzung der Kohlenwasserstoffe dient. Der obere Teil 20 der Stromzuführung ist integral vom Karbid des Leuchtkörpers gebildet. Die unteren Teile 21 ragen bis in die Quetschung hinein.
Bei dieser geometrische Anordnung befindet sich der Leuchtkörper 7 im Materialstrom, der sich von der Quelle 16 zur Senke 21 ausbildet. In 2 besteht der untere Teil der inneren Stromzuführung 22 aus Molybdän, das als Katalysator bei der Zersetzung der Kohlenwasserstoffe und somit als Senke wirkt.
(b) Ausführungsbeispiel für eine Lampe mit einem Leuchtkörper aus TaC und mit einer Kohlenstoffguelle
Der aus TaC bestehende Leuchtkörper 23, siehe 3, wird bei einer Temperatur zwischen 3300 K und 3600 K betrieben. Zur Erzeugung eines geeigneten Kohlenstoff-Partialdrucks am Ort des TaC-Leuchtkörpers wird die Kohlenstoff-Quelle 24 im Temperaturbereich zwischen 2700 K und 3000 K gehalten. Zur Vermeidung der Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand und den Transport des Kohlenstoffs zur Senke wird dem Inertgas (Krypton, Argon) Wasserstoff zugegeben, und zwar so, dass der Partialdruck des Wasserstoffs im Bereich bevorzugt zwischen 2 mbar H₂ und 20 mbar H₂ liegt. In diesem Fall wird aus der Quelle kein Wasserstoff freigesetzt, so dass keine Senke für Wasserstoff benötigt wird. Die Kohlenstoff-Quelle befindet sich auf einer so hohen Temperatur, dass hier keine direkte Reaktion mit dem Wasserstoff erfolgt. Als Senke zur Zersetzung des Kohlenwasserstoffs eignet sich z.B. wieder bei 400°C–800°C betriebene Drähte oder Plättchen aus Nickel oder Eisen oder Molybdän, oder bei Temperaturen um 500°C betriebenes Alumosilikat.
3 zeigt eine mögliche Geometrie für eine solche Lampe. Als Kohlenstoff-Quelle 24 fungieren C-Abscheidungen im „oberen" Bereich der Stromzuführungen 25 nahe des Übergangsbereichs zur Wendel 23, wo bereits vergleichsweise hohe Temperaturen vorliegen. Die Stromzuführung ist hier ein integraler Abgang von der Wendel 23. Statt der C-Abscheidungen können auch C-Fasern um den Abgang gewickelt werden. Die Senke 26 ist hier eine Überzugswendel aus Eisen, die mit Platin beschichtet ist. Sie ist in der Nähe der Quetschung, also bei deutlich Temperaturen angebracht.
(c) Beispiel für eine Geometrie mit einer auf der Wendelachse angeordneten Quelle
Ein Beispiel einer Quelle, die auf der Achse des Leuchtkörpers angeordnet ist, ist in 4 gezeigt. Hier befindet sich ein aus TaC bestehender Stab 27 in der Lampenachse, die gleichzeitig die Achse des Leuchtkörper ist. Der Stab 27 weist im Bereich der Wendel 28 in etwa dasselbe Temperaturprofil auf wie die Wendel selbst. Die Wendel ist so weit gewickelt, dass der Stab 27 berührungslos in ihre Achse hineinpasst. Die Senke ist wieder durch Überzugswendeln 26 gebildet, wie in 3. Sie bestehen aus Molybdän. Der Stab 27 ist durch einen Mittelhalter 9 ähnlich wie in 1 gehaltert. Er kann sich insbesondere bis in eine Pumpsitze 29 erstrecken, siehe gestrichelte Ausführungsform. Dadurch ist er besser arretiert.
(d) Beispiel für die Anwendung bei einer zweiseitig gequetschten Lampe
5 zeigt eine mögliche Anordnung für eine zweiseitig gequetschte Lampe 30. Hier kann man vorteilhaft Quelle 31 und Senke 32 auf den verschiedenen Seiten des Leuchtkörpers 33 anordnen, so dass sich der Leuchtkörper 33 aufgrund der geometrischen Anordnung im Transportstrom von der Quelle 31 zur Senke 32 befindet. Die Quetschungen sind mit 39 bezeichnet.
Die Quelle 31 ist eine Kohlenstoffabscheidung (Ruß) oder eine um die Stromzuführung 34 gewickelte Kohlenstoff-Faser. Die Senke 32 ist der Teil einer Stromzuführung, der aus Molybdän gefertigt ist und vom Leuchtkörper 33 abgewandt angeordnet ist. Dieser Teil ist über einen Schweißpunkt 35 mit dem Abgang 36 des Leuchtkörpers aus TaC verbunden.
Vorteilhaft steht hier auf beiden Seiten des Leuchtkörpers 33 in axialer Richtung das gesamte Temperaturspektrum zur Verfügung, so dass z.B. die C-Quelle bei relativ hohen Temperaturen in der Nähe des Leuchtkörpers und die Senke bei niedrigeren Temperaturen weiter weg vom Leuchtkörper auf der anderen Seite angeordnet werden kann. In dem in 5 gezeigten Beispiel wirkt der Molybdän-Abgang als Senke.

Claims

Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält (7) und mit Stromzuführungen (10), die den Leuchtkörper (7) haltern, wobei der Leuchtkörper zusammen mit einer Füllung in einem Kolben (2) vakuumdicht eingebracht ist, wobei das Material des Leuchtkörpers eine Metallverbindung, insbesondere ein Metallcarbid, aufweist, dessen Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunkts von Wolfram, bevorzugt oberhalb dem von Wolfram, liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper ein Material enthält, das bedingt durch chemische Zersetzung und/oder Verdampfung im Betrieb an mindestens einem chemischen Element verarmt, und dass im Kolben eine Quelle und eine Senke für dieses Element angebracht ist, wobei die Quelle das Element liefert, an welchem der Leuchtkörper verarmt und wobei an der Senke das Element, welches der Leuchtkörper während der Lebensdauer fortwährend emittiert, abgeschieden wird, so dass es insgesamt zu einem kontinuierlichen Fluss des beschriebenen Elements von der Quelle zur Senke kommt, wobei die Konzentration des betreffenden Elements, von Anlaufprozessen abgesehen, an jedem Ort in der Lampe im wesentlichen stationär ist, wobei der Leuchtkörper im stationären Betrieb mit der von außen durch das Zusammenwirken von Quelle und Senke aufgeprägten Partialatmosphäre aus dem an ihm ständig vorbeitransportierten Element im Gleichgewicht steht, so dass eine Verarmung des Leuchtkörpers an dem fraglichen Element verhindert wird.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper von einem Kolben aus Glas, insbesondere Quarzglas oder Hartglas, oder Keramik, insbesondere Al₂O₃, umgeben ist.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zumindest ein Grundgas in Form eines Inertgases, insbesondere Edelgas und/oder Stickstoff, verwendet.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Metallverbindung um ein Metallkarbid, wie z.B. Tantalkarbid, Zirkoniumkarbid oder Hafniumkarbid oder Legierungen verschiedener Metallkarbide handelt.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem festen oder flüssigen Kohlenwasserstoff oder halogenierten Kohlenwasserstoff besteht, der im Temperaturbereich zwischen 100°C und 400°C betrieben wird, und der bei der Zersetzung Kohlenstoff freisetzt.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus Kohlenstoff, insbesondere aus Ruß oder Graphitfasern oder -gewebe oder Kohlenstoffpresslingen, besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, wobei dieses Material in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagiert, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem mit dem entsprechenden Metallkarbid beschichteten Graphitkörper, insbesondere Graphitfaser, besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, wobei dieses Material in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagiert, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem Kohlenstoff enthaltenden Sinterwerkstoff besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, welche in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagieren, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für den Kohlenstoff ein in der Nähe des Leuchtkörpers befestigter Stab, insbesondere ein axial angeordneter Stab, aus demselben Metallkarbid wie der Leuchtkörper dient, dessen longitudinales Temperaturprofil demjenigen des aus demselben Metallkarbid bestehenden Leuchtkörpers entspricht, und Wasserstoff und ggf. Halogen, als Mittel zum Transport des Kohlenstoffs zur Senke verwendet wird.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für den Kohlenstoff ein in der Nähe der Achse des Leuchtkörpers befestigter Stab aus einem zweiten Metallkarbid dient, dessen Dampfdruck bei einer gegebenen Temperatur höher ist als derjenige des Metallkarbids des Leuchtkörperdrahtes, um die Verluste durch Wärmeleitung längs des in der Achse der Wendel befestigten Drahtes zu kompensieren, und Wasserstoff, und ggf. Halogen, als Mittel zum Transport des Kohlenstoffs zur Senke verwendet wird.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke für den Kohlenstoff aus einem katalytisch wirkenden Metall, insbesondere Nickel oder Eisen oder Molybdän oder Kobalt oder Platin, besteht, an welchem sich die, ggf. halogenierten, Kohlenwasserstoffe unter Abscheidung von Kohlenstoff und Freisetzung von Wasserstoff und ggf. Halogen zersetzen.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke für den Kohlenstoff aus einem Karbide bildenden Metall besteht, insbesondere aus Eisen oder Molybdän oder Wolfram oder Tantal, an welchem sich die Kohlenwasserstoffe unter Bildung von Metallkarbiden und Freisetzung von Wasserstoff zersetzen.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke für den Kohlenstoff aus Aluminium-, Magnesium- oder Molybdänsilikaten besteht.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Jod enthält, wobei der freigesetzte Wasserstoff durch Reaktion mit Jod zu Jodwasserstoff gebunden wird, so dass das Jod die Funktion einer gasförmigen Senke für den Wasserstoff hat.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der freigesetzte Wasserstoff durch die heiße Quarzkolbenwand entweicht, so dass die Senke für den Wasserstoff durch die Permeation der heißen Kolbenwand zur Verfügung gestellt ist.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben ein zu Wasserstoff affines Metall eingebracht ist, wobei der freigesetzte Wasserstoff von dem zu Wasserstoff affinem Metall, insbesondere Zirkonium oder Hafnium, gebunden oder „gegettert" wird.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle ein fluorierter, insbesondere perfluorierter, Kohlenwasserstoff, insbesondere PTFE verwendet wird, der bei hohen Temperaturen als Zersetzungsprodukte perfluorierte Kohlenstoffverbindungen liefert.
Glühlampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff mittels Halogen, bevorzugt Chlor, zur Senke transportiert wird, die aus einem katalytisch wirkenden Metall oder einem Karbide bildenden Metall, insbesondere Nickel, Eisen, Molybdän, Kobalt, Platin, Wolfram oder Tantal, besteht.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllgas zusätzlich eine halogenhaltige Verbindung, und ggf. Wasserstoff, Schwefel oder eine cyanidhaltige Verbindung enthält, um das Metall sowie ggf. den Kohlenstoff, an der Abscheidung an der Kolbenwand zu hindern und möglichst vollständig zum Leuchtkörper zurück zu transportieren.