DE102004059174A1

DE102004059174A1 - Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält

Info

Publication number: DE102004059174A1
Application number: DE102004059174A
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: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-14
Also published as: WO2006060995A2; CN101073139A; US20080122355A1; CA2586057A1; EP1820205A2; WO2006060995A3

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 Kohlenstoff, als auch Wasserstoff und Fluor, bevorzugt als Verbindungen.

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.

Eine bekannte Option zur Steigerung der Effizienz von Glühlampen ist die Verwendung von Glühkörpern aus hochschmelzenden Keramiken wie Tantalkarbid. Siehe hierzu z.B. Becker, Ewest: „Die physikalischen und strahlungstechnischen Eigenschaften des Tantalkarbids", Zeitschrift für technische Physik, Nr. 5, S. 148-150 und Nr. 6, S. 216-220 (1930)). Die Steigerung der Effizienz ergibt sich aus der Tatsache, dass der Glühkörper aus Metallcarbid wegen der, verglichen mit den reinen Metallen, viel höheren Schmelzpunkte bei höherer Temperatur betrieben werden kann: Schmelzpunkt für TaC ist 3880°C gegenüber 3410°C für Wolfram. Zudem ist verglichen mit Wolfram der Emissionskoeffizient der Carbide im sichtbaren Bereich größer als im IR. Insbesondere Tantalkarbid ist ein besserer „Selektivstrahler" als Wolfram.

Ein Problem beim Betrieb von Tantalkarbid-Leuchtkörpern bei hohen Temperaturen stellt die Entkarburierung dar; diese führt zur Bildung von Subcarbiden mit höherem spezifischem Widerstand und niedrigerem Schmelzpunkt und damit zur raschen Zerstörung des Leuchtkörpers. Zur Lösung dieses Problems finden sich in der Literatur mehrere Ansätze.

Eine in US-A 3 405 328 erwähnte Möglichkeit besteht darin, den Kohlenstoff im Überschuss in dem Tantalkarbidleuchtkörper zu lösen. Der nach außen vom Leuchtkörper abdampfende Kohlenstoff, der sich an der Kolbenwand niederschlägt, wird dann durch Diffusion aus dem Inneren heraus ersetzt.

Eine weitere Möglichkeit stellt der Zusatz von Kohlenstoff und Wasserstoff zum Füllgas dar, siehe z.B. US-A 2 596 469. Dabei entsteht in der Lampe ein Kohlenstoff-Kreisprozess. Der bei hohen Temperaturen abdampfende Kohlenstoff reagiert bei niedrigeren Temperaturen mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, welche durch Konvektion und/oder Diffusion zum Leuchtkörper zurücktransportiert werden, wo sie sich wieder zersetzen. Der dabei entstehende Kohlenstoff wird wieder an den Leuchtkörper angelagert. Für einen funktionierenden Kohlenstoff-Kreisprozess muss meist ein Wasserstoff-Überschuss eingesetzt werden, um die Abscheidung von Kohlenstoff (in Form von Ruß) im Lampengefäß zu vermeiden. Z.B. muss bei Verwendung von Methan oder Ethen der Partialdruck des Wasserstoffs um ca. einen Faktor 2 größer sein als derjenige des Kohlenwasserstoffs. Anderenfalls kommt es zur Abscheidung von Kohlenstoff im Lampengefäß. Da die notwendigen Konzentrationen von Kohlenstoff und Wasserstoff meist im Bereich bis zu einigen Prozent liegen müssen, wirkt sich der hohe Anteil an Wasserstoff negativ auf die Effizienz der Lampe aus.

Zur Verringerung des Effizienzverlusts wurden neben dem Wasserstoff auch Halogene zur Reaktion mit dem Kohlenstoff eingesetzt, siehe z.B. US-A 3 022 438. Der vom Leuchtkörper abdampfende Kohlenstoff reagiert in den kalten Bereichen nahe der Kolbenwand mit z.B. Chloratomen zu Verbindungen wie CCl₄, wodurch eine Abscheidung des Kohlenstoffs an der Wand vermieden wird. Die Kohlenstoff-Halogen-Verbindungen werden durch Transport-Prozesse wie Konvektion und Diffusion in Richtung des Glühkörpers zurück transportiert, wobei sie sich im wärmeren Bereich unter Freisetzung des Kohlenstoffs zersetzen. Der Kohlenstoff kann wieder an die Wendel angelagert werden. Um den Kohlenstoff durch Halogen und Wasserstoff an einer Abscheidung zu hindern, muss gemäß US-A 3 022 438 sowohl die Menge des insgesamt in die Lampe eingebrachten Halogen-Elements als auch die Menge des Elements Wasserstoff jeweils größer sein als die insgesamt in der Gasphase vorhandene Menge an Kohlenstoff. Da sich die Kohlenstoff-Chlor- und Kohlenstoff-Brom-Verbindungen nur bei Temperaturen um oder unter ca. 150°C bilden können, ist die Anwendung des Kohlenstoff-Halogen-Kreisprozesses auf Lampen mit relativ großem Kolbenvolumen und damit Kolbentemperaturen um oder unter 200°C beschränkt. Der Kohlenstoff-Halogen-Kreisprozess auf Basis von Chlor oder Brom funktioniert sicherlich nicht mehr bei Temperaturen von mindestens 200 °C und entsprechend kleinen Abmessungen des Kolbens. Ein weiterer Nachteil beim Einsatz von Halogenen zur Vermeidung der Abscheidung von Kohlenstoff auf der Kolbenwand besteht darin, dass bei den dafür erforderlichen relativ großen Halogenkonzentrationen die Bestandteile des Gestells oder der Wendel in kälteren Bereichen angegriffen werden.

Bei relativ hohen Betriebstemperaturen des TaC Leuchtkörpers kommt es neben der Abdampfung von C in geringerem Ausmaß auch zu einer Abdampfung von Ta, siehe z.B. J.A. Coffmann, G.M. Kibler, T.R. Riethof, A.A. Watts: WADD-TR-60-646 Part I (1960). Daher hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, einem Kreisprozess zur Rückführung des Kohlenstoffs zum Leuchtkörper einen weiteren Kreisprozess zur Rückführung des Tantals zum Leuchtkörper zu überlagern, siehe die noch unveröffentlichte DE-A 103 56 651.1. Beispielsweise kann die Ablagerung von Kohlenstoff auf der Kolbenwand durch den Einsatz von Wasserstoff, diejenige von Tantal durch den Einsatz von Halogenen wie Chlor oder Brom oder Jod vermieden werden. Aber auch der Einsatz anderer Elemente ist möglich.

Eine Ausnahme hinsichtlich der Verwendung von Halogenen stellt der Einsatz von fuor-haltigen Verbindungen dar. Prinzipiell ist Fluor hervorragend zur Ausbildung eines Fluor-Kreisprozesses geeignet, weil Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen bis zu Temperaturen von weit oberhalb 2000 K stabil sind, siehe z.B. Philips techn. Rdsch. 35, 228-341. Nr.11/12. Daher wird zum einen eine Schwärzung der Kolbenwand effizient verhindert und zum anderen der Kohlenstoff gezielt zur heißesten Stelle des Leuchtkörpers zurücktransportiert (regenerativer Kreisprozess). Ein solcher Kohlenstoff-Fluor-Kreisprozess ist sowohl für Lampen mit Leuchtkörper aus Kohlenstoff als auch mit Leuchtkörper aus Metallkarbiden einsetzbar. Nachteilig dabei ist jedoch, dass dazu die Kolbenwand gegen einen Angriff des Fluors geschützt werden muss, siehe US 3 022 438 (Cooper, Verwendung F in TaC Lampen). Ggf. ist auch ein Schutz der Teile des Gestells erforderlich. Wegen des damit verbundenen Aufwands wird der Fluor-Kreisprozess bis heute nicht in großem Maßstab angewandt.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung, und insbesondere einen carbidhaltigem 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. Eine weitere Aufgabe ist es, die vollen Vorteile eines Fluor-Kreisprozesses zu nutzen.

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.

Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Fluor auch in Lampen mit Leuchtkörper aus einem Metallkarbid und – im Gegensatz zu den oben erwähnten Fluor enthaltende Verbindungen betreffende Anmeldungen – einem ungeschützten Kolben aus Glas (z.B. Quarz, Hartglas) nutzbringend sein kann, wenn es neben Wasserstoff und ggf. einem weiteren Halogen eingesetzt wird. Durch die zusätzliche Dosierung einer fluorhaltigen Verbindung eines neben dem Inertgas einen Kohlenwasserstoff und Wasserstoff enthaltenden Füllgases wird ein günstiger Effekt hinsichtlich der Vermeidung von Kolbenschwärzung und Verlängerung der Lebensdauer erzielt. Das Fluor kann z.B. in Form von CF₄ bzw. fluorierten Kohlenwasserstoffen wie CF₃H, CF₂H₂, C₂F₄H₂ usw. dosiert werden. Diese Verbindungen zersetzen sich bei höheren Temperaturen unter Freisetzung von Fluor. Bei der Reaktion von Fluor an der Kolbenwand entstehen Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige Verbindungen wie CO zumindest in geringen Mengen, was offensichtlich nicht störend ist, wenn die Menge des entstehenden Sauerstoffs begrenzt ist. Die Menge des dabei entstandenen Sauerstoffs muss geringer sein als die Menge des Kohlenstoffs und des vorhandenen Wasserstoffs. Der dabei entstandene Sauerstoff wirkt sich zusammen mit den in der Gasphase vorhandenen fluorhaltigen Verbindungen günstig aus. Diese günstige Wirkung ist aber nicht auf einen Kohlenstoff-Fluor-Kreisprozess wie z.B. in Philips techn. Rdsch. 35, 228-341. Nr.11/12 beschrieben zurückzuführen, da das Fluor bei Temperaturen nahe der Kolbenwand in keinem Fall mehr für die Bildung von Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen wie CF₄ zur Verfügung steht, sondern zum weitaus größten Teil als SiF₄ gebunden vorliegt. Vielmehr ist diese günstige Wirkung auf eine kombinierte Wirkung des Sauerstoffs und des in der Wandreaktion entstandenen SiF₄ zurückzuführen.

Wird der Leuchtkörper aus Metallkarbid bei höheren Temperaturen betrieben, so muss neben dem Fluor ein weiteres Halogen wie Chlor oder Brom oder Jod zuge gen sein, um im Sinne der noch unveröffentlichten DE-A 103 56 651.1 die Abscheidung von Tantal an der Kolbenwand zu verhindern und dieses zum Leuchtkörper zurück zu transportieren. Dies ist in nahezu allen praktisch relevanten Fällen notwendig, weil der Leuchtkörper ja gerade zur Verbesserung der Effizienz bei relativ hohen Temperaturen deutlich oberhalb 3000 K betrieben wird. Das Fluor steht für diesen Kreisprozess nicht zur Verfügung, da es an der Kolbenwand zu SiF₄ reagiert hat.

Die günstige Wirkung des Fluors lässt sich noch verstärken, wenn man in den kälteren Bereichen bei Temperaturen meist um 150°C bis 400 °C Metalle wie Eisen, Kobalt, Nickel oder auch Molybdän einsetzt. Wahrscheinlich wirken diese Metalle als Katalysatoren im Sinne von Fischer-Tropsch-Reaktionen, wobei das Kohlenmonoxid am Katalysator mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen und Wasser reagiert. Dadurch wird das sonst sehr stabile Kohlenmonoxid-Molekül wieder zerlegt und sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff dem Reaktionsgeschehen wieder zugeführt. Der Kohlenwasserstoff zersetzt sich auf seinem Weg zum Leuchtkörper unter Freisetzung von Kohlenstoff, welcher wieder an den Leuchtkörper angelagert werden kann. Der freigesetzte Sauerstoff regiert bereits mit dem vom Leuchtkörper herantransportierten Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid. Da diese Reaktion – im Gegensatz zur Reaktion des Kohlenstoffs mit dem Wasserstoff – bereits bei weitaus höheren Temperaturen abläuft, wird eine Schwärzung des Kolbens dadurch wirkungsvoll verhindert. Die als Katalysatoren wirkenden Metalle sollten bevorzugt bei möglichst niedriger Temperatur eingesetzt werden, um eine Reaktion mit dem für den Tantal-Kreisprozess verwendeten Halogen zu vermeiden.

Der Unterschied der hier beschriebenen Vorgehensweise gegenüber z.B. der in US 3 022 438 bzw. DE 1 188 201 beschriebenen besteht darin, dass die Glaswände bewusst nicht geschützt werden und zudem die Menge des Halogens Fluor sowie des weiteren Halogens (Chlor, Brom, Jod) deutlich kleiner als diejenige des Kohlenstoffs gewählt wird. Der Unterschied zur in der DE-A 103 24 361 beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass keine sauerstoffhaltige Verbindung in die Lampe eingefüllt wird, sondern der Sauerstoff aus dem Material der Kolbenwand herausgelöst wird, und zum anderen nicht halogenfrei gearbeitet wird, sondern Fluor und noch mindestens ein weiteres Halogen zur Verbesserung der Lebensdauer und Verringerung der Kolbenschwärzung eingesetzt werden.

Hinsichtlich der Dosierung lassen sich folgende Verhältnisse definieren. Die molare Konzentration an Kohlenstoff sollte mindestens um einen Faktor 3, bevorzugt um einen Faktor 5-20 größer sein als die molare Konzentration des Fluors. Die molare Konzentration des Wasserstoffs soll um mindestens einen Faktor 4, bevorzugt um einen Faktor 5-40 größer sein als diejenige des Kohlenstoffs. Die molare Konzentration des weiteren für die Rückführung des Tantals zum Leuchtkörper benötigten Halogens soll kleiner sein als die halbe Wasserstoffkonzentration und bevorzugt kleiner als ein zehntel der Wasserstoffkonzentration.

Als Richtschnur ergeben sich für einen Kaltfülldruck von 1 bar folgende Konzentrationen. Die molare Konzentration des Kohlenstoffs soll zwischen 0,1% und 5% liegen. Die molare Konzentration des weiteren für den Tantal-Kreisprozess benötigten Halogens (Chlor, Brom, Jod) soll zwischen 500 ppm und 5000 ppm liegen. Alle anderen Konzentrationen ergeben sich dann durch Berechnung mit den oben angegebenen Verhältnissen. Die Umrechnung auf andere Kaltfülldrücke ergibt sich aus der Randbedingung, dass die Anzahl der insgesamt im Lampenvolumen enthaltenen Teilchen konstant sein soll. Bei Übergang von 1 bar auf 2 bar sind somit die einzelnen Konzentrationen zu halbieren.

Eine Ausnahme ergibt sich hinsichtlich der Verwendung von Jod, wenn dieses, wie in der noch unveröffentlichten DE-A 103 56 651.1 beschrieben, zur Bindung von Wasserstoff verwendet wird, um diesen an der Permeation durch die Kolbenwand zu hindern. Dann werden erheblich größere molare Konzentrationen an Jod verwendet, die bis auf einen Faktor 5, bevorzugt bis auf einen Faktor 2, der eingesetzten Menge an Wasserstoff entsprechen.

Die Dosierung der einzelnen Bestandteile kann wie folgt vorgenommen werden:
Die Zugabe von Kohlenstoff erfolgt Über ggf. halogenierte Kohlenwasserstoffe wie CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, CF₄, CH₂Cl₂, CH₃Cl, CH₂Br₂, CF₃Br, CH₃I, C₂H₅J, CF₃Cl, CF₂BrCl, usw., wobei über die halogenierten Kohlenwasserstoffe zugleich die zudem benötigten Halogene dosiert werden können.

Die Zugabe von Wasserstoff erfolgt entweder über ggf. teilweise halogenierte Kohlenwasserstoffe (s.o.) oder über Wasserstoffgas H₂.

Die Zugabe von Fluor erfolgt Über die bereits erwähnten zumindest teilweise fluorierten Kohlenwasserstoffe, Fluor F₂, NF₃, PF₃, usw.

Die Zugabe von Brom, Chlor, Jod (Halogen für Ta-Kreisprozess) erfolgt Über die bereits erwähnten zumindest teilweise halogenierten Kohlenwasserstoffe wie z.B. CH₂Br₂, CH₃Br, CH₃Cl, CCl₄, zusätzlich über Br₂, Cl₂, J₂, auch der Einsatz von PCl₃, PBr₃ usw. ist möglich.

Eine ganz konkrete Mischung ist: 1bar Kr + 1% CH₄ + 3% H₂ + 0,1% CF₂Br₂

Der Kolben besteht aus hochschmelzendem Glas, wobei damit Hartglas, Vycor oder Quarzglas gemeint ist. Als Hartglas eignet sich beispielsweise Borosilikatglas, insbesondere Alumoborosilikatglas, oder Alumosilikatglas, insbesondere Erdalkalialumosilikatglas.

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 6 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 3 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 mit Fluor.
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).
2 ist im wesentlichen ähnlich wie 1 aufgebaut. Hier wird jedoch zusätzlich ein Katalysator verwendet, der beispielsweise in Form von Drähten 20 bzw. Plättchen 21 an die Teile des Gestells bzw. des Wendelabgangs angeschweißt werden. Eine Alternative (3) besteht darin, den Draht 22 auf eine dritte Mo-Folie 24 in der Quetschung 3 aufzuschweißen. Mit 23 ist ein Halter aus Molybdän für die zusätzliche Folie 24 bezeichnet. Alternativ können Teile des Gestells direkt aus dem Material des Katalysators gefertigt sein. Auch die Beschichtung der Abgänge bzw. von Teilen des Gestells mit dem Material des Katalysators ist möglich. Wie bereits erwähnt eignen sich als Katalysatoren Metalle wie Eisen, Nickel, Kobalt oder Molybdän, aber auch wie Rhodium oder Rhenium.
4 zeigt schematisch ein Beispiel, bei dem der Katalysator von Überzugswendeln 25 an den inneren Stromzuführungen gebildet werden. Diese sind beispielsweise aus Nickel gefertigt. Die Überzugswendeln können auch bis in die Quetschung geführt werden, siehe rechte Seite (26).
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Katalysator dadurch gebildet wird, dass die unteren Teile der inneren Stromzuführungen separat ausgebildet sind. Sie werden durch Drähte 27 aus Katalysator-Material, insbesondere Molybdän, gebildet. Die oberen Teile 28 der inneren Stromzuführung sind aus Wolfram gebildet. Die beiden Teile sind durch Schweißpunkte 30 miteinander verbunden.
Schließlich zeigt 6 Katalysatoren, die als Beschichtung 29 auf den unteren Teilen der Stromzuführungen 10 realisiert sind. Die Beschichtung erstreckt sich bis in die Quetschung 3 hinein.
Die hier angesprochenen fluorhaltigen Verbindungen sind Im allgemeinen gasförmig. Sie werden in den Kolben bei der Füllung mit eingebracht und zersetzen sich in kurzer Zeit. Der hier beschriebene Katalysator dient dem Zweck, die Aufspaltung von CO zu ermöglichen.
Im Gegensatz dazu steht ein Konzept, das einen kontinuierlichen Nachschub an Kohlenstoff durch Verwendung eines fluorhaltigen Feststoffs verfolgt. Dabei wird kontinuierlich CF4 o.ä. abgedampft. In diesem Falle wird der Kohlenstoff durch Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen direkt zur heißesten Stelle des Leuchtkörpers zurück transportiert, d.h. hier ist das Fluor direkt für den Kohlenstoff-Transport wichtig, im Gegensatz zu dem in dieser Schrift beschriebenen Konzept. Ein dort verwendeter Katalysator wirkt als Senke für Kohlenstoff über die gesamte Lebenszeit.
Die inneren Stromzuführungen bilden zusammen das Gestell. Insbesondere können die Wendelabgänge direkt als Bestandteile des Gestells verwendet werden.

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 ein Metallcarbid aufweist, dessen Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunkts von Wolfram, bevorzugt oberhalb dem von Wolfram, liegt, und mit einem Kolben, der aus hochschmelzendem Glas besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung gleichzeitig Kohlenstoff, Wasserstoff und Fluor enthält, wobei die Füllung unmittelbaren Kontakt zumindest mit einem Teil der Innenwand des Kolbens hat und wobei der Kohlenstoff als Verbindung eingebracht ist.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper von einem Kolben aus Quarzglas, Vycor oder Hartglas 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 zumindest eine der Komponenten Wasserstoff und Fluor als Verbindung in den Kolben eingebracht ist.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Komponenten als Verbindungen in den Kolben eingebracht sind.
Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiteres Halogen aus der Gruppe Cl, Br, J als Verbindung in den Kolben eingebracht ist.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper ein gewendelter Draht oder ein Band ist, bestehend zumindest an seiner Oberfläche aus Tantalcarbid.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper aus ZrC, HfC oder einer Legierung dieser Carbide, bevorzugt TaC enthaltend, besteht, und dass der Leuchtkörper insbesondere ein gewendelter Draht ist.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper aus einem Kern und einer Beschichtung an dessen Oberfläche besteht, wobei der Kern insbesondere ein Rheniumdraht oder eine Kohlenstofffaser bzw. ein Bündel von Kohlenstofffasern ist, die mit Carbid beschichtet ist.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Konzentration an Kohlenstoff mindestens um einen Faktor 3, bevorzugt um einen Faktor 5-20, größer ist als die molare Konzentration des Fluors, und dass die molare Konzentration des Wasserstoffs um mindestens einen Faktor 4, bevorzugt um einen Faktor 5-40, größer ist als diejenige des Kohlenstoffs.
Glühlampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Konzentration des weiteren für die Rückführung des Tantals zum Leuchtkörper benötigten Halogens kleiner ist als die halbe Wasserstoffkonzentration und bevorzugt kleiner als ein Zehntel der Wasserstoffkonzentration.
Glühlampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf einen Kaltfülldruck von 1 bar die molare Konzentration des Kohlenstoffs zwischen 0,1 und 5 % liegt, wobei die molare Konzentration des weiteren für den Tantal-Kreisprozess benötigten Halogens zwischen 500 ppm und 5000 ppm liegt.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper mit Stromzuführungen verbunden ist, wobei ein metallischer Katalysator an mindes tens einer Stromzuführung so befestigt ist, dass das als Katalysator wirkende Metall im Betrieb der Lampe einer Temperatur im Bereich zwischen 100°C und 600°C ausgesetzt ist.
Glühlampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator ein Drahtstück, ein Plättchen oder eine Wendel ist.
Glühlampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als Beschichtung auf mindestens einer Stromzuführung aufgebracht ist.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf einen Kaltfülldruck von 1 bar die molare Konzentration des Kohlenstoffs zwischen 0,1 und 5 % liegt.