DE102006020581A1

DE102006020581A1 - Zwei-Metall-Umspinnung

Info

Publication number: DE102006020581A1
Application number: DE102006020581A
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: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-11-08
Also published as: CN101438381B; CN101438381A; CA2649609A1; WO2007125077A2; EP2013896A2; WO2007125077A3; EP2013896B1; JP2009535770A; US20100156289A1; DE502007006459D1

Abstract

Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper und mit Stromzuführungen, die den Leuchtkörper haltern, wobei ein Leuchtkörper zusammen mit einer Füllung in einem Kolben vakuumdicht eingebracht ist, wobei der Leuchtkörper ein Metallcarbid aufweist, dessen Schmelzpunkt bevorzugt oberhalb dem von Wolfram liegt, wobei der Leuchtkörper gewendelt ist. Der Leuchtkörper hat einen Kerndraht und eine Umspinnungswendel und ist aus verschiedenen Materialien aufgebaut und beinhaltet ein Metallcarbid.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Halogenglühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen werden für die Allgemeinbeleuchtung und für fotooptische Zwecke verwendet.
Stand der Technik
Zur Erhöhung der Leuchtdichte bei Wolfram-Lampen werden gemäß DE-A 31 23 442 Leuchtkörper mit einer Umspinnungswendel verwendet. Sowohl Umspinnungsdraht als auch umsponnene Wendel sind aus Wolfram. Dabei wird ein dickerer, in erster Linie die Leistungsaufnahme bestimmender Wolframdraht, im folgenden als „Kerndraht" bezeichnet, von einem dünneren Wolframdraht umsponnen. Ziel der Umspinnungswendel ist die Vergrößerung der Leuchtkörperoberfläche und damit der Abstrahlungsfläche. Durch diese Maßnahme gelingt es, das sonst in erster Linie über den Drahtdurchmesser festgelegte Verhältnis zwischen der für die Leistungsaufnahme relevanten Drahtquerschnittsfläche und der für die Abstahlung relevanten Drahtoberfläche zu verbesern. Die effektiv abstrahlende Fläche wird zudem durch die Wendelgeometrie bestimmt. Vereinfacht ausgedrückt gelingt es durch die Vergrößerung der abstrahlenden Oberfläche, eine festgelegte Leistung längs eines kürzeren Stücks des Leuchtdrahts abzustrahlen. Dabei ist angenommen, dass die anderen in die Energiebilanz eingehenden Einflüsse im Wesentlichen konstant bleiben.
Aus der US-A 3 237 284 und US-A 3 219 493 sind Leuchtkörper bekannt, bei denen sowohl der Kerndraht als auch die Umspinnungswendel aus TaC bestehen oder dieses zumindest als chemischen Hauptbestandteil enthalten.
Ziel der Umspinnungswendel in diesen Patenten ist ähnlich wie bei der Wolframwendel eine Erhöhung der Strahlungsemission, die durch die geometrische Vergrößerung der strahlenden Oberfläche erzielt wird. Sowohl Umspinnungsdraht als auch Kerndraht bestehen hauptsächlich aus Tantalkarbid und es sind keine unterschiedlichen Materialpaarungen von Kerndraht und Umspinnungsdraht vorgeschlagen. Darüberhinaus ist ein relativ großer Windungsabstand w des Umspinnungsdrahtes mit Durchmesser d vorgesehen, der zwischen w > 0 und w < 2d liegt. Der Kerndraht wird nicht vollständig umhüllt, wie auch in den dazugehörigen Figuren deutlich sichtbar ist. Es wird eine einlagige Umspinnungswendel beschrieben, wobei zusätzlich zu Verbindungszwecken eine Kohlenstoffschicht auf dem Kerndraht aufgebracht sein kann.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Lampe die Lebensdauer zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Tantalkarbid besitzt einen um ca. 500 K höheren Schmelzpunkt als Wolfram. Somit kann die Temperatur eines Leuchtkörpers aus Tantalkarbid erheblich höher eingestellt werden als diejenige eines Leuchtkörpers aus Wolfram. Wegen der höheren Temperatur des Leuchtkörpers und der verstärkten Emission des Tantalkarbids im sichtbaren Spektralbereich sind bei Lampen mit Tantalkarbid als Leuchtkörper erheblich höhere Lichtausbeuten realisierbar als bei Lampen mit herkömmlichen Glühkörpern aus Wolfram. Einer Vermarktung von Tantalkarbidlampen stehen bisher hauptsächlich die Sprödigkeit des Tantalkarbids sowie die schnelle Entkarburierung bzw. Zersetzung des Leuchtkörpers bei hohen Temperaturen im Wege.
Um den fertigungstechnischen Aufwand beim Bau einer TaC Lampe möglichst gering zu halten, sollte eine TaC Lampe in derselben Geometrie gebaut werden wie eine herkömmliche Niedervolt-Halogenlampe mit einem Kolben in Quarz- oder Hartglastechnik. Auch Kolben aus Aluminiumoxidkeramik sind möglich ähnlich wie bei den auf dem Mark erhältlichen Metallhalogenidlampen mit keramischen Entladungsgefäßen.
Erfindungsgemäß wird ein Leuchtkörper verwendet, der als Umspinnungswendel, bestehend aus Kerndraht und Umspinnung, ausgeführt ist. Als Umspinnung wird meist ein Umspinnungsdraht oder eine Kombination aus Beschichtung und Umspinnungsdraht verwendet. Die Umspinnung kann auch mehrere Umspinnungdrähte umfassen.
Insbesondere wird zunächst ein Umspinnungsdraht, bestehend aus karburierfähigem Material wie beispielsweise Tantaldraht, zusammen mit einem Kerndraht aus einem anderem hochschmelzendem Material gefertigt. Dieses andere Material ist in einer ersten Ausführungsform unter den gewählten Bedingungen karburierfähig, insbesondere gilt das für Hf, Zr, Nb, V, Ti, W, Ru, oder deren Legierungen. Dann werden unter Verwendung dieser Wendeln Stängellampen gebaut. Anschließend wird dieser Leuchtkörper in der offenen Stängellampe unter Verwendung eines Gemischs aus Methan und Wasserstoff karburiert. Die Metalle wandeln sich meist je nach ihrer Kohlenstoff-Bildungsenthalpie und Kohlenstofflöslichkeit in die jeweiligen Metallkarbide um. Im Falle einer zweiten Ausführungsform handelt sich beim anderen Material um unter den geeignet gewählten Bedingungen um nichtkarbidbildende Metalle, wie z.B. Rhenium, Osmium, Iridium, oder auch Wolfram bei einer niedrigen Temperatur des Leuchtkörpers. Diese Materialien verbleiben in ihrer reinen Metallform. Hinsichtlich den grundlegenden Eigenschaften der Karburierung vgl. z.B. S. Okoli, R. Haubner, B. Lux, Surface and Coatings Technology 47 (1991), 585-599, und G. Hörz, Metall 27, (1973), 680. Die aufgekohlten Stängellampen werden anschließend abgepumpt, mit Füllgas gefüllt und zuletzt der Pumpstängel abgeschmolzen und somit die Lampe verschlossen.
In besonderen Fällen kann anstatt dem Wendelaufkohlen in der offenen Stängellampe auch ein Aufkohlen in der abgeschmolzenen, geschlossenen Lampe erfolgen. Das Füllgas der Lampe ist dann dementsprechend mit einem Kohlenstoffüberschuss zu versehen und anzupassen, was jedoch deutlich schwieriger ist und in der Praxis meist nur bei Wendelaufkohlungstemperaturen < 3200 K gelingt. Begrenzender Faktor ist der Schmelzpunkt der reinen Metalle. Beispielsweise hat Tantal einen Schmelzpunkt von 2996°C.
Vorteilhaft beim Wendelaufkohlen in der fertigen Lampe ist die hohe Bruchfestigkeit der noch nicht carburierten Wendeln. Der Lampentransport zum Kunden ist somit besser gewährleistet. Beim erstmaligen Einschalten des Leuchtkörpers an der eigentlichen Brennstelle beginnt dann die Karburierung der Wendel mit der damit verbundenen Festigkeitsabnahme durch Versprödung.
Aufgrund der unterschiedlichen Karburierzeitpunkte (während der Lampenfertigung oder erst beim Kunden) gelten die hier beschriebenen Ausführungsformen sowohl für die reinen Leuchtkörpermetalle und Metalllegierungen als auch für die aufkarburierten Metalle und Metalllegierungen. Die reinen Metalle bzw. Metalllegierungen werden jedoch spätestens beim Einschalten der Lampe in die jeweiligen Metallkarbide bzw. Metallkarbidlegierungen umgewandelt.
Trotz des um 500 K höheren Schmelzpunktes von TaC im Vergleich zu Wolfram ist die Abdampfrate von Kohlenstoff bei einer Vergleichstemperatur von ca. 3400 K um ein Vielfaches höher als die des Wolframleuchtkörpers. Die hohen Abdampfraten von Kohlenstoff über dem TaC-Leuchtkörper können zwar durch verschiedene Maßnahmen abgesenkt werden. Dies geschieht vor allem durch Erhöhung des Kaltfülldruckes der Lampe, durch Anwendung von Kohlenstoff-Kreisprozessen, durch Einführung eines kontinuierlichen Stroms von einer Kohlenstoffquelle in eine Kohlenstoffsenke oder durch Absenkung des Dampfdruckes des TaC-Leuchtkörpers bei konstanter Farbtemperatur – bevorzugte Maßnahme ist hier die Legierungsbildung HfC-TaC, ZrC-TaC, etc. bzw. die Bildung von unterstöchiometrischem TaC. Die Auslegung eines vollständig regenerativen Kreisprozesses bzw. die vollständige Stabilisierung des Leuchtkörpers in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre ist jedoch schwierig.
Die wesentliche Haupteinflussgröße auf den Kohlenstoff-Dampfdruck und damit – sofern keine vollständig regenerativer Kohlenstoff-Kreisprozess oder eine vollständige Stabilisierung des Leuchtkörpers in einer C-haltigen Atmosphäre vorliegt – die Lebensdauer der Tantalcarbidlampe ist die Leuchtkörpertemperatur. Die Leuchtkörpertemperatur ist zwar nicht identisch mit der Farbtemperatur der Lampe, hängt aber eng mit dieser zusammen, vgl. z.B. Becker/Ewest: „Die physikalischen und strahlungstechnischen Eigenschaften des Tantalcarbids", Zeitschrift für technische Physik, Nr. 6, S. 216 f. (1930). Im Bereich typischer Leuchtkörpertemperaturen ist der Unterschied meist kleiner als 100 K. Senkt man aber die Farbtemperatur des Leuchtkörpers ab, verringert sich die Lichtabstrahlung im sichtbaren Bereich gemäß dem Planck'schen Strahlungsgesetz rapide. Damit kann eine deutliche Lebensdauerverlängerung erzielt werden, weil der Kohlenstoffdampfdruck über dem TaC bzw. anderen Metallcarbiden mit fallender Temperatur stark abfällt.
Eine erste Aufgabenstellung besteht darin, Lösungen zur Erreichung hinreichender Leuchtdichten auch bei relativ niedriger Leuchtkörpertemperatur zu finden. Hilfreich in diesem Zusammenhang ist die höhere Emission von TaC im Vergleich zum Wolfram zumindest bei Temperaturen um ca. 3000 bis 3300 K. Eine wichtige Zielsetzung bei Verwendung von Tantalkarbidlampen ist daher die Nutzung des höheren Emissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich bei den im Vergleich zum Schmelzpunkt von TaC „niedrigen" Farbtemperaturen um ca. 3000 K, also etwa Farbtemperaturen von 2500 bis 3350 K. Metallcarbidlampen müssen nicht zwangsweise bei einer höheren Tempe ratur betrieben werden, um im Vergleich zu Wolfram-Halogenglühlampen höhere Lichtausbeuten zu erreichen.
Weiterhin soll kurz auf den Ausfallmechanismus von Lampen mit Leuchtkörpern aus einem Metallcarbid bei Abwesenheit eines vollständig regenerativen Kreisprozesses bzw. einer Stabilisierung des Leuchtkörpers in einer geeigneten Gasatmosphäre eingegangen werden. Der Ausfallmechanismus folgt meist zumindest prinzipiell dem „Hot-Spot-Modell" wie für Lampen mit Wolfram-Wendel beschrieben, siehe H. Hörster, E. Kauer, W. Lechner, „Zur Lebensdauer von Glühlampen", Philips techn. Rdsch. 32, 165-175 (1971/72). Bedingt durch eine kleine „Störung" entlang des Leuchtkörperdrahtes, z.B. durch einen erhöhten Leistungseintrag an einer Korngrenze, einer geringen lokalen Änderung der Materialdaten, einer lokal begrenzten Verringerung des Drahtdurchmessers, einer lokalen Verunreinigung im Leuchtdraht, einem zu geringen Abstand zweier Windungen einer Wendel usw., kommt es zu einer geringfügigen lokal begrenzten Erhitzung einer Stelle gegenüber der Umgebung. Die lokale Begrenzung beschränkt sich dabei auf maximal zwei Windungen. Die lokale Erhöhung der Temperatur bewirkt, dass von dieser Stelle verstärkt Material abdampft und diese Stelle somit bevorzugt gegenüber der Umgebung verjüngt wird, wodurch der Widerstand an dieser Stelle ansteigt. Da die Erhöhung des Widerstands auf einen kleinen Bereich begrenzt ist, ändert sich dadurch der Gesamtwiderstand des Leuchtkörpers nur unwesentlich oder er wird lediglich um einen erheblich geringeren Bruchteil erhöht als der Widerstand an der betrachteten Stelle. An der eng begrenzten Stelle mit leicht erhöhtem Widerstand erfolgt ein erhöhter Leistungseintrag, weil derselbe Strom bzw. nur ein vergleichsweise geringfügig erniedrigter Strom durch diese Stelle, die jetzt einen erhöhten Widerstand aufweist, fließt. Dadurch wird die Temperatur weiter erhöht, was wiederum die Verjüngung dieser Stelle gegenüber der Umgebung beschleunigt, usw.. Auf die beschriebene Weise beschleunigt sich die Ausbildung einer dünnen Stelle von selbst und führt schließlich zum Durchbrennen des Leuchtkörpers an dieser Stelle. Bei Lampen aus Metallcarbiden wie Tantalcarbid kommt als weiterer Effekt gegenüber Glühkörpern aus Wolfram hinzu, dass das bei der Kohlenstoff-Verdampfung entstehende Subcarbid Ta₂C einen um einen Faktor von mehr als 3 höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als TaC, vgl. z.B. S, Okoli, R. Haubner, B. Lux, „Carburization of tungsten and tantalum filaments during low pressure diamond deposition", Surface and Coatings Technology, 47 (1991), 585-599. Dieser Einfluss führt dazu, dass sich der destruktive Mechanismus bei Leuchtkörpern aus Tantalcarbid noch schneller aufschaukelt als bei solchen aus Wolfram. Daher ist ein wirkungsvoller Mechanismus zur Unterbindung des Problems erforderlich, der im Falle der Verwendung von Wolfram nicht erforderlich wäre.
Eine zusätzliche zweite Aufgabenstellung besteht daher darin, den beschriebenen destruktiven Mechanismus zu vermeiden bzw. wenigstens abzuschwächen, bzw. allgemein Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer umzusetzen.
Eine zusätzliche dritte Aufgabenstellung besteht darin, die spröde und damit bruchanfällige Wendel aus Metallcarbid zu stabilisieren.
Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht außerdem darin, Wendeln aus mindestens einem Metallcarbid als Umspinnungsdraht oder als Kerndraht auszulegen und mit einem anderen zweiten Material als Umspinnungsdraht oder als Kerndraht zu kombinieren. Die Verwendung verschiedener Materialien für Kerndraht und Umspinnungsdraht eröffnet für Lampen mit Metallcarbidwendel entscheidende Vorteile gegenüber US-A 3 237 284 und US-A 3 219 493. Mit dieser Auslegung der Wendel kann in einer im folgenden beschriebenen Weise zur Lösung der beschriebenen Aufgabenstellung beigetragen werden.
Bei der Umspinnungswendel wird die Lichtaustrittsfläche einer Metallcarbidglühwendel durch Vergrößerung der strahlenden Leuchtkörperoberfläche erhöht. Analog wie bei der Wolfram-Umspinnungswendel gelingt es dadurch zunächst einmal, die Leuchtdichte zu erhöhen, oder dieselbe Leuchtdichte bei geringerer Leuchtkörpertemperatur zu erreichen. Das Erreichen hoher Leuchtdichten ist insbesondere für den Gebrauch der Lampen in Reflektoren oder optischen Projektionssystemen interessant. Vorzugsweise haben die Umspinnungsdrähte einen typischen Durchmesser im Bereich 7 μm-150 μm. Die Kerndrähte haben einen typischen Durchmesser im Bereich 80 μm bis 800 μm. Ein konkretes Beispiel einer Projektionslampe mit 24 V und 250 W hat z.B. einen Umspinnungsdrahtdurchmesser von 20 μm und einen Kerndrahtdurchmesser von 255 μm bei 11 Windungen des Kerndrahtes und 3200 Windungen des Umspinnungsdrahtes. Typische Leistungsstufen sind 10 Watt bis 1000 Watt.
Typischerweise findet man dabei ein Verhältnis der Durchmesser von Umspinnungsdraht und Kernwendel von 1/3 bis 1/20. Vorzugsweise soll das Verhältnis von Umspinnungsdraht (z.B. Tantaldraht-Durchmesser 25 μm) zu umsponnenem Kerndraht (z.B. Rhenium-drahtdurchmesser 190 μm) bei ca. 1/5 bis 1/15 liegen.
Bei einer reinen Wolfram-Wolfram-Lösung ist typischerweise der Windungsabstand des Wolfram-Umspinnungsdrahts immer größer als der Durchmesser des Umspinnungsdrahtes, d.h. der Steigungsfaktor der Umspinnung ist in der Praxis stets größer als 1,2. Bei einer Leistung von 250 W ist z.B. der Steigungsfaktor des Wolfram-Umspinnungsdrahts typisch 1,8 und der Steigungsfaktor der Wolfram-Kerndrahtwicklung typisch 1,3. Der Abstand zwischen den Außenseiten zweier benachbarter Windungen der Umspinnungswendel ist immer > 0, aber kleiner als das Doppelte des Kerndrahtdurchmessers.
Die Durchmesser des Kerndrahtes sowie die Steigungsfaktoren und Anzahl der Windungen bei der Metallcarbidumspinnungswendel aus verschiedenen Materialien sind ähnlich wie beim Wolfram (Durchmesser 80 μm-800 μm und Steigung 1,1-2,0, Windungsanzahl 3-30). Generell sind die Steigungsverhältnisse bei der Metallcarbidumspinnungswendel aus verschiedenen Materialien etwas größer (1,1-3,0), da sich durch die Volumenzunahme des Metalls beim Karburieren die Windungsabstände etwas verändern und etwas verkippen. Durch die größere Steigung soll ein Windungsschluss vermieden werden.
Die Steigungsfaktoren des Umspinnungsdrahtes bei der Metallcarbidumspinnungswendel aus verschiedenen Materialien (1,0-1,4) sind tendenziell kleiner als beim Wolfram, da ja eine möglichst geschlossene Umhüllung erzeugt werden soll. Da die Volumenzunahme des Metalls beim Karburieren berücksichtigt werden muss, ist zwar der Steigungsfaktor vor dem Karburieren immer deutlich größer 1,0. Bei der vorliegenden Erfindung ist aber dieser Steigungsfaktor im eingebrannten Zustand bevorzugt deutlich kleiner als 1,4, besonders bevorzugt liegt er zwischen 1,0 und 1,2.
Die konkrete Bauform der Umspinnungswendel trägt außerdem dazu bei, den beschriebenen destruktiven Mechanismus bei der Hot-Spot Bildung abzuschwächen, vgl. die zweite zusätzliche Aufgabenstellung. Bei einem zumindest nicht vollständig regenerativ verlaufenden Kreisprozess decarburiert zunächst der außen liegende Umspinnungsdraht. Da dieser nur wenig zur Leistungsaufnahme beiträgt, wird – im Gegensatz zu einem einfachen, aus nur einem Draht bestehenden Leuchtkörper – beim Beginn der Ausbildung einer heißeren Stelle zumindest anfänglich nur relativ wenig mehr Leistung in diese Stelle eingetragen; d.h. der Temperaturanstieg an einer solchen Stelle verläuft relativ langsam.
Dieser Effekt lässt sich zwar prinzipiell auch unter Verwendung gleicher Materialien für Kerndraht und Umspinnungsdraht lösen. Z.B. können Kerndraht und Umspinnungsdraht aus Tantalcarbid bestehen. Wesentlich ist dann, dass der Umspinnungsdraht den Kerndraht möglichst vollständig umhüllt, also mindestens 90% der Oberfläche des Kerndrahts, bevorzugt mindestens 95% der Oberfläche des Kerndrahts, abdeckt, d.h. der Steigungsfaktor der Umspinnungswendel ist nahe bei 1 oder nur wenig größer als 1. Dadurch erfolgt die Abdampfung im wesentlichen nur von der „äußeren" Oberfläche des Umspinnungsdrahtes. Vom Kerndraht dampft jedoch nur sehr wenig Material ab. Bei Verwendung verschiedener Materialien für Kerndraht und Umspinnungsdraht/Umspinnungsdrähte bieten sich jedoch weitere Vorteile, insbesondere bei folgenden Ausführungsformen:

(i) Kerndraht aus einem preiswerteren Material mit hohem Dampfdruck, Umspinnungsdraht aus einem teueren Material mit niedrigerem Dampfdruck. Dies führt zur Qualitätsverbesserung bei vergleichsweise relativ niedriger Kostensteigerung.
(ii) Verwendung von Metallcarbid als Kerndraht; Beschichtung dieses Kerndrahts mit Kohlenstoff oder Umwicklung dieses Kerndrahts mit Kohlenstoff-Fasern, darauf Umwicklung der Kohlenstoff-Beschichtung bzw. der Kohlenstoff-Fasern mit einer Umspinnung aus anderem Metallcarbid. Hier wirkt die „mittlere" Schicht aus Kohlenstoff als Quelle im Sinne von DE 10 2004 052 044.5 und ersetzt den nach außen von der Umspinnungswendel abdampfenden Kohlenstoff, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer führt. Dabei geht es nicht um das Verbinden des Umspinnungsdrahtes mit dem Kerndraht, wie bei US-A 3 237 284 beschrieben.
(iii) Verwendung eines keine Carbide bildenden und kaum Kohlenstoff lösenden Kerndrahts, insbesondere unter Verwendung der Materialien aus der Gruppe Re, Os, Ir, und eines Metallcarbids/einer Metallcarbidlegierung als Umspannungsdraht. Dies führt zur Erhöhung der Stoßfestigkeit.
(iv) Verwendung eines Kerndrahts aus einem Carbide bildenden billigen Material insbesondere W, Ta, Zr; Beschichtung dieses Kerndrahts mit einem als Kohlenstoff-Diffusionsbarriere wirkenden Material bzw. Umwicklung dieses Kerndrahts mit einem Draht aus ei nem Material, welches keine Carbide bildet, insbesondere IR, OS, Re; dann Umwicklung dieser zweiten „mittleren" Schicht mit einer dritten Lage, insbesondere einem Draht aus Metallcarbid. Dies führt zur Erhöhung der Stoßfestigkeit bei Verwendung eines Kerndrahts aus einem relativ billigen Material.
(v) Verwendung eines keine Carbide bildenden und keinen Kohlenstoff lösenden Metalls wie Ir, Os, Re als Kerndraht; Beschichtung dieses Kerndrahts mit Kohlenstoff oder Umwicklung dieses Kerndrahts mit Kohlenstoff-Fasern, darauf Umwicklung dieser aus Kohlenstoff-Beschichtung bzw. der Kohlenstoff-Fasern mit einer Umspinnung aus Metallcarbid. Hier wirkt die „mittlere" Schicht aus Kohlenstoff als Quelle im Sinne von DE 10 2004 052 044.5 und ersetzt den nach außen von der Umspinnungswendel abdampfenden Kohlenstoff, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer führt. Dabei wird eine hohe Stoßfestigkeit durch Verwendung eines Kerndrahts aus Metall erzielt. Statt eines keine Carbide bildenden Kerndrahtes kann auch ein Kerndraht aus einem Carbide bildenden Material, welches mit den Elementen Re, Os, Ir als mögliche Kohlenstoffdiffusionsbarriere beschichtet wird, verwendet werden.

Weiter unten werden konkrete Ausführungsbeispiele für diese verschiedenen Optionen vorgestellt.
Die geometrische Auslegung der Umspinnungswendel erfolgt vorteilhaft so, dass der Windungsabstand des Umspinnungsdrahtes im Bereich des Durchmessers des Umspinnungsdrahtes liegt, d.h. ein Steigungsfaktor von 1,0 bis 1,4, bevorzugt von 1,01 bis 1,2, vorliegt. Hierbei berühren sich die Windungen des Umspinnungsdrahtes nahezu. Durch die möglichst geschlossene Umhüllung bei der Umspinnung kann ein Abdampfen des Kerndrahtes, der ja aus Metallkarbid bzw. Metall bestehen kann, am effizientesten verhindert bzw. zurückgedrängt werden. Zu berücksichtigen ist hierbei, dass bei der Carburierung eine Volumenzunahme stattfindet. Bevorzugt sollte bei der Umspinnung zunächst ein geringer Windungsabstand von ca. 5-10% des Durchmessers des Umspinnungsdrahtes eingehalten werden. Nach der Aufkohlung wird diese Lücke zwischen den Windungen des Umspinnungsdrahtes durch die Volumenzunahme praktisch nahezu vollständig geschlossen, so dass der Windungsabstand kleiner als 5% des Durchmessers wird, insbesondere 0,5 bis 4,5%.
Bei der Herstellung der Umspinnungswendel kann prinzipiell so vorgegangen werden, dass diese zunächst aus Kerndraht und Umspinnungsdraht gewickelt werden und anschließend in der Stängellampe unter einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Atmosphäre aufkarburiert wird. Alternativ kann das Aufkohlen auch erst später beim Einbrennen der Lampe beim Kunden erfolgen, wobei der Kohlenstoff dann entweder aus kohlenstoffhaltigen Zusätzen zum Füllgas und/oder durch Herantransport von Kohlenstoff aus festen Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffschichten herangeführt wird.
Da es bei der Carburierung zu einer Zunahme des Drahtvolumens kommt, kann dies zu Spannungen führen. Um den Aufbau von zu großen Spannungen bei der Carburierung abzuschwächen, kann bei der Carburierung so verfahren werden, dass der Kerndraht zunächst mit Kohlenstoff z.B. durch CVD- oder PVD-Beschichtung, Beschlämmung etc. beschichtet wird bzw. noch mit einer kohlen-stoffhaltigen Ziehschmiere aus dem Drahtzug versehen ist oder mit einer ersten Lage einer dünnen Kohlenstoffumspinnungsfaser (typisch 5 bis 12 μm, beispielsweise 7 μm) umwickelt wird. Erst dann wird der Umspinnungsdraht um den Kerndraht gewickelt. Der Kohlenstoff aus der Beschichtung bzw. aus der Faser bzw. aus dem Restbestand an Ziehschmiere bzw. aus der ersten Lage der Umspinnung wird beim Erhitzen zur Carburierung verwendet, d.h. die Kohlenstoff-Schicht bzw. die Kohlenstofffaser wird dünner, was zur Reduktion der Schichtdicke führt und dazu beiträgt, das die bei der Carburierung auftretende Volumenvergrößerung weitgehend kompensiert werden kann. Zusätzlich kann Kohlenstoff noch über eine kohlenwasserstoff haltige Atmosphäre zugeführt werden. Je nach Auslegung des Carburierprozesses wird ein bestimmter Teil des zur Carburierung des Tantals benötigten Kohlenstoffs aus der Gasphase, ein weiterer Anteil aus der Kohlenstoffschicht entnommen. Bevorzugt kann der Carburierprozess so ausgelegt werden bzw. die Kohlenstoffschicht bzw. die Kohlenstofffaser so dick gewählt werden, dass selbst nach der Carburierung noch Kohlenstoff vorhanden ist.
Wenn im Lampenbetrieb bei einem zumindest nicht vollständig regenerativ verlaufenden Kreisprozess der äußere Umspannungsdraht decarburiert, so wird aus der von dem Umspinnungsdraht umschlossenen Kohlenstoffschicht permanent Kohlenstoff nachgeliefert, d.h. die Kohlenstoffschicht bzw. Kohlenstofffaser wirkt als Quelle im Sinne der DE-A 10 2004 052 044. Wie darin beschrieben, muss in diesem Falle eine Senke im Gasraum der Lampe angebracht werden, um eine Anreicherung der Gasatmosphäre mit Kohlenstoff zu vermeiden.
In der US-A 3 237 284 und US-A 3 219 493 ist einzig der geometrische Effekt der Erhöhung der Lichtaustrittsfläche angesprochen, der auftritt, wenn bei einer Wendel Umspinnungsdraht und umsponnener Kerndraht im wesentlichen aus dem gleichen Material bestehen, dort Tantal, nach Karburierung Tantalcarbid.
Wird aber ein Steigungsfaktor von nahe bei 1 gewählt, d.h. umhüllen die einzelnen Windungen der Umspinnungswendel den Kerndraht nahezu vollständig (bevorzugt mehr als 95% der Oberfläche), so erfolgt die Abdampfung bevorzugt von der äußeren Oberfläche der Umspinnungswendel, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer und damit zu einer über den in US-A 3 237 284 und US-A 3 219 493 beschriebenen Nutzen hinausgehenden Verbesserung führt. Werden außerdem im Leuchtkörper verschiedene Materialien kombiniert, so treten zusätzlich zu der bereits bekannten geometrischen Vergrößerung der Lichtaustrittsfläche sowie der Beschränkung der Kohlenstoffabdampfung auf den Umspinnungsdraht noch weitere Vorteile hinzu, siehe Punkte (i)-(v) wie oben diskutiert.
Beispielsweise ist der Umspinnungsdraht aus Tantal und der umsponnene Kerndraht aus anderen hochschmelzenden Materialien wie z.B. Wolfram, Rhenium, Hafnium, Zirkon, Niob, Osmium, Vanadium, Titan, Ruthenium, Kohlenstoff oder Legierungen aus diesen Materialien. Ein Vorteil ist hier folgender: Wolfram ist zwar das Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt (3380°C), es reagiert aber mit Kohlenstoff zu Wolframcarbid, das einen erheblich niedrigeren Schmelzpunkt von 2630°C hat. Dagegen reagiert ein Metall wie Rhenium nicht mit Kohlenstoff, hat allerdings mit 3180°C einen etwas niedrigeren Schmelzpunkt als Wolfram. Hafnium reagiert mit Kohlenstoff und HfC hat sogar noch einen um ca. 100 K höheren Schmelzpunkt als TaC, etc.
Wichtig ist beispielsweise im System Kerndraht aus TaC/Umspinnungsdraht aus HfC die Minimierung des Windungsabstands des Umspinnungsdrahtes aus dem Material HfC (Steigungsfaktor nahe bei 1). Durch die möglichst geschlossene Umhüllung von bevorzugt wenigstens 95% des Kerndrahts durch den Umspinnungsdraht wird eine gleichmäßige Auflegierung des TaC zu TaC/HfC 80/20 erzielt. Dadurch lässt sich die Verdampfung von Material vom Kerndraht weitgehend zurückdrängen bzw. die Verdampfung erfolgt nahezu ausschließlich von der äußeren Oberfläche des Umspinnungsdrahtes.
Die Umspinnung kann auch mehrlagig durchgeführt werden. Weitere zusätzliche Materialpaarungen bei Kerndraht und Umspinnungsdraht sind somit möglich, wie z.B. eine einlagige oder mehrlagige Umspinnung aus Ta-Draht und ggf. zusätzlich Kohlenstofffaser oder eine Kohlenstoffbeschichtung um einen Rhenium-Kerndraht. Bevorzugt wird ein Re-Kerndraht zunächst mit einer Kohlenstofffaser/Kohlenstoffschicht und dann mit einem Tantaldraht umsponnen. Der Rhenium-Draht nimmt kaum Kohlenstoff auf, und der vom äußeren TaC-Draht abdampfende Kohlenstoff wird im Sinne der DE-A 10 2004 052 044 durch von innen von der Kohlenstofffaser bzw. der Kohlen stoffschicht durch Diffusion herantransportierten Kohlenstoff ersetzt. Auch das verstärkte Abdampfen von Kohlenstoff kann durch Verwendung einer mehrlagigen Umspinnung aus Ta-, Hf-, Zr-, V-, Ti-, W-Carbid, ggf. mit zusätzlicher Kohlenstoffumspinnung/Kohlenstoffschicht, zurückgedrängt werden. Bei der zwei- oder mehrlagigen Umspinnung ist ebenfalls ein kleinstmöglicher Windungsabstand der Umspinnungsdrähte, bevorzugt entsprechend einer Abdeckung von mindestens 95% der Oberfläche, erwünscht, um eine möglichst gleichmäßige Hüllenbildung zu erhalten.
Durch die Verwendung mehrerer Materialien kann die Lösung der zusätzlichen zweiten und dritten Aufgabenstellung optimiert werden, was im folgenden anhand einiger Beispiele beschrieben werden soll.
Erste Ausführungsform: Rhenium reagiert nicht mit Kohlenstoff, hat aber mit 3180°C einen relativ hohen Schmelzpunkt nahe am Wolfram (3380°C). Umspinnt man im einfachsten Fall einen Rheniumkerndraht mit einem Umspinnungsdraht aus einer Tantallegierung, erhält man nach der Carburierung einen Rheniumdraht mit einer nahezu, bevorzugt zumindest zu 95% der Oberfläche, geschlossenen Tantalkarbidumspinnung. Da Rhenium nicht mit Kohlenstoff reagiert, ändert der Re-Kerndraht auch nicht seine chemische Zusammensetzung bei der Karburierung. Die anfängliche Ta-Umspinnung wandelt sich in eine TaC-Umspinnung um. Vorteilhaft bei dieser Materialkombination ist, dass zwar die erstrebenswerten strahlungsphysikalischen Eigenschaften des Tantalkarbids an der großen Oberfläche der Umspinnung lichttechnisch genutzt werden können, dass aber im wesentlichen das sich gegenüber dem Kohlenstoff indifferent verhaltende Rhenium für den Stromtransport allein verantwortlich ist. Decarburiert im Lampenbetrieb bei einem zumindest nicht vollständig regenerativ verlaufenden Kreisprozess der äußere Tantal-Umspannungsdraht, ändert sich der elektrische Widerstand des deutlich dickeren Rhenium-Kerndrahtes nur unwesentlich. Da sich die Entkohlung im wesentlichen lediglich auf die äußere Umspinnungslage auswirkt, wird die Lebensdauer dieser Wendel aus der Materialkombination Re-TaC auf mindestens das Doppelte verlängert.
Zweite Ausführungsform: Hafniumcarbid besitzt einen noch höheren Schmelzpunkt als Tantalcarbid. Hafnium ist jedoch deutlich schwieriger zu beschaffen und erheblich teurer als Tantal. Daher empfiehlt es sich, eine Umspinnungswendel so auszulegen, dass der Kerndraht aus TaC und der Umspinnungsdraht aus HfC besteht. Dadurch lässt sich der Materialeinsatz von Hf deutlich reduzieren. Wegen des höheren Schmelzpunkts von HfC erhält man einen positiven Effekt auf die Lebensdauer. Kommt es im Lampenbetrieb zu einer diffusiven Vermischung des Ta aus dem TaC und des Hf aus dem HfC, so steigt im äußeren Bereich des Leuchtkörpers der Gehalt an Tantal an. Dies führt zu einem weiteren Anstieg des Schmelzpunkts und wirkt sich daher zusätzlich positiv auf die Lebensdauer aus. Das Schmelzpunktmaximum liegt bei einer Zusammensetzung von etwa 80% TaC + 20% HfC (Agte, Altherthum, Z. Physik, No. 6 (1930)). Ein Schmelzpunktmaxima gibt es auch bei etwa 80% TaC + 20% ZrC. Daher ist es auch besonders bevorzugt, im Falle der Verwendung eines einfachen Leuchtkörpers ohne Umspinnung eine Legierung aus TaC/HfC oder TaC/ZrC mit einem Anteil von 15 bis 25 Gew.-% HfC bzw. ZrC zu verwenden.
Gefertigt wird die TaC-HfC-Umspinnungswendel, indem der Kerndraht aus Ta (bzw. aus einer Ta-Legierung) mit einem Umspinnungsdraht aus Hf (bzw. aus einer Hf-Legierung) umsponnen wird. Dann wird der umsponnene Draht, der die Materialkombination Ta/Hf (bzw. Ta-Legierung/Hf-Legierung) aufweist zu einer Wendel verwickelt und schließlich in der Stängellampe oder der fertigen Lampe carburiert.
Dritte Ausführungsform: Für spezielle Applikationen ist sogar eine Umspinnung eines Wolframkerndrahtes mit einem Draht aus Metallcarbid vorteilhaft. Dies geschieht trotz einer möglichen Carburierung des Wolframs, die zu der eingangs erwähnten Schmelzpunkterniedrigung für Wolframkarbid von 2630°C führt. Hier wird bei einer einlagigen Umspinnung die unterschiedliche Bildungsenthalpie von Tantalkarbid und Wolframkarbid ausgenutzt. Die Karburierung kann so gesteuert werden, dass aufgrund der höheren Affinität des Tantals zum Kohlenstoff die Karburierung des Wolframs minimiert wird. Es kann daher durch gezielte Parameterauswahl beim Aufkohlen (Temperatur, Zeit, Durchfluss, Druck, Konzentration des Kohlenstoffs, etc.) eine Umspinnungswendel aus Metallkerndraht, z.B. Wolfram, und eine Umspinnungswendel aus Metallkarbid, z.B. Tantalkarbid, hergestellt werden. Zumindest beim Betrieb dieses Leuchtkörpers unterhalb ca. 3000 K spielt eine Carburierung des Wolframs, d.h. ein Übertrag des Kohlenstoffs vom Tantalcarbid (bzw. einem anderen Metallcarbid) auf das Wolfram nur eine untergeordnete Rolle. Auch in diesem Falle ist der Gebrauch von Tantalcarbid wegen seiner Selektivstrahlereigenschaften noch vorteilhaft. Wolfram wird deshalb unter den gewählten Bedingungen einer ausreichend niedrigen Leuchtkörpertemperatur als nichtcarbidbildendes Metall betrachtet.
Um einen Leuchtkörper mit einem Wolfram-Kerndraht bei höheren Temperaturen zu betreiben, ist häufig die im folgenden beschriebene Ausführungsform bevorzugt. Der Wolframkerndraht wird zunächst mit einem Rheniumdraht, und dann mit einem anderen Metalldraht umsponnen, so dass eine zweilagige Umspinnung entsteht. Die erste Lage Rhenium-Umspinnungsdraht wirkt als Kohlenstoffdiffusionssperre. Alternativ kann als Material für die Diffusionssperre auch Os, Ir oder Ru gewählt werden. Die zweite Lage Umspinnungsdraht besteht aus einem carburierfähigen Metall. Dieses wird bei der Carburierung in ein Metallcarbid umgewandelt. Vorzugsweise soll hier als Metall Tantal bzw. Tantallegierungen eingesetzt werden. Alternativ sind auch andere Metalle oder Legierungen aus denselben Metallen geeignet, wie insbesondere Hf, Nb, V, Zr, Ti, W.
Alternativ kann zunächst ähnlich wie bei US-A 1 854 970 der Wolframdraht mit Rhenium beschichtet werden und dann erst dieser beschichtete Draht mit einem Metalldraht umsponnen werden, der bei der Carburierung ein Metallcarbid liefert.
In einer weiteren Ausführungsform kann die mechanische Stabilisierung eines spröden Kerndrahtes, meist ein Metallkarbid wie TaC, durch einen weniger spröden Umspannungsdraht – das Material ist hier C, Re, Os, Ir oder ein weniger sprödes Material wie Zr, Hf, Nb, V, Ti, W, -karbid/Metallcarbid-Legierung, Metallnitrid, Metallborid – erfolgen. Auch der umgekehrte Fall einer mechanischen Stabilisierung des nach der Carburierung spröden Umspinnungsdrahtes aus Metallcarbid wie insbesondere TaC durch einen nicht aufgekohlten umsponnenen Kerndraht aus Metallen, wie insbesondere z. B. Rhenium, Kohlenstoff oder weniger spröden Metallcarbidlegierungen wie z.B. Hf, Zr, Nb, Ti, V und W ist als Alternative möglich.
Hervorgehoben sei wieder der Gebrauch eines Kerndrahts aus Re als Trägermaterial und Umspinnungsdrähten aus carburierfähigen Metallen, die nach der Karburierung Metallcarbide wie Tantalcarbid bilden. Rhenium, Osmium oder Iridium wird nicht carburiert und versprödet somit nicht. Auf diese Weise erhält man einen mechanisch stabilen Leuchtkörper.
Die hier beschriebenen Bauformen können auch auf Lampen mit Leuchtkörpern anderer Metallkarbide (z.B. Hafniumkarbid, Zirkoniumkarbid, Niobkarbid, Titankarbid, Vanadiumkarbid, Wolframkarbid) und deren Legierungen mit Metallnitriden und Metallboriden angewendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein gewendelter Leuchtkörper für die Glühlampe gemäß 1.
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 gewendelter, 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 9 mm. Die Wendelenden 14 sind anschließend parallel zur Lampenachse abgebogen und bilden dort die inneren Stromzuführungen 6 als integrale Verlängerung.
Die aus Tantalcarbid bestehende Glühwendel der schematisch in 1 gezeigten Lampe, deren grundsätzliche Bauform weitgehend einer auf dem Markt erhältlichen Niedervolt-Halogenglühlampe entspricht, ist durch Carburierung einer aus Tantaldraht (Durchmessers 125 μm) gewickelten Wendel (12 Windungen) entstanden. Bei Verwendung von Xenon als Grundgas, zu dem noch Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenwasserstoff und Halogen (J, Br, Cl, F) enthaltende Substanzen beigefügt werden, weist die Lampe bei Betrieb an 15 V eine Leistungsaufnahme von ca. 70 W auf, wobei die Farbtemperatur charakteristischerweise im Bereich 3200-3600 K liegt.
In 2 ist schematisch der Leuchtkörper 7 genauer dargestellt. Die Steigung des Kerndrahtes 15, beispielsweise mit einem Durchmesser von 125 μm, beträgt ca. 350 μm bei 12 Windungen. Der Steigungsfaktor des Umspinnungsdrahtes, beispielsweise mit einem Durchmesser von 25 μm, beträgt ca. 1,2.
Kerndraht und Umspinnung bilden zusammen eine sog. Umspinnungswendel. Die Materialien entsprechen dabei den oben diskutierten Ausführungsformen.
Geeignete Metallcarbide sind insbesondere solche, deren Schmelzpunkt oberhalb dem von Wolfram liegt oder solche, deren Schmelzpunkt höchstens 100° unterhalb dem von Wolfram liegt.

Claims

Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper und mit Stromzuführungen, die den Leuchtkörper haltern, wobei ein gewendelter Leuchtkörper zusammen mit einer Füllung in einem Kolben vakuumdicht eingebracht ist, wobei der Leuchtkörper ein Metallcarbid aufweist, dessen Schmelzpunkt bevorzugt oberhalb dem von Wolfram liegt und wobei der Leuchtkörper als Umspinnungswendel aus einem Kerndraht und einer diesen umgebenden Umspinnung aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht und die Umspinnung aus unterschiedlichen Materialien sind, wobei mindestens einer der beiden Komponenten aus einem hochschmelzenden Metallcarbid gefertigt ist.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umspinnung ein Umspinnungsdraht ist, der einlagig oder mehrlagig ist und der insbesondere aus mehreren Drähten kleineren Durchmessers als der des Kerndrahts besteht.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hochschmelzende Carbid Tantalcarbid bzw. eine Legierung von Tantalcarbid mit anderen Metallcarbiden, Metallnitriden und Metallboriden ist und dass das zweite Material nach dem Einbrennen der Lampe entweder eine anderes hochschmelzende Metallverbindung ist oder ein unter den gewählten Bedingungen nichtcarbidbildendes Material ausgewählt aus der Gruppe W, Re, Os, Ir.
Glühlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Metallverbindung ein anderes Metallcarbid ist aus der Gruppe HfC, ZrC, NbC, VC, WC, TiC, SiC oder Legierungen von diesen Metallcarbiden untereinander oder mit entsprechenden Metallnitriden und/oder Metallboriden.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkolben aus Quarzglas, Hartglas oder Keramik gefertigt ist.
Glühlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Windungsabstand des Umspinnungsdrahtes bei höchstens dem 1,5-fachen des Durchmessers des Umspinnungsdrahtes liegt.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht mit Kohlenstoff beschichtet ist oder noch mit einer Kohlenstoffziehschmiere aus dem Drahtzug behaftet ist.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht selbst mit einer Kohlenstofffaser bzw. einem Bündel von Kohlenstofffasern umwickelt ist.
Glühlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffbeschichtete Kerndraht selbst wieder von einem Draht aus Metallcarbid bzw. einer Legierung aus Metallcarbiden ausgewählt aus der Gruppe TaC, HfC, ZrC, NbC, VC, WC, TiC bzw. Legierungen dieser Metallcarbide mit Metallnitriden oder Metallboriden umsponnen ist.
Glühlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser bzw. das Bündel selbst wieder von einem Draht aus Metallcarbid bzw. einer Legierung aus Metallcarbiden ausgewählt aus der Gruppe TaC, HfC, ZrC, NbC, VC, WC, TiC Legierungen dieser Metallcarbide mit Metallnitriden oder Metallboriden umsponnen ist.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht aus einem keine bzw. nur in geringem Maße Carbide bildenden Material, insbesondere Rhenium, Ruthenium, Osmium oder Iridium, besteht, während der Umspinnungsdraht aus einem Metallcarbid bzw. ei ner Legierung von Metallcarbiden ausgewählt aus der Gruppe TaC, HfC, ZrC, NbC, VC, WC, TiC und ggf. noch Metallboriden und Metallnitriden besteht.
Glühlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umspinnungsdraht mehrlagig um den Kerndraht gewickelt ist.
Glühlampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Umspinnungsdrähte aus verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen, insbesondere Metallkarbiden, um den Kerndraht gewickelt sind.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht aus Wolfram besteht und die Umspinnung ein Draht ist, der aus Tantalkarbid, insbesondere durch gezielte Aufkohlung von lediglich Tantal hergestellt, oder aus anderen Metallcarbiden bzw. deren Legierungen (Hf, Zr, Nb, V, W, Ti) besteht, wobei ggf. in den Legierungen noch Metallnitride oder Metallboride enthalten sein können.
Glühlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht aus Wolfram besteht und die Umspinnung mindestens zwei Lagen aufweist, wobei die erste Lage ein Umspannungsdraht ist, der aus einem Material ausgewählt ist aus der Gruppe Rhenium, Osmium, Iridium, das als Kohlenstoffdiffusionssperre wirkt, und eine zweite und ggf. weitere Lage ein Umspinnungsdraht ist aus einem Metallcarbid, bevorzugt Tantalkarbid oder eine Tantalkarbidlegierung mit anderen Metallcarbiden, -nitriden oder -boriden.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht ein Wolframdraht ist, der mit einem Metall ausgewählt aus der Gruppe Rhenium, Osmium, Iridium, beschichtet ist, wobei auf dieser Schicht ein Umspannungsdraht angebracht ist, gefertigt aus einem Metallcarbid bzw. aus einer Legierung von Metallcarbiden, -nitriden bzw. -boriden ausgewählt aus der Gruppe von Metallen Ta, Hf, Zr, Nb, V, W, Ti.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht ein Wolframdraht ist, wobei die Umspinnung aus drei Lagen besteht, wobei die erste Lage ein Umspinnungsdraht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe Rhenium, Osmium, Iridium besteht, das als Kohlenstoffdiffusionssperre wirkt, und die zweite Lage eine Faser oder Schicht ist, die aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe Kohlenstofffaser bzw. einer Kohlenstoffschicht, und wobei die dritte Lage ein Umspinnungsdraht aus Metallcarbid bzw. eine Metallcarbidlegierung ist, ausgewählt aus der Gruppe Tantalkarbid, Tantalkarbidlegierung, ZrC, HfC, NbC, VC, WC, TiC.
Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht aus einem nicht oder kaum Carbide bildenden Material wie insbesondere Rhenium, Osmium oder Iridium besteht, wobei der Kerndraht zunächst als zweite Lage mit einer Kohlenstofffaser umwickelt oder mit Kohlenstoff beschichtet ist, und wobei als dritte Lage ein Umspinnungsdraht aus einem Metallcarbid bzw. einer Legierung des Metallcarbids mit anderen Metallcarbiden, -nitriden, oder -boriden verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in der fertiggestellten Lampe die hochschmelzenden Metalle bzw. Metalllegierungen im nicht aufgekohlten Zustand vorliegen, und dass diese erst beim Einbrennen der Lampe durch Reaktion mit einem kohlenstoffhaltigen Füllgas oder durch Verwendung des Kohlenstoffs aus einer Kohlenstofffaser bzw. einer Kohlenstoffschicht karburiert werden.