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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einer Halogenglühlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Halogenglühlampen sind insbesondere für Betrieb an Hochvolt (HV) mit typisch 100 bis 250 V gedacht. Aber auch ein Betrieb an NV ist möglich.
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Stand der Technik
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Aus der
US 3 022 438 ist eine Halogenglühlampe bekannt, die mit Schichten aus CaF2 ausgestattet ist. Der Leuchtkörper ist aus TaC gefertigt. Die Füllung kann Halogenide wie Br, Cl oder F enthalten.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lange Lebensdauer für Halogenglühlampen zu ermöglichen, die Fluor als Füllungsbestandteil enthalten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Für einen Regenerationsprozess am Leuchtkörper aus Wolfram in einer Halogenglühlampe soll die Füllung Fluorverbindungen wie WF6 enthalten. Daneben können andere Halogenide enthalten sein. Durch das Fluorid wird jedoch das Quarzglas des Kolbens angegriffen. Es ist deshalb eine Schutzschicht erforderlich, an dessen Material folgende Ansprüche gestellt werden:
- – chemisch inert gegenüber gasförmigen Fluoriden, auch bei Temperaturen bis 500°C.
- – thermisch stabil bis mindestens 500°C;
- – optisch transparent;
- – gute Haftung an der Glaswand;
- – ausreichend dicht um einen Schutz der Glaswand gegen fluoridische Angriffe zu bieten.
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Übliche Beschichtungen für diesen Zweck enthalten Al2O3 oder CaF2. Es hat sich gezeigt, dass sich damit die gewünscht Stabilisierung nicht erzielen lässt. Alternativen waren bisher nicht bekannt.
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Erfindungsgemäß wird jetzt die Innenseite des Kolbens vollständig mit einer Schicht aus einem transparenten, temperaturstabilen und chemisch gegen fluoridische Angriffe inertem Material oder einer Mischung von mehreren geeigneten Materialien überzogen. Die Schicht wird so aufgebracht, dass sie eng an der Glaswand haftet und ausreichend dicht ist, so dass sie das Glas effektiv gegen den fluoridischen Angriff schützt.
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Geeignete Materialien sind allein oder in Kombination untereinander insbesondere:
- – fluoridische Verbindungen wie MgF2, BaF2, AlF3, LaF3, YF3, CeF3, TbF3,
- – Seltenerd-Fluoridgläser des Typs SEF3 (dabei steht SE für Seltenerd-Metall);
- – ZrF4 und Fluor-Zirkonate;
- – Na3AlF6, Na5Al3F14, Ca5(PO4)3F; Al2F2SiO4 sowie Fluoralkyl-Silane wie -Si-(CxH(2x+1)-yFy)z und fluorierte Polyimide. Dabei liegt x, y und z in einem Bereich von 1 bis 5.
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Mit mindestens einem oder auch einer Mischung und Schichtung mehrerer dieser Materialien ist des Innenseite des Kolbens vollständig und dicht beschichtet, so dass eine Stabilisierung gegen fluoridische Angriffe gewährleistet ist. Damit ist eine grundlegende Voraussetzung für einen Fluorid-Kreisprozess zur Regeneration des Leuchtkörper aus W oder TaC geschaffen.
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Das Aufbringen der Schicht erfolgt insbesondere durch Beschichtungsverfahren wie beispielsweise einem nasschemischen Sol-Gel-Prozess mit anschließender Fluorierung oder durch Verdampfungsverfahren wie Vakuumbedampfung, Elektronenstrahlbedampfung, Laserstrahlbedampfung, oder auch plasma- oder lasergestützte Elektronenstrahlbedampfung. Dabei eignen sich die Verdampfungsverfahren eher für die relativ einfachen, anorganischen fluoridischen Verbindungen, während sich über die Sol-Gel-Route auch die komplexeren, insbesondere organischen Materialien als Schicht aufbringen lasen.
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Mittels Sol-Gel-Verfahren werden zunächst Gel-Schichten und dann, nach entsprechender thermischer Behandlung, sauerstoffhaltige Schichten erzeugt, die in einem nächsten Schritt fluoriert werden. Die Fluorierung erfolgt bei geeigneter Temperatur, insbesondere bis 200°C, mit wässriger HF, vorzugsweise auch mit HF als Gas. Unter Umständen ist eine aktive Fluorierung nicht erforderlich, wenn die oxidische Schicht während des Lampenbetriebs durch Umsetzung mit WF6 fluoriert und damit passiviert wird.
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Mögliche Ausführungsformen:
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- (1) Die Kolbeninnenbeschichtung besteht aus MgF2. Die Dicke der Beschichtung liegt bevorzugt im Bereich 50 nm–500 nm. Das Aufbringen von Beschichtungen von Glaswänden mit MgF2 ist an sich Stand der Technik. Solche Beschichtungen können z. B. mittels Sol-Gel-Verfahren, siehe z. B. WO/2005/097695 und die darin zitierte Literatur, ausgeführt werden. Auch andere Verfahren, wie eine Bedampfung der Kolbenwände mit MgF2, kommen dafür in Betracht.
- (2) Auch die Verwendung von AlF3 ist möglich. AlF3 lässt sich z. B. auch über den Umweg über Al2O3 aufbringen. Die Aufbringung von Al2O3 ist in DE-A 27 01 051 beschrieben. Durch Reaktion mit Fluor bildet sich auf der Al2O3-Oberfläche eine AlF3 Schicht.
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Bei Hochvolt- bzw. Mittelvolt-Brenner 120 V/230 V/240 V werden die Brenner insbesondere als Lampen in Gestell-Technik gebaut.
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Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für folgende Lampentypen:
Halogenglühlampen für Allgemeinbeleuchtung und für fotooptische Anwendungen, insbesondere für 200 bis 260 V Netzspannung.
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Die erfindungsgemäße Technik gestattet insbesondere die Produktion und den Vertrieb von effizienteren Hochvolt-Halogenlampen.
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Wesentlich ist hier die Dichtigkeit bzw. Vollständigkeit der Beschichtung.
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Erstes Ziel der Erfindung ist es, die Quarzoberfläche vor einem Angriff durch fluorhaltige hochreaktive Substanzen zu schützen. Zweites Ziel ist allerdings, dass der Kreisprozess vor einem Verlust von Fluor durch dessen Abreaktion mit dem Glas zu relativ inertem SiF4 geschützt werden soll. Daher ist eine vollständige Bedeckung der Innenwand des Kolben durch die Schutzschicht ohne Risse und Poren wichtig. Zudem werden Substanzen zur Beschichtung vorgeschlagen, die einen solchen Angriff auch bei den im Betrieb der Lampe auftretenden Temperaturen widerstehen können.
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Die Notwendigkeit der Beschichtung ist allein durch die mögliche Verwendung von Fluor im Kreisprozess begründet. Eine Beimischung von anderen Halogenen ist für die Schicht unerheblich bzw. die Reaktionen mit der Kolbenwand finden bei anderen Halogenen nicht statt. Die Füllung kann daher neben F auch ein oder mehrere andere Halogenide, wie J oder Br oder Cl, enthalten.
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Eine Aufbringung der Schutzschicht auf Gestellteile wie Stromzuführungen etc. ist nicht unbedingt erforderlich. Dies kann sich aber als vorteilhaft erweisen. Sie wird aber in jedem Fall zumindest als nicht nachteilig angesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 eine Halogenglühlampe in Seitenansicht;
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2 ein Ausführungsbeispiel einer Soffittenlampe.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel einer HV-Halogenglühlampe 1 zeigt 1. Sie hat einen Brenner oder Kolben 2, der einseitig verschlossen ist. Dies geschieht mittels einer Quetschung 3. Im Innern des Brenners sitzt ein Leuchtkörper 4 aus Wolfram, der U-förmig mit zwei leuchtenden Abschnitten 7 gestaltet ist. Er ist mittels einer Noppe 5 gestellfrei gehaltert, die ein Verbindungsstück 15 zwischen den zwei leuchtenden Abschnitten 7 fixiert. Die Abschnitte 7 enden in inneren Stromzuführungen 6, die zu Folien 8 in der Quetschung 3 führen. Von den Folien führen äußere Stromzuführungen 10 nach außen. Die Füllung des Kolbens ist eine halogenhaltige Füllung, wobei die Halogenidverbindung WF6 ist.
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Die Innenwand des Kolbens 2 ist vollständig mit MgF2 beschichtet (11), wodurch eine Schutzschicht gegen das Fluor realisiert ist.
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2 zeigt eine Soffittenlampe 20, die mehrere Noppen 21 zur Halterung des Leuchtkörpers aufweist. Auch hier wird WF6 als Halogenzusatz verwendet. Die Innenwand des Kolbens ist vollständig mit MgF2 beschichtet (11).
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Die passive Schicht, die fluorhaltig ist, muss wegen der vollständigen Abdeckung möglichst transparent sein, zumidnest aber transluzent.
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U. U. kann es vorteilhaft sein, eine streuende Schicht zu verwenden.
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Ggf. kann die Schicht so gestaltet sein, dass sie lokal intransparent ist, wobei dann an dieser Stelle ein besonders passives Material verwendet werden kann, dem die Eigenschaft der Transparenz fehlt oder nur wenig ausgeprägt ist.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:
- 1. Halogenglühlampe mit einem Kolben, in dem ein Leuchtkörper und eine Füllung mit einem halogenhaltigen Zusatz, wobei das Halogen F enthält, untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Kolbens eine bei geeigneten Temperaturen passive fluor-resistente Schicht untergebracht ist, die die Innenwand vollständig abdeckt.
- 2. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus MgF2, BaF2, AlF3, LaF3, YF3, CeF3, TbF3 allein oder in Mischung besteht.
- 3. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Dicke von 50 bis 500 nm hat.
- 4. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Schicht aus Seltenerd-Fluoridgläsern des Typs SEF3 besteht.
- 5. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Schicht aus ZrF4 und Fluor-Zirkonaten besteht.
- 6. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Schicht aus Na3AlF6, Na5Al3F14, Ca5(PO4)3F; Al2F2SiO4 und/oder Fluoralkyl-Silane wie -Si-(CxH(2x+1)-yFy)z und fluorierte Polyimide besteht.
- 7. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht transparent ist.
- 8. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht transluzent oder lokal transparent oder streuend ist.
- 9. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie direkt an Netzspannung, insbesondere an 80 bis 250 V, betrieben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3022438 [0002]
- WO 2005/097695 [0012]
- DE 2701051 A [0012]
