DE1489437B2 - Elektrische gluehlampe - Google Patents
Elektrische gluehlampeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Glühlampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben, in dem
sich ein Glühkörper aus Wolfram in einer Atmosphäre befindet, die ein inertes Füllgas und eine Wasserstoff-Chlor-Verbindung
enthält, und dessen Kolbeninnenseite während des Brennens der Lampe überall eine
Temperatur von mindestens 350°C annimmt. Unter einem Glühkörper aus Wolfram sind auch gewendelte
Wolframdrähte zu verstehen.
Die Verwendung eines Halogens oder einer Halogenverbindung in einem regenerativen Kreisprozeß zum
Verhüten von Schwärzung des Kolbens einer Glühlampe ist bekannt. Der Bau dieser Lampen ist darauf
berechnet, daß die Kolbenwand eine Temperatur über etwa 350°C annimmt, damit sich keine Wolfram-Chlor-Verbindungen
auf die Kolbenwand absetzen können. Der in Lumen je Watt ausgedrückte Wirkungsgrad
einer solchen Lampe ist größer als der Wirkungsgrad normaler Glühlampen. Der Wirkungsgrad bleibt dabei
im Verlauf der ganzen Lebensdauer der Lampe nahezu konstant. Bei Lampen dieses T>ps brennt ebenso wie bei
normalen Lampen der Glühdraht an einer verhältnismäßig heißen Stelle durch. Die Halogene, insbesondere
Chlor, neigen aber dazu, die relativ kalten Enden des Glühkörpers und weitere verhältnismäßig kleine Wolframteile
in der Lampe anzugreifen. Außerdem ist es nicht einfach, die in der Lampe erforderliche Chlormenge
zu dosieren.
Aus der US-PS 30 91 718 ist es zur Beseitigung der
ίο Dosierungsschwierigkeiten bekannt, solche mit einem
Quarzglaskolben versehene Lampen mit Chlorwasserstoff (HCI) zu füllen, der bei Zimmertemperatur ein Gas
ist. Da Quarz aber bereits bei einer Temperatur von 300°C für Wasserstoff durchlässig ist, würde im Betrieb
der Lampe auf die Dauer der Wasserstoff, der in der genannten Patentschrift als ungewünschtes Element
bezeichnet wird, aus der Lampe verschwinden, so daß nunmehr freies Chlor die relativ kalten Metallteile
angreifen könnte.
Die Erfindung bezweckt, eine Glühlampe mit einer Wasserstoff-Chlor-Verbindung zu schaffen, bei der
während der normalen Lebensdauer des Glühkörpers die kalten Metallteile in der Lampe praktisch nicht
durch freies Chlor angegriffen werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Lampe eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, daß
Mittel vorgesehen sind, um einen eine Zerstörung der relativ kalten Metallteile durch freies Chlor hervorrufenden
Verlust von Wasserstoff zu unterbinden.
Die Lampe nach der Erfindung unterscheidet sich damit wesentlich von der Lampe nach der US-PS
30 91 718, welche ihre hauptsächliche Benutzung erst finden soll, nachdem der Wasserstoff weitgehend
verschwunden ist. Bei der Lampe nach der Erfindung soll während der Lebensdauer des Glühkörpers
Wasserstoff vorhanden bleiben. Hierdurch wird erreicht, daß kein freies Chlor in der Nähe kalter
Lampenteile auftritt, sondern dieses an Wasserstoff gebunden ist. Chlorwasserstoff greift festes Wolfram
nahezu nicht an und wird bei der Temperatur der relativ kalten Wolframtei'" nahezu nicht in Wasserstoff und
Chlor dissoziiert. Trotz der Tatsache, daß die kalten Wolframteile nahezu nicht angegriffen werden, stellt es
sich überraschenderweise heraus, daß die Kolben wand klar bleibt. Der zu wählende Chlorwasserstoffülldruck
ist von der Temperatur des Glühkörpers im Betrieb der Lampe, von der Geometrie der Lampe und vom
Fülidruck des inerten Gases abhängig. Für jeden Lampentyp läßt sich durch einfache Versuche bestimmen,
welcher Fülidruck des Chlorwasserstoffes am günstigsten ist. Es wurde gefunden, daß dieser Fülldruck
zwischen 7 mm und 14 mm HCl liegen kann.
Ein Mittel zur Unterbindung von Wasserstoffverlusten kann darin bestehen, daß das reaktive Transportgas
keine gleichwertigen Mengen an Chlor und Wasserstoff enthält, sondern ein Überschuß an Wasserstoff gegenüber
Chlor in einem Verhältnis bis zu 5 :4 vorhanden ist. Ferner können zum Aufrechterhalten des gewünschten
Verhältnisses zwischen Wasserstoff und Chlor Stoffe in die Lampe angebracht werden, die entweder
den Wasserstoffmangel, der durch Diffusion in und gegebenenfalls durch die Kolbenwand entsteht, durch
Wasserstoffabgabe beheben oder den sich dabei ergebenden Chlorüberschuß binden können, oder aber
beide Funktionen in sich vereinen, während auch Gemische solcher Stoffe Verwendung finden können.
Weitere Mittel, gegebenenfalls in Kombination, um einen Wasserstoffverlust, der zur Zerstörung der relativ
kalten Metallteile durch freies Chlor führen würde, zu
unterbinden, sind folgende:
Der Lampenkolben kann aus einem hochschmelzenden, für Wasserstoff undurchlässigen Glas bestehen.
Der Kolben kann auch aus Quarz bestehen, wobei die Lampe von einem Außenkolben aus einem für
Wasserstoff nicht durchlässigen Material umgeben ist, und im Raum zwischen Innen- und Außenkolben
Wasserstoff vorhanden ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß aus der DT-PS 8 41 307
Glühlampen mit Halogenfüllung bekannt sind, welche mit einem Doppelkolben versehen sind. Dieser enthält
aber kein Wasserstoff.
Die Temperatur des Glühkörpers der Lampe kann bei Nennspannungsbetrieb so hoch gewählt werden, daß
seine sich daraus ergebende Lebensdauer beendet ist, bevor der Wasserstoffverlust so weit fortgeschritten ist,
daß eine Zerstörung der kälteren Metallteile durch freies Chlor auftritt. Eine solche Zerstörung könnte
nämlich dazu führen, daß der Glühkörper nicht mehr ausreichend unterstützt wird, sich biegt und damit der
Kolbenwand nähert, wodurch diese erweicht. Dies könnte bei dem hohen Druck in der Lampe während des
Betriebes zu einer Explosion führen. Lampen dieser Art finden nämlich in optischen Systemen Anwendung, bei
denen es nicht so sehr auf eine lange Lebensdauer der Lampe, sondern vielmehr auf eine große bis zum Ende
der Lebensdauer ganz oder nahezu gleichbleibende Lichtausbeute je Watt und auf kleine Abmessungen
ankommt. Beispiele solcher Lampen sind Projektionslampen. Film- und Photoaufnahmelampen, Kraftfahrzeugscheinwerferlampen
und Lampen für andere besondere Verwendungen, bei denen dir Glühkörpertemperatur
im allgemeinen höher als 3000° K ist und die garantierte Lampenlebensdauer üblicherweise 40 bis
150 Stunden beträgt.
Die Dosierung von Chlor und Wasserstoff kann über flüchtige oder gasförmige Verbindungen erfolgen. Eine
geeignete gasförmige Verbindung ist z. B. Chlorwasserstoff. Vorzugsweise ist in der Lampe zusätzlich
Kohlenstoff vorhanden, der zum Binden von Sauerstoff dient, der sich störend auf den Wolfram-Chlor-Kreisprozeß
auswirkt. Bei Glühlampen mit einer Wasserstoff-Chlor-Atmosphäre werden die kalten Lampenteile
durch das Vorhandensein von Sauerstoff" schneller angegriffen. Außerdem hat sich ergeben, daß bei
Anwesenheit von Kohlenstoff der die Lebensdauer der Lampe verkürzende Verlust von Wasserstoff unterdrückt
und/oder ein Teil der Wirkung des Wasserstoffs in der Lampe vom Kohlenstoff übernommen wird.
Durch geeignete Wahl von Chlorkohlenwasserstoffen, die bei Zersetzung Kohlenstoff, Chlor und Wasserstoff
liefern, wie Chloroform, Methylenchlorid, Methylchlorid,
Äthylendichlorid, Gemische aus diesen Verbindungen oder aus Methan und anderen Kohlenwasserstoffen
mit Tetrachlorkohlenstoff, gegebenenfalls zusammen mit Chlorwasserstoff und/oder Chlor und/oder Wasserstoff
und/oder Kohlenwasserstoff, kann zugleich der Kohlenstoff in die Lampe eingebracht werden. Es sei
noch erwähnt, daß aus der US-PS 30 22 438 der Zusatz von Kohlenstoffverbindungen bei Tantalkarbidlampen
bekannt ist. Dieser Zusatz dient hier aber zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Kohlenstoffpartialdruckes
in der Nähe des Glühkörpers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nächstehend
anhand der Zeichnung und einer Tabelle näher erläutert.
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine aus einem Innen-
und Außenkolben bestehende Glühlampe, bei der sich der Glühkörper im Innenkolben befindet, während der
Raum zwischen den Kolben ein wasscrstoffhaltiges Gas enthält.
Fig.2 zeigt einen Schnitt durch eine andere Glühlampe.
Fig. 1 zeigt eine Glühlampe teilweise im Schnitt. Ein
gewendelter Glühkörper 1 aus Wolfram, der an Molybdänplatten 2 befestigt ist, befindet sich in einem
zylindrischen Lampenkolben 3 aus Quarz. Der Glühkörper wird von spiralförmigen Stützkörpern 7 und 8 aus
Wolfram abgestützt. Durch Metallhalterungen 4 und 5, die auch als Stromleitungen dienen, wird die Lampe in
einem Außenkolben 6 aus Glas oder einem anderen durchsichtigen und gasdichten Material gehaltert. Im
Innenkolben 3 befindet sich ein Gemisch aus einem inerten Gas und Chlorwasserstoff, während sich im
Raum zwischen dem Innen- und dem Außenkolben ein wasserstoffhaltiges inertes Gas befindet. Die lichten
Abmessungen des Innenkolbens waren bei einer praktischen Ausführungsform: Durchmesser 7,5 mm.
Länge 150 mm. Der gewendelte Wolframglühkörper mit einer Länge von etwa 150 cm und einem
Durchmesser von 1 mm wurde bei 225 Volt mit 1000 Watt belastet, wobei die Lichtausbeute 22 Lumen je
Watt betrug. Der Innenkolben war mit einem Gemisch aus Argon und Chlorwasserstoff unter einem Druck von
700 mm gefüllt, das 1,6 Volumenprozent Chlorwasserstoff enthielt (Partialdruck des Chlorwasserstoffes:
11,2 mm). Der Raum zwischen dem Innen- und
Außenkolben war mit einem Gemisch aus Argon und Wasserstoff unter einem Druck von 200 mm gefüllt,
dessen Wasserstoffgehalt zwischen 0 und 1,0 Torr (zwischen 0 und 0,5 Volumenprozent) gemäß der
nachstehenden Tabelle geändert wurde, welche die Lebensdauer der Lampe in Abhängigkeit von diesem
Wasserstoffprozentsatz angibt.
40
Partialdruck | Lebens | Bermerkungen |
H2 im | dauer in | |
Außen | Stunden | |
kolben | ||
0 | 590 | Glühdraht durchgebrannt, |
Stützkörper angegriffen, | ||
Kolben beim Durchbrennen | ||
klar | ||
0,1 | >825 | nach 825 Std. Stützkörper noch |
nicht angegriffen | ||
0,2 | >825 | nach 825 Std. Stützkörper noch |
nicht angegriffen | ||
1,0 | >825 | nach 825 Std. Stützkörper noch |
nicht angegriffen |
In keinem der Fälle, in denen Wasserstoff im Außenkolben vorhanden war, trat Angriff der Stützkörper
auf, was darauf hinweist, daß während der angegebenen Brenndauer keine schädliche Wasserstoffmenge
verlorengeht. Beim Fehlen von Wasserstoff im Außenkolben werden die Stützkörper bald angegriffen.
Die Lampen wurden in horizontaler Lage betrieben. Bei den Versuchen wurde die Belastung des Glühkörpers so
gewählt, daß seine Lebensdauer kürzer als die Zeit war, in der eine die Lebensdauer beeinträchtigende Änderung
des Chlor-Wasserstoff-Verhältnisses durch Wasserstoffverluste
auftrat.
F i g. 2 zeigt im Schnitt eine sogenannte Photoaufnehmelampe von 1000 Watt mit einer Farbtemperatur von
3400° K bei 225 Volt und einer Lichtausbeute von 3100
Lumen je Watt. Die Lampe besteht aus einem Quarzkolben mit folgenden Abmessungen: lichter
Durchmesser 7,5 mm, lichte Länge 89 mm; sie hat einen gewendelten Wolframglühkörper mit einer Länge von
1,32 m, einem Durchmesser von 172 μ und einer Länge
nach dem Wendeln von 85 mm. Die Lampe war mit einem Gemisch aus Argon, Stickstoff (8%) und 1,6
Volumenprozent HCI unter einem Druck von 700 mm gefüllt. Ihre Lebensdauer betrug etwa 40 Stunden. Die
gleichen Werte wurden bei Verwendung von Methylendichlorid mit einem Fülldruck von 9 mm gefunden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Elektrische Glühlampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben, in dem sich ein Glühkörper aus
Wolfram in einer Atmosphäre. befindet, die ein inertes Füllgas und eine Wasserstoff-Chlor-Verbindung
enthält, und dessen Kolbeninnenseite während des Brennens der Lampe überall eine Temperatur
von mindestens 350°C annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um
einen eine Zerstörung der relativ kalten Metallteile durch freies Chlor hervorrufenden Verlust von
Wasserstoff zu unterbinden.
2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben aus Quarz besteht, wobei die Lampe von einem Außenkolben aus einem für
Wasserstoff nicht durchlässigen Material umgeben ist, und daß im Raum zwischen Innen- und
Außenkolben Wasserstoff vorhanden ist.
3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenkolben aus einem hochschmelzenden, für Wasserstoff undurchlässigen Glas
besteht.
4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lampenatmosphäre ein
Überschuß an Wasserstoff gegenüber Chlor in einem Verhältnis bis zu 5 :4 vorhanden ist.
5. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Glühkörpers so
hoch gewählt ist, daß seine sich daraus ergebende Lebensdauer beendet ist, bevor der Verlust an
Wasserstoff so weit fortgeschritten ist, daß eine Zerstörung der kälteren Metallteile durch freies
Chlor auftritt.
6. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lampe zusätzlich Kohlenstoff
vorhanden ist.
7. Glühlampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Chlorkohlenwasserstoffverbindung
oder einem Gemisch einer solchen Verbindung m;t Chlor und/oder Wasserstoff oder
einer Chlor und/oder Wasserstoff liefernden Verbindung gefüllt wird.
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