DE1489437C3 - Elektrische Glühlampe - Google Patents

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 350⁰C 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 35O⁰C 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 Typs 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 (HCl) zu füllen, der bei Zimmertemperatur ein Gas ist. Da Quarz aber bereits bei einer Temperatur von 300⁰C 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 Wolframteile 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 Kolbenwand klar bleibt. Der zu wählende Chlorwasserstoffülldruck ist von der Temperatur des Glühkörpers im Betrieb der Lampe, von der Geometrie der Lampe und vom Fülldruck des inerten Gases abhängig. Für jeden Lampentyp läßt sich durch einfache Versuche bestimmen, welcher Fülldruck 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 die 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-

35 und Außenkolben bestehende Glühlampe, bei der sich der Glühkörper im Innenkolben befindet, während der Raum zwischen den Kolben ein wasserstoffhaltiges Gas enthält.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine andere Glühlampe.

Fig. 1 zeigt eine Glühlampe teilweise im Schnitt. Ein gewendeiter 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.

Tabelle

40

45

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 HCl 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)

Patentansprüche:

1. Elektrische Glühlampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben, in dem sich ein Glühkörper aus Wolfram in einer Atmosphäre befindet, die ein inertes Füllgas und eine Wasscrstoff-Chlor-Verbindung enthält, und dessen Kolbeninnenseite während des Brennens der Lampe überall eine Temperatur von mindestens 350⁰C 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 : Tvorhanden 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 mit Chlor und/oder Wasserstoff oder einer Chlor und/oder Wasserstoff liefernden Verbindung gefüllt wird.