DE1489441C - Elektrische Glühlampe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Zimmertemperatur ein Gas ist. Da Quarz bereits bei Glühlampe mit einem lichtdurchlässigen Kolben, in ■ einer Temperatur von 300°C für Wasserstoff durchdem sich ein Glühkörper aus Wolfram in einer Atmo- lässig ist, würde im Betrieb der Lampe auf die Dauer Sphäre befindet, die ein inertes Füllgas und eine der Wasserstoff, der in der genannten Patentschrift als Wasserstoff-Brom-Verbindung enthält, und dessen 5 ungewünschtes Element bezeichnet wird, aus der Kolbeninnenseite während des Brennens der Lampe Lampe verschwinden. Der gleiche Effekt würde auch. überall eine Temperatur annimmt, bei der keine Kon- dann auftreten, wenn die Lampe mit Bromwasserstoff densation von Verbindungen von Wolfram mit Brom gefüllt wird. Nach einiger Zeit würde sich dabei allauftritt. Unter einem Glühkörper aus Wolfram sind mählich ein Wolfram-Brom-Kreisprozeß ergeben, der auch gewendelte Wolframdrähte zu verstehen. io jedoch die in der USA.-Patentschrift 2 883 571 er-

Die Verwendung eines Halogens oder einer Halogen- wähnten" Nachteile aufweist: freies Brom wird die reverbindung in einem regenerativen Kreisprozeß zürn lativ kalten Metallteile angreifen. Verhüten von Schwärzung des Kolbens einer Glüh- Die Erfindung bezweckt, einige Nachteile der Ver- ■ lampe ist bekannt. In der USA.-Patentschrift 2 883 571 Wendung von Brom zu beheben. _v wird eine Lampge beschrieben, die zu diesem Zweck 15 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Jod enthält. Die Abmessungen dieser Lampe sind so Lampe eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, daß gewählt, daß während des Brennens der Lampe die Mittel vorgesehen sind, um einen eine Zerstörung der verhältnismäßig kalten Enden des Glühkörpers und relativ kalten Metallteile durch freies Brom hervorweitere verhältnismäßig kälte Wolframteile in der rufenden Verlust von Wasserstoff zu unterbinden. Lampe eine Temperatur annehmen, bei der sie von 20 Die Lampe nach der Erfindung unterscheidet sich Jod nicht oder nur wenig angegriffen werden. Der Bau damit wesentlich von der Lampe nach der USA.-Pader Lampe ist weiter darauf berechnet, daß die Kolben- tentschrift 3 091718, welche ihre hauptsächliche Bewand eine Temperatur über etwa 250°C annimmt, nutzung erst finden soll, nachdem der Wasserstoff damit sich keine Wolfram-Jod-Verbindungen auf die weitgehend verschwunden ist. Bei der Lampe nach der Kolbenwand absetzen können. Der in Lumen je Watt 25 Erfindung soll während der Lebensdauer des G.lühausgedrückte Wirkungsgrad einer solchen Lampe ist körpers Wasserstoff vorhanden bleiben, größer als der Wirkungsgrad normaler Glühlampen. Die Dosierung von Brom und Wasserstoff ist erheb-Der Wirkungsgrad bleibt dabei im Verlauf der ganzen lieh einfacher als die Dosierung von Jod, weil diese Lebensdauer der Lampe konstant oder nahezu kon- Elemente bei Zimmertemperatur flüchtig bzw. Gase stant. Bei Lampen dieses Typs brennt ebenso wie bei 30 sind oder über flüchtige oder gasförmige Verbindungen normalen Lampen der Glühdraht an einer verhältnis- dosiert werden können, die außerdem in nahezu sämtmäßig heißen Stelle durch. liehen Fällen weniger aggressiv sind als Jod. Diese

Die Verwendung von Jod ist jedoch mit Nachteilen flüchtigen oder gasförmigen Verbindungen sind z. B. verbunden. Es ist z. B. nicht einfach, die in der Lampe Bromwasserstoff und Bromkohlenwasserstoffe, die bei erforderliche. Jodmenge exakt zu dosieren. Der Dampf- 35 Zersetzung Brom und Wasserstoff liefern, wie Bromodruck von Jod bei Zimmertemperatur ist niedriger als form, Methylenbromid, Methylbromid, Äthylendi-. der in der Lampe für eine gute Wirkung des Wolfram- bromid, Gemische aus diesen Verbindungen oder aus Jod-Kreisprozesses erforderliche Druck. Deshalb er- Methan und anderen Kohlenwasserstoffen mit Tetrafolgt das Füllen häufig bei einer Temperatur, die höher bromkohlenstoff und Bromkohlenwasserstoffen, als Zimmertemperatur ist. Dabei ist es notwendig, die 40 Vorzugsweise ist in der Lampe zusätzlich Kohlen-Temperatur der Füllanlage und der Lampe beim Fül- stoff vorhanden, der zum Binden von Sauerstoff dient, len genau einzuhalten. Außerdem ist Jod in bezug auf der sich störend auf den Wolfram-Brom-Kreisprozeß viele Metalle sehr aggressiv, so daß die ganze Füll- auswirkt. Bei Glühlampen mit einer Wasserstoff-Bromanlage aus jodbeständigem Material bestehen muß. Atmosphäre werden die kalten Lampenteile durch das

Der Wolfram-Jod-Kreisprozeß zeigt sich besonders 45 Vorhandensein von Sauerstoff schneller angegriffen, empfindlich gegen verschiedenartigste Verunreini- Außerdem hat sich ergeben, daß bei Anwesenheit von gungen. Dies bringt es mit sich, daß alle für die Lampe Kohlenstoff der die Lebensdauer der Lampe ververwendeten Materialien einem eingehenden Reini- kürzende Verlust von Wasserstoff unterdrückt und/oder gungsyerfahren unterworfen werden müssen. Dies gilt, ein Teil der Wirkung des Wasserstoffs in der Lampe insbesondere für den Wolframglühkörper. "Auch ist 50 vom Kohlenstoff übernommen wird. Durch geeignete die Farbe des Jods in bestimmten Fällen unerwünscht; Wahl von Bromkohlenwasserstoff oder Tetrabromim sichtbaren Licht tritt eine Absorption von 4 bis 5 % kohlenwasseistoff, gegebenenfalls zusammen mit Bromauf, wasserstoff und/oder Brom und/oder Wasserstoff und/

In der deutschen Patentschrift 841 307 werden auch oder Kohlenwasserstoff, kann zugleich der Kohlen-Chlor und Brom und bestimmte Metallverbindungen 55 stoff in die Lampe eingebracht werden, für den.erwähnten Zweck als brauchbar genannt. Wie In der Praxis stellte es sich überdies heraus, daß die aus der späteren USA.-Patentschrift 2 883 571 hervor- gute Wirkung des Wolfram-Wasserstoff-Brom-Kreisgeht, ist aber von der Ersetzung des Jods durch Chlor , prozesses viel weniger als im Falle des Wolfram-Jododer Brom zur Beseitigung der mit der Verwendung Kreisprozesses von der Reinheit der Materialien, aus vor) Jod verbundenen Schwierigkeiten kein längerer 60 denen die Lampe hergestellt ist, abhängig ist. Bei den Erfolg zu erwarten. Die Verwendung von Chlor und Untersuchungen, die zur Erfindung führten, zeigte es Brom würde nämlich zur Schädigung der Glühkörper- sich z. B., daß mit Bromwasserstoff als reaktivem Unterstützungen und zum Anwachsen von Dendriten Transportgas Wolframglühkörper Verwendung finden auf dem Glühkörper führen. konnten, die mit Jod als reaktivem Transportgas in-

In der USA.-Patentschrift 3091718 ist zur Besei- 65 folge ihres Gehaltes an Verunreinigungen nicht brauch-

tigung der Schwierigkeiten, die mit der Dosierung von bar waren, wenn nicht der Kreisprozeß durch einen

Jod in einer Lampe verbunden sind, angegeben, solche geringen Prozentsatz an Sauerstoff aktiviert war.

Lampen mit Jodwasserstoff (HJ) zu füllen, der bei Außerdem stellte es sich bei diesen Versuchen heraus,

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daß die Verwendung von Jodwasserstoff noch erheb- Ferner können zum Aufrechterhalten des ge-

lich schlechtere Ergebnisse gibt als die Verwendung von . wünschten Verhältnisses zwischen Wasserstoff und Jod allein. Dies ist dem verzögernden Einfluß von Brom während der ganzen Lebensdauer der Lampe in Wasserstoff auf den Wolfrani-Jod-Kreisprozeß zu- dieser Stoffe angebracht werden, die entweder den zuschreiben. Diese verzögernde Wirkung von Wasser- 5 Wasserst off mangel, der durch Diffusion in und gestoff, die somit bei Verwendung von Jod unzulässig ist, gebenenfalls durch die Kolbenwand entsteht, durch erweist sich bei Verwendung von Brom als besonders Wasserstoffabgabe beheben oder den sich dabei ervorteilhaft. Die erwähnten Nachteile des Wolfram- gebenden Bromüberschuß binden können, oder aber Brom-Kreisprozesses, nämlich der Angriff auf verhält- beide Funktionen in sich vereinen, während auch Genismäßig kalte Wolframteile in der Lampe, werden io mische solcher Stoffe Verwendung finden können, durch Gegenwart einer hinreichenden Wasserstoff- Weitere Mittel, gegebenenfalls in Kombination, um

menge in entscheidendem Maße unterdrückt. Dies einen Wasserstoffverlust, der zur Zerstörung der beruht wahrscheinlich auf der Tatsache, daß Brom- relativ kalten Metallteile durch freies Brom führen wasserstoff festes Wolfram nahezu nicht angreift und würde, zu unterbinden, sind folgende: bei der Temperatur der verhältnismäßig kalten Wolf- 15 Der Lampenkolben kann aus einem hochschmelzenramteile nahezu nicht in Wasserstoff und Brom dis- den, für Wasserstoff undurchlässigen Glas besoziiert wird. , stehen.

Trotz der Tatsache, daß die verhältnismäßig kalten Der Kolben kann auch aus Quarz oder einem

Wolframteile nahezu nicht angegriffen werden, stellt Material, das durchlässiger für Wasserstoff ist als es sich überraschenderweise heraus, daß die Kolben- 20 Quarz, bestehen, wobei die Lampe von einem Außenwand klar bleibt. Außerdem zeigt es sich, daß eine kolben aus einem für Wasserstoff nicht durchlässigen Lampe, deren Kolbenwand geschwärzt ist, nach Füllen und lichtdurchlässigen Material umgeben ist, und im mit HBr oder einem HBr liefernden Stoff oder Ge- Raum zwischen Innen-und Äußenkolben Wasserstoff misch aus solchen¹ Stoffen nach sehr kurzer Brennzeit vorhanden ist.

völlig klar wird. Der zu wählende Bromwasserstoff- 25 Die Temperatur des Glühkörpers der Lampe· kann fülldruck ist von der Temperatur des Glühkörpers im bei Nennspannungsbetrieb so hoch gewählt werden, Betrieb der Lampe, von der Geometrie der Lampe und daß seine sich daraus ergebende Lebensdauer beendet vom Fülldruck des inerten Gases abhängig. Für jeden ist, bevor der Wasserstoffverlust so weit fortgeschritten Lampentyp läßt sich durch einfache Versuche be- ist, daß eine Zerstörung der kälteren Metallteile durch stimmen, welcher Fülldruck des Bromwasserstoffes 3° freies Brom auftritt. Eine solche Zerstörung könnte am günstigsten ist. Es wurde gefunden, daß dieser nämlich dazu führen, daß der Glühkörper nicht mehr Fülldruck wenig kritisch ist und zwischen 1 mm und ausreichend unterstützt wird, sich biegt und damit der 1 at HBr liegen kann. Kolbenwand nähert, wodurch diese erweicht. Dies

Ein weiterer Vorteil ist, daß die betreffenden Wasser- könnte bei dem hohen Druck in der Lampe während stoffbromverbindungen nahezu immer farblos sind, 35 des Betriebes zu einer Explosion führen. Lampen dieser so daß keine Lichtverluste durch Absorption auftreten. Art finden nämlich in optischen Systemen Anwendung, , Um kein Wolfram durch Kondensation von Wolf- bei denen es nicht so sehr auf eine lange Lebensdauer rambromiden an der Kolbenwand zu verlieren, ist der Lampe, sondern vielmehr auf eine große bis zum die Lampe so zu bauen, daß die Kolbenwand im Be- Ende der Lebensdauer ganz oder nahezu gleichtrieb eine Temperatur annimmt, bei der Wolfram- 40 bleibende Lichtausbeute je Watt und auf kleine Abbromide nicht kondensieren können; dies ist gewöhn- messungen ankommt. Beispiele solcher Lampen sind lieh bei Temperaturen von etwa 300⁰C oder höher der Projektionslampen, Film- und Photoaufnahmelampen, Fall. Da keine Schwärzung des Kolbens infolge von Kraftfahrzeugscheinwerferlampen und Lampen für Kondensation von Wolfram auf der Kolbenwand auf- andere besondere Verwendungen, bei denen die Glühtritt, kann der Abstand zwischen dem Glühkörper und 45 körpertemperatur im allgemeinen höher als 3000° K der Kolbenwand sehr klein bemessen werden. ; ist und die garantierte LampenlebeVisdauer üblicher-

. Ein Mittel zur Unterbindung von Wasserstoff- weise 15 bis 150 Stunden beträgt. Es stellt sich jedoch. Verlusten kann darin bestehen, daß das reaktive Trans- heraus, daß es möglich ist, auf diese Weise Lampen portgas keine gleichwertigen Mengen an Brom und mit einer Lebensdauer von 1000 Stunden und länger Wasserstoff enthält, sondern ein Überschuß an 50 herzustellen.

Wasserstoff gegenüber Brom vorhanden ist. Die besten Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden

Ergebnisse werden erreicht, wenn das Verhältnis in nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert. > Grammatomen zwischen Brom und Wasserstoff im Gas- Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Glühlampe

gemisch kleiner als 1:1 und maximal 1: 7 ist, obgleich nach der Erfindung; mit Verhältnissen bis zu 1: .10 und höher auch noch 55 F i g. 2 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch eine gute Ergebnisse erreichbar sind; die absolute Wasser- andere Glühlampe nach der Erfindung, stoffmenge darf jedoch nicht so hoch werden, daß die In den Glühlampen befindet sich ein gewendelter

Wärmeleitung des Füllgases dadurch zu groß wird. Glühkörper 1 aus Wolfram, der an Molybdänplätt-

Aiis den Versuchen, die zur Erfindung führten, ging chen2 befestigt ist, in einem zylindrischen Lampenauch hervor, daß optimale Ergebnisse dann erreicht 60 kolben 3 aus Quarz. Der Glühkörper wird von spiwerden, wenn bei Beginn der Lebensdauer der Lampe ralförmigen Stützkörpern 7, und 8 aus Wolfram abin der Lampe je cm³ Kolbenvolumen zwischen gestützt.

1,5-ΙΟ"⁷ und 1,05 · ΙΟ"⁸ Grammatom Wasserstoff In der Lampe nach F i g. 1 befindet sich ein Gemisch.

und zwischen 1,5 · 10~⁷ und 1,5 · 10~* Grammatom aus einem inerten Gas und Bromwasserstoff oder einer Brom als solche oder in Form einer Verbindung, wie 65 Bromwasserstoff liefernden Verbindung. Die lichten HBr oder eines Bromkohlenwasserstoffes, gegebenen- Abmessungen des Kolbens betrugen in einem bestimmfalls zusammen mit Wasserstoff und/oder Brom, vor- ten Fall: Durchmesser 7,5 mm, Länge 150 mm. Der handen sind. gewendelte Wolframglühkörper mit einer Länge von

Claims (10)

etwa 150 cm und einem Durchmesser von 1 mm wurde bei 225 Volt mit 1000 Watt belastet; die Lichtausbeute betrug 22 Lumen je Watt. Der Kolben wurde mit einem Gemisch aus Argon und Bromwasserstoff unter einem Druck von 3 at gefüllt. Nach 600 Stunden Brenndauer hatten Lampen, die HBr mit einem Druck von 7 bzw. 14 mm enthielten, ihre Lebensdauer noch nicht angegriffen. ... : . ; . ■ Bei diesem und bei den nachstehend erwähnten Versuchen war die Belastung des Glühkörpers so bemessen, daß seine Lebensdauer kürzer war als die Zeit, in der eine die Lebensdauer verkürzende Veränderung des Brom-Wasserstoff-Verhältnisses infolge von Wasserstoffverlusten auftrat. ■ F i g. 2 zeigt, eine sogenannte Photoaufnahmelampe von 1000 Watt mit einer Farbtemperatur von 34000K bei 225 Volt und einer Lichtausbeute von 32 Lumen je Watt. Die Lampe besteht aus einem Quarzkolben mit xden lichten Abmessungen: Durchmesser 7,5 mm, Länge 89 mm. Der gewendelte Wolframglühkörperdraht mit einem Drahtdurchmesser von 172 μ hatte vor dem Wendeln eine Länge von 1,32 m und nach dem Wendeln eine Länge von 85 mm. Lampen dieser Art ίο wurden mit einem Gemisch aus Argon, Stickstoff (8 %) und unterschiedlichen Mengen an Transportgas nach folgender Tabelle auf einen Fülldruck von 600 mm gefüllt. Die mittlere Lebensdauer vergleichbarer Jodlampen beträgt etwa 27 Stpnden. 5,6Fülldruck in mm7,5"10,924,65,35,36,15,35,35,35,340 '5,34040352010,5402128714 Füllgas H2 + Br2 · .H, Br2 Mittlere Lebensdauer in Stunden HBr Mittlere Lebensdauer CH5Br Mittlere Lebensdauer Es wurden auch Versuche mit Projektionslampen durchgeführt, deren Volumen etwa 1 cm3 und deren Lichtausbeute 30 Lumen/Watt bei 100 Watt und 12 Volt (bei einer vergleichbaren Jodlampe ist die mittlere Lebensdauer etwa 50 Stunden). Wenn diese Lampen mit Krypton unter einem Druck von 4 at und HBr-Mengen unter einem Partialdruck zwischen 7 und .23 mm gefüllt waren, wurde in allen Fällen eine mittlere Lebensdauer von 80 Stunden gefunden. ■'■ Patentansprüche: 40

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-Brom-Verbindung enthält, und dessen Kolbeninnenseite während des Brennens der Lampe überall eine Temperatur annimmt, bei der keine Kondensation von Verbindungen von Wolfram mit Brom auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um einen eine Zerstörung der relativ kalten Metallteile durch freies Brom hervorrufenden Verlust von Wasserstoff zu unterbinden.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus Quarz oder einem Material, das durchlässiger für Wasserstoff ist als Quarz, besteht, wobei die Lampe von einem Außenkolben aus einem für Wasserstoff nicht durchlässigen und lichtdurchlässigen 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 hochin sämtlichen Fällen zwischen 30 und 40 Stunden 10,5

Stunden

schmelzenden, für Wasserstoff undurchlässigen Glas besteht.

4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lampenatmosphäre ein Überschuß an Wasserstoff gegenüber Brom vorhanden ist.

5. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Brom und Wasserstoff im Gemisch, in Grammatom· ausgedrückt, kleiner als 1:1 und maximal 1: 7 ist.

6. Glühlampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Lebensdauer in der Lampe je cm³ Kolbenvolumen zwischen 1,5 · 10~⁷ und 1,05 · 10~^e Grammatom Wasserstoff und zwischen 1,5 · 10~⁷ und 1,5 · 1(H Grammatom Brom als solche oder in Form einer Verbindung vorhanden sind.

7. 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 Brom auftritt. '

8. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lampe zusätzlich Kohlenstoff vorhanden ist. ' : ' \ -^:'/j"

9. Glühlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Bromkohlenwasserstoffverbindung oder einem Gemisch einer solchen Verbindung mit Brom und/oder Wasserstoff oder einer Brom und/oder Wasserstoff liefernden Verbindung gefüllt wird. '■ .

10. Glühlampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bromkohlehwässerstoffverbindung aus der Gruppe Methylbromid, Methylenbromid und Bromoform ausgewählt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen