DE1589373C - Glühlampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine für sogenannte

»Halogenscheinwerfer« u. dgl. geeignete Glühlampe . rfiit transparentem Kolben und Wolfram-Glühdraht, deren luftdicht verschlossener Kolben mit Halogen und Inertgas gefüllt ist.

An Lampen des vorgenannten Typs sind vornehmlich Jod-Lampen gebräuchlich. Diese Jod-Lampen besitzen einen Wolfram-Glühdraht, und ihre Kolbenfüllung enthält Jod. Sie zeichnen sich gegenüber Lampen des gleichen Aufbaus, aber ohne Jod-Füllung, durch eine höhere Lichtausbeute und durch eine längere Lebensdauer aus. Die höhere Lichtausbeute resultiert dabei von Reaktions- oder Regenerationszyklen, die zwischen dem Wolfram und dem Jod auftreten, wenn der Glühdraht über Widerstandsheizung auf erhöhte Temperaturen gebracht worden ist.

Wenn Jod in einer Menge, die zum Erreichen einer befriedigenden Lichtausbeute als genügend anzusehen ist, in den Lampenkolben eingefüllt wird, hat es sich jedoch gezeigt, daß die tatsächlich von der Lampe ausgestrahlte Lichtmenge beträchtlich geringer ist als die theoretisch zu erwartende Lichtmenge. Der Grund dafür ist in der Tatsache zu sehen, daß Jod eine starke Lichtabsorption bei gewissen spezifischen Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs besitzt, wobei diese Absorption 9 °/o oder mehr der gesamten Lichtmenge ausmachen kann.

Bei Lampen mit relativ großer Leistung ist die Verwendung von Jod noch mit einem weiteren Mangel verbunden, nämlich damit, daß ein Teil des Jods sich auf der Innenfläche oder dem Boden des Kolbens niederschlägt und dadurch örtliche Unregelmäßigkeiten in der Farbe des von der Lampe abgestrahlten Lichtes hervorruft.

Um die auf die Verwertdung von Jod zurückgehenden Schwierigkeiten zu beseitigen, sind bereits Versuche gemacht worden, andere Halogene in den Lampenkolben einzufüllen, nämlich Fluor, Chlor oder Brom (USA.-Patenlschrift 2 883 571). Diese anderen Halogene absorbieren kein sichtbares Licht und bilden auch keine opaken. Niederschläge, sie sind aber andererseits äußerst korrosiv. Daher ist es bei Verwendung dieser anderen Halogene erforderlich, den metallischen Glühdraht und sonstige in die Lampe eingeschmolzenen Metallteile gegen eine Korrosion zu schützen. Zum Korrosionsschutz wird dabei Wasserstoff verwendet, was einerseits die Kosten der Lampe beträchtlich erhöht, andererseits aber nicht einmal besonders wirksam ist. Zwar zeigt Wasserstoff unmittelbar nach dem Einfüllen in den Kolben durchaus eine gute Korrosionsschutzwirkung, aber im Laufe der Zeit leckt der Wasserstoff aus, indem er die Kolbenwandung durchdringt, wenn diese nach dem Zünden der Lampe eine erhöhte Temperatur angenommen hat (USA.-Patentschrift 3 091718). Im übrigen ist es wegen der Tatsache, daß Chlor und Fluor bei Zimmertemperatur gasförmig sind und Brom eine Flüssigkeit ist, verhältnismäßig schwierig, diese Halogene in der erforderlichen Menge in den Irtnenraum des Kolbens einzufüllen, ganz abgesehen davon, daß auch bei der. Einrichtungen zum Einfüllen dieser Halogene dann geeignete Korrosionsschlitzmaßnahmen getroffen sein müssen.

Mit clur Erfindung sollen die zuvor geschilderten,

bisln.T biMdienden Schwierigkeiten beseitigt werden.

ί .'iu.-iL.···-. -''.ii.'l ern.'ii.'lil diu F.rfinclutij» bei Glühlampen i τ "i:¹ -.!ü:.·,-; ί".·η.Ήπ:ΐι.Ίΐ Art dadurch, dat.' das I !alin;i:n ein aus der Gruppe Jodmonobromid, Jodmonochlorid und Jodtrichlorid ausgewähltes Jodhalogenid ist.

Das in den Lampenkolben eingefüllte Jodhalogenid diissoziert in Jod und das betreffende andere Halogen, sobald der Wolfram-Glühdraht auf erhöhte Temperaturen erhitzt worden ist. Die beiden entstehenden freien Halogene reagieren dann mit dem Wolfranij wobei jedes für sich Reaktionszyklen oder Regenerationszyklen der bekannten Art bildet. Dabei ist die

ίο Zahl der Jodatome im Lampenkolben gleich oder geringer als die Zahl der Atome des anderen Halogens. Dies bedeutet, daß die in die Reaktionszyklen eingehenden Jodatome auf mindestens die halbe Anzahl, gegebenenfalls aber auf eine noch geringere Anzahl reduziert werden, verglichen mit einer Lampe des gleichen Typs, die jedoch ausschließlich mit reinem Jod gefüllt ist. Im Ergebnis führt dies dazu, daß die von dem Jod absorbierte Lichtmenge auf ein Minimum gebracht wird, ohne daß andererseits die korrosiven Eigenschaften des anderen Halogens nennenswert zur Auswirkung kommen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung, die die Ansicht einer Wolfram-Halogen-Glühlampe zeigt, näher erläutert.

Die zeichnerisch dargestellte Lampe besitzt einen transparenten Kolben 1 aus Quarzglas und einen innerhalb des Kolbens angeordneten Doppelwendel-Wolfram-Glühdraht 2. Der Glühdraht 2 ist zwischen zwei Stromeinführungen 3 gehalten, die von entgegengesetzten Seiten aus in den Kolben 1 hineinragen, und die über rechtwinklige Folien 4 mit Anschlußklemmen 5 verbunden sind. Beide Enden des KoI-bens 1 sind hermetisch durch eine Quetschung zugeschmolzen, so daß sie die Stromeinführungen 3, die Folien 4 und die Klemmen 5 in Position halten. An dem Kolben 1 ist (etwa in der Mitte) ein Einfüllstutzen 6 angebracht, der zum Einbringen der KoI-benfüllung dient und nach dem Einbringen der Kolbenfüllung hermetisch dicht abgeschmolzen ist.

Die Kolbenfüllung besteht aus einem Inertgas und einem Jodhalogenid, das aus der Gruppe Jodmonobromid, Jodmonochlorid und Jodtrichlorid ausgewählt ist. Das Inertgas kann beispielsweise Argon sein.

Die vorangehend erwähnten Jodhalogenide sind bei Zimmertemperatur fest, und sie sind außerdem chemisch stabil. Beim Erhitzen des Glühdrahts auf die Arbeitstemperatur diissozieren sie jedoch in ihre Bestandteile, d. h. in Jod und das betreffende andere Halogen. Die dabei frei werdenden Atome des Jods und des anderen Halogens führen gesonderte Reaktionszyklen mit dem Wolfram-Glühdraht aus.

Bei diesen Reaktionszyklen stehen die Anzahl an Jodatomen und die Anzahl an Atomen des anderen Halogens innerhalb des Lampenkolbens bei Verwendung von Jodmonobromid oder Jodmonochlorid im Verhältnis 1: 1, bei Verwendung von Jodtrichlorid im Verhältnis 1 :3. Theoretisch sind deshalb dem Jod die Hälfte bzw. ein Viertel der gesamten innerhalb des Lampenkolbens auftretenden Reaktionszyklen oder Regenerationszyklen zugeordnet. Dies bedeutet, daß die Lichtabsorption durch Jod und die entsprechende Verminderung der von der Lampe abgestrahlten Liclitmeiiti«: beträchtlich herabgesetzt sind, fiine weiterhin bedeutsame Tatsache bestellt darin, da!.> tue in den Kolben eingefüllten Jodhalogeuide die

Metallteile innerhalb des Kolbens (z. B. die Halterungen und die Stroroeinführungen für den Glühdraht, soweit diese Teile innerhalb des Kolbens offen liegen) nicht wesentlich korrodiert werden. Dadurch besitzt die Lampe eine verlängerte Lebensdauer, die durchaus ausreicht, bis der Glühdraht schließlich durch natürlichen Verschleiß zu Bruch geht.

Um jegliche Korrosionsgefahr der besagten Metallteile zu verhindern, kann zusätzlich noch Wasserstoff in den Lampenkolben eingefüllt werden. Bei erhöhter Temperatur entweicht der Wasserstoff jedoch langsam aus dem Kolben, z. B. indem er bei Quarzkolben durch die Zwischenräume in der Molekularstruktur hindurchdringt. Solange der Wasserstoff jedoch noch im Kolben vorhanden ist, vermag er dahingehend zu wirken, daß die Korrosion, die durch die aus dem Jodhalogenid freigesetzten Halogene evtl. bewirkt werden kann, noch weiter reduziert wird.

Die Erfindung ist nicht hinsichtlich der Menge der in den Lampenkolben einzufüllenden Jodhalogenide beschränkt. Um eine wesentliche Wirkung in der ' Lichtmenge oder der Farbtemperatur zu erzielen, ist es jedoch zweckmäßig, mindestens 0,01 Mikromol Jodhalogenid pro cm³ Kolbeninnenvolumen zu verwenden. Auf der anderen Seite führt das Einfüllen einer zu großen Menge an Jodhalogenid dazu, daß im Lampenkolben Halogenanteile enthalten sind, die selbst unter normalen Betriebsbedingungen nicht mit dem Wolfram reagieren. Dadurch besteht die Gefahr, daß sich größere Mengen an opaken Niederschlagen bilden, die die wünschenswerte spektrale Lichtverteilung der Lampe stören, und daß die überschüssigen Halogene zusätzlich zur Korrosion der- Metallteile beitragen.

Es wurde gefunden, daß die bevorzugte Menge an Jodhalogeniiden im Fall von Jodtrichlorid im Bereich zwischen 0,01 und 0,6 Mikromol/cm³ Kolbeninnenvolumen liegt, und im Fall von Jodmonobromid im Bereich zwischen 0,1 bis 1,2 Mikromol/cm³ Kolbeninnenvolumen. Wenn diese Bereiche eingehalten werden, läßt sich erwarten, daß die Lampe in ihren Leuchteigenschaften voll befriedigend ist, andererseits aber noch keine nennenswerten Korrosionen an den Metallteilen auftreten.

Die Jodhalogenide können mit irgendeiner üblichen Methode in den Lampenkolben eingefüllt werden. Als für die Praxis zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Kolbeninnenraum einschließlich des Glühdrahtes auf etwa 1000° C zu erhitzen und bis zu einem Vakuum von 10~⁴ Torr zu evakuieren. Danach wird in den evakuierten Kolben eine gasförmige Mischung des Jodhalogenids und des Inertgases eingebracht. Der Kolben wird sodann gekühlt, bis das eingefüllte Jodhailogenid kondensiert, und das dann noch im Kolben befindliche Gas wird ersetzt durch reines Inertgas oder gegebenenfalls durch eine Mischung von Inertgas mit Wasserstoff. Anschließend wird der Kolben dann am Stutzen 6 abgeschmolzen.

Beim Einfüllvorgang des Jodhalogenids läßt sich leicht ermitteln, ob das betreffende Halogenid im Lampenkolben vorhanden ist. Die eingefüllte Jodhalogenid-Verbindung, zeigt nämlich ein spezifisch bläulichgrünes Licht durch Glimmentladung, wenn der Kolben in ein Hochfrequenzfeld gebracht wird.

Die Jodhalogenide Jodmonobromid, Jodmonochlorid und Jodtrichlorid können entweder allein oder in einer geeigneten Mischung miteinander vervvendet werden. Damit sie ausreichende Ueaktiouszyklen oder Regenerationszyklen mit dem Wolfram im Lampenkolben ausführen können, müssen die verwendeten Jodhalogenide in gasförmiger Form vorliegen. Die Innenwandung des Kolbens muß deshalb auf einer Temperatur gehalten werden, die höher ist als die Siedetemperatur der betreffenden Jodhalogenide. In dieser Hinsicht ist es ein Vorteil, daß die Siedetemperatur der Jodhalogenide verhältnismäßig niedrig liegt (77° C für Jodtrichlorid, 116° C

ίο etwa für Jodmonobromid und etwa 200° C für Jodmonochlorid, das die höchste Siedetemperatur besitzt). Dementsprechend ist es nicht notwendig, die Konstruktion einer üblichen Wolfram-Halogen-Glühlampe spezifisch so zu modifizieren, daß die Temperatur auf der Innenseite der Kolbenfläche erhöht wird. Übliche Glühlampen der Art sind nämlich so konstruiert, daß die Kolbeninnenfläche im Betriebszustand eine Temperatur oberhalb 400° C annimmt, damit sich keine Wolframhalogenide auf dem Lampenkolben niederschlagen können.

Versuche haben ergeben, daß die erfindungsgemäße Glühlampe eine hohe Lichtausbeute und eine lange Lebensdauer besitzt, und sich keine unerwünschten Niederschläge bilden, wenn die Lampe wiederholt an- und abgeschaltet wurde. In diesen Versuchen wurde eine Lampe von 10 mm Durchmesser, 72 mm leuchtender Länge und 119 mm Gesamtlänge verwendet, mit einer Nennspannung von 105 Volt und einem Energieverbrauch von 500 Watt/Std. Der KoI-ben bestand aus Quarzglas und enthielt eine Menge von 0,5 Mikromol Jodmonobromid pro cm/³ Kolbenvolumen. Während des Versuchs wurde die Lampe intermittierend 7 Sekunden lang angeschaltet und dazwischen in Intervallen von 2 Sekunden abgeschaltet gehalten.

Während der Prüfdauer wurde keine Bildung von opaken Niederschlägen beobachtet. Ein Vergleichsversuch wurde unter den gleichen Bedingungen mit einer Glühlampe der gleichen Bauweise gemacht, wobei jedoch an Stelle des Jodhalogenids Jod allein in den Lampenkolben eingefüllt war, und zwar in einer Menge von 0,5 Mikromol/cm³ Kolbenvolumen. Bei diesem Vergleichsversuch wurde eine beträchtlich große Bildung von schwarzen Niederschlägen beobachtet.

Die Prüfergebnisse der mit Jodhalogenid und mit reinem Jod gefüllten Lampen sind in der nachfolgenden Tabelle niedergelegt.

50	Halogen	55	Jodmonobromid	Eingefüllte	Licht	Lebensdauer
		Jod	Menge	strom '	bei Über spannung von
	(Mikro mol/cm3		126 V (Std.)
Kolbeninnen	(Lumen)
volumen)
	10,170	340
0,5	9,340	300
0,5

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Glühlampe mit transparentem Kolben und Wolfram-Gliihclraht, deren luftdicht verschlossener Kolben mit Halogen und Inertgas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen ein uns der Gruppe Jodmonobromid, und Jodtrichlorid ausgewähltes i-t.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß Jodmonobromid in einer Menge zwischen 0,1 und 1,2 Mikromol/om³ Kolbeninnenvolumen in den Lampenkolben eingefüllt ist.

3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jodtrichlorid in einer Menge zwischen 0,01 und 0,6 Mikromol/cm³ Kolbeninnenvolumen in den Lampenkolben eingefüllt ist.

4. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch Wasserstoffgas in den Lampenkolben eingefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen