DE1639080A1 - Elektrische Gluehlampe mit einem reaktiven Traegergas,das Brom und/oder Chlor und Wasserstoff enthaelt - Google Patents

Description

N.V. Philips'Grloeilampenfabrieken, Eindhoven/Holland

"Elektrische Glühlampe mit einem reaktiven Trägergas, das Brom und/oder Chlor und Wasserstoff enthält."

Die Erfindung betrifft eine elektrische Glühlampe mit einem Wolframglühkörper, der sich in einem Kolben aus hochschmelzendem für licht durchlässigem Material befindet, in dem ein reaktives Chlor, Brom oder diese beiden Elemente und Wasserstoff enthaltendes Trägergas vorhanden ist, wobei der Abstand des Glühkörpers von der Kolbenwand so gering ist, daß die Temperatur an der Kolbenwand beim Betrieb der Lampe derart ansteigt, daß sie die Temperatur, bei der Verbindungen von Wolfram mit Chlor oder Brom kondensieren können, überschreitet, und wobei außer dem Glühkörper noch andere Metallteile im Kolben vorhanden sind, die das Trägergas berühren.

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Unter "anderen Metallteilen" sind hier z.B. Abstützungen für den Glühfaden, Stromzuführungsdrähte, Spiegel, Kappen zur Abschirmung eines Teiles des ausgesandten Lichtes und andere ähnliche in der Lampe vorgesehene eine mechanische, optische oder andere Punktion erfüllende Teile zu verstehen.

Die Erfindung betrifft insbesondere Lampen, die pro cm Kolbenvolumen 0,35 x 10 - 1,00 χ 10 G.Atome Wasserstoff und 0,35 x 10~⁶ - 1,00 χ 10"⁶ G.Atome Chlor oder 0,15 x 10""⁶ 10,5 x 10~⁶ G.Atome Wasserstoff und 0,15 x 10 - 1,5 x 10 G.Atome Brom oder Brom und Chlor in einem Verhältnis von ca. 1 : 1 in G.Atomen als solches oder in Form von Verbindungen, wie HCl, HBr oder Halogenkohlenwasserstoff verbindungen, gegebenenfalls noch zusammen mit einer zusätzlichen Wasserstoffmenge, enthalten.

Als geeignete Kohlenwasserstoffverbindungen können in diesem Zusammenhang z.B. CH₂Cl₂I CH₂Br₂ und CH₂ClBr erwähnt werden. Die Lampen enthalten weiter im allgemeinen noch ein inertes Gas, z.B. Argon, Stickstoff oder Krypton oder Gemische dieser Gase.

In einer Lampe dieser Art findet beim Betrieb ein regenerativer zyklischer Vorgang statt. Vom Glühkörper verdampfendes Wolfram wird in eine bei der Temperatur der Kolbenwand flüchtige Verbindung umgewandelt, die sich in der Nähe des Glühkörpers wieder in Wolfram und Chlor bzw. Brom zersetzt. Dies hat zur Folge, daß bis an das Ende der Lebensdauer der Lampe keine Schwärzung der Kolbenwand auftritt; das Ende der Lebensdauer wird erreicht, wenn der Glühkörper durchbrennt. Bis an das Ende der Lebensdauer bleibt dadurch auch die Anzahl ausgestrahlter Lumen/W nahezu konstant.

Die richtige und genügende Wirkung eines regenerativen

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zyklischen Vorgangs in einer Glühlampe, in der das regenerative Trägergas ein Halogen enthält, ist von einer Anzahl Faktoren und insbesondere von einer passenden Wahl der Geometrie der Lampe, der Zusammensetzung des Trägergases, der Temperatur des Glühkörpers, der Art der im Kolben vorgesehenen Metallteile und dem Vorhandensein von Wasserdampf in der Lampe abhängig.

Die Abmessungen der Lampen werden derart gewählt, daß die ganze Kolbenwand beim Betrieb eine Temperatur erreicht, bei der keine Kondensation von Wolfram- Halogenverbindungen an der Kolbenwand auftreten kann. Der Kolben kann z.B. I zylindrisch sein, wobei der Glühfaden in der Achse des Zylinders liegt. Der Abstand des Glühfadens von der Kolbenwand wird dabei derart gewählt, daß die Temperatur der Kolbenwand beim Betrieb der Lampe an allen Stellen mindestens 300° C beträgt.

Die Trägergasmenge wird wenigstens so groß gewählt, daß die ganze vom Glühkörper verdampfende Wolframmenge in eine flüchtige Halogenverbindung umgewandelt werden kann.

Bei Anwendung von Jod statt Chlor oder Brom ist es erforderlich, daß zum Durchführen des regenerativen Zyklus g außerdem eine bestimmte geringe Säuerstoffmenge in der Lampe vorhanden ist.

Der regenerative Jodzyklus wird leicht gestört, wenn die Lampe Metallteile enthält, die gleichfalls unter Bildung nicht flüchtiger Verbindungen mit Sauerstoff oder Jod reagieren können. Dadurch werden nämlich Jod oder Sauerstoff oder beide dem Zyklus entzogen. Aber auch wenn in der Lampe mit dem Metall, aus dem z.B. die Abstützungen für den Glühfaden hergestellt sind, flüchtige Verbindungen gebildet werden können, bringt dies Nachteile mit sich. Die Abstützungen werden dann angegriffen, während kein

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oder wenigstens nicht die gleiche Menge Metall durch Zersetzung von Metallverbindungen in ihrer Nähe auf diesen Abstützungen abgelagert wird.

Wenn die Gasatmosphäre Wasserdampf enthält, kann dies eine Zunahme der Übertragung von Wolfram vom Glühlrörper in Form von flüchtigen Wolframoxyden auf die Kolbenwand zur Folge haben. Wenn die Gasatmosphäre und die Lampenteile nicht genügend frei von Wasserdampf sind, kann unter ungünstigen Bedingungen eine so große Wolframmenge in Oxydform übertragen werden, daß die Menge an Trägergas für eine vollständige Wiederübertragung auf den Glühkörper unzulänglich ist. Unter weniger günstigen Bedingungen kann das Auftreten dieses sogenannten Wasserzyklus auch die Lebensdauer des Glühkörpers verkürzen. Die Wolframablagerung auf dem Glühkörper findet nämlich oft unter Bildung von "Whiskers" statt, die bei übermässigem Anwachs eine oder mehrere Windungen des Glühfadens kurzschließen können. Dadurch kann die Temperatur des Glühfadens örtlich die Schmelztemperatur von Wolfram überschreiten: der Glühfaden brennt durch.

Die Temperatur des Glühkörpers und der Stromzuführungsdrähte muß naturgemäß die Zersetzungstemperatur der in der Lampe geUldeten Wolframhalogenverbindungen über- . schreiten. Es hat sich herausgestellt, daß dies in der Praxis mit einem jodhaltigen Trägergas in einem Quarzkolben erzielt werden kann. Auch die Temperatur der Stromzuführungsdrähte kann derart gesteigert werden, daß keine unmittelbare Reaktion zwischen diesen Stromzuführungsdrähten und Jod auftritt, wenn letztere Drähte aus Wolfram bestehen und eine Temperatur von mindestens 800° C annehmen.

Mit Brom ist dies aber nicht und mit Chlor nur in geringem Masse der Fall. Mit den bisher verwendeten Konstruk tionen und Werkstoffen, einschließlich der Anwendung von

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Quarz als Korbenmaterial, können die Stromzuführungsdrähte und die relativ kälteren Enden des Glühfadens nicht in genügendem Maße vor unmittelbarer Reaktion mit dem Halogen geschützt werden. Zu diesem Zweck müßte die anzuwendende Mindesttemperatur doch noch mindestens ca. I7OO⁰ C bzw. 2500° C betragen. Dieser Schutz vor unmittelbarer Reaktion kann wohl erzielt werden, wenn die Lampe außerdem Wasserstoff enthält. Es stellt sich heraus, daß in diesem Falle eine Lampe aufgebaut werden kann, die eine Lampe mit Jod als Trägergas in jeder Hinsicht ersetzen kann und im Vergleich zurletzteren sogar große technologische Vorteile aufweist, wie insbesondere eine einfachere Fülltechnik, die auf die Ersetzung des aggressiven Jods durch nicht reaktive Chlor- oder Bromkohlenwasserstoff verbindungen zurückzuführen ist.

Bisher wurden in der Praxis in Lampen mit Jod als Träger gas nahezu alle Metallteile, gleich wie der Glühfaden, aus Wolfram hergestellt. Wolfram läßt sich aber schwer mechanisch bearbeiten und Wolframteile können nur durch Schweissen aneinander befestigt werden,wobei der Ausschußprozentsatz sehr hoch ist. Daher werden zum Miteinanderverbinden von Wolframteilen oft besondere Befestigungsmittel angewandt, wodurch aber die Herstellungskosten der Lampen erhöht werden.

Andere geeignete Werkstoffe sind Molybdän und Platin.

Wenn in Lampen, die als Trägergas Jod enthalten, alle Metallteile mit der Ausnahme des Glühkörpers aus Molybdän bestehen, tritt beim Betrieb aber oft eine Schwärzung des Kolbens auf. Vermutlich bindet das Molybdän in derartigen Fällen eine zu große Menge des zum Erhalten einer richtigen Wirkung des Zyklus erforderlichen Sauerstoffs.

Wenn aber in übrigens ähnlichen Lampen mit einem reaktiven

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Trägergas, das Brom und/oder Chlor und Wasserstoff enthält, alle Metallteile im Kolben mit Ausnahme des Glühkörper s aus Molybdän bestehen, bleibt die Lampe bis an das Ende ihrer Lebensdauer hell.

Bei den letzteren Lampen stellt sich aber heraus, daß in Abhängigkeit von der Temperatur, die Molybdänteile in der Lampe duroh Bestrahlung durch Konvexion oder durch Wärmeleitung erreichen, Molybdän mehr oder weniger stark angegriffen wird. Dabei tritt keine Schwärzung des Kolbens auf.

Durch diesen Angriff kann aber die Lebensdauer der Lampe verkürzt werden. Wenn z.B. Stützdrähte aus Molybdän vom Trägergas weggefressen werden, verliert der Glühfaden seine Abstützung, so daß er durchbiegen kann. Wenn dabei der brennende Glühfaden die Kolbenwand berührt, schmilzt die letztere durch. Der Kolbeninhalt ist dann mit der Atmosphäre in offener Verbindung. Dies bedeutet das sofortige Ende der Lampe. Das in eine Halogenverbindung umgewandelte Molybdän kann unter Bildung von "Whiskers" auf oder nahe bei dem Glühfaden niedergeschlagen werden und Kurzschlüsse herbeiführen.

Der beschriebene Angriff kann dadurch verhindert werden, daß das Molybdän mit einem Edelmetall, wie Platin, überzogen oder die gegen Angriff empfiniichen Teile völlig aus Platin oder einem Platinmetall hergestellt werden. Diese Lösungen sind jedoch kostspielig, so daß sie eine unzulässige Erhöhung des Kostenpreises zur Folge haben. Über ca. 1800° C verdampft Platin; die schützende Wirkung geht dabei verloren.

Die Erfindung hat zum Zweck, einen billigeren und außerdem bis zu höheren Temperaturen intakt bleibenden Schutz von Molybdänteilen in Halogenglühlampen zu schaffen.

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Es wurde gefunden, daß ein effektiver Schutz vor Angriff durch Brom und/oder Chlor in Halogenlampen erhalten wird, wenn die Molybdänteile in der lampe mit einer Kohlenstoffhaut überzogen sind.

Es stellt sich heraus, daß Kohlenstoff keine Schwärzung in diesen Lampen herbeiführt, während der Schutz bis zu Temperaturen von ca. 2500° C intakt bleibt.

Es stellt sich weiter heraus, daß die schützende Wirkung bereits mit einem Kohlenstoffüberzug mit einer Stärke in der Größenordnung von 1 c. erhalten werden kann.

Geeignete Kohlenstoffüberzüge lassen sich dadurch erhalten, daß die zu überziehenden Molybdänteile, z.B. Molybdändraht, in Chloroform auf einer Temperatur unterhalb 1000° C, z.B. zwischen 800 und 950° C, erhitzt werden. Wenn nur so kurs, z.B. 1 Sekunde, erhitzt wird, daß die Stärke der Kohlenstoffschicht kleiner als 2 u ist, wird eine fest haftende Kohlenstoffschicht erhalten. Die mechanischen Eigenschaften des Molybdändrahtes ändern sich dabei nicht. Aus einem auf diese Weise überzogenen Draht können Abstützungen, z.B. in Form einer Wendel, hergestellt werden; der Kohlenstoffübersug bröckelt dabei nicht ab. Auch können Spiegel, Abschirmkappen oder andere in der Lampe zu montierende Molybdänteile auf diese Weise mit einer Kohlenstoffhaut überzogen werden.

Beim beschriebenen Verfahren zum Überziehen von Molybdän mit Kohlenstoff bildet sich kein oder nahezu kein Molybdänkarbid. Dies ist gewünscht, da eine Molybdänkarbidhaut die Schweissung an einem Molybdänteil erschwert; ein Kohlenstoffübersug an sich bereitet nahezu keine Schwierigkeiten.

Selbstverständlich können alle Molybdänteile in einer Chlor und/oder Brom enthaltenden Lampe mit einer Kohlen-

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stoffhaut überzogen werden. Für Teile, die beim Betrieb keine Temperaturen über 400° G erreichen, ist dies aber nicht absolut erforderlich. Der Angriff durch Halogen bei Temperaturen unterhalb 400° C geht nur langsam vor sich. In bezug auf den Schutz vor Angriff hat die Anbringung einer Kohlenstoffhaut auf derartigen Teilen in Lampen, die aus anderen Gründennur eine kurze Lebensdauer haben, somit im allgemeinen nur einen geringen Effekt. In diesen Lampen kann der Kohlenstoffüberzug aber vorteilhaft als Getter angewandt werden. Die Erfindung ist insbesondere für Molybdänteile von Bedeutung, die beim Betrieb der Lampe eine Temperatur zwischen 400 und 2500° C annehmen.

Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Photolampe in vergrößertem Maßstab.

Die Lampe nach der Figur besteht aus einem Quarzkolben 1 mit einer Quetschung 2, in die die aus Metallstiften 3 raid 4 bestehenden Stromzuführungsglieder, die an diesen festgeschweißten Platten 5 und 6 aus Molybdänfolie und die Stromzufiiliruagsdrähte 7 und 8 eingeschmolzen sind. Der

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grad etwa 31,5 Lumen/W bei einer Farbtemperatur von 340O⁰K. Die Lampe soll bei kontim lebensdauer von 15 Stunden haben.

3400⁰K. Die Lampe soll bei kontinuierlichem Betrieb eine

Es erwies sich als möglich, ohne Beeinträchtigung der Güte der Lampe die Stromzuführungsdrähte 7 und 8 und die Abstützung 11, die Höchsttemperaturen von ca. 2150° C, I7OO⁰ C bzw. 2550° C annehmen, aus Molybdän herzustellen. Die Stromzuführungsdrähte 7 und 8 und der Abstützungsdraht 11 wurden aus mit Kohlenstoff bis zu einer Stärke von 1 11 überzogenem Molybdändraht hergestellt.

Bei Fallversuchen ergab sich, daß sich in 5 ?° der Fälle die Woiframwendel an einem oder beiden Befestigungspunkten der Stromzuführungsdrähte lockerte.

Bei Stromzuführungsdrähten aus Wolfram ergab sich, daß bei den gleichen Fallversuchen sich in 90 $ der Fälle die Wolframwendel von den Stromzuführungsdrähten lockerte.

Durch Anwendung der Erfindung wird insbesondere erreicht, daß die Molybdänteile nicht durch Halogen angegriffen werden. Die Kohlenstoffhaut kann außerdem für den Zyklus

weniger günstige Stoffe, z.B. Sauerstoff,binden. λ

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. - ίο -

   PATENTANSPRÜCHE:

   Elektrische Glühlampe mit einem Wolframglühkörper, der sich in einem Kolben aus hochschmelzendem für licht durchlässigem Material befindet, indem ein reaktives Chlor, Brom oder diese beiden Elemente und Wasserstoff enthaltendes Trägergas vorhanden ist, wobei der Abstand des Glühkörpers von der Kolbenwand so gering ist, daß die Temperatur an der Kolbenwand beim Betrieb der Lampe derart ansteigt, daß sie die Temperatur, bei der Verbindungen von Wolfram mit Chlor oder !rom kondensieren können, überschreitet, und wobei außer dem Glühkörper noch andere Metallteile im Kolben vorgesehen sind, die das Trägergas berühren,dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile im Kolben mit der Ausnahme des Glühkörpers aus mit einer Kohlenstoffhaut überzogenem Molybdän bestehen.

   Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Metallteile, die beim Betrieb der Lampe eine Temperatur zwischen 400 und 2500° C erreichen, aus mit einer Kohlenstoffhaut überzogenem Molybdän bestehen.

   Elektrische Glühlampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile aus mit einer Kohlenstoffhaut mit einer Stärke in der Größenordnung von 1 p. überzogenem Molybdän bestehen.

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