DE1938955B2

DE1938955B2 - Elektrische Gluehlampe

Info

Publication number: DE1938955B2
Application number: DE19691938955
Authority: DE
Inventors: Utami Mikami; Hideyuki Sato; Shigeru Suzuki; Toshio Takahashi
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1968-08-13
Filing date: 1969-07-31
Publication date: 1970-07-09
Also published as: NL6911678A; NL142523B; CH512143A; DE1938955A1; US3582703A; FR2015570A1; GB1257198A; BE736875A

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Glüh- der USA.-Patentschrift 3 418 512 wird außerdem lampe, bestehend aus einem im wesentlichen zylin- vorgeschlagen? ein Halogen als reaktives Transportgas drischen Kolben aus hitzebeständigem, lichtdurch- nicht nur in der Form von Wasserstoffhalogen nach lässigem Werkstoff, wie Quarzglas, mit darin ange- der vorgenannten ÜSA.-Patentschrift 3 091 718 zu verordneter Wolframdrahtwendei und wenigstens durch 5 wenden, sondern auch in der Form von Kohlensein eines Ende gasdicht hindurchgeführten und an wasserstoffhalogen, beispielsweise als Kohlenwasserdie beiden Enden der Drahtwendel angeschlossenen stoffbromid und Kohlenwasserstoffchlorid,
elektrischen Leitungen, der außer mit einem inerten Da Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffhalogene, Gas mit einem Bromid gefüllt ist. wie sie in den genannten Patentschriften empfohlen

Um eine Schwärzung der Wandungen des Quarz- io werden, einen niedrigeren Siedepunkt besitzen und bei

glaskolbens zu verhindern, was eine Folgeerscheinung Raumtemperatur stabil sind, lassen sich die eingangs

der Wolframablagerungen im Laufe des Betriebes ist, genannten Schwierigkeiten bei der Herstellung von

hat man bereits zusätzlich zu dem inerten Gas, wie Glühlampen mit Sicherheit vermeiden. Als Resultat

Argon oder Stickstoff, ein reaktives Transportgas ein- verschiedener Versuche hat sich jedoch herausgestellt, gefüllt, welches sich mit dem verdampften Wolfram 15 daß bei Verwendung von Wasserstoff- oder Kohlen-

derart chemisch verbindet, daß die sich ergebende wasserstoffhalogen der beim Betrieb der Lampe frei

Wolframverbindung sich wieder zerlegt und das werdende Wasserstoff den Ablauf des regenerativen

metallische Wolfram auf dem Faden niederschlägt, Zyklus verhindern kann, wenn das Halogen als Jod

wie dies aus dem sogenannten Regenerativzyklus be- vorliegt, so daß eine sehr frühzeitige Schwärzung der kannt ist. Als reaktives Transportgas ist allgemein die 20 Kolbenwandung eintritt. Bei Verwendung von Brom

Verwendung eines Halogens wie Jod, Brom oder oder Chlor kann der Wasserstoff allerdings tatsächlich

Chlor bekannt. als Puffergas dienen, aber es hat sich nachgewiesener-

AlIe bisher bekannten Glühlampen mit einem der- maßen als erforderlich erwiesen, in diesem Fall geartigen reaktiven Transportgas ergeben jedoch ver- wisse Vorkehrungen zu treffen, um den Wasserstoff schiedene technisch nur unter großen Schwierig- 25 daran zu hindern, während des Betriebes durch die keiten zu lösende Probleme. Das eine Problem be- Glaskolbenwandung zu diffundieren,
steht darin, daß relativ kühlere Teile der Wolfram- Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen durch eine wendel und Metallteile wie die Wendelträger und die elektrische Glühlampe der eingangs genannten Art, Anschlußleitungen durch das reaktive Gas korrodiert deren Herstellung keinerlei nur unter großen Schwierigwerden können. Um dieses Problem zu lösen, war es 30 keiten zu lösende technische Probleme aufwirft und erforderlich, die geometrische Form und Abmessung bei welcher eine Schärwzung der Kolbenwandungen mit des Glaskolbens sehr genau festzulegen und die Wolf- Sicherheit vermeidbar ist, wobei die Lebensdauer einer ramwendei auf beträchtlich höhere Temperaturen zu derartigen Glühlampe außerdem die Lebensdauer der bringen, so daß diese kühleren Metallteile im Glas- bisherigen Glühlampe dieser Art übertreffen soll,
kolben durch das reaktive Transportgas nicht ange- 35 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch griffen werden können. Für diesen Zweck muß die gelöst, daß als Bromid Bor-Tribromid vorgesehen Glühlampe, falls als reaktives Transportgas Jod ver- ist.

wendet wird, derart konstruiert werden, daß die Bor-Tribromid ist eine Flüssigkeit mit einem Dampf-Temperatur der Wolframwendel auf wenigstens 800⁰C druck von 85 mm Hg bei einer Temperatur von 30⁰C, gehalten werden kann und die Temperatur der 40 besitzt einen Schmelzpunkt von —46° C und einen Kolbenwandung wenigstens 250° C beträgt. Falls als Siedepunkt von 9O⁰C. Es wurde insbesondere festreaktives Transportgas Brom oder Chlor verwendet gestellt, daß eine zusätzliche Füllmenge zu dem übwird, muß eine derartige Lampe derart konstruiert Ücherweise verwendeten inerten Gas wie beispielswerden, daß diese Temperaturen sogar noch höher weise Argon in einer Menge von 0,8 · 10~⁷ bis liegen, 45 2,0 · 10~⁵ g Mol/cm³ des inneren Kolbenvolumens

Ein weiteres Problem besteht bei der Verwendung imstande ist, alle bisher genannten Schwierigkeiten

eines Halogengases darin, daß beim Füllen des Glas- bei den bisher bekannten Glühlampen der eingangs

kolbens mit diesem Gas in seiner elementaren Form genannten Art einwandfrei zu beheben,

einige Teile der Lampenherstellungsmaschine, wie Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich

beispielsweise die Anordnungen zum Luftleerpumpen 50 aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevor-

des Glaskolbens und die Füllanordnung für diesgs zugtgr Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen;

Halogengas, leicht korrodieren können. Außerdem ist es zeigt:

es bei Verwendung von Jod äußerst schwierig, den F i g. 1 die Ansicht einer erfindungsgemäßen elek-Glaskloben genau mit der gewünschten Menge zu trischen Glühlampe für Projektoren oder Filmvorführfüllen, welche zur Erzielung des regenerativen Zyklus 55 geräten und

erforderlich ist, da dessen Dampfdruck bei Raumtempe- F i g. 2 die Ansicht einer Glühlampe für allgemeine

ratur niedriger liegt als der Fülldruck, welcher für Beleuchtungszwecke.

den regenerativen Zyklus erforderlich ist. Zur Lösung Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausf ührungsbei-

dieses Problems wurde bereits das reaktive Transport- spiel besitzt die elektrische Glühlampe einen zylin-

gas in Form von Halogenverbindungen wie Wasser- 60 drischen Quarzglaskolben 11, in welchen eine einzige

stoffhalogen und Kohlenwasserstoffhalogen verwendet. Wolframwendel 12 mit Tragdrähten 13 und 14 ein-

So wird bereits in der USA.-Patentschrift 3 091 718 gesetzt ist, an deren Enden Molybdänplättchen 15

vom 28. Mai 1963 beschrieben, daß elektrische Glüh- und 16 außen angeschweißt sind, von denen dann die

lampen mit konstant bleibendem Lichtstrom ohne die elektrischen Leitungen 17 und 18 in an sich bekannter

vorgenannten Schwierigkeiten hergestellt werden kön- 65 Weise abgehen, während das Unterteil 19 des Glas-

nen, wenn das reaktive Transportgas im Glaskolben kolbens 11 gasdicht zusammengepreßt ist. Bei einer

in Form von Wasserstoffhalogen wie Wasserstoff- bevorzugten Ausführung besaß der Glaskolben 11

jodid, -bromid oder -chlorid eingefüllt wird. In einen Außendurchmesser von 13 mm, einen Innen-

durchmesser von 10 mm und eine Länge von 15 mm, so daß sich ein Innenvolumen des Glaskolbens von 1,5 cm³ ergab. Die elektrische Belastung des Wolframfadens betrug bei 24 V150 W. Die speziellen Merkmale der vorgenannten Glühlampe, welche zusätzlich zu der Argonfüllung mit Bor-Tribromid gefüllt wurde, sind in Tabelle 1 wiedergegeben, wobei die verschiedenen Merkmale von der eingefüllten Bor-Tribromid-Menge in einem Bereich von 0,6 · IQ-? bis 2,5 · 10-⁵ g Mol/cm³ des Innenvolumens des Glaskolbens abhängen.

Tabelle

Füllmenge von B Br₃	Durchschnittliche Lebensdauer	Gesamt-Lichtstrom	Lichtausbeute	Farbtemperatur
(g Mol/cm³)	Ch)	(Im)	(lm/W)	(⁰K)
0,6.10-'	60	4,700 (anfänglich)	31,3 (anfänglich)	3,400
0,8 · 10-'	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
2,3 · 10-'	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
4,9 · 10-'	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
2,0 · 10-⁶	100	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
4,9 · ΙΟ-⁸	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
9,8 · 10-⁶	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
1,5 · 10-⁵	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
2,0 * 10-^s	90	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400
2,5 · 10-⁵	60	4,700 (durchgehend)	31,3 (durchgehend)	3,400

Bei einer anderen Ausführung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 betrug die elektrische Belastung des Wolframfadens bei 24 V 250 W, wobei der Quarzglaskolben 11 einen Außendurchmesser von 13 mm, einen Innendurchmesser von 10 mm und eine Länge von 25 mm besaß, so daß sich ein Innenvolumen von 2,5 cm³ ergab. In diesen Glaskolben 11 wurde zusätzlich zu dem Argongas Bar^Tribromid in einer Menge von 2,0 · 10-⁷ bis 5,0 · 10~' g Mol/cm³ des Innenvplumens des Glaskolbens eingefüllt. Die sich dabei ergebenden Änderungen der Merkmale der Glühlampe sind in Tabelle 2 dargestellt, wobei sie wiederum vpn dem jeweiligen Wert der Menge des eingefüllten Bor-Tribrpmids abhängen.

Tabelle

.-· Füllmenge von B Br₃ (g Mol/cm³)	Durchschnittliche Lebensdauer (h)	Gesamt-Lichtstrom (Im)	Lichtausbeute (lm/W)	Farbtemperatur (⁰K)
2,0 · 10-' 4,5 · 10-' 5,0-10-'	100 100 100	8,300 (anfänglich) 8,300 (durchgehend) 8,300 (durchgehend)	33,2 (anfänglich) 33,2 (durchgehend) 33,2 (durchgehend) ■	3,400 3,400 3,400

Wie vorstehende Tabellen zeigen, lassen sich derartige Glühlampen mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von etwa 80 bis 100 Stunden herstellen, wenn zusätzlich zu Argongas in den Quarzglaskolben Bor-Tribromid in einer Menge von 0,8 · 10~' bis 2,0 · 10~⁵ g Mol/cm³ des Innenvolumens des Kolbens eingefüllt wird. Eine derartige Lebensdauer übersteigt daher die üblicherweise bei herkömmlichen Glühlampen zu erwartende Lebensdauer von 50 bis 60 Stunden um ein Beträchtliches. Die Tabellen zeigen aber außerdem, daß selbst bei Schwankungen der Bor-Tribromid-Menge innerhalb des Bereiches von 0,8 · 10~' bis 2,0 ■ 10~⁵ g Mol die durchschnittliche Lebensdauer einer derartigen Lampe kaum verändert wird. Dies bedeutet aber, daß bei irgendwelchen Fehlern beim Füllen mit Bor-Tribromid während der Herstellung der Glühlampen die Eigenschaften der fertigen Lampe nicht allzu stark schwanken, so daß eine Kontrolle und eine Steuerung des Füllungsgrades mit Bor-Tribromid sehr leicht durchführbar ist.

Die gleichen günstigen Resultate ergeben sich bei einer Glühlampe für allgemeine Beleuchtungszwecke, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Glühlampe besitzt einen zylindrischen Quarzglaskolben 21 mit darin in Längsrichtung verlaufender Wolframwendel 22, deren in entgegengesetzte Richtungen weisenden Enden an Tragdrähten 23 und 24 sitzen, deren nach außen weisende Enden an Molybdänplättchen 25 und 26 angeschweißt sind, an welche wiederum nach außen führende Leitungen 27 und 28 angeschweißt sind. Im Bereich der Verbindungsstellen ist der zylindrische Glaskolben an beiden Enden 29 und 30 gasdicht zusammengepreßt oder sonstwie abgedichtet. Bei dieser Glühlampe betrug die elektrische Belastung des Wolframfadens bei 100 V 500 W, während der Außendurchmesser des Glaskolbens 13 mm, der Innendurchmesser 10 mm und die Gesamtlänge 44 mm betrug, so daß sich ein Innenvolumen des Kolbens von 3,2 cm³ ergab. In diesen Kolben wurde Bor-Tribromid in einer Menge von 1,0 · 10-⁶ bis 1,5 · 10~⁵ g Mol/cm³ des Innenvolumens des Kolbens zusätzlich zu einer inerten Gasmischung aus Argon und Stickstoff eingefüllt. Die Merkmale dieser Glühlampe sind in Tabelle 3 angegeben, wobei die verschiedenen Werte ebenfalls von der Menge der Bor-Tribromid - Füllung abhängen.

Tabelle

Füllmenge von B Br₃ (g Mol/cm³)	Durchschnittliche Lebensdauer (h)	Gesamt-Lichtstrom Om)	Lichtausbeute (Im/W)
1,0 · 10-⁶ 5,0 · 10-⁶ 1,5 · ΙΟ-⁵	3 000 3 000 3 000	10,000 (anfänglich) 10 000 (durchgehend) 10 000 (durchgehend)	20 (anfänglich) 20 (durchgehend) 20 (durchgehend)

Wie diese Tabelle zeigt, liegt die durchschnittliche Lebensdauer der erfindungsgemäßen Glühlampen etwa bei 3000 Stunden, d. h. wesentlich über der durchschnittlichen Lebensdauer von 2000 Stunden der herkömmlichen Glühlampen gleicher Art.

Die tatsächliche Wirkung und der Ablauf bei Bor-Tribromid in der Glühlampe während des Betriebes ist noch nicht ganz geklärt, doch dürfte sich zwischen Wolfram und Brom folgender regenerativer Zyklus ergeben:

BBr₃

W+ 2Br₂

B + ³/₂ Br₂
WBr₄ ....

Hierbei bedeutet Formel (1), daß Bor-Tribromid in einem heißeren Kolbenteil neben der Wolframwendel in Brom und Bor zerlegt wird, so daß sich molekulares Brom ergibt, welches für den regenerativen Zyklus erforderlich ist. Die Formel (2) besagt, daß das entsprechend der Formel (1) entstandene molekulare Brom sich chemisch mit Wolfram verbindet, welches von der Wendel abdampft, so daß sich Wqjframbromid ergibt, welches wiederum in einem heißeren Kolbenteil in Wolfram und Brom zerfallen kann. Es darf angenommen werden, daß im Kolben wohl vorhandenes, aber an dem regenerativen Zyklus nicht teilnehmendes Brom in den kühleren Kolbenteilen entsprechend der gegenüber Formel (1) umgekehrten Reaktion wiederum Bor-Tribromid bildet, so daß das Gleichgewicht erhalten bleibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Glühlampe, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Kolben aus hitzebeständigem, lichtdurchlässigem Werkstoff mit darin angeordneter Wolframdrahtwendel und wenigstens durch sein eines Ende gasdicht hindurchgeführten und an die beiden Enden der Drahtwendel angeschlossenen elektrischen Leitungen, der außer mit einem inerten Gas noch mit einem Bromid gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Bromid Bor-Tribromid vorgesehen ist.

2. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bor-Tribromid-Füllung 0,8 · ΙΟ-⁷ bis 2,0 · IO-⁵ g Mol/cm³ des Innenvolumens des Kolbens (11 bzw. 21) beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen