DE2063530B2 - Elektrische gluehlampe - Google Patents

Description

beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Glüh- gen Halogenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserlampe, bestehend aus einem gasdicht verschlossenen stoff wird während der Brenndauer der Lampe die Kolben aus hitzebeständigem lichtdurchlässigem 35 Halogenverbindung in Halogen upd Wasserstoff bzw. Werkstoff mit darin befindlicher Wolframdrahtwendel in Halogen, Wasserstoff und Kohlenstoff zersetzt, und durch wenigstens sein eines Ende herausgefühlten Wenn für das einzufüllende Halogen als reaktives Anschlußdrähten, wobei der Kolben mit einem inerten Transportgas Jod verwendet wird, wird die Kolben-Gas und einem ein reaktives Transportgas bildenden wandung wesentlich eher geschwärzt, da Wasserstoff Borbromid gefüllt ist. Eine solche Glühlampe ist in dem 40 den Regenerationszyklus, welcher durch das reaktive älteren deutschen Patent 1 938 955 vorgeschlagen Transportgas erfolgen soll, behindern kann. Wenn es worden. sich bei dem Halogen um Brom oder Chlor handelt,

Derartige elektrische Glühlampen mit einem Quarz- dann kann Wasserstoff sehr wohl als Puffergas wirken, glaskolben und darin befindlicher Wolframdraht- wobei jedoch gewisse Gegenmaßnahmen ergriffen wendel besitzen gewöhnlich eine Gasfüllung, bestehend 45 werden müssen, um zu verhindern, daß das Wasseraus einem inerten Gas wie Argon und einem leaktiven stoffgas während der Brenndauer der Lampe durch die Transportgas wie Bor-Tribromid, um eine Schwärzung Kolbenwandung hindurch diffundiert,
der Innenwandung des Glaskolbens zu verhindern, Bei der vorgeschlagenen Verwendung von Borindem gemäß dem sogenannten Halogen-Regenera- bromid als Halogenverbindung in einer Menge von tionszyklus während der Brenndauer der Lampe vom 50 0,8 · ΙΟ"⁷ bis 2,0 · 10~⁵ g Mol/l cm³ lassen sich der-Wolframdraht verdampftes Wolfram durch Verbin- artige Fehler, wie sie bei Verwendung von Halogendung und Trennung zwischen dem reaktiven Trans- wasserstoff odei Halogenkohlenwasserstoff auftreten, portgas und dem verdampften Wolfram an die Wendel nicht nur vermeiden, sondern die Lebensdauer einer zurückgelangt. Es ist somit bekannt, derartiges derartigen Glühlampe ist auch wesentlich größer als Halogengas in den Lampenkolben als Halogenverbin- 55 bei einer Füllung mit Halogenwasserstoff oder Halogendung einzubringen, um die Herstellungsmaschine vor kohlenwasserstoff. Außerdem läßt sich gemäß der in einer Korrosion durch das Halogen zu schützen und dem genannten älteren Patent vermittelten Lehre die um die Menge des einzubringenden Halogens besser Menge des in den Lampenkolben einzubringenden kontrollieren zu können. In diesem Zusammenhang Mediums sehr leicht steuern, da die Menge innerhalb ist es auch bereits bekannt, ein Halogen-Wasserstoff 60 eines weiten Bereiches verändert werden kann, ohne wie Wasserstoffjodid, Wasserstoffbromid oder Wasser- dadurch die Merkmale der Lampe schädlich zu beeinffhid d lhlf fl

j,

»toffchlorid oder auch ein Halogen-Kohlenwasserstoff wie Methylenjodid, Methylenbromid usw. als derartige Halogenverbindung zu verwenden (USA.-Patentschrift 418 512). Derartige elektrische Glühlampen mit einer Wasserstoffbromid- oder Methylenbromid-Füllung wurden bereits in industriellem Umfange hergestellt. Bei Füllung des Lampenkolbens mit einem derarti-

flüssen.

Wenn sich derartige mit Borbromid gefüllte elektrisehe Glühlampen auch durchaus bewährt haben, so mußte doch festgestellt werden, daß bei Glühlampen höherer Wattzahl und mit einer Doppelwendel oder mehreren Metallhaltern für die Wendel im Lampenkolben oft dunkle Streifen an der Innenwandung de

Lampenkolbens kurz nach Inbetriebnahme der Lampe kolbens bei einer elektrischen Glühlampe der eingangs

auftreten. Diese dunklen Streifen verschwinden nach genannten Art zu beheben, schlägt die Erfindung vor,

einer recht langen Brenndauer der Lampe und erschei- die Gasfüllung mit einem geringen Zusatz an Wasser-

nen nicht wieder, doch muß zugegeben werden, daß stoffgas zu versehen.

derartige dunkle Streifen den Handelswert derartiger 5 Es konnte festgestellt werden, daß durch diesen

Lampen selbst gegenüber den Lampen mit kürzerer geringen Zusatz von Wasserstoffgas zum Borbromid

Lebensdauer herabsetzen können. die Streifenbildung vollkommen verhindert werden

Die genaue Ursache der Ausbildung derartiger kann, wobei allerdings bezüglich der Zusatzmenge an

dunkler Streifen und der Entstehung der Substanzen, Wasserstoffgas bestimmte Gienzen eingehalten werden

welche diese Streifen bilden, wurde bis heute noch io müssen. Bei Überschreitung einer oberen Grenze tritt

nicht vollkommen geklärt, doch wird angenommen, die Streifenbildung sehr früh ein, während andererseits

daß sie zumindest teilweise von dem Borbromid ver- bei einer zu geringen Menge an Wasserstoffgas die

ursacht werden, welches zu Beginn der Brenndauer der Streifenbildung nicht mehr verhindert werden kann.

Lampe nicht ausreichend zersetzt werden kann, da Es wurde außerdem festgestellt, daß der Bereich der

diese Zersetzung erst bei relativ höherer Temperatur 15 geeigneten Wasserstoffmenge von dem inneren Gesamt-

von über 1300⁰C stattfindet und infolgedessen die gasdruck im Lampenkolben abhängt, wenn die Menge

Reaktion verdampften Wolframs mit Brom anfangs an Borbromid im wesentliche·-, konstant gehalten wird,

nicht stattfinden kann, so daß verdampftes Wolfram Bei Erhöhung des inneren Gasdruckes liegt die obere

und zersetztes Borbromid gegen die Wandung des Gienze der geeigneten Wasserstoffmenge sehr niedrig,

Lampenkolbens geblasen werden und dort festhaften, ao während gleichzeitig die untere Grenze gleich Null ist

Diese dunklen Streifen bei elektrischen Glühlampen, oder nahe bei Null liegt, während bei Senkung dieses

welche mit Borbromid gefüllt sind, können als Schwär- Injiendruckes die obere Grenze stark angehoben

zung im weiteren Sinne angesehen werden, doch unter- werden muß und die untere Grenze einen ebenfalls

scheiden sie sich von der üblichen Schwärzung insofern, höheren Wert zeigt.

als sie nicht so dicht sind und nach einer gewissen Zeit 35 So wurde festgestellt, daß das Molverhältnis von

vollkommen verschwinden. Wasserstoffgas zu Borbromid bei einem Druck

Um diese streifenartige Schwärzung des Lampen- von:

über 3500 Torr 0 bis 0,10,

von 3500 bis 2000 Torr 0 bis 0,15,

von 2000 bis 1500 Torr 0 bis 0,20,

von 1500 bis 1200 Torr 0,01 bis 0,25,

von 1200 bis 1000 Torr 0,02 bis 0,35,

von 1000 bis 800 Torr 0,03 bis 0,7,

von 800 bis 600 Torr 0,06 bis 4,00,

von 600 bis 500 Torr 0,20 bis 9,00

beträgt.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich Andererseits ist jedes der Molybdänblättchen 4a und

aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh- 45 4b mit seinem freien Ende mit Anschlußdrähten 6c rungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. und 6b verbunden, welche zur nicht dargestellten elek-

Es zeigt: irischen Stromquelle führen.

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Röhrenlampe mit Derartige Glühlampen wurden in einer Abmessung

beiderseitigen Anschlüssen für allgemeine Zwecke, von 90 mm Länge bei einem Außendurchmesser vor

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Projektionslampe, 5° 10 mm und einem Innendurchmesser von 8 mm für eine

F i g. 3 eine gleiche Ansicht einer fotografischen Leistung von 1000 W bei 110 V hergestellt. Für BeLampe und leuchtungsversuche wurden der innere Gesamtgas

F i g. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Zusam- druck und die Mengen an Borbromid und Wassermenhänge zwischen dem Gesamtinnendruck und dem stoffgas verändert, wobei sich die in nachstehendei Molverhältnis von Wasserstoff zu Borbromid. 55 Tabelle 1 zusammengefaßten Resultate ergaben. Hier-

Die in F i g. 1 dargestellte Röhrenlampe besitzt einen bei ergab sich eindeutig, daß die erforderliche Zusatzlanggestreckten Röhrenkolben 1 aus Quarzglas, der menge an Wasserstoffgas zur wirksamen Verhinderung an beiden Enden la und Ib zusammengequetscht ist. unerwünschter dunkler Streifen oder sonstiger Schwär· Im Röhrenkolben 1 ist eine Einfachwendel 3 aus zung des Lampenkolbens vom inneren Gesamtgas· Wolfram angeordnet, die mit ihren Enden an jeweils 60 druck abhängt, wenn die Menge an Borbromid irr einem Molybdänblättchen 4a bzw. 4b befestigt ist, die Lampenkolben im wesentlichen konstant gehalter in den abgequetschten Enden la und Ib eingeschmol- wird. Die Versuche wurden in sieben Gruppen in bezuj zen sind. Der im Betrieb leuchtende Teil der Wolfram- auf den inneren Gesamtdruck durchgeführt, wöbe wendel 3 wird durch mehrere metallische Ttagorgane darauf geachtet wurde, daß die Menge an Borbromic 5a, Sb, Sc und Sd abgestützt, die sich an der Innen- 65 so weit wie möglich gleich blieb. Innerhalb jedei wandung des Röhrenkolbens 1 durch Eigenreibung Gruppe wurde die Menge an Borbromid auf dert abstützen, so daß die Wendel 3 praktisch in der Längs- gleichen Wett gehalten und lediglich die Zusatzmeng* achse des Röhrenkolbens 1 liegt. an Wasserstoff gas verändert.

Tabelle (110 V — 1000 W)

Innerer Gesamtgasdruck (Torr)	Teildruck von BBr3 (Torr)	Teildruck von H, (Torr)	Molverhältnis H,/BBr,	Schwärzung oder dunkle Streifen
		0	0	keine
5500	12	0,70 0,96	0,06	keine
		1,40	0,08	recht frühe Schwärzung
		0	0,11	frühe Schwärzung
3500	13	0,32 1,56	0	keine
		1,85	0,10 0,12	keine recht frühe Schwärzung
		0,20	0,14	frühe Schwärzung
2200	10	1,50 1,70	0,02	keine
		1,90	0,15	keine
		0,65	0,17	recht frühe Schwärzung
1800	15	2,50 2,70	0,19	frühe Schwärzung
		3,00	0,04	keine
		0	0,17	keine
1200	10	0,70 2,50	0,18	recht frühe Schwärzung
		2,90	0,20	frühe Schwärzung
		1,55	0	dunkle Streifen
		1,67	0,07 0,25	keine keine
600	10	40,00	0,29	recht frühe Schwärzung
		50,00	(0,15)	dunkle Streifen
		3,00	0,17	keine
500	10	5,00 90,00	4,00	keine
		100,00	5,00	recht frühe Schwärzung
(0,30)	dunkle Streifen
0,50 9,00	keine keine
10,00	frühe Schwärzung

In dieser Tabelle stellen die unterstrichenen Zahlenwerte die oberen Grenzen der geeigneten Wasserstoffgasmenge dar, während die eingeklammerten Werte die entsprechenden unteren Grenzen darstellen. Diese oberen und unteren Grenzwerte sind allerdings nicht so kritisch, d. h., sie sind nicht so kritisch, da bei Überschreiten dieser Grenzen um einen geringen Wert direkt eine Schwärzung des Lampenkolbens oder dunkle Streifen direkt an der Kolbenwandung auftreten, doch werden diese unerwünschten Resultate manchmal dann beobachtet, wenn diese Werte überschritten werden.

Der Grund, warum der geeignete Bereich der Zusatzmengen an Wasserstoffgas durch das Molverhältnis von Wasserstoff zu Borbromid dargestellt ist, ist darin zu sehen, daß, selbst wenn der innere Gesamtgasdruck auf einer speziellen Höhe gehalten wird, die Zusatzmenge an Wasserstoffgas zur einwandfreien Verhinderung einer Schwärzung oder Entstehung dunklei Streifen entsprechend der Borbromidmenge verändefl werden würde.

Um festzustellen, ob dieser geeignete Bereich vor Wasserstoffgasmengen in ähnlicher Weise bei ein© Lampe gemäß F i g. 2 angewendet werden kann wurden auch mit einer derartigen Lampe entsprechend! Versuche durchgeführt.

Diese elektrische Glühlampe gemäß F i g. 2 besitz einen einseitig geschlossenen Lampenkolben 1 au Quaizglas, welcher am anderen Ende 2 dichtge quetscht wurde. Dieser Lampenkolben 1 enthält ein Einfachwendel 3 aus Wolfram, deren beide Enden in dichtgequetschten Ende 2 mit Molybdänblättchen 4 und 46 verbunden sind, die in diesem Ende 2 eingi bettet sind. Von den freien Enden der Molybdän

blättchen Aa und Ab führen Anschlußdrähte 6a und 6b lur nicht dargestellten Stromquelle. Eine derartige Lampe besitzt einen Außendurchmessei von 13 mm und sinen Innendurchmesser von 11 mm bei einer Länge von 20 mm. Sie wurde ausgelegt für eine Leistung von 150 W bei 24 V. Ebenso wie bei der Röhrenlampe nach F i g. 1 wurden auch bei dieser Glühlampe die Mengen an Boibromid und Wasserstoffgas verändert, wobei sich die in nachstehender S Tabelle 2 angegebenen Werte ergaben.

Tabelle (24 V —150W)

Innerer Gesamtgasdruck (Torr)	Teildnick von BBr, (Torr)	Teildruck von H, (Torr)	Molverhältnis H,/BBrs	Schwärzung oder dunkle Streifen
		0	0	keine
5500	10	0,10 0,50	0,01 0,05	keine recht frühe Schwärzung
		0,70	0,07	frühe Schwärzung
		0	0	keine
3500	9	0,36	0,04	keine
		0,90	0,10	recht frühe Schwärzung
		0	0	keine
2200	8	0,32	0,04	keine
		1,12	0,14	recht frühe Schwärzung
		0	0	keine
1800	13	1,43 2,08	0,11 0,16	keine recht frühe Schwärzung
		2,34	0,18	frühe Schwärzung
		0	0	dunkle Streifen
1200	11	0,22 1,98	(0,02) 0,18	keine keine
		2,64	0,24	recht frühe Schwärzung
		0	0	dunkle Streifen
600	9	1,62	(0,18)	keine
		9,00	1,00	keine
		2,00	0,20	dunkle Streifen
500	10	3,0 50,0	(0,30) 5,00	keine keine
		80,0	8,00	recht frühe Schwärzung

Die unterstrichenen bzw. eingeklammerten Zahlenwerte ergeben hier ebenso wie in Tabelle 1 die oberen bzw. unteren Grenzwerte für den Wasserstoffzusatz.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Diagramm ist der innere Gesamtgasdruck im Lampenkolben als Ordinate und das Molverhältnis von Wasserstoffgas zum Borbromid, d. h. die geeignete Menge an Wasserstoffzusatz, als Abszisse auf den logarithmischen Koordinaten dargestellt, wobei die einzelnen Zahlenwerte aus den Tabellen 1 und 2 miteinander verbunden wurden, so daß sich zwei Kurven ergeben, welche den geeigneten Bereich der Wasserstoffmenge begrenzen.

Entsprechend den durchgeführten Versuchen, von denen ein Teil in den Tabellen niedergelegt ist, liegt die Menge an Wasserstoffgas, welche dem Borbromid zugesetzt werden muß, im wesentlichen in dem Bereich, welcher durch die beiden Kurven in F i g. 2 begrenzt wird, und zwar unabhängig von der Art, der Abmessung, der Form usw. der elektrischen Glühlampe.

Es wurden sodann nochmals Versuche mit einei elektrischen Glühlampe durchgeführt, welche in F i g. 3 dargestellt ist Diese Lampe ist für fotografische Aufnahmen bestimmt und besitzt einen Lampenkolben 1 aus Quarzglas, in welchem eine Wolframwendel 3 angeordnet ist. Die Leistung dieser Lampe beträgi 650 W bei 120 V, während der Außendurchmesser dei Kugel 22 mm und ihr Innendurchmesser 19 mm beträgt Diese Lampenkolben wurden mit einem inerten Gas unter einem Druck von 2500 bis 3000 Torr gefüllt, wobei Borbromid unter einem Teildruck von 40 Ton und Wasserstoffgas im Mol-Verhältnis zu Sorbromid von 0,3,0,1,0,06 und 0,03 zugesetzt wurden. Bei einen Zusatz von Wasserstoffgas in einem Mol-Verhältni: von 0,3 ergab sich eine frühe Schwärzung, während ir

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allen anderen Fällen keine Schwärzung und auch keine dunklen Streifen auftraten.

Aus der vorstehenden Beschreibung und den Kurven aus F i g. 4 ergibt sich, daß ein frühzeitiges Auftreten dunkler Streifen oder eine frühzeitige Schwärzung wirksam dadurch verhindert werden kann, daß eine geringe Menge an Wasserstoffgas innerhalb der in nachstehender Tabelle 3 angegebenen Bereiche zugeletzt wird.

Tabelle 3

Innerer Gesamtgasdruck	Molverhälinis
(Torr)	Η,/BBr,
über 3500	0 bis 0,10
3500 bis 2000	0 bis 0,15
2000 bis 1500	0 bis 0,20
1500 bis 1200	0,01 bis 0,25
1200 bis 1000	0,02 bis 0,35
1000 bis 800	0,03 bis 0,70
800 bis 600	0,06 bis 4,00
600 bis 500	0,20 bis 9,00

Im Ergebnis ist daher folgendes zusammenzufassen: Dunkle Streifen, wie sie manchmal in der Anfangszeit der Lebensdauer einer Glühlampe an der Innenwandung des Lampenkolbens auftreten, wenn dieser Borbromid enthält, lassen sich wirksam verhindern, wenn zusätzlich geringe Mengen von Wasserstoffgas zugeletzt werden; es gibt bestimmte Mengenbereiche für das zuzusetzende Wasserstoffgas; ein Zusatz von

10

Wasserstoffbad über der oberen Grenze ergibt eine recht unerwünschte frühe Schwärzung, während ein Zusatz unter der unteren Grenze das Auftreten dunkler Streifen nicht verhindern kann; die geeignete Menge des zuzusetzenden Wasserstoffgases hängt von dem inneren Gesamtgasdruck und dem Molverhältnis von Wasserstoff zu Borbromid ab; der geeignetste Bereich ist bei höherem innerem Gesamtgasdruck sehr eng und liegt bei etwa 0 bis 0,15 bei 2000 Torr, wird jedoch

ίο weitei, wenn der Druck gesenkt wird, und verbreitert sich vor allem bei Drücken unter 1000 Torr sehr plötzlich, indem vor allem die obere Grenze scharf ansteigt.

Es ist nicht völlig klar, wie sich Wasserstoffgas als Zusatz zu Borbromid in einem Glühlampenkolben verhält, doch wird es dazu dienen, die Zersetzung von Borbromid bei neuen Lampen, d. h. zu Beginn der Lebensdauer einer Lampe, zu fördern. Es muß davon ausgegangen werden, daß Borbiomid wenigstens einer der Gründe für die Entstehung dunkler Streifen ist, da diese Erscheinung nur dann beobachtet werden kann, wenn Borbromid allein als zusätzliche Halogenverbindung vorhanden ist. Während der Brenndauer der Glühlampe wird das in den Lampenkolben eingebrachte Wasserstoffgas mehr oder weniger durch die Kolbenwandung diffundiert. Bei Glühlampen, welche mit Borbromid gefüllt sind, braucht Wasserstoff jedoch nicht als Puffergas im Lampenkolben zu verbleiben, sobald es seine Rolle dei Begünstigung der Zersetzung von Borbromid erfüllt hat, da ein Puffergas lediglich bei Lampenfüllungen mit einem Halogenwasserstoff oder einem Halogenkohlenwasserstoff erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Glühlampe, bestehend aus einem gasdicht verschlossenen Kolben aus hitzebeständigem lichtdurchlässigem Werkstoff mit darin befindlicher Wolframdrahtwendel und durch wenigstens sein eines Ende herausgeführten Anschlußdrähten, wobei der Kolben mit einem inerten Gas und einem ein reaktives Transportgas bildenden Borbromid gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung mit einem geringen Zusatz an Wasserstoffgas versehen ist.

2. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Wasserstoff gas zu Borbromid 0 bis 9,0 beträgt.

3. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 0,8 · 10~⁷ bis 2,0 · 10-^B Grammolekül an Borbromid pro 1 cm³ seines Innenvolumens enthält.

4. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Wasserstoffgas zu Borbromid vom Gesamtdruck der Gasfüllung des Lampenkolbens abhängt und bei einem Druck von:

über 3500 Torr 0 bis 0,10,

von 3500 bis 2000 Torr 0 bis 0,15,

von 2000 bis 1500 Torr 0 bis 0,20,

von 1500 bis 1200 Torr 0,01 bis 0,25,

von 1200 bis 1000 Torr 0,02 bis 0,35,

von 1000 bis 800 Torr 0,03 bis 0,7,

von 800 bis 600 Torr 0,06 bis 4,00,

von 600 bis 500 Torr 0,20 bis 9,00