DE2134133C3 - Halogen-Glühlampe - Google Patents
Halogen-GlühlampeInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
- H01K1/00—Details
- H01K1/52—Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
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- H01K1/28—Envelopes; Vessels
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halogen-Glühlampe nach demOberbegriffc.es Anspruchs 1.
Solche Halogen-Glühlampen sind bekannt (FR-PS 63 565). Bei diesen bekannten Halogen-Glühlampen
war es erforderlich, daß die Wolframdrahtglühwendel eine höhere Reinheit hat als Wolframdrahtwendeln, wie
sie in halogenfreien Glühlampen verwendet werden, insbesondere darf die Wolframoberfläche keine Oxydschicht tragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halogen-Glühlampe der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art so
weiter zu entwickeln, daß diese höheren Reinheitsanforderungen nicht mehr gestellt werden, und insbesondere
eine Oxydschicht auf der Wolframoberfläche nicht stört.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des
Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.
Der Oberteil wirkt dann noch nicht als Kühlfalle für den Wolfram-Brom-Zyklus, wohl aber als Kühlfalle für
mit den Verunreinigungen in oder auf den Drähten gebildete Bromide, so daß diese im Oberteil des Kolbens
auskondensieren. Das gilt insbesondere für irgendwelche Oxydschichten auf dem Glühdraht, die in Oxy-Halogenide umgewandelt werden, die auskondensieren.
Von den bekannten hitzebeständigen Gläsern ist Borsilikatglas am besten für den Kolben geeignet.
Es ist bekannt, zur Abschirmung des Quetschfußes einer Lampe gegen zu hohe Erwärmung eine Reflektorscheibe aus Wolfram zwischen Glühwendel und
Quetschfuß anzuordnen (US-PS 34 03 280). In Weiterbildung der Erfindung kann zwischen der Glühwendel
und dem Oberteil des Kolbens eine Keramikscheibe
angeordnet sein, was bisher in Wolfram-Halogen-Lampen nicht möglich war, weil in oder auf der Scheibe
eventuell vorhandene Verunreinigungen störten, die aber bei der erfindungsgemäßen Lampe beseitigt
werden, wie oben erläutert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt
F i g. I sine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Lampe und
ίο Fig. 2 ein Detail entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 ist ein rohrförmiger Kolben 1 aus Borsikilatglas oder einem anderen Hartglas an einem
Ende an einen Anschlußtrichter 2 angeschmolzen, durch dessen Quetschfuß Wolfram-Zuleitungsdrähte 4, 5
führen. Der Trichter weist das Absaugröhrchen 6 auf, das zugeschmolzen wird, nachdem die Lampe evakuiert
und mit einem geeigneten Gas gefüllt ist, beispielsweise Krypton oder andere Gase oder Mischungen, die
gegenüber dem Glühdraht inert sind. Der Druck des Füllgases bei Zimmertemperatur kann bei etwa
600 mbar liegen. Eine Brommenge ist ebenfalls in der
Lampe vorhanden, beispielsweise in der Form von Bromwasserstoff, und zwar mit einem Druck von etwa
1,87 mbar. Allgemeiner gesagt, der Bromdruck liegt gewöhnlich zwischen 133 und 2,66 mbar. Das Brom ist
gegenüber dem Glühdraht nicht inert, sondern reagiert mit dem von diesem verdampften Wolfram entsprechend dem bekannten Halogenzyklus.
Die Wolfram-Zuleitungsdrähte 4, 5 führen durch Löcher 7 in der Keramikscheibe 8 und sind jenseits
derselben nach außen gebogen, wie bei 9, 10, verlaufen dann für eine Distanz wie bei 11 und 12 in vertikaler
Richtung und sind schließlich, wie bei 13,14 dargestellt,
einwärts zur Achse gebogen.
Die Wolframdrahtglühwendel 15 ist im Hauptteil 16 eine Doppelwendel, weist jedoch einfach gewendelte
Endschenkel 17, 18 auf, die über die Enden 19, 20 der Zuleitungsdrähte 4, 5 geschoben sind, bis sie herumgebogen sind auf die Teile 11,12: so da£! sie sicher gehalten
werden. Das Ende 20 des Zuleitungsdrahtes 4 ist unter einem Winkel zum Quetschfuß 3 abgebogen, um einen
Schlupf des Wendelendschenkels 18 zu verhindern. Das Ende 13 des Zuleitungsdrahtes 5 erstreckt sich in
Richtung weg vom Quetschfuß 3, wie dargestellt, aus dem gleichen Grund.
Die Keramikscheibe 8 wird von einem Wolfram-Tragdraht 25 abgestützt, der um die Scheibe herumgebogen ist und eine Bucht 21 aufweist, die um den
Mittelteil 26 des Giühdrahtes liegt, der »ausgezogen« ist, soweit seine Doppelwendelung in diesem Bereich
betroffen ist, wie das in einigen Glühlampen üblich ist. Die Abstützung 25 hat einen kleinen Durchmesser, in
diesem Falle etwa 0,64 mm.
Die Zuleitungsdrähte 4, 5, insbesondere der Zuleitungsdraht 4, haben deutlich kleineren Durchmesser als
sie normalerweise in gewöhnlichen Glühlampen gleicher Leistung haben, damit sie im Betrieb glühend
werden, vorzugsweise oberhalb einer Temperatur von 1300°C auf dem größten Teil ihrer Länge, jedoch nicht
heiß genug werden, um merklich durchzusacken, jedoch um zu verhindern, daß Wolframhalogenid auf ihnen
niedergeschlagen wird oder sie mit dem Wolfram reagieren. Das ist für den Betrieb der Lampe
außerordentlich wichtig, wie noch näher erläutert wird. Beispielsweise in einer normalen 1500-Watt-Lampe
hat der Zuleitungsdraht einen Durchmesser von etwa 1,5 mm, um den Widerstand niedrig und den Spannungsabfall klein zu halten. Hier wird ein Draht von nur
0,9 mm Durchmesser verwendet, das heißt mit einem Viertel der Querschnittsfläche und dem vierfachen
Widerstand. Das ergibt einen Spannungsabfall von etwa 1,7VoIt im Zuleitungsdraht 4, so daß der Glühdrahi
umkonstruiert werden muß, um die gewünschte Temperatur bei einer niedrigeren Spannung zu erreichen,
und die gleiche Lichtmenge abzugeben, wie ein normaler Glühdraht in einer Lampe, deren Zuleitungsdrähte einen kleineren Spannungsabfall aufweisen. Das
ist möglich, weil das Vorhandensein des Broms den Kolben sauber hält und den Lichtstromverlust durch
den Kolben selbst niedrig.
Gasförmiges HBr in einer Lampe wird in der Nähe der Glühwendel zersetzt, so daß freies Brom gebildet
wird, das in die Nähe der Wand des Kolbens 1 wandert, wo es sich mit Wolfram vereinigt, das von der Wendel
verdampft ist. Auf diese Weise wird ein flüchtiges Wolframbromid (WBr1) so gebildet, wobei χ irgendeinen
Wert, etwa 4,5,6 annehmen kann, entsprechend den
oberen Valenzen von Wolfram. Das am regenerativen Zyklus teilnehmende Bromid ist WBr. Wenn irgendein
Teil der Koibenwand sich auf oder unterhalb von 200° C
befindet, kondensiert WBr, in diesem Bereich, so daß die
Brommenge verringert wird, die für den regenerativen Zyklus verfügbar ist. Wenn andererseits die gesamte
Kolbenwand sich auf Temperaturen oberhalb von 2000C befindet, dann wandert WBr, zur Glühwendel 15
zurück. Während dieser Wanderung erreicht die Temperatur schließlich 14000C und überschreitet diesen
Wert, so daß das WBr, zersetzt wird. Das freie Wolfram
wandert entweder zur Kolbenwand zurück oder schlägt sich auf einem Wolframteil nieder.
Das freie Brom wandert entweder ebenfalls zurück, zur Kolbenwand oder zu einem Wolframteil, dessen
Temperatur unter 14000C liegt. Das Brom kombiniert
mit dem Wolframteil. so daß eine Wolframbromidverbindung
(WBr1) entsteht. Wenn die Teiltemperatur unterhalb von 200°C liegt, dann bleibt die Verbindung
WBr, als festes Kondensat auf dem Wolframteil, so daß die Bromnienge herabgesetzt wird, die für den
regenerativen Zyklus verfügbar ist. Wenn andererseits die Teiltemperatur oberhalb von 2000C (aber unterhalb
von 14000C) liegt, dann wird die WBr.-Verbindung
flüchtig und diffundiert in die Nähe der Wendel, wo Zersetzung eintritt, so daß wieder freies Brom und freies
Wolfram gebildet werden. Der wichtige Punkt liegt darin, daß das letztgenannte Wolfram nicht durch
thermische Emission von der Glühwendel 15 in die Lampenatmosphäre gekommen war, sondern durch
chemischen Angriff an einem anderen Wolframteil. Dieses Wolfram wäre nicht freigesetzt worden, wenn
die Temperatur des Wolframteils oberhalb von HOO0C
gelegen hätte, wo ein Bromangriff unmöglich ist, oder unterhalb von 2000C, wo das WBr, als festes Kondensat
gehalten worden wäre. Unglücklicherweise ist dieses WBr,-Kondensat ebenfalls unerwünscht, weil ein Teil
des Broms auf diese Weise permanent verbunden wird, so daß die effektive Lebensdauer des regenerativen
Bromzyklus herabgesetzt wird.
Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß .-lie
effektive Lebensdauer des regenerativen Bromwasserstoff-Zyklus direkt durch die Betriebstemperatur der
Wolframteile in folgender Weise beeinflußt wird:
a) Temperatur unterhalb von 200°C: Die Zyklus-Lebensdauer wird verkürzt, indem progressiv verfügbares
Brom in Form von festen WBr,-Kondensaten auf dem Wolframteil gebunden wird.
b) Temperaturen zwischen 200°C und 1400°C: Die Zyklus-Lebensdauer wird durch chemisches Freisetzen
von zusätzlichen Wolframmolekülen verkürzt, die normalerweise auf dem Wolframteil und
außerhalb des regenerativen Zyklus geblieben wären.
c) Temperatur oberhalb 14003C: Die Zyklus-Lebensdauer
wird vergrößert, weil ein chemischer Angriff durch das Brom verhindert wird und das Teil
vielmehr als Niederschlagsc. für verdampftes Wolfram wirkt.
Ein weiterer Punkt ist zu beachten. Temperaturen im Bereich von 1400° C sind für Wolframteile in im Betrieb
befindlichen Lampen sehr wichtig. In diesem Temperaturbereich
ist das Verhältnis von Wolfram, das durch thermische Emission verlorengeht, zu dem, das durch
Niederschlag auf dem Teil gewonnen wird, sehr nahe an Eins. Daraus ergibt sich, daß der Nettobeitrag von
Wolframmolekülen zur Lampenatmosphäre durch Wolframteile die bei oder in der Nähe von 14000C
arbeiten, praktisch Null ist. Die Lebensdauer des regenerativen Halogenzyklus wird dadurch erhöht. In
F i g. 1 sind die ungefähren Temperaturen von verschiedenen Teilen des Lampenkolben 1, der Zuleitungsdrähte
4, 5 und des Stützdrahtes 25 angegeben. Die Kolbenwandtemperaturen wurden gemessen, während
die Lampe hängend (Sockel nach oben) in einer geeigneten Leuchte betrieben wurde, einer schaufeiförmigen
Leuchte, die für eine übliche 1000-Watt-Glühlampe mit birnenförmigem Kolben ausgelegt war. In einer
solchen Leuchte ist es im allgemeinen am besten, wenn die Kolbenachse vertikal angeordnet ist oder nicht mehr
als 45° von der Vertikalen abweicht, wobei der Sockel oben ist. In einigen neueren schaufeiförmigen Leuchten,
bei denen der Lampenkolben axial zum Reflektor liegt, kann der Kolben sogar horizontal effektiv betrieben
werden.
Wegen der Getterwirkung des Broms mit den dargestellten Temperaturgradienten ist eine Säuberung
der Glühwendel und der Wolframteile mit Säure nicht notwendig, und die Lampen können dementsprechend
puf feitigungseinrichtungen für reguläre Glühlampen
hergestellt werden, wobei natürlich Vorkehrung getroffen werden muß, an einer Stelle der Maschine Brom
hinzuzufügen. Dadurch wird der Aufwand zur Herstellung der Lampe wesentlich herabgesetzt.
Claims (3)
1. Halogenglühlampe mit einer von Zuleitungsdrähten gestützten Wolframdrahtglühwendel, einem
aus einem hitzebeständigen Glas bestehenden, zweckmäßig rohrförmigen Kolben, dessen Größe
und der Abstand seiner Innenwandung von der Glühwendel so bemessen sind, daß die Betriebstemperatur der Innenwand des Kolbens 200°C und mehr
beträgt, und einer Gasfüllung, die inertes Gas und Brom oder eine Brom abgebende Verbindung in
einer für einen dauernden regenerativen Wolfram-Brom-Zyklus ausreichenden Menge enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Größe und
Abstand des Kolbens (I) von der Glühwendel (15) so bemessen sind, daß die Betriebstemperatur der
Innenwand des Kolbens (1) in dessen Oberteil etwa 2000C und in dessen Unterteil etwa 400°C beträgt,
daß die Bremmenge nicht nur für den Wolfram-Brom-Zykhi;», sondern auch zur Reaktion mit im
Wolfram enthaltenen Verunreinigungen ausreicht, so daß deren Bromide im Oberteil des Kolbens (1)
auskondensieren, und daß der Durchmesser wenigstens eines der Zuleitungsdrähte (4, 5) so klein
bemessen ist, daß dieser während des Lampenbetriebes glüht.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) aus Borsilikatglas besteht.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Glühwendel (15)
und dem Oberteil des Kolbens (1) eine Keramikscheibe (8) angeordnet vst.
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