DE2321358C2

DE2321358C2 - Elektrische Glühlampe mit einer Brom und Wasserstoff enthaltenden Gasfüllung

Info

Publication number: DE2321358C2
Application number: DE2321358A
Authority: DE
Inventors: Gerrit Eindhoven Prakken; Germain Remi T'jampens
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1987-03-05
Also published as: JPS4949483A; NL168085C; FR2184838B1; BE799565A; NL168085B; CA983085A; NL7206616A; IT987420B; FR2184838A1; GB1409957A; US3829731A; DE2321358A1; JPS571862B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Glühlampe mit einem Wolframglühkörper und einer Brom und Wasserstoff enthaltenden Gasfüllung zur Erzielung eines Wolfram/Brom-Kreisprozesses sowie einem mit der Gasfüllung in Berührung stehenden Sauerstoffgetter. Eine solche Glühlampe ist aus der CH-PS 4 83 118 bekannt.
Diese Lampe wird nachstehend als Wolfram/Brom-Zyklus-Lampe bezeichnet.
Durch das Vorhandensein von Brom und indem die Bemessung derart gewählt wird, daß die Kolbenwand beim Betrieb der Lampe an allen Stellen eine Temperatur annimmt, bei der in der Lampe gebildete Wolfram/Brom-Verbindungen flüchtig sind, wird erreicht, daß die Kolbenwand bis zum Ende der Lebensdauer der Lampe klar bleibt.
Der in der Lampe vorhandene Wasserstoff hat den Zweck, die direkte Reaktion zwischen dem Brom und den Enden des Glühkörpers und etwaigen aus Wolfram bestehenden Abstützungen durch die Bildung von HBr an den betreffenden Stellen zu unterdrücken. Das benötigte Brom und der benötigte Wasserstoff werden gewöhnlich als HBr oder in Form einer Kohlenwasserstoffverbindung in die Lampe eingeführt.
In der Lampe ist weiter meistens noch ein inertes Gas oder ein Gemisch solcher Gase, wie Argon, Krypton und Stickstoff, vorhanden.
Die Lebensdauer der Lampe ist bei einer gegebenen Inertgasfüllung und einem gegebenen Fülldruck umso kürzer und die Lichtausbeute in Lumen/W umso größer, je höher die Temperatur ist, die der Glühkörper beim Betrieb erreicht.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß Glühlampen dieses Typs nicht immer die Lebensdauer erreichen, die sich auf Grund der Glühwendeltemperatur und der Gasfüllung der Lampe erwarten läßt. Es zeigte sich, daß dies insbesondere bei solchen Lampen der Fall war, in denen während der Lebensdauer eine nicht vorherzusagende Sauerstoffmenge als solche und/oder in Form von Verbindungen, wie Wasser oder flüchtigen Metalloxyden, aus den Lampenteilen frei wird.
Bei der aus der CH-PS 4 83 118 bekannten Wolfram/Brom-Zyklus- Lampe bindet eine Kohlenstoffhaut auf Molybdänteilen den Sauerstoff. Unabhängig von der Tatsache, daß es in vielen Halogenglühlampen keine Molybdänteile im Lampenkolben gibt, auf denen Kohlenstoff angebracht werden könnte, und daß eine derartige Beschichtung sehr teuer wäre, ist fester Kohlenstoff im Gegensatz zu flüchtigen Kohlenstoffverbindungen relativ inert. Außerdem dürfen Wolframwendelteile nicht mit Kohlenstoff beschichtet werden, da Kohlenstoff das physikalische Verhalten derartiger Wendeln nachteilig beeinflußt.
Aus der US-PS 36 44 773 sind Wolfram/Halogen-Zyklus-Lampen mit Titan, Tantal und Zirkon als Gettermaterial für Wasserstoff bekannt. Da dieses Gettermaterial mit Halogen reagiert, ist es von einer Umhüllung umgeben, die nicht für Halogen, wohl aber für Wasserstoff durchlässig ist. Das Gattermaterial soll also Wasserstoff binden, aber die Halogene und vor allen Dingen Sauerstoff ungestört lassen.
In Wolfram/Brom-Zyklus-Lampen ist dagegen Wasserstoff äußerst wichtig, da es kältere Wolframteile gegen den Angriff durch Brom schützt, während Sauerstoff in diesen Lampen schädlich ist, da es sich mit Wasserstoff zu Wasser vereinigen kann und einen Wolfram/Wasserzyklus hervorruft, der Wolfram vom Glühkörper zur Kolbenwand transportiert und diese schwärzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wolfram/Brom- Zyklus-Lampe mit einem Sauerstoffgetter zu schaffen, das genügend freien Wasserstoff beläßt.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Glühlampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Sauerstoffgetter aus einem Metall aus der Gruppe von Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob und Tantal in einer Menge besteht, die mindestens genügt, um eine Menge Sauerstoff aus dem Wolframglühkörper entprechend 50 ppm des Glühkörpergewichtes zu binden, und höchstens gleich dem Dreifachen dieser Metallmenge ist.
Die genannten Metalle gettern unter üblichen Bedingungen alle Bestandteile der in einer Lampe vorhandenen Gasatmosphäre, mit Ausnahme der darin vorhandenen Edelgase. Es wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß in einer Wolfram/Brom-Zyklus-Lampe das Vorhandensein einer geringen, aber für den beabsichtigten Zweck effektiven Menge der genannten Metalle nicht störend ist. Wider Erwarten konnte im allgemeinen eine Verlängerung der Lebensdauer der Wolfram/Brom-Zyklus-Lampen nach der Erfindung festgestellt werden. Dies könnte darauf hindeuten, daß unter den in der Lampe beim Betrieb vorherrschenden Bedingungen der Sauerstoff von den genannten Metallen auf einem Wert unterhalb eines für die Lampenlebensdauer schädlichen Wertes stabilisiert wird, während nicht verhindert wird, daß Wasserstoff und Brom ihre Funktion in dem Wolfram/Brom-Zyklus ausüben. Dies ist überraschend, weil Sauerstoff im Vergleich zu den in der Lampe verwendeten Wasserstoff- und Brommengen in geringeren Mengen vorhanden ist und weil sich erwarten ließ, daß die genannten Metalle flüchtige Bromide bilden würden.
Die anzuwendenden Mengen der genannten Metalle sind nicht besonders kritisch. Bereits eine Menge, die zum Binden allen Sauerstoffs, der möglicherweise während der Lebensdauer der Lampe frei werden könnte, gerade ausreichend wäre, erweist sich als effektiv. Der Sauerstoff wird im wesentlichen aus der Wolframwendel frei, die gewöhnlich nicht mehr als 50 ppm Sauerstoff des Wendelgewichts enthält. Beim Vorhandensein von Wasserstoff in der Lampenatmosphäre konnte keine genaue maximal anwendbare Menge festgestellt werden. Eine Menge von mehr als etwa dem Dreifachen der Menge, die zum Binden der maximalen Menge an Sauerstoff, die aus der Wendel frei werden könnte, erforderlich ist, ergibt jedoch keine zusätzlichen Vorteile. Wenn die Menge der genannten Metalle wenigstens ausreicht, um eine Menge von 50 ppm des Wendelgewichts und höchstens das Dreifache dieses Gewichts zu binden, hat sich dies im allgemeinen als genügend erwiesen, um nicht nur den aus der Wendel frei werdenden Sauerstoff, sondern auch den aus anderen Lampenmaterialien frei werdenden und mit dem Füllgas in die Lampe eingeführten Sauerstoff in ausreichendem Maße zu binden. Die erreichte Lebensdauer kann unter Umständen gleich dem Zehnfachen der Lebensdauer von Lampen ohne Metallzusatz sein. Die genannten Metalle können als Drahtstück, Platte, Kugel oder in einer anderen beliebigen Form in die Lampe eingeführt werden. Wenn die Metalle sich nicht auf der Kolbenwand ablagern dürfen, muß vorgebeugt werden, daß die Metalle mit der Wolframwendel in Berührung kommen. Falls aber ein halbdurchlässiger Metallspiegel auf der Kolbenwand zulässig oder gewünscht ist, kann man die Metalle mit der Wolframwendel in Berührung bringen oder die Metalle als Metallbromide in die Lampe einführen. Die Metallbromide werden sich dann an der Glühwendel zersetzen und die Metalle werden sich auf der Kolbenwand ablagern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ausführungsbeispiel I

Der (Doppelwendel)Wolframglühkörper einer 30 V, 375 W-Wolfram- Brom-Zyklus-Lampe wies bereits nach einer Betriebsdauer von etwa 20 Stunden starke Haarkristallbildung auf (Länge: einige Millimeter); die Lebensdauer der Lampe betrug im allgemeinen weniger als 200 Stunden. Die Gasatmosphäre bestand aus Argon mit einem Partialdruck von 93 300 Pa und CH&sub2; Br&sub2; mit einem Partialdruck von 666 Pa. Der Kolben hatte bei einem Innendurchmesser von 10,5 mm einen Inhalt von 2,6 cm³. Die Lampe lieferte 20 lm/W. Es wurde gefunden, daß die Wolframwendel bei einem Gewicht von 932 mg 40 µg Sauerstoff enthielt. Bei Anwendung von Zirkon in einer Menge von etwa 01 mg in Form eines Stückes geschnitzelter Folie, wie es in Verbrennungsblitzlampen verwendet wird, stellte sich heraus, daß die Lebensdauer bei gleichbleibender Gasfüllung und Belastung auf Werte von mindestens 2500 Stunden verlängert wurde, ohne daß Haarkristallbildung auftrat.

Ausführungsbeispiel II

Der (Doppelwendel)Wolframglühkörper einer 225 V, 800 W-Wolfram- Brom-Zyklus-Lampe wies bei einer Gasfüllung aus Stickstoff mit einem Partialdruck von 152 000 Pa und HBr mit einem Partialdruck von 3066 Pa nach 50 Stunden eine starke Haarkristallbildung auf. Es stellte sich heraus, daß bei Ersatz des HBr durch CH&sub2;Br&sub2; mit einem Partialdruck von 1533 Pa nur ausnahmsweise Haarkristallbildung auftrat. Daraus läßt sich ableiten, daß beim Betrieb Sauerstoff frei wird, der bei Anwendung von CH&sub2;Br&sub2; an Kohlenstoff gebunden wird und dann weniger schädlich ist. Infolge der verhältnismäßig großen Menge an Kohlenstoff, die mit dem Dibrommethan in die Lampe eingeführt wurde, war es praktisch unmöglich, den Lampenkolben frei von schwarzen Niederschlägen zu halten. Die Lampe lieferte etwa 27 lm/W. Bie einem Innendurchmesser von 12,5 mm betrug der Inhalt des Lampenkolbens 4 cm³. Das Gewicht der Wendel betrug 561 mg; die Wendel enthielt eine unbekannte Menge Sauerstoff.
Bei Anwendung von etwa 0,1 mg Zirkon in der HBr enthaltenden Lampe stellte sich heraus, daß die Lebensdauer auf durchschnittlich 150 Stunden verlängert wurde.

Ausführungsbeispiel III

Es wurde ein Gasgemisch aus Argon, Bromwasserstoff und Sauerstoff zusammengesetzt, wobei die Partialdrücke 90 510 Pa, 2666 Pa bzw. 133 Pa betrugen, welches Gemisch in eine 24-V-, 100-W-Lampe (Gewicht der Wendel 60 mg) eingeführt wurde, die eine Lichtausbeute von 22 Lumen/W lieferte. Die Lampe war als zweiseitig gequetschte Lampe mit einem Quarzkolben mit einem Inhalt von 1,13 cm³ ausgebildet. In der nachstehenden Tabelle sind die Art des Metalls, die Menge und die mittlere Lebensdauer jeweils von wenigstens 10 Lampen angegeben. Die Lebensdauer der Lampe beträgt ohne Metallzusatz 15 bis 20 Stunden, wobei starke Haarkristallbildung auftritt. Letzteres ist bei Anwendung der in der Tabelle erwähnten Metalle nicht der Fall. °=c:100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;ta:6:13:18&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Metall\ Menge\ Lebensdauer&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Ti\ Æ50¤Óg\ 1100 Stunden&udf53;tz&udf54; \Zr\ Æ80¤Óg\ 1500 Stunden&udf53;tz&udf54; \Nb\ Æ80¤Óg\ 1200 Stunden&udf53;tz&udf54; \Ta\ 150¤Óg\ 1100 Stunden&udf53;tz&udf54; \V\ Æ50¤Óg\ 1300 Stunden&udf53;tz&udf54; \Hf\ 160¤Óg\ 1500 Stunden&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Die Erfindung ergibt insbesondere den Vorteil, daß durch eine einfache Maßnahme verhindert werden kann, daß gewisse Wolfram-Brom- Zyklus-Lampen nicht die berechnete Lebensdauer erreichen, während außerdem erzielt wird, daß die mittlere Lebensdauer von Wolfram-Brom-Zyklus- Lampen verlängert wird. Es stellt sich heraus, daß in den Lampen nach der Erfindung Wolframwendeln statt an den verhältnismäßig kalten Enden in der Mitte oder an einer nicht weit von der Mitte entfernten Stelle durchbrennen, was auf das Fehlen der schädlichen Wirkung von Sauerstoff in diesen Lampen hindeutet, während Haarkristallbildung nicht oder nahezu nicht auftritt.

Claims

Elektrische Glühlampe mit einem Wolframglühkörper und einer Brom und Wasserstoff enthaltenden Gasfüllung zur Erzielung eines Wolfram/Brom-Kreisprozesses sowie einem mit der Gasfüllung in Berührung stehenden Sauerstoffgetter, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffgetter aus einem Metall aus der Gruppe von Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob und Tantal in einer Menge besteht, die mindestens genügt, um eine Menge Sauerstoff aus dem Wolframglühkörper entsprechend 50 ppm des Glühkörpergewichtes zu binden, und höchstens gleich dem Dreifachen dieser Metallmenge ist.