DE2402136C3

DE2402136C3 - Wolframhalogenlampe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2402136C3
Application number: DE2402136A
Authority: DE
Inventors: James Richard Coaton; Susan Margaret Cole; David Robert Mason; John Michael Rees; Cheshire Runcorn
Original assignee: THORN LIGHTING Ltd LONDON
Current assignee: THORN LIGHTING Ltd LONDON
Priority date: 1973-01-19
Filing date: 1974-01-17
Publication date: 1978-12-07
Also published as: BE809912A; CA986980A; NL7400812A; IE38743L; JPS5818744B2; ZA74275B; US3902091A; DE2402136A1; SE391836B; LU69186A1; DE2402136B2; FR2214969B1; AU6468174A; NL177538B; GB1456242A; IE38743B1; DK140963B; NL177538C; FR2214969A1; IT1003464B

Description

Die Erfindung betrifft eine Wolframhalogenglühlampe und ein Verfahren zu deren Herstellung mit den im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5 genannten Merkmale, die aus der DE-OS 14 89 465 bekannt sind.

Bei jeder Glühlampe, die eine reaktionsfähige Füllung wie ein Halogen oder Halogenid enthält ist die Wahl des Materials für die inneren Bauelemente und den Lampenkolben gewöhnlich sehr beschränkt Für Lampen mit Jod, Brom oder Chlor in der Füllung ist der Kolben vorzugsweise aus Quarzglas oder aus einem Glas mit einem hohen Siliziumdioxydgehalt während der Einführungsdraht die Fadenhalter, die inneren Reflektoren, die Abschirmungen und andere innere Bauelemente im wesentlichen aus Molybdän oder Wolfram zusammengesetzt sind. Wenn weniger teuere Materialien wie Nickel, Eisen, Kupfer, Aluminium und diese Metalle enthaltende Legierungen verwendet werden, treten diese mit den Halogenen unter Bildung von Halogeniden in Reaktion, was eine Fadenversprödung und/oder einen Halogenmangel verursachen kann, was beides zu einer stark verkürzten Lampenlebensdauer führt Ferner können, wenn weiches Glas wie Alkalikalkieselsäureglas für den Kolben verwendet wird, abgesehen von den Schwierigkeiten wegen der niedrigen Erweichungstemperatur und des hohen Wassergehalts, die Alkalimetalle mit den Halogenen oder Halogeniden in Reaktion treten, was wiederum eine verkürzte Lampenlebensdauer zur Folge hat.

Aus der DE-OS 14 89 465 ist es auch bekannt, bei Verwendung von Fluor als Zusatz zum Lampenfüllgas die innere Kolbenwandung und auch die sontigen im Lampeninneren verwendeten Bauteile mit einem gegen Fluor beständigen Bezug, wie z. B. Kalziumfluorid od. dgl. zu versehen. Da Kalziumfluorid unlöslich ist, muß es in Form einer Suspension auf die zu schützenden Flächen aufgetragen werden. Die Folge ist, daß ein nicht völlig geschlossener und defektfreier Überzug erhalten wird, so daß das Halogen in unerwünschtem Maße mit der darunterliegenden Oberfläche reagieren kann.

■Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines wirksamen Schutzüberzugs für die freiliegenden Innenflächen von Wolframhalogenglühlampen, bei denen die Gefahr besteht, daß sie mit dem Halogen der Kolbenfüllung in Reaktion treten, besonders wenn das Halogen Fluor oder eine fluorhaltige Verbindung ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Wolframhalogenglühlampe der als bekannt vorausgesetzten Gattung dadurch gelöst, daß der Überzug ein geschlossener defektfreier glasartiger Metallphosphat- oder -arsenatüberzug ist.

Zu den zu bedeckenden Flächen gehören üblicherweise die Innenfläche des Lampenkolbens, die Glühfadenenden, die Einführungsdrähte oder die Fadenhalter je nach Art der Kolbenfüllung und der Materialien, aus denen der Lampenkolben und die inneren Bauelemente hergestellt sind.

Die Schutzüberzüge können somit die Verwendung billigerer und leichter erhältlicher Materialien anstelle der herkömmlich benutzten Materialien ermöglichen, ohne daß ein nicht annehmbarer Verlust an Leistung oder Lebensdauer eintritt.

Der Überzug ist frei von Nadellöchern oder anderen Fehlern oder Unvollkommenheiten, die eine Zerstörung der Lampe während des Betriebs verursachen können.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Wolframhalogenglühlampe werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lampe die gefährdeten Flächen des Lampenkolbens und der inneren Bauelemente entweder gesondert oder nach dem Zusammenbau mit einer Lösung zumindest einer

Verbindung aus einem Metall und Phosphor oder Arsen beschichtet, worauf sie erhitzt werden, um das Lösungsmittel zu verdampfen und die Verbindung zu einem geschlossenen- defektfreien glasartigen Metallphosphat- oder Arsenatüberzug auszuhärten.

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lampe und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4 und 6 bis 9.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, die in schematischer Darstellung eine Wolframhalogenglühlampe bei der Herstellung zeigt

Bei der dargestellten Wolframhalogengiühlampe handelt es sich um eine Lampe für 12 Volt und 55 Watt, wie sie gewöhnlich in Scheinwerfern von Kraftfahrzeugbeleuchtungen verwendet wird. Die Lampe besitzt einen Quarzglaskolben 1, in welchem ein Wolframglühfaden 2 eingeschlossen ist, der von Fadrnhaltem oder Einführungsdrähten 3 getragen wird, und der mit einem Absaugrohr 4 versehen ist Die Lampe soll mit einem glasartigen Metallphosphatschutzüberzug versehen werden, welcher die Innenfläche des Kolbens 1, den Faden 2 und die Fadenenden 3 bedeckt.

Eine flüssige Überzugslösung, welche das Metallphosphat oder -arsenat enthält, wird mittels einer Injektionsspritze durch das Lampenabsaugrohr 4 in der Weise eingegeben, daß nur eine an den zu schützenden Flächen haftende dünne Schicht zurückbleibt. In dieser Stufe des Verfahrensablaufs wird die Lampe zum Ablaufen ' überschüssiger Überzugslösung umgedreht und dann unter Vakuum oder in einer geeigneten inerten Atmosphäre erhitzt, beispielsweise im Falle einer Lösungszuammensetzung mit Methanol eine Stunde lang auf etwa 100⁰C. Der Metallphosphatüberzug wird schließlich durch Backen bei einer höheren Temperatur von beispielsweise 300-500° C unter Vakuum oder in einer geeigneten inerten Atmosphäre 3 Minuten lang im Falle einer Aluminium-Titanphosphatzusammensetzung gebildet. Das endgültige Backen kann in wirksamer Weise beim nachfolgenden Lampenbetrieb geschehen.

Die anfängliche Heizstufe wird so gewählt, daß das Lösungsmittel im wesentlichen entfernt wird, wobei Zeit, Temperatur und Atmosphäre von dem gewählten Lösungsmittel abhängen. Die Temperatur des nachfolgenden Backvorgangs hängt von der verwendeten Überzugsmasse ab, liegt jedoch im allgemeinen unter 1000⁰C.

Im nachfolgenden werden Beispiele für die Herstellung von Wolfram-Fluor-Lampen gegeben.

Beispiel 1

Eine Aluminium-Titan-Phosphat-Überzugslösung wurde dadurch hergestellt, daß wasserfreies Aluminiumchlorid (1,946 g) in Methanol (992,467 g) gelöst wurde und die Lösung in Titantetrachlorid (3,961 g) gegossen wurde. Der erhaltenen Lösung wurde Ortho-Phosphorsäure (1,626 g) zugesetzt.

Ein Wolframglühlampen-Rohling wurde innen mit t,o dieser Mischung in der vorangehend beschriebenen Weise beschichtet, und überschüssige Lösung wurde gründlich ablaufen gelassen. Dann wurde der Rohling auf 100°C unter Vakuum eine Stunde lang erhitzt und bei 400⁰C während 3 Minuten ebenfalls unter Vakuum _b-, gebacken. Die Lampe wurde nachfolgend mu Argon unter einem Druck 3V2 Atmosphären und 4 Torr
gefüllt und in der üblichen Weise fertiggestellt.

Im Gebrauch konnte die Lampe erfolgreich bei einer Glühfadentemperatur von 3000⁰C 25 Stunden betrieben werden und der nach dieser Zeit aufgetretende Ausfall war nicht durch einen Bruch des Überzugs bedingt Im Gegensatz dazu zeigten ähnliche Lampen ohne den Schutzüberzug einen außerordentlich raschen Fluorverlust durch Reaktion mit den Lampenbauelementen, so daß eine Lebensdauer erhalten wurde, die in keinem Fall 2—3 Minuten überschritt

Beispiel 2

Es wurden Lampen wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme hergestellt, daß eine Gasfüllung aus Stickstoff mit einem Druck von 3'/2 Atmosphären und 5 Torr NF3 verwendet wurde. Die verminderte Aktivität dieses Systems ermöglichte zusammen mit dem Schutzüberzug eine Lebensdauer von 150 Stunden und auch in diesem Falle war nach Ablauf der Lebensdauer die Beschichtung nicht unterbrochen.

Beispiel 3

Es wurde ein Reihe von Wolfram-Fluorlampen in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt Jedoch unter Verwendung der nachfolgend angegebenen Überzugslösungen und von Gasfüllungen aus Argon von 3'/2 Atmosphären und 4 Torr WF₆. Die beschichteten Rohlinge wurden bei 100° C unter Vakuum 1 Stunde lang erhitzt und nachfolgend unter Vakuum 3 Minuten lang bei 200 - 600° C gebacken.

Die Überzugslösungen wurden aus den folgenden Komponenten in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, wobei es sich bei den Prozentangaben um Gewichtsprozente handelt:

Wasserfreies Aluminiumchlorid (g)
Methanol (g)
Titantetrachlorid
(g)

Orthosphosphorsäure 88% (g)
Gehalt an Aluminiumphosphatkomplex mit vier
Methanolliganden
(% rechnerisch)
Gehalt an Titan
(% rechnerisch)

0,7785

397
1,5842

0,6503
0,42

0,10

0,7785

398 0,7921

0,6503 0,42

0,05

0,7785

395 3,169

0,6503 0.42

0,20

Die Lösung A ist in ihrer Zusammensetzung der in Beispiel 1 verwendeten identisch, während B und C die halbe bzw. die doppelte Titankonzentration haben.

Nach einem Fertigbacken bei 400°C unter Vakuum ergaben alle drei Überzüge Lampen mit einer Lebensdauer von etwa 25 Stunden. Die Veränderung der Backtemperatur hatte im Falle des Überzugs C (0,2% Ti) eine geringere Wirkung als in den anderen Fällen, und gleich gute Ergebnisse wurden über den Bereich von 300- 500°C erzielt.

Be·

ρ 1 c i 4

wurden

Wolfram-Fluorlampen wurden wie m Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme hergestellt, daß die verwendeten Überzugsiösungen Aluminiiimphosphat mischungen ohne Titan waren.

5 6

Unter Anwendung der Heiz- und Backbedingungen den Bauelementen durch Fluor und Fluoride zeigten,

von Beispiel 1. die für die Aluminium Titanphosphatmi- Obwohl die bei diesem Beispiel verwendeten Überzüge

schung besonders geeignet sind, wurde festgestellt, daß den Lampen viel weniger Schutz als der Überzug nach

die mit Aluminiumphosphat beschichteten Lampen eine Beispiel 1 verliehen, war die Lebensdauer der Lampen

Nutzlebcnsdauer von etwa 15 Minuten haben, nach > trotzdem wesentlich großer als diejenige der unbe-

welcher Zeit sie einen Fluorverlust und einen Angriff an schichteten Lampen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wolframhalogenglühlampe, bei der zumindest diejenigen Teile der Innenfläche des Lampenkolbens und die freiliegenden Flächen der inneren Bauelemente, bei denen die Gefahr besteht, daß sie mit dem Halogen der Kolbenfüllung während des Betriebs der Lampe in Reaktion treten, mit einem gegen Halogen beständigen Überzug versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug ein geschlossener defektfreier glasartiger Metallphosphat- oder -arsenatüberzug ist

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einem Phosphat oder Arsenat zumindest eines der Metalle Aluminium, Eisen, Chrom, Titan, Vanadium und Zinn gebildet ist

3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der . Überzug aus Aluminium- oder Aluminium- und Titanphosphat gebildet ist

4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß in dem Überzug das Atomverhältnis von Metall zu Phosphor oder Arsen von 1 :0,1 bis 1 :2,9 beträgt

5. Verfahren zur Herstellung einer Wolframhalogenglühlampe, bei dem zumindest diejenigen Teile der Innenfläche des Lampenkolbens und die freiligenden Flächen der inneren Bauelemente, bei denen die Gefahr besteht, daß sie mit dem Halogen der Kolbenfüllung während des Betriebs der Lampe in Reaktion treten, mit einem gegen Halogen beständigen Überzug versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Lampe gemäß den Patentansprüchen 1 bis 4 die gefährdeten Flächen des Lampenkolbens und der inneren Bauelemente entweder gesondert oder nach dem Zusammenbau mit einer Lösung zumindest einer Verbindung aus einem Metall und Phosphor oder Arsen beschichtet werden, worauf sie erhitzt werden, um das Lösungsmittel zu verdampfen und die Verbindung zu einem geschlossenen defektfreien glasartigen Metallphosphat- oder -arsenatüberzug auszuhärten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Überzugslösung man den Überschuß zunächst ablaufen läßt, worauf die beschichteten Flächen zur Verdampfung des Lösungsmittels mäßig erhitzt und nachfolgend bei einer geregelten höheren Temperatur gebacken werden, um die Bildung des Überzugs zu vervollständigen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugslösung ein Komplexphosphat mit beigeordneten Lösungsmittelgruppen enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugslösung eine Metallverbindung und eine Oxysäure von Phosphat oder Arsen oder eine Verbindung enthält, die eine solche Oxysäure in der Lösung bilden kann.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, *>o dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Wasser, einen Alkohol, ein Ester, ein Keton, ein Aldehyd, eine Nitroverbindung oder Äther aufweist.