DE2433334A1

DE2433334A1 - Wolfram-halogen-lampe

Info

Publication number: DE2433334A1
Application number: DE2433334A
Authority: DE
Inventors: Leroy S Huston; Jun Joseph S Kulik
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1973-07-13
Filing date: 1974-07-11
Publication date: 1975-01-30
Also published as: IT1015664B; FR2237315B1; FR2237315A1; DE2433334C3; JPS5054179A; US3849687A; GB1475381A; DE2433334B2; CA985730A

Description

GTE-Sylvania Inc., U.S.A. 1. Juli 1974

GTE-PA 27

PATENTANMELDUNG

Wolfram-Halogen-Lampe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wolfram-Halogen-Lampe, die einen hermetisch abgedichteten, lichtdurchlässigen Kolben besitzt, ein inertes Gas und das Halogen Brom als Füllmaterial und einen im Kolben unterstützten, gewendelten Wolframdraht verwendet.

Das normalerweise während des Betriebs in solchen Lampen vom Glühfaden verdampfte Wolfram verbindet sich mit dem Halogen zu einem gasförmigen Halogenid und wird so gehindert, sich auf den Wänden des Lampenkolbens niederzuschlagen. Das Halogenid hat normalerweise eine Regenerierungswirkung und wird immer wieder verwendet, weil es sich bei seiner Rückkehr zum heißen Glühfaden oder zu den Zuführungsdrähten zersetzt und das Wolfram am Glühfaden oder an den Zuführungsdrähten abscheidet. Dieser Halogenkreislauf ist Bekannt und davon Gebrauch machende Lampen sind im Handel erhältlich.

Derartige Lampen sind mit verschiedenen Halogenen, wie z.B. Iod und Brom, hergestellt worden. Beim gegenwärtigen Stand der Technik haben die meisten Iod verwendenden Halogenlampen eine längere Lebensdauer als die Brom ver-

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wendenden Halogenlampen, Besonders wenn die Halagenlampen von der längeren, rohrförmigen Art sind, bei der die Wandtempsratur eine gleichmäßigere ist. Da Brom verwendende Lampen eine größere Lumenleistung erbringen und leichter herzustellen sind, geht der natürliche Trend dahin, von Jod verwendenden Lampen auf Brom verwendende Lampen umzustellen. Ist aber eine lange Lebensdauer ein wichtiger Faktor, so ist es bis jetzt nicht praktisch gewesen, von Iod auf Brom umzustellen.

In den längeren rohrförmigen Lampen ist die Wandtemperatur gleichmäßiger und läßt die Bildung von beständigen Oxiden nicht zu. Folglich wird beim Betrieb der Lampe Sauerstoff frei, was den Heizfaden verschlechtert und damit die Lebensdauer der Lampe bedeutend herabsetzt.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer verbesserten Wolframhalogenlampe mit Vorrichtungen zum Gettern von Verunreinigungen, um die nutzbare Betriebsdauer dieser Lampen zu verlängern.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Brom verwendenden Wolframhalogenlampe, die Mittel zum Gettern von Sauerstoff und Wasserstoff enthält, um damit die Lebensdauer der Lampe beträchtlich zu erhöhen.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer verläßlichen

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Gettervorriehtung für eine Wolframhalogenlampe, die mit Lampenschnellfabrikationsvorgängen vereinbar ist.

Diese Ziele werden für den Gattungsbegriff erfindungsgemäß nach den Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.

Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten sind den Unteransprüchen und der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.

Die genannten Ziele werden gemäß den Grundlagen der Erfindung vor.teilhafterweise dadurch erreicht, daß man ein Stück Tantal in den Kolben der Wolframhalogenlampe einsetzt. Insbesondere wird ein wirksames Gettern von Sauerstoff und Wasserstoff in einer Bromlampe dadurch erreicht, daß man das Tantal so anordnet, daß die Betriebstemperatur des Getters zwischen ungefähr 300 und 450° C liegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen ausführlicher beschrieben.

Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine repräsentative Wolframhalogenlampe nach dem Stande der Technik.

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des einen Endes der Lampe nach Fig. 1 , das abgewandelt worden ist, um einen Tantalgetter gemäß der Erfindung aufzunehmen.

Figur 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Lampenendabschnitts und stellt eine alternative Ausführungsform der Erfindung dar.

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Figur 4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Lampenendabschnitts und stellt eine weitere alternative Aus-Führungsform der Erfindung dar.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bevor die Art und Weise dargelegt wird, in der ein Tantalgetter gemäß der Erfindung verwendet wird, erfolgt die Besprechung der Konstruktion einer typischen Wolframhalagenlampe des Standes der Technik mit Bezug auf Fig. 1. Die Lampe besitzt einen hermetisch abgedichteten, lichtdurchlässigen Kolben 2 von' allgemein rohrförmiger Gestalt mit Quetschfüßen bzw. Preßdurchführungen 4 (press seals) an jedem Ende. Für den Kolben verwendet man im allgemeinen ein Material mit hohem Schmelzpunkt, wie z.B. Quarz, obwohl bei entsprechender Gestaltung auch bestimmte Hartgläser, wie z.B. Bor-Tonerde-Silicatglas (borosilicate glass) oder Aluminiumsilikatglas, Anwendung finden können, wie es in der US-Patentschrift 3 641 3ΘΒ und der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen GTE-PA 26 beschrieben ist. Der hermetisch abgedichtete Kolben ist mit einem inerten Gas, wie z.B. Argon, Stickstoff, Krypton oder einer Mischung dieser Gase, sowie mit einem Halogenzusatz, wie z.B. Jod oder Brom, gefüllt. Die Jodfüllung besorgt man im allgemeinen durch Einführen einer vorbestimmten Menge an kristallinem Jod in die Lampe, und die Bromfüllung erfolgt typischerweise in Form einer gegebenen Mischung von Bromwasserstoff. Wie schon in den einführenden Absätzen erläutert, ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich in ihrer Anwendung auf Bromlampen.

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Ein gewendelter Wolframdraht ist in Längsrichtung innerhalb des Kolbens aufgehängt und wird in dieser Lage von .einer Vielzahl von ringartigen Abstandshaltern 8 aus Wolframdraht, die entlang der Länge des rohrförmigen Kolbens angeordnet sind-, und von einem Paar elektrisch leitender innerer Wolframzuführungen 10, die mit den EndeYi der Glühfadenwendel 6 verbunden und deren entgegengesetzte Enden in den jeweiligen Preßdurchführungen 4 eingebettet sind, gehalten. Die eingebetteten Enden der inneren Wolframzuführungen 10 sind mit Streifen einer Molybdänfoiie 12 verschweißt, die ebenfalls in die jeweiligen Preßdurchführungen 4 eingebettet und ihrerseits mit äußeren Zuführungen 14 aus Molybdän verschweißt sind. An jeder Schweißstelle ist zwischen eine Zuführung und die Folie 12 eine Schicht aus Platinfolie 16 gelegt, die als Schmelz- bzw. Flußmittel für die Schweißung dient. Dieses Platinflußmittel kann auch in Form einer Paste Anwendung finden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Tantal der Lampe auf verschiedene Weisen steuerbar zugesetzt, um als "Getter für Sauerstoff und Wasserstoff zu wirken. Diese Getterwirkung ist in rohrförmigen Bromlampen besonders nützlich, um die Betriebsdauer dieser Lampen bedeutend zu steigern. Genauer gesagt ist ermittelt worden, daß Tantal Sauerstoff und Wasserstoff in beträchtlichen Mengen gettert, wenn seine Temperatur über 300° C liegt. Die optimale Temperatur liegt bei 350 C, doch ist die Getterwirkung zwischen 300 und 450° C zufriedenstellend, während die Getterwirkung auf Brom oder Stickstoff in diesem Bereich vernachlässigbar ist. Steigt die Temperatur über ungefähr 450° C,

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so wird das Gettern von Brom merkbar. Folglich ist gemäß der Erfindung die Anordnung des Tantalgetters innerhalb des WolframhalogenlampBnkolbBns so gesteuert, daß die Betriebstemperatur des Tantals zwischen 300 und 450° C liegt, und es wird ausreichend Tantal angewendet, um den gesamten vorhandenen Sauerstoff und Wasserstoff zu gettern, wie empirisch ermittelt worden ist. Die Maximalmenge an zugefügtem Tantal ist bei dieser Lösung mit gesteuerter Temperatur nicht kritisch.

Eine weitere mögliche Lösung liegt darin, »die Menge an Tantal so zu steuern, daß sie den gesamten vorhandenen Sauerstoff und Wasserstoff gettert, aber mengenmäßig unzureichend ist, um einen wesentlichen Teil des Broms zu gettern. In diesem Fall ist die Anordnung des Tantals nicht kritisch, außer daß zum wirksamen Gettern die Betriebstemperatur des Tantals über 300° C liegen muß.

Eine bevorzugte Ausführungsform, in welcher die Lösung mit der gesteuerten Temperatur Anwendung findet, ist in Fig. 2 veranschaulicht, die eine vergrößerte Ansicht des einen Endes der Lampe nach Fig. 1 zeigt, das erfindungsgemäß abgewandelt wurde und für beide Enden der Lampe repräsentativ ist· An beiden Enden der Lampe ist eine Schicht einer Tantalfolie 20 an der Schweißstelle zwischen die innere Wolframzuführung 10 und den Streifen der Molybdänfolie 12 gelegt, d. h., das Tantal 20 wird statt der Platinfolie 16 als zwischenliegende Schweißschicht verwendet. An dieser Stelle sollte die Betriebstemperatur des Tantals ■ zwischen ungefähr 300 und 450° C liegen. Die beim

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Herstellen des Quetschfußes bzw. der Preßdurchführung 4 erzeugte Hitze bewirkt, daß sich der eingebettete Abschnitt der inneren Wolframzuführung 10 während des Abdichtens beträchtlich ausdehnt. Besteht der Kolben aus Quarz, so führt folglich der viel größere Wärmeausdehnungskoeffizient von Wolfram dazu, daß sich in der Preßdurchführung um die Zuführung 10 herum ein Hohlraum 22 bildet, nachdem die Teile sich beim Abkühlen zusammenziehen. Da die Betriebstemperatur im Gebiet der Preßdurchführung viel geringer ist, als die während des Abdichtens erzeugte Temperatur, bleibt der Hohlraum 22 um die innere Zuführung 10 herum zwischen der Tantalfolie 20 und dem Inneren der Lampe während des Lampenbetriebes erhalten. Genau dieser Hohlraum 22 (stark vergrößert dargestellt) liefert eine Passage bzw. einen Kanal zwischen der Tantalfolie 20 und dem Inneren der Lampe, um Sauerstoff und Wasserstoff innerhalb des Kolbens 2 zu gettern.

In einer bestimmten Verwirklichung der Ausführungs-

2 form nach Fig. 2 wird eine Tantalfolie von 0,4032 cm Ca 1/16 inch square of tantalum foil) mit einer Stärke von 0,0762 mm als Getter 20 an jedem Ende einer 1500 Watt Bromlampe mit einem Quarzkolben einer Größe T3 verwendet. Der Außendurchmesser des Kolbens beträgt ungefähr 9.525 mmj die Gesamtlänge der Lampe liegt bei ungefähr 25,4 cmj und ein linearer einfach gewendelter (single coil) Wolframglühfaden mit einer Länge von ungefähr 17,145 cm findet Anwendung. Die inneren Zuführungen 10 bestehen aus Wolfram, und der

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Glühfaden wird von dreizehn ringartigen Abstandshaltern 8 aus Wolfram unterstützt. Die Folienstreifen 12 sowie die äußeren Zuführungen 14 bestehen aus Molybdän. Das inerte Füllungsgas wird von Argon gebildet und das Halogen in Form von Bromwasserstoff zugesetzt. Der gesamte absolute*Füllungsdruck beträgt ungefähr 2,5 Atmosphären, wobei ungefähr D,41% davon dem Halogen zuzuschreiben sind. Während des Betriebs betrug die Glühfadentemperatur 2900° K, und die Temperatur des Tantalgetters 20 lag bei ungefähr 350° C. Beim Testen der Lebensdauer dieser gegetterten Bromlampe stellte man fest, daß sie eine verlängerte Lebensspanne ähnlich der von äquivalenten Iodlampen aufwies. Ferner erhielt die Bromlampe ihre charakteristische, gesteigerte Lumenleistung gegenüber äquivalenten Iodlampen aufrecht.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher in der Lampe nach Fig. 1 an jedem Ende der Lampe ein Stück Tantaldraht 24 in der Preßdurchführung 4 verankert und so angeordnet ist, daß die Betriebstemperatur des Getterabschnitts des sich in das Kolbeninnere erstreckenden Drahtes zwischen ungefähr 300 und 450° C liegt, Zum bequemen Zusammenbau kann der Tantaldraht anfänglich mit der Molybdänfolie 12 verschweißt sein, wonach die Folie 12 und der Tantaldraht 24 beide im gleichen Vorgang in der Preßdurchführung abdichtend angebracht werden. Sowohl diese Lösung wie auch die nach Fig. 2 garantieren eine bleibende Lage des Tantaldrahtes in dem gewünschten Temperaturbereich der Lampe, und die Verankerung eines

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Abschnitts des Tantals in der Preßdurchführung 4 bewirkt ein Maß an Temperatursteuerung, indem eine Wärmeableitungsmöglichkeit auf die Temperatur des Preßdurchführungsbereiches sichergestellt ist.

Figur 4 zeigt eine weitere Aus.führungsform, in welcher ein Streifen einer Tantalfolie 2B mit der Molybdänfolie 12 verschweißt und teilweise in die Preßdurchführung 4 eingebettet ist, wobei ein Abschnitt sich weit in den Kolbenhohlraum hinein erstreckt. In diesem Fall ist die Temperatur nicht kritisch (abgesehen davon, daß sie über 3OG C beträgt), doch das Gesamtgewicht des Tantals in der Lampe muß gesteuert werden (wie empirisch ermittelt), damit die Menge ausreicht, um den in der Lampe vorhandenen Sauerstoff und Wasserstoff zu gettern, aber nicht ausreicht, um einen wesentlichen Teil des Broms zu gettern.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist wohl klar, daß Abwandlungen und Veränderungen von Fachleuten .durchgeführt werden können, ohne daß man vom wahren Gebiet und Rahmen der Erfindung abgeht. Es sind zum Beispiel Lampengestaltungen beabsichtigt, in denen der Getter nach Fig. 2 bis 4 ein Stück Tantal umfaßt,-das nur in einem Ende der Lampe angebracht wird.

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Claims

Patentansprüche

/ 1./Wolfram-Halogen-Glühlampe, die einen hermetisch abgedichteten, lichtdurchlässigen Kolben besitzt, ein inertes Gas und das Halogen Brom als Füllmaterial und einen im Kolben unterstützten, gewendelten Wolframdraht verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stück Tantal [20) vorgesehen ist, das innerhalb des Kolbens (2) unterstützt wird, um Sauerstoff und Wasserstoff zu gettern.
2. Lampe nach Anspruch \, in der das inerte Gas aus der Gruppe gewählt worden ist, welche Argon, Stickstoff, Krypton und Mischungen dieser Gase umfaßt.
3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück Tantal (203 innerhalb des Kalbens (2) so angeordnet ist, daß die Betriebstemperatur des zum Gettern benutzten Abschnitts des Stücks Tantal (20) zwischen ungefähr 300 und 450° C liegt.
4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende des Kolbens (2) eine abgedichtete Durchführung (43 aufweist und das Stück Tantal von einem Draht (243 gebildet wird, der in der Durchführung (43 verankert und dessen einer Abschnitt als Getter im Kolben (23 angeordnet ist.
5. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende des Kolbens (23 eine ab-

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gedichtete Durchführung (4) aufweist und das Stück Tantal von einem Streifen einer Folie (26] gebildet wird, der in der Durchführung verankert und dessen einer Abschnitt als Getter im Kolben (2) angeordnet ist.
6. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Kolben (2) eine elektrisch leitende, mit einem Ende des Wolframglühfadens verbundene, innere Zuführung (10) aufweist und mindestens ein Ende der Lampe eine Preßdurchführung (4) besitzt, daß eine Molybdänfolie (12) in der Preßdurchführung (4) eingebettet ist und das andere Ende des Wolframfadens der inneren Zuführung (10) in die Preßdurchführung (4) eintritt und mit der Flolybdänfolie (12) verschweißt ist, wobei das Stück Tantal (20h von einer Schicht einer Folie gebildet wird, die an der Schweißstelle zwischen die Molybdänfolie (12) und die innere Zuführung (10) gelegt ist, und daß die Preßdurchführung (4) um den Abschnitt der in sie eingeführten inneren Zuführung (10) herum einen Hohlraum (22) aufweist, durch den ein Kanal zwischen der Tantalfolie (26) und dem Inneren des Kolbens (2) zum Gettern von Sauerstoff und Wasserstoff im Kolben geschaffen wird.
7. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) rohrförmig ist, das inerte Gas aus der Gruppe gewählt wird, welche aus Argon, Stickstoff, Krypton und Mischungen dieser Gase besteht, und das Halogen in Form von Bromwasserstoff vorliegt.

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θ. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück Tantal (20) in ausreichender Menge vorhanden ist, um den innerhalb der Lampe vorhandenen Sauerstoff und Wasserstoff zu gettern, aber mengenmäßig nicht ausreicht, um einen wesentlichen Teil des Broms zu gettern.

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