DE2643749A1 - Elektrische gluehlampe mit einem wolfram-brom-zyklus - Google Patents

Description

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Elektrische Glühlampe rait einem WoIfram-Broin-Zyklus

Die Erfindung bezieht sich, auf eine elektrische Glühlampe mit einem Wolfram-Brom-Zyklus, bei der sich in einem lichtdurchlässigen Lampenkolben! der ein Inertgas, Brom, Wasserstoff und Phosphor enthält, ein Wolframglühk'drper befindet.

Eine derartige Lampe ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 303 967 bekannt» Die Lampe enthält Phosphor zum Binden geringer Sauerstoffmengen, die trotz Einhaltung grosser Sorgfalt bei der Herstellung in der Lampe vorhanden bleiben. Mit dem absichtlich in die Lampe eingeführten Wasserstoff würde Sauerstoff zu einem Wasserzyklus führen, der einen beschleunigten Transport

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von Wolfram vom Glühkörper zur Kolbenwand zur Folge hat. Ausserdem würde Sauerstoff den Angriff verhältnismässig kalter Wolframteile der Lampe durch Brom beschleunigen.

Die bekannte Lampe enthält Wasserstoff zur Herabsetzung der in der Lampe vorhandenen Menge an freiem Brom durch die Bildung von Bromwasserstoff und damit zur Unterdrückung des Angriffes verhältnismässig kalter Wolframteile₀

Nach der erwähnten Offenlegungsschrift wird Phosphor als solcher oder als WP,, oder P„N- in den Lampenkolben eingeführt. Wasserstoff und Brom werden als Bromwasserstoff dosiert:, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserstoff. Die Anwendung von Bromwasserstoff weist den Nachteil auf, dass wegen der Aggressivität des Stoffes eine besondere korrosionsbeständige Vorrichtung bei der Herstellung verwendet werden muss.

Aus der britischen Patentschrift 1 236 17²I-ist es bekannt, Phosphor und Brom als (PNBr₂) in den Lampenkolben einzuführen, wobei η = 3 oder h ist. Diese Verbindungen sollen sich beim Betrieb der Lampe zersetzen und das dabei gebildete Brom soll einen Transportzyklus aufrechterhalten, während Phosphor eine Getterwirkung ausüben würde,' Ausserdem soll Phosphor, ebenso wie Wasserstoff, die Reaktion zwischen Wolfram und Brom hemmen» (PNBr₀) weist nach dieser Patentschrift

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den Vorteil auf, dass es nicht korrosiv ist.

Es hat sich nun herausgestellt, dass Phosphor kein effektiver Binder von Brom ist und dass infolgedessen eine innerhalb enger Grenzen liegende Menge (PNBr„) dosiert werden muss, um eine befriedigend wirkende Lampe zu erhaltene Wenn die Dosierung nämlich zu gering ist, tritt Schwärzung des Lampenkolbens auf} wenn die Dosierung zu hoch ist, wird das Ende der Lebensdauer der Lampe infolge des Angriffes der kälteren Wolframteile erreicht»' Mit (PNBr₂) lassen sich nur dann befriedigend wirkende Lampen herstellen, wenn es sich um hochbelastete und daher eine kurze Lebensdauer aufweisende Lampen handelt und die Bromverbindung genau dosiert ist. Bei derartigen Lampen, die z.B. eine Glühkörpertemperatur von 330O⁰K aufweisen, findet eine derart, schnelle Verdampfung von Wolfram von dem Glühkörper statt, dass der Glühkörper trotz des Wolfrara/Brom-Zyklus an der heissesten Stelle durchbrennt, ehe der Angriff kälterer Wolframteile derart weit fortgeschritten ist, dass das Ende der Lebensdauer der Lampe infolgedessen erreicht wird. (Zur näheren Verdeutlichung sei noch bemerkt, dass der Wolfram/Brom-Zyklus zwar abgedampftes Wolfram zum Glühkörper zurücktransportiert, aber nicht im wesentlichen zu derjenigen Stelle (der heissesten Stelle), an der die grösste Wolframmenge abdampft. Die heisseste · Stelle wird also

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immer dünner und dadurch immer heisser). Bei weniger · hoch belasteten Lampen, z.B. mit einer HeizkiJrpertemperatur von 2900⁰K, geht der Angriff der kälteren Wolframteile schneller als das Abdampfen von Wolfram von der heissesten Stelle vor sich. Diese Lampen erreichen das Ende der Lebensdauer infolge des Angriffes der kälteren Wolframteile zu einem Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt vorangeht, zu dem der Glühkörper an der heissesten Stelle durchbrennen würde.

Die Erfindung bezweckt, Glühlampen mit einem Wolfram/Brom-Zyklus zu schaffen, die mit einer nichtkorrosiven Bromverbindung versehen sind, so dass an die Korrosionsbeständigkeit der bei der Herstellung verwendeten Vorrichtung keine besonderen Anforderungen gestellt zu werden brauchen» wobei in diesen Lampen die Menge der Bromverbindung nicht oder nahezu nicht kritisch ist.*

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf eine Glühlampe eingangs genannter Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben 2,2-Diamino~4y4?:6>6-tetrabrom-2»2,4,4,6,6-hexahydrotriazaphosphin, 2-Amino-2,4,4,616-pentabrom-2,2,4,4,6,6-hexahydrotriazaphosphin, Gemische derselben oder ihre thermischen Zersetzungsprodukte enthält.

Der zuerst genannte Stoff PoN-HYBr^ ist aus J.= Inorg, Nucl. Chem., 3J>, 737 (1973) bekannt; der

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zweite Stoff PoNj, ILJBr ~ kann auf analoge Weise wie P^NhHpCl₁- erhalten werden, (j. Inorg. Nucl, Chem. 2^_t 273'i (1967)).

Diese Verbindungen sind bei Zimmertemperatur Feststoffe, die, wenn sie in die Lampe eingeführt werden, sich bei Zündung derselben zersetzen und dabei Bromwasserstoff liefern. Die zweite Verbindung liefert obendrein auch noch freies Brom,

Die Dosierung der Verbindung ist wenig kritisch. In Lampen mit einer langen gewünschten Lebensdauer wird hauptsächlich P^NVHj,Br^, verwendet, weil in diesem Stoff für jedes Bromatom ein ¥asserstoffatom verfügbar ist, um Bromwasserstoff zu bilden, der kältere Wolframteile schont» Vie nachstehend nachgewiesen wird, ist bei Anwendung dieses Stoffes eine sehr grosse Streuung der Dosierung lässig.

In Lampen mit einer verhältnisinässig kurzen beabsichtigten Lebensdauer, in denen ein schnellerer Rücktransport von Wolfram zum Glühkörper erforderlich und ein schnellerer Angriff der kälteren Wolframteile zulässig ist, ohne dass die Lebensdauer beendet wird, wird hauptsächlich PoNYH₂Br- Anwendung finden» Auch dieser Stoff gestattet eine erhebliche Streuung der Dosierung, weil, wenn Brom dem Zyklus entzogen wird — z,B„ infolge Bildung einas Bromids einer aus dem Glühkörper herrührenden

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Verunreinigung - durch Zersetzung des beim Zerlegen des Stoffes gebildeten Bromwasserstoffes aufs neue Brom für den Zyklus zur Verfügung kommt,

Dies steht im Widerspruch zu der Dosierung von Brom oder (PNBr₉) , wobei die Dosierung einerseits nicht zu gross und andererseits genügend gross sein soll, um eine befriedigende Wirkung des Zyklus zu gewährleisten, auch wenn ein Teil des Broms beim Betrieb dem Zyklus entzogen wird.⁴

Bei Lampen kurzer Lebensdauer können auch

Gemische von PnNLHpBr₁- und Ρ,,Ν-Hj,Brr verwendet werden.

Je langer die berechnete Labensdauer von Lampen ist, umso mehr wird die Menge an P„N~H2,Brr in Gemischen erhöht»

Eine einfache Reihe von Versuchen genügt in der Regel, um die für jeden Lampentyp gewünschte Dosierung eines oder beider Stoffe festzustellen.

In den Lampen nach der Erfindung wirkt der Phosphor als Säuerstoffbinder. Auch in dieser Hinsicht ist die Dosierung der Stoffe nicht kritisch.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Glühlampe mit Wolfram/Brom-Zyklus, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass über eine Oeffnung in der Wand des Lampenkolbens eine Lösung eines Stoffes, der aus der durch 2«2~Diamino-4,h,6,6-t etrabrom-2,2,4,4,6,6-hexahydrotriazapho sphin,

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2-Amino-2,4,4,6,6~pentabrom-2,2,4,4,6,6-hexahydro triaza~ phosphin und Gemischen derselben gebildeten Gruppe gewählt ist, in dem LampenicoIben eingeführt, das Lösungsmittel verdampft, der Lampenkolben mit einem Inertgas gefüllt und dann verschlossen wird.'

Als Lösungsmittel kommen organische, vorzugsweise flüchtige Lösungsmittel in. Betracht, wie z.B. Benzol, Toluol, Petroläther und Azetonitril.

Der Lampenkolben kann aus transparenten, gegen hohe Temperaturen beständigen Materialien, wie z.B. Quarzglas und Gläsern mit einem niedrigen SiO^-Gehalt, wie z.B. "Vycor " (eingetragenes Warenzeichen), und für Wasserstoff undurchlässigen Gläsern, wie Aluminoborosilikatglas, hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und einiger Beispiele näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine 12 V/55 W-H₁-Autolampe.

In der Figur ist ein zylindrischer Lampenkolben aus* Quarzglas an beiden Enden mit einer Quetschabdichtung und 3 abgeschlossen, in die eine Molybdänfolie 4 bzw.' aufgenommen ist, mit der elektrisch leitend ein ausserer Stromleiter 6 bzw.' 7 und die Enden 8 bzw. 9 des Glühkörpers 10 verbunden sind. Der Lampenkolben 1 ist am Ende des Herstellungsvorgangs bei 11 verschlossen. Der Lampen-

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3 kolben hat einen Inhalt von 0,27 ^cm * weist eine Innenlänge von 10 ram und einen Innendurchmesser von 6 mm auf.

Beispiele

1) Lampen der dargestellten Art j aber mit einem Pumpstengel bei 11_v wurden auf übliche Weise hergestellte Sie wurden mit einer Menge einer Lösung von 50 mg Ρ,,Ν^Η in 100 ml Benzol gefüllte Das Lösungsmittel wurde verdampft·

—3 Die Lampe wurde bis zu einem Druck von 10 Torr evakuiert.

Dann wurden die Lampen mit 1,5 Atm. Krypton gefüllt und bei 11 verschlossen. Die Lampen wurden an Betriebsspannung gelegt, wobei eine Glühkörpertemperatur von 3200⁰K erreicht wurde ο

In der nachstehenden Tabelle ist die Lebensr dauer von Lampen mit verschiedenen Dosierungen von angegeben." Das Ende der Labensdauer wurde in

allen Fällen infolge des Durchbrennens des Glühkörpers an der heissesten Stelle bei klarem Lampenkolben erreicht.

Es sei bemerkt, dass der Kryptondruck in diesen Versuchslampen niedriger als der übliche Druck (etwa 3,5 Atm.) ist, Dieser Druck wurde absichtlich so gewählt, um nachc-6±ner verhältnismässig kurzen Betriebszeit etwaige Unterschiede in der Lebensdauer infolge der verschiedenen Dosierungen feststellen zu können.

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/Ug P3N5H4Br4	Lebensdauer in Stunden
10,2	275
17	265
34	180
51	220
85	220
170	> 180

Um festzustellen} welcher Einfluss das Vorhandensein von Sauerstoff auf den Verlauf des Wolfram/Brom-Zyklus ausübt, wurde eine Anzahl von Lamperu hergestellt, denen ausser PoNrH₄Br₄ und Krypton 1, 2 oder 3 Torr Sauerstoff·zugesetzt wurde.

/Ug P3N5H4Br4	Torr O^	Lebensdauer in Stunden
17	1	240
34	1	320
51	1	280
85	1	285
17	2	290
17	3

An der Lampe waren keine Abweichungen sichtbar. Alle Lampen brannten mit klarem Kolben an der heissesten Stelle des Grlühkörpers durch.

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Diese Versuche haben einerseits ergeben, dass eine grosse Variation in der dosierten Menge der Phosphor-Bromwasserstoffquelle zulässig ist, und andererseits dass Sauerstoff effektiv unschädlich gemacht wird« Z) Photolampen von 225 V/1000 ¥ mit einem Innendurchmesser von 7»5 mm und einer Innenlänge von 90 mm, die der Lampe nach der Figur ähnlich sind, wurden mit einer Phosphor/Brom/¥asserstoffquelle entsprechend der im Beispiel 1 beschriebenen Weise versehen. Die Lampen wurden vakuumgepumpt und mit einem Gemisch von 92 Vol.$ Argon und 8 Vol.$ Stickstoff bis zu einem Druck von 700 Torr gefüllt. Die Pumpstengel wurde abgeschmolzen und die Lampen auf Betriebsspannung gebracht. Die Farbtemperatur des Glühkörpers betrug 3²WO⁰K.

Eine erste Reihe von Lampen war mit 0,590 /umol PoN^H₂Br^, eine zweite Reihe mit 0,496/umol P₃N^H₂Br₅ + 0,116/umol PoNt-HrBr^, und eine dritte Reihe mit 0,325/umol PoNj₁H₂Br,- + 0,325 /umol P₃N₅H₁₁Br^ versehen.

Für alle Lampen gilt, dass sie nach etwa 20 Betriebsstunden an der heissesten Stelle bei klarem Kolben durchbrannten. Bei keiner der Lampen wurde das Ende der Lebensdauer durch Angriff kalter Enden herbeigeführt .

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Leerseite

Claims (1)

1. PHN. 8168. 1R.8.76,

   PATENTANSPRUECHE: . COHO / Ho

   1 .j Elektrische Glühlampe rait Wolfram/Brom-Zyklus, bei der sich in einem lichtdurchlässigen Larapenkolben, der ein Inertgas, Brom, Wasserstoff und Phosphor enthält, ein Wolframglühk8rper befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben 2,2-Diamino-4,4,6,6-tetrabrom~2,2,4,4,6,6-hexahydrotriazapho sphin, 2-Amino-2,4,4,6,6—pentabrom-2,2,4,4,6,6-hexahydrotriazaphosphin, Geraische derselben oder ihre thermischen Zersetzungsprodukte enthält. 2» Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Glühlampe mit Wolfrara/Brom-Zyklus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Oeffnung in der Wand des Lampenkolbens eine Lösung eines Stoffes, der aus der durch 2,2-Diamino-4,4,6,6-tetrabrom-2,2,4,4,6,6-hexahydrotriazapho sphin, 2-Ämino-2,4,4,6,6—pentabrom-2,2,4,4,6,6-hexahydrotriazaphosphin und Gemischen derselben gebildeten Gruppe gewählt ist, in den Lampenicolben eingeführt, das Lösungsmittel verdampft, der Lampenkolben mit einem Inertgas, gefüllt und dann verschlossen

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