DE2713762A1

DE2713762A1 - Gluehlampe mit regenerationszyklus

Info

Publication number: DE2713762A1
Application number: DE19772713762
Authority: DE
Inventors: Avinash D Kulkarni; Jack Martin
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-03-30
Filing date: 1977-03-29
Publication date: 1977-10-13
Also published as: CA1064090A; NL7703361A; JPS52118982A; GB1510775A; US4078188A

Description

Dipl.-Ing. Peiw-C. Sroka

Dr.-Ing. Ernst Siratmann

Patentanwälte
4 Düsseldorf 1 Schadowplatz 9 2713762

Düsseldorf, 28. März 1977

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pennsylvania» V. St. A.

Glühlampe mit Regenerationszyklus Die Erfindung betrifft eine Glühlampe mit Regenerationszyklus.

Glühlampen »it Halogenzyklus sind an sich bereits bekannt. Eine Lampe dieser Art, bei der der Regenerationszyklus dadurch erreicht wird, daß die Lampe mit einer kleinen Menge von elementarem Jod versehen wird, ist in der US-PS 2,883,571 beschrieben. Ein Verfahren zur Herstellung von Glühlampen mit Jodzyklus, bei dem das Jod in die Umhüllung in Form eines Jodide oder eines Hydrojodids eines Elementes der Gruppe IV der periodischen Tabelle eindotiert wird, ist in der US-PS 3,738,329 offenbart.

Das allgemeine Konzept der Dotierung einer Glühlampe mit einem Zinnhalid (wie SnI₂, SnI₄, SnBr₂, SnBr₄, SnCl₂ und Kombinationen davon), um Jod, Brom oder eine Mischung von Jod und Brom in Kombination mit einem verdampften Zinnhalid in dem Füllgas vorzusehen, ist in der japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 1971-23575 vom 13. August 1971 (angemeldet von Toshiba Electric Company) offenbart. Die Lampe ist besonders geeignet, um mit Blmenwandtemperaturen oberhalb von 500° C zu arbeiten, damit der Glühfaden von verdampftem Zinnhalid umgeben wird, so das letzteres aufgrund seines hohen Molekulargewichtes die Verdampfung von Wolfram von dem Glühfaden unterdrückt.

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Telefon (Ο211) 32ΟΘ58 Telegramme Custopat

Trotz der verschiedenen Verbesserungen, die bei Glühlampen mit Halogenzyklus erreicht worden sind, wurde gefunden, daß dann, wenn Rühren lampen, die mit elementarem Jod in herkömmlicher Heise dotiert wurden und lange einfach gewendelte Glühfäden sowie lange Nennlebensdauer (über 1000 Stunden nominal) haben, in einer aufrechten oder etwas geneigten Stellung betrieben werden, eine vorzeitige Schwärzung des oberen Teils der Lampenhülle auftritt. In der US-Patentanmeldung 643,277 (A. D. KuIkami) wird offenbart, wie dieses Problem dadurch vermieden werden kann, daß die Lampe mit einer sorgfältig gesteuerten Menge von SnI₄ dotiert wird, wodurch die Menge des verdampften elementaren Jods innerhalb der in Betrieb befindlichen Lampe auf einen engen Bereich verringert wird, der von etwa 0,05 bis 0,20 Mikromol/ml Birnenvolumen reicht. Diese Erhöhung der Menge des freien Jods, das im atomaren statt im molekularen Zustand während des Betriebs vorliegt, ermöglicht der lampe, in jeder Stellung betrieben zu werden, einschließlich in der vertikalen Stellung, ohne daß eine vorzeitige Birnenschwärzung auftritt.

Zwar arbeiten derartige SnI.-dotierte Glühlampen in jeder Betriebsstellung zufriedenstellend bei Spannungen, für die sie gebaut und benannt sind, jedoch wurde gefunden, daß sich Ablagerungen bilden, die die unteren Teile der Lampenumhüllung innerhalb einer kurzen Zeitperiode verfärben, wenn sie in nicht horizontaler Betriebsstellung bei Spannungen betrieben werden, die höher als die Nennspannung sind. Dieses Verfärbungsproblem ist besonders akut bei bestimmten Arten von fotografischen Ausrüstungen u. dgl., bei denen die Lampen bei etwa 112 % ihrer Nennspannung in einer Betriebsstellung betrieben werden, die 30° von der Vertikalen abweibht, und zwar in kurzen Ein-/Ausschaltzyklen.

Versuche, dieses Problem dadurch zu beseitigen, daß die Lampen mit gesteuerten Mengen von elementarem Jod (oder mit verschiedenen Mengen einer Verbindung wie Methylenbromid, das sich innerhalb der erregten Lampe dissoziiert, um eine Broraatroosphäre zu erzeugen} waren nicht erfolgreich. Testlampen, die mit derartigen

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Additiven dotiert wurden, bildeten Ablagerungen, die die oberen Teile der Lampenhüllen innerhalb kurzer Zeitperioden verfärbten, wenn die Lampen in aufrechter Betriebsstellung unter den vorgenannten Zyklus- und Oberspannungsbedingungen betrieben wurden.

Es wire daher sehr vorteilhaft, eine längliche Glühlampe mit Halogenzyklus zu schaffen, die nicht nur es ermöglichen würde, die Lampe in jeder Stellung bei ihrer Nennspannung zu betreiben, ohne daß eine vorzeitige Verfärbung auftritt, sondern die auch eine kommerziell akzeptable Lebensdauer unter extrem negativen Betriebsbedingungen besitzt, die das Betreiben der Lampe in einer nichthorizontalen Stellung bei erhöhten Spannungen und in kurzen Ein-/Aus8chaltzyklen umfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Glühlampe zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Es wurde also ermittelt, daß die oben genannte Aufgabe in einfacher, praktischer und billiger Weise dadurch gelöst werden kann, daß die Lampe mit zwei unterschiedlichen Additiven dotiert wird, wobei beide innerhalb der erregten Lampe ein Halogen zur Verfügung stellen, trotzdem aber miteinander in einer solchen Weise reagieren, daß sie eine Verfärbung aller Teile der Lampenhülle unterdrücken, selbst dann, wenn die Lampe in nichthorizontalen Stellungen bei erhöhten Spannungen und in kurzen Ein-/Ausschaltzyklen betrieben werden.

Erfindungsgemäß besteht die Zyklus-regenerierende elektrische Glühlampe aus einer abgedichteten länglichen lichtdurchlässigen Umhüllungen im wesentlichen gradliniger Konfiguration, die ein inertes Füllgas sowie einen gewendelten Glühfaden enthält, der im wesentlichen aus Wolfrandraht besteht. Des weiteren sind Stützeinrichtungen für den gewendelten Glühfaden vorgesehen, die sich

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longitudinal und im Abstand zu der Umhüllung in dieser erstrecken, des weiteren Leitungszuführeinrichtungen, die sich durch die Enden der Umhüllung erstrecken und in diesen eingesiegelt sind und mit dem gewendelten Glühfaden eine Verbindung aufweisen, sowie Einrichtungen innerhalb der Umhüllung, um zwischen Wolfram und Halogen eine gegenseitige Einwirkung innerhalb der Lampen wihrend das Betriebs der Lampe zu erzeugen, wodurch die Verfärbung der Umhüllung durch verdampftes Wolfram unterdrückt wird, wobei die VerfÄrbungsunterdrückungseinrichtungen erfindungsgemMB aus vorbestimmten Mengen von entweder SnI. in Kombination mit elementarem Jod, SnI. in Kombination mit CH₃Br₂, SnI₄ in Kombination mit Queckilberbromid oder Quecksilberjod in Verbindung mit CH₃Br₂ als zwei Additive bestehen, um inn***halb der Lampe Halogendämpfe zu erzeugen, wenn der Glühfaden erregt wird.

Gemäfi einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Lampe mit einer kleinen gesteuerten Menge von SnI₄ sowie mit einer kleinen Menge elementaren Jods dotiert. Das von dem dotierten SnI₄ bei in Betrieb befindlicher Lampe freigegebene Jod erzeugt einen Halogenzyklus, der verhindert, daß die oberen Teile der Birne wahrend des Betriebs unter den vorgenannten Bedingungen verfärbt werden, wflhrend das Jod, das in elementarer Form in die Lampe eingegeben ist, einen Halogenzyklus erzeugt, der die Verfärbung der unteren Teile der Lampenumhüllung verhindert, wenn die Lampe unter derartigen Bedingungen betrieben wird. Obwohl also Joddampf innerhalb der erregten Lampe durch zwei unterschiedliche Additive (SnI₄ und elementares Jod) vorgesehen wird, vermischt sich offensichtlich der Joddampf der beiden Additive nicht miteinander und fliefit auch nicht zusammen, sondern erzeugt und unterhalt unabhängige Wolfram-Halogen-Zyklen, wobei der eine Zyklus die Verfärbung der oberen Teile der Birne und der andere die Verfärbung der Bodenteile der Birne verhindert. Dies ist ziemlich überraschend, da man erwarten wftrde, dafl der Joddampf von beiden Additiven sich vermischen und innerhalb der erregten Lampe verteilt würde und somit al· einzige Einheit hinsichtlich der Steuerung des verdampften Wolframs arbeiten würde.

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Di· gleich« vorteilhafte "duale" Halogen-Zykluswirkung kann erfindungegemäß auch dadurch erreicht werden, daß die Lampe mit eine* Jod freigebenden Additiv wie SnI₄ in Verbindung mit einem Brcm freigebenden Additiv wie CH₂Br₂ dotiert wird. Andere geeignete Dualadditive sind Quecksilberjodid in Kobination mit CH₂Br₂ •owie SnI₄ in Kombination mit Quecksilberbromid.

Eine Halogenxyklus-GlOhlampe 10 der doppelendigen Bauart ist in der Figur dargestellt, die eine vergrößerte Seitenansicht einer 500 Watt T-3-Lampe wiedergibt, wobei ein Teil der Umhüllung für Illustrationszwecke entfernt ist. Die Lampe 10 besitzt eine längliche Röhrenumhüllung 11 aus geeignetem lichtdurchlässigen Material« wie s. B. Quarz oder Borsilikatglas (oder anderes Hartglas, das prinzipiell geschmolzenes Silika umfaßt), wobei das Glas einen hohen Schmelzpunkt aufweist und sowohl den erhöhten Betriebstemperaturen wie auch den Effekten der HalogenatmosphSre widersteht, ohne deformiert oder chemisch angegriffen zu werden.

Die Umhüllung 11 ist von kreisförmigem Querschnitt und mittels eines abgeschmolzenen Segmente 12 einer Entlüftungeröhre und mittels Preßdichtungen 13, die an jedem der Enden der Röhre geformt sind, hermetisch abgedichtet. Die Lampe 10 enthalt ein geeignetes inertes Füllgas (wie Argon, Krypton, Xenon, Stickstoff oder eine Mischung derartiger Gase mit einem Druck von zumindest 1000 Torr) sowie einen einfach gewendelten Wolframglühfaden 14. Der Glühfaden 14 ist in einer zentral angeordneten Position innerhalb der Umhüllung 11 mit Hilfe einer Reihe von angebrachten wendeiförmigen Stützdrihten 15 aus Wolfram sowie durch geeignete Leitungseinrichtungen gehalten, wie z. B. ein Paar innere Zuführdrahte 16 aus Wolfram (oder Molybden), die an den Enden des gewendelten Glühfadens befestigt sind, und deren andere Enden in entsprechenden Preßdichtungen 13 eingebettet sind. Die eingebetteten Enden der inneren Suführdrähte 16 sind mit Streifen 17 aus Molybdenband elektrisch verbunden, das ebenfalls in entsprechenden Dichtungen 13 eingebettet und wiederum an äußeren Zuführdrähten aus Molybden befestigt 1st, die durch Metallkontaktknöpfe 19

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abgeschlossen werden, die als Lampenanschlüsse dienen. Die vorspringenden Enden der äußeren ZuführungsdrXhte 18 und die zugehörigen Teile der Endknöpfe 19 sind mittels keramischer Büchsen 20 schützend umschlossen, die an den Preßdichtungen 13 mit geeignetem Zement gemäß herkömmlicher Lampenherstellungsverfahren befestigt sind.

Der gewendelte Glühfaden 14 ist aus Draht gewickelt, der im wesentlichen aus Wolfram besteht, aber auch kleine Mengen Thorium oder andere Dotierungsmittel aufweisen kann, um seine Festigkeit usw. zu verbessern.

Die physikalische Grüße des einfach gewendelten Glühfadens 14 relativ zu der der röhrenförmigen Umhüllung 11 ist derartig, daß die innere Oberfläche der Umhüllung eine Temperatur von zumindest 250° C erreicht, wenn die Lampe 10 mit Nennspannung betrieben wird. Die Lampe 10 ist daher ziemlich kompakt und kann in verschiedenen Längen und Nennleistungen hergestellt werden, die von 300 bis 1500 Watt reichen. Beispielsweise besitzt eine 500 Watt T-3-Lanpe der doppelendigen Bauart (wie sie in der Figur dargestellt ist) , die für eine Nennspannung von 120 V und einen Strom von 4,17 A sowie für eine Nennlebensdauer von 2000 Stunden ausgelegt ist, eine Gesamtlänge von 11,8 cm, während der einfach gewendelte Glühfaden ungefähr 5 cm lang ist und einen Durchmesser von etwa 1,5 mm aufweist. Die Quarzumhüllung besitzt dabei einen äußeren Dnvchmesser von ungefähr 9,5 mm und ein inneres Volumen von 2,7 ml.

Gemäß der Erfindung wird die Umhüllung 11 mit einer kleinen aber gesteuerten Menge von zwei getrennten und unterschiedlichen Halogen liefernden Additiven versehen, die in die Umhüllung eingegeben werden, bevor diese ahgedickfeet wird. Gemäß einer vorzugsweisen Aueftihrungsform wird eine 500 Watt T-3-Glühlampe der dargestellten Art mit 30 Mikroliter einer SnI.-Lösung dotiert, die aus 1,14 g SnI^ besteht, das in 100 ml Benzol gelöst ist. In einer getrennten Operation wird die Lampe auch mit ungefähr 0,17 mg

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elementaren Jods dotiert, bevor die Umhüllung abgeschmolzen wird. Die vorgenannten Mengen von dotiertem SnI. und elementarem Jod liefern eine Dosierung von O,202 Mikromol SnI. pro ml Birnenvolumen und 0,25 Mikromol elementares Jod pro ml Birnenvolumen.

Die Dotierung des elementaren Jods ist nicht kritisch und kann von etwa 0,1 bis 1,0 Mikromol elementaren Jods pro ml Birnenvolumen reichen. Die Menge des in die Lampe eindotierten SnI. ist ebenfall· nicht kritisch und kann von ungefähr O,O5 bis O,6 Mikromol SnIj pro ml Birnenvolumen reichen.

Die Wirksamkeit der Dualadditive wurde getestet, indem eine Gruppe von 500 Watt T-3-Lampen hergestellt wurde, die mit gesteuerten Mengen von SnI₄ und elementarem Jod dotiert wurden, wie oben beschrieben, und zwei andere Gruppen von identisch konstruierten Lampen, die mit entweder nur SnI₄ oder nur elementarem Jod dotiert waren (in den gleichen Mengen, wie sie in der ersten Lampengruppe angegeben sind). Alle Lampen in den Testgruppen waren mit Glühfäden aus der gleichen Charge versehen. Die fertigen Lampen wurden in aufrechter Stellung (30° Abweichung von der Vertikalen) bei 135 V (15 V oberhalb ihrer Nennspannung von 12C V) und in einem Brennzyfclus von 3 min "eingeschaltet"und 1 min "abgeschaltet" betrieben. Nach nur 40 Stunden waren die oberen Birnenteile der Lampen, die nur das Ij-Additiv enthielten, deutlich geschwärzt und nach 90 Stunden waren die Bodenteile der Birnen der mit nur SnXj dotierten Lampen deutlich geschwärzt und gefärbt. Im Gegensatz dazu zeigten die Testlampen, die SnI₄ in Kombination mit enthielten, nur leichte Schwärzung nach 210 Stunden.

Ausgezeichnete Ergebnisse wurden erhalten, indem ein Dualadditiv verwendet wurde, das SnI₄ in Kombination mit Methylbromid (CH₂Br₂) enthielt.

Im Gegensatz zum Fall des elementaren Jods ist die Menge des in dl· Lampe eindotierten Methylbromids ziemlich kritisch und sollte genau gesteuert werden. Vorzugsweise werden ungefähr 0,03 bis

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0,1 Mikromol Methylbromid pro ml Bimenvolumen verwendet. Die SnI.-Dosierung kann über einen viel weiteren Bereich schwanken, z. B. von etwa 0,05 bis 0,6 Mikromol pro ml Birnenvolumen.

Andere Dualadditive, die erfindungsgemäß benutzt werden können, sind Zinntetrajodid in Kombination mit Quecksilberbromid sowie Quecksilberjodid in Kombination mit Methylbromid.

Die Kombination von SnI₄ mit Quecksüberbromid schafft den zusätzlichen Vorteil, daß beide Additive feste Materialien sind und in einem geeigneten flüssigen Träger gelöst werden können, so daß die Lampen durch Einführen einer vorbestimmten Menge einer einsigen Lösung in die Umhüllung vor dem Abdichten dotiert werden können. Dies vereinfacht die Lampenherstellung und liefert eine sehr genaue Steuerung der Menge eines jeden in die Lampe eindotierten Halogens.

Zwar wurde die Erfindung anhand einer doppelendigen Glühlampe geschildert, die einen einfach gewendelten Draht enthält, jedoch kann die Erfindung auch bei anderen Arten von linear geformten Lampen verwendet werden, die mehrfach gewendelte Glühfäden aufweisen und die Hüllen von derartiger Länge und von derartigem Querschnitt besitzen, daß die Birnenverfärbung während des Betriebs in nicht horizontaler Brennstellung ein Problem wird.

Die Erfindung wird nun anhand des folgenden Beispiels noch näher erläutert:

BEISPIEL»

Lampen der 500 Watt T-3-Konstruktion, wie sie vorstehend beschrieben wurde, wurden mit 30 Mikrolitern der vorgenannten SnI₄ Benaollösung sowie mit 0,05 % (Volumenprozent) CH₃Br₂ dotiert, das in dem Argon-Füllgas dispergiert war (der Gesamtgasdruck in der abgedichteten Lampe betrug 3 atm oder 2280 Torr bei Raumtemperatur) Die Dosierung der zwei Additive (in Einheiten des iftppenvolumens) betrugen entsprechend O,2C2 Mikror^ol SnI₄ pro ml Birnenvolumen

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und 0,061 Mlkronol CH₂Br₂ pro ml Birnenvolumen

Vergleichsteste, die an drei Lampengruppen durchgeführt wurden, zeigten eine deutliche Überlegenheit der Lampen, die mit SnI₄ in Kombination mit Methylbromid dotiert waren. Nach 228 Teststunden mit zyklischem "Ein-^N/"Aus-"Betrieb, bei vertikaler Orientierung und Oberspannung, wie oben beschrieben, zeigten die Lampen, die mit den vorgenannten spezifizierten Mengen von SnI. und CH₂Br₂ dotiert waren, nur leichte Schwärzung am Boden der Birne. Im Gegensatz dazu zeigten die mit nur der gleichen Menge Methylbromid dotierten Lampen nach nur 174 Stunden entweder eine vollständige Schwlrzung oder eine Schwärzung der oberen Hälfte der Birne. Nach 174 Stunden zeigte die einzige Lampe, die die gleiche Menge SnI^ allein enthält, starke Schwärzung über den Bodenteil der Birne.

Patentansprüche t

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

1. Glühlampe mit Regenerationszyklus, bestehend aus einer abgedichteten länglichen lichtdurchlässigen Umhüllung von im wesentlichen gradliniger Konfiguration, die ein inertes Füllgas sowie einen gewendelten Glühfaden enthält, der im wesentlichen aus Wolframdraht besteht, mit Stützeinrichtungen, die den gewendelten Glühfaden innerhalb der Umhüllung longitudinal und im Abstand zu der Umhüllung stützen, mit Zuführungsleitungseinrichtungen, die sich durch die Enden der Umhüllung erstrecken und in diesen abgedichtet sind und mit dem gewendelten Glühfaden verbunden sind, sowie mit Mitteln innerhalb der Umhüllung, um eine Wolfram-Halogen-Zwischenwirkung innerhalb der Lampe während deren Betrieb zu erzeugen, der die Verfärbung der Umhüllung durch verdampftes Wolfram unterdrückt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfärbungsunterdrückungseinrichtungen aus vorbestimmten Mengen von entweder SnI₄ in Verbindung mit elementarem Jod, SnI₄ in Verbindung mit CH₃Br₂, SnI₄ in Verbindung mit Quecksllberbromid oder Quecksilberjodid in Verbindung mit CHjBrj als zwei Additive zur Schaffung von Halogendämpfen innerhalb der Lampe bestehen, wenn der Glühfaden erregt ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Umhüllung eine röhrenförmige Form aufweist und an beiden Enden durch eine hermetische Abdichtung abgedichtet wird, wobei der Glühfaden einfach gewendelt und in einer im wesentlichen zentralen Stellung innerhalb der Umhüllung gehalten wird.

3. Lampe nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas aus Stickstoff, Argon, Krypton und/oder Xenon bei einem Druck von mindestens 1000 Torr ist.

4. Lamp· nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Additive SnI₄ in Kombination mit elementarem Jod sind und daß die Konzentration der Additive derartig ist, daß die

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Lampe nach der Fabrikation zumindest 0,05 Mikromol SnI. pro ml Lampenvolumen und zumindest 0,1 Mikromol elementares Jod pro ml Lampenvolumen enthält.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe nach der Herstellung 0,05 bis 0,6 Mikromol SnI. pro ml Lampenvolumen und 0,1 bis 1,0 Mikromol elementares Jod pro ml Lampenvolumen enthält.

6. Lampe nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Additive SnI₄ in Kombination mit CH₂Br₂ sind und daB die Konzentration der Additive derartig ist, daß die Lampe nach der Herstellung zumindest 0,05 Mikromol S11I4 pro ml Lampenvolumen und zumindest 0,03 Mikromol CH₂Br₂ pro ml Lampenvolumen enthält.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe nach der Herstellung 0,05 bis 0,6 Mikromol SnI₄ pro ml Lampenvolumen und 0,03 bis 0,1 Mikromol CH₂Br₂ pro ml Lampenvolumen enthält.

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