DE3024167A1 - Halogengluehlampe - Google Patents

Description

'U.V. Philips¹ ßloßüampDnf'abiekan, ünshoven -

PHN 9515 .. " *~ 25.3.I98O

Halogenglühlampe

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Halogenglühlampe mit einer Bromwasserstoff enthaltenden inerten Gasfüllung und Tantal als Sauerstoffgetter.

Eine derartige Lampe ist aus der US-PS 3 829 bekannt. Nach dieser Patentschrift bindet Tantal sowohl ■ Sauerstoff als auch Wasserstoff. Wenn der Getter an einer Stelle angeordnet wird, die beim Betrieb eine Temperatur von 300 bis 45O⁰C aufweist, wäre die Getterwirkung für Brom vernachlässigbar.

^ Da in einer mit Brom versehenen Halogenlampe

das Brom'tfine wesentliche Funktion erfüllt, muss vermieden werden, dass das Getter dem Gasgemisch. Brom entzieht. Daher muss die angegebene Betriebstemperatur des Getters streng eingehalten werden. In zahlreichen Lampen ist es aber nahezu nicht möglich, das Getter bei einer derartigen niedrigen Temperatur anzuordnen. ' '--

Nach der genannten US—PS bindet Tantal bereits bei der angegebenen verhältnismässig niedrigen Temperatur auch Wasserstoff. Wasserstoff ist ebenfalls ein wesentlicher Gasbestandteil in einer Wolfram-Brom-Zykluslampe. Brom ist ein aggressiver Stoff, der Wolfram von einer Stelle mit niedrigerer Temperatur zu einer Stelle mit höherer Temperatur transportiert. Dieser Transport erfolgt auch von verhältnismässig kalten Teilen eines Glühkörpers,

z.B. den Schenkeln des Glühkörpers oder den Windungen am Ende des Glühkörpers, zu Teilen mit höherer Temperatur, z.B. Windungen, die in grosser Entfernung von den Enden liegen. Dieser Transport führt u.a. zur Bildung von Haarkristallen ("Whiskers") an den Windungen, auf denen Wolfram ·-=■-".

abgelagert wird, und dadurch zu Kurzschluss von Windungen und Überlastung des Glühkörpers. Die Lebensdauer von Lampen mit einer verhältnismässig langen berechneten Labensdauer von z.B. einigen hundert bis zu 2000 Stunden wird dadurch

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erheblich, verkürzt.

Die Funktion von Wasserstoff in einer Wolfram-Brom-Zyklus lampe besteht nun darin, dass er das Brom beim Betrieb der Lampe, namentlich an Stellen mit niedrigerer Temperatur, vorwiegend in Form von Bromwasserstoff hält. Kältere Wolframteile der Lampe werden dadurch "vor Angriff ■durch Brom geschützt.

Sauerstoff kann durch Zersetzung von Oxiden oder als Wasser nach Desorption aus der Wand des Lampenkolbens in das Gas der Lampe gelangen. Dieser Sauerstoff ist ein schädlicher Bestandteil des Gases einer Wolfram-Brom-Zykluslampe, in der Wasserstoff vorhanden ist. Sauerstoff kann nämlich mit diesem Wasserstoff Wasser bilden, das in einem zyklischen Vorgang Wolfram von Stellen mit hoher Temperatur zu Stellen mit niedriger Temperatur transportiert und daher dem Wolfräm-Brom-Zyklus entgegenwirkt. Ausserdem wird hierdurch Wasserstoff für die genannte Schutzwirkung entzogen. Die Kapazität eines Getters soll genügend gross sein, um den während der Lebensdauer einer Lampe gelösten Sauerstoff zu binden. Die Kapazität muss daher grosser-sein als erforderlich ist, um die anfänglich infolge eines unvollkommenen Reinigungsvorgangs bei der Herstellung einer Lampe vorhandene Menge Sauerstoff zu binden. Andererseits muss die Kapazität eines Getters genügend niedrig sein, um nicht im schädlichen Masse Wasserstoff und Brom zu binden, welche Stoffe ausserdem in viel grösserem Masse als Sauerstoff in der Lampe vorhanden sind und das Getter also leicht besetzen können. Die Affinität von Tantal ist nämlich nur sehr wenig verschieden für Sauerstoff, Brom und Wasserstoff.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halogenglühlampe zu schaffen, die ein Getter für Sauerstoff, in elementarer Form oder in Form von Wasser, enthält, das in grossem Masse selektiv ist und in einem sehr grossen Temperaturbereich wirksam ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei Lampen eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, dass das Tantal des Sauerstoffgetters mit Wolfram in einem Gewichtsverhältnis von 10/90 bis 90/10 legiert ist.

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Es sei bemerkt, dass in der deutschen Patentanmeldung P 29 50 609·O eine Halogenlampe mit Bromwasserstoff beschrieben ist, in der u.a. eine Legierung von Tantal mit Platin oder Tantal mit Palladium als Sauerstoffgetter verwendet wird. Diese Tantallegierung und die übrigen in dieser Patentanmeldung genannten Legierungen weisen eine 'grosse negative Formungswärme auf (etwa 80 kJ/g.at.). Demzufolge kann zwar Sauerstoff, jedoch, nicht Bromwasserstoff mit dem Tantal in der Legierung zur Reaktion gelangen.

Dagegen weisen ¥olfram/Tantallegierungen eine sehr geringe negative Formungswärme auf (etwa 10 kJ/g.at.), so dass diese keinen Anlass gibt, eine Selektivität der Legierung zu erwarten. Trotzdem ist nicht nur eine grosse Selektivität des Getters in der Lampe nach der Erfindung festgestellt sondern auch gefunden worden, dass die Reaktivität des 'Getters für Sauerstoff grosser als die von reinem Tantal ist. Diese Zunahme beträgt mehr als 30$. Andererseits stellte sich heraus, dass die Reaktivität der Legierung für Brom oder Bromwasserstoff nur 0,25 bis 0,05 der Reaktivität reinen Tantals betrug, während keine Anzeige dafür erhalten wurde, dass Wasserstoff dem Gasgemisch der Lampe entzogen wird.

¥eiter ist aus der US-PS 3 7^8 519 eine mit einem inerten Gas gefüllte Lampe bekannt, in der ein Sauerstoffgetter aus 92,5 Gew.$> Tantal und 7,5 Gew.$ Wolfram verwendet wird. Da in dieser Lampe keine Gasbestandteile vorhanden sind, für die Tantal eine gleiche Affinität wie für Sauerstoff aufweist, braucht in der bekannten Lampe kein selektiv wirkendes Getter verwendet zu werden. Dieser Patentschrift lässt sich denn auch nicht entnehmen, dass das verwendete Getter eine selektive Wirkung aufweisen würde. Wie aus Nachstehendem hervorgehen wird, weist das bekannte Getter ausserdem eine wesentlich geringere Selektivität als die in den Brom—Wolfram—Zykluslampen nach der Erfindung

verwendeten Getter auf. "

Das erfindungsgemäss mit Wolfram legierte Tantal— getter kann seine Wirkung in einem sehr grossen Temperaturbereich ausüben. In der Regel weist das Getter beim Betrieb

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der Lampe eine Temperatur zwischen 300 und. 15OO°C auf. Für den Fall, dass die Temperatur des Getters höher als etwa 7OO°C ist, enthält die Lampe als inertes Gas ein Edelgas oder ein Gemisch von Edelgasen. Bei Temperaturen unter etwa 700°C ist auch Stickstoff ein inertes Gas.

Das legierte Tantalgetter kann als Draht, Folie, Pulver, Pille oder in irgendeiner anderen Form in der Lampe vorhanden sein. Mit Rücksicht auf die Selektivität des Getters soll nur dafür gesorgt werden, dass die Kapazität des Getters genügend gross ist, um schädliche Effekte infolge der Auslösung von Sauerstoff aus Einzelteilchen der Lampe zu vermeiden. Für jeden Lampentyp lässt sich die minimal benötigte Gettermenge, u.a. in Abhängigkeit von der Qualität der angewandten Vorgänge zur Reinigung der Lampe und ihrer Einzelteile, leicht durch einige Versuche ermitteln.

Das Getter kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. So können die Bestandteile der Legierung in Pulverform gemischt und kann das Pulver komprimiert und gesintert und dann z.B. in einem Entladungsbogen geschmolzen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Substrat eines der beiden Bestandteile mit einer Schicht des anderen Bestandteiles, z.B. durch Aufdampfen, Zerstäuben oder "Chemical Vapour Deposition" zu überziehen und die Metalle der Schichten dann bei erhöhter Temperatur ineinander eindiffundieren zu lassen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Draht aus Wolfram mit einem Draht aus Tantal zu bewickeln und dann die Metalle ineinander eindiffundieren zu lassen.

Diffusionsvorgänge können solange fortgesetzt werden, bis ein homogenes Material erhalten ist, oder sie können vorher beendet werden, so dass es einen Konzentrationsgradienten des einen Metalls in dem anderen Metall

gibt.
Das Getter ist bei Zimmertemperatur sehr gut an der Luft haltbar, so dass bei seiner Verarbeitung keine besonderen Massnahmen getroffen zu werden brauchen. Je nach den Bedingungen, unter denen das Getter hergestellt ist,

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kann es jedoch, bereits teilweise mit Sauerstoff und/oder Stickstoff besetzt sein. Eine Vorbehandlung bei erhöhter Temperatur von z.B. 1100⁰C während z.B. 2 Minuten in einer reduzierenden Atmosphäre, z.B. in ¥asserstoff, reinigt das Getter leicht.

Die Lampen nach der Erfindung können einen

■Lampenkolben aus Hartglas, z.B. Borosilikatglas oder Aluminiumbor ο silikatglas , oder aus Glas mit einem SiO_?-Gehalt von mindestens 95 Gew.%, wie Quarzglas oder Vycor, besitzen.

Die Larapen können Flutlichtlampen sein oder für andere Zwecke, z.B. für Projektions-, Kopier-., und Verkehrs zwecke, verwendet werden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Glühlampe,

Fig. 2 eine Ansicht einer zweiten Glühlampe und Fig. 3 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der in diesen Lampen verwendeten Getter im Vergleich zu verwandten Materialien.

In Fig. 1 besitzt der Quarzglas lampenkolben 's 1 zwei Quetschabdichtungen 2 und 3, in denen je eine Molybdänfolie 4 bzw. 5 aufgenommen ist. An den Folien 4 und 5 ist an einem Ende ein Schenkel 8 bzw. 9 des Glühkörpers 10 und am anderen Ende ein äusserer Stromleiter 6 bzw. 7 fest— geschweisst. Der Lampenkolben ist mit einem Gemisch von Edelgas und Bromwasserstoff gefüllt. Mit 11 ist ein gegen Bromwasserstoff beständiges Sauerstoffgetter bezeichnet. Die Lampe kann z.B. in Autoscheinwerfern verwendet werden. In Fig. 2 bezeichnet 20 den Hartglaslampenkolben einer Lampe mit einer Quetschabdichtung 21. Der Lampenkolben besteht aus Alkali-Aluminoborosilikatglas. Stromzuführungsleiter 22, 23 und 24 erstrecken sich vakuumdicht durch die Quetschabdichtung 21 bis in den Lampenkolben 20. An dem Stromzuführüngsleiter 24 ist eine Molybdänkappe 25 befestigt, die einen Glühkörper- 2.6 teilweise umgibt. Zwischen den Stromzufuhrungsleitern 23 und 24 ist ein zweiter Glühkörper 27 angeordnet. Um den Stromzuführungs-"leiter 22 ist ein Draht 28 gewickelt. Zwischen dem Strom-

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Zuführungsleiter 22 und dem Draht 28 befindet sich, ein Sauerstoffgetter in Pulverform. Die Lampe kann in Scheinwerfern für Fernlicht und Abblendlicht verwendet werden. In Fig. 3 ist die Reaktivität bei 36O°C von Tantal, Wolfram und Tantal/Wolframlegierungen mit Sauerstoff durch eine volle Linie dargestellt. Dabei ist die Reaktivi-•tat von Tantal auf 100 gesetzt. Durch die gestrichelte Linie ist die Reaktivität der genannten Materialien mit Brom dargestellt. Die Reaktivität von Tantal ist wieder auf 1OO gesetzt.

Lampen der in Fig. 1 dargestellten Art wurden für Versuche verwendet, bei denen der Effekt des legierten Tantalgetters festgestellt wurde.. Die Lampen wiesen ein Volumen von 0,27 cm³ auf und waren bis zu einem Druck von 3j5 Bar mit einem Gemisch von Krypton und Methylenbromid gefüllt (fOO : 0,35 Vol./Vol.), aus dem beim Brennen der Lampen Bromwasserstoff gebildet wurde. Die Lampen wiesen einen Wirkungsgrad von 26 Lumen/W auf und nahmen bei 13>2 V eine Leistung von 60 W auf. Bei der Herstellung der Lampen wurde u.a. durch einen mit grösster Sorgfalt durchgeführten Pumpvorgang die Erhaltung reiner Lampen mit einer Lebensdauer entsprechend der berechneten Lebensdauer angestrebt.

Durch Zusatz von Sauerstoff zum Füllgas ging die hohe Qualität der meisten Lampen verloren. Den meisten derartigen Lampen wurde eine Menge G-ettermaterial zugesetzt. Alle Lampen wurden auf Lebensdauer getestet. In der nachstehenden Tabelle 1 sind die unterschiedlichen Lampen mit ihrer Lebensdauer aufgeführt.

./. TABELLE 1

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TABELLE 1

	Serie	A1	267	°2	Pa	Getter	Ta	1,75	mg	Lebensdauer (hr)
5	A2	267	_	Pa	_	Ta9O¥io	1,16	mg	6OI
	A3	267	Pa	-"	Ta75F25	3,34	mg	270
	A	267	Pa	Ta5O¥5O	1,50	mg	370
	B2	267	Pa	Ta25W75	1,70	mg	5OO
	B3	267	Pa	Tai4¥86	0,50	mg	520
10	B4	267	Pa			520
	B5			550
				480

Aus dieser Tabelle geht hervor, dass die Lebensdauer einer mit grösster Sorgfalt hergestellten Lampe (A₁) die etwa gleich der berechneten Labensdauer ist, durch das Vorhandensein von Sauerstoff erheblich verkürzt wird (A«). Venn Tantal als Getter verwendet wird, kann diese Verkürzung teilweise vermieden werden (A«).

Durch die Anwendung von Tantal/Wolframlegierungen verschiedener Zusammensetzungen (die Indexziffern bezeichnen die" Gewichtsverhältnisse der legierten Metalle) wird die Lebensdauerverkürzung infolge des Vorhandenseins von Sauerstoff weitgehend beseitigt (B₁-B.). Ausserdem stellt sich heraus, dass die Menge Gettermaterial nur wenig Einfluss ausübt.

Die Lampen B_ waren mit einem Getter versehen, das dadurch erhalten war, dass eine 25 /um dicke Tantalschicht während 3 Stunden bei 2500⁰C in einen Wolframdraht mit einem Durchmesser von 100 /um eindiffundiert wurde.

Dabei wurde eine von aussen nach innen abnehmende Tantalkonzentration im Wolfram erhalten.

Lampen derselben Art wurden auch mit einem

Gettermaterial versehen, das zuvor in Wasserstoff bei 1100°C während 2 Minuten reduziert worden war. Die Ergebnisse der Lebensdauerversuche sind in der Tabelle 2 angegeben.

- ./. Tabelle 2-

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-S-

TABELLE 2

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I Serie	267	°2	Ta	Getter	1,75	rag	Lebensdauer (hr)
A1	267	Pa	Ta5OW5O	-	3	mg	601
A2	267	Pa	Ta9o¥io	-	3	mg	270
V	267	Pa		370
B6	267	Pa		590
B7	Pa		619 \

Aus dieser Tabelle geht hervor, dass die gereinigten legierten Getter imstande sind, den nachteiligen Effekt von Sauerstoff völlig zu neutralisieren (B^ und B_).

Es sei bemerkt, dass die Getter nach der Behandlung mit Wasserstoff an der Luft gelagert wurden.

Vergleichbare Lampen, die mit einem Glühkörper versehen waren, der mit einem Wirkungsgrad von 18 Lumen/W bei 12 V 50 W aufnahm, wurden mit 5 Bar eines Gemisches von Krypton und Methylenbromid gefüllt (IOO : 0,05 Vol./Vol.). Die Lampen wurden, gegebenenfalls mit einem Getter und mit Sauerstoff versehen, auf Lebensdauer getestet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.

TABELLE 3

Serie	°2	-	Pa	Ta	Getter	mg	Lebensdauer (hr)
Ak		Pa	Ta	-	mg	5500
A5	70	Pa		1700
A6	70		0,4	56OO *
B8	70		1O¥9O 2	5OOO

Aus diesen Daten darf nicht abgeleitet werden, dass Tantal den negati-ven Einfluss von Sauerstoff ohne weiteres beseitigt. Die mit A^ bezeichneten Lampen waren in erheblichem Masse geschwärzt, was darauf hindeutet, dass der Brom-Wolfram- Zyklus in ungenügendem Masse gewirkt hat. Die starke Schwärzung deutet auf eine Durchmesserverringerung des Glüh— drahtes, eine damit gepaarte Widerstandserhöhung und eine Stromstärkeherabsetzung hin. Die Temperaturabnahme, die

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dadurch erhalten wird, ist eine Erklärung der langen Lebensdauer der Lampen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt-, dass der erwähnte Wirkungsgrad der Lampen für die geschwärzten Lampen nur der Wirkungsgrad am Anfang der Lebensdauer ist. Mit der Tantal/Wolframlegierung bleiben die

Lampen Bq klar. Der Effekt von Sauerstoff wurde durch das '•G-etter nahezu völlig beseitigt.

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Claims (1)

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   PATENTAN SPRUCH

   Halogenglühlampe mit einer Bromwasserstoff ent-',haltenden inerten Gasfüllung und Tantal als Sauerstoffgetter, dadurch, gekennzeichnet, dass das Tantal des Sauerstoffgetters mit Wolfram in einem Gewichtsverhältnis von ⁵ 10/90 bis 90/10 legiert ist.

   030063/0881 ORIGINAL INSPECTED