DE3024167C2

DE3024167C2 - Halogenglühlampe mit Sauerstoffgetter

Info

Publication number: DE3024167C2
Application number: DE3024167A
Authority: DE
Inventors: Hermanus Eindhoven Brons
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1986-06-12
Also published as: GB2054260A; IT8023007A0; DE3024167A1; IT1132502B; NL7905058A; JPS5854468B2; FR2460541A1; ES8103474A1; BR8003989A; CA1152554A; FR2460541B1; ES492859A0; NL184397C; US4361780A; HU179875B; NL184397B; GB2054260B; JPS567348A; BE884073A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halogenglühlampe, die mit Bromwasserstoff und einem inerten Gas gefüllt ist und eine Tantallegierung als Sauerstoffgetter enthält Eine solche Lampe ist in der älteren deutschen Patentanmeldung 29 50 609 beschrieben.

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 Wolfram-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 größer 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 den Lampen vorhanden sind und den Getter also leicht besetzen können. Die Affinität von Tantal ist nämlich nur sehr wenig verschieden für Sauerstoff, Brom und Wasserstoff.

In der eingangs erwähnten, in der älteren deutschen Patentanmeldung 29 50 609 beschriebenen Lampe ist u. a. eine intermetallische Verbindung von Tantal mit Platin oder Tantal mit Palladium als Sauerstoffgetter verwendet. Diese Tantalverbindung und die übrigen in dieser Patentanmeldung genannten intermetallischen Verbindungen weisen eine große negative Bildungswärme auf (etwa 80 kJ/Grammatom). Demzufolge kann zwar Sauerstoff, jedoch nicht Bromwasserstoff mit dem Tantal in der Legierung zur Reaktion gelangen. Platin und Palladium sind aber sehr teure Stoffe.

Aus der US-PS 38 29 729 ist eine Bromwasserstoff enthaltende Glühlampe mit einem Sauerstoffgetter aus Tantal bekannt, das sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoff bindet. Wenn der Getter an einer Stelle angeordnet wird, die beim Betrieb eine Temperatur von 300 bis 450⁰C aufweist, wäre die Getterwirkung für Brom vernachlässigbar.

Da in einer mit Brom versehenen Halogenlampe das Brom eine wesentliche Funktion erfüllt, muß vermieden werden, daß der Getter dem Gasgemisch Brom entzieht. Daher muß die angegebene Betriebstemperatur des Getters streng eingehalten werden. In zahlreichen Lampen ist es aber nahezu nicht möglich, den Getter an einer Stelle mit einer derartigen niedrigen Temperatur anzuordnen.

Nach der genannten US-PS bindet Tantal beieits bei der angegebenen verhältnismäßig niedrigen Temperatür auch Wasserstoff. Wasserstoff ist aber ebenfalls ein wesentlicher Gasbestandteil in einer Wolfram-Brom-Zykluslampe. Die Funktion von Wasserstoff in einer solchen Lampe besteht nämlich 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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Halogenglühlampe einen weiteren mit einfachen und billigen Mitteln herstellbaren Getter für Sauerstoff in elementarer Form oder in Form von Wasser zu schaffen, das in großem Maße selektiv und in einem sehr großen Temperaturbereich wirksam ist
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei Lampen eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, daß der Getter aus einer Tantal-Wolfram-Legierung besteht, worin das Gewichtsverhältnis W/Ta zwischen 10/90 und 90/10 liegt.

Wolfram-Tantal-Legierungen weisen eine sehr geringe negative Bildungswärme auf (etwa lOkJ/Grammatom), so daß die selektive Getterwirkung diener Legierung nicht zu erwarten war. Trotzdem wurde nicht nur eine große Selektivität des Getters in der Lampe nach der Erfindung festgestellt sondern auch gefunden, daß die Reaktivität des Getters für Sauerstoff größer 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 beträgt, während keine Anzeige dafür erhalten wurde, daß Wasserstoff dem Gasgemisch der Lampe entzogen wird.

Es sei noch erwähnt, daß aus der US-PS 37 48 519 eine mit einem inerten Gas gefüllte Lampe bekannt ist, 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 wirkender Getter verwendet zu werden. Dieser Patentschrift läßt sich denn auch nicht entnehmen, daß der verwendete Getter eine selektive Wirkung aufweisen würde. Wie aus Nachstehendem hervorgeht, weist der bekannte Getter außerdem eine wesentlich geringere Selektivität als die in dem Brom-Wolfram-Zykluslampen nach der Erfindung verwendeten Getter auf.

Der erfindungsgemäß mit Wolfram legierte Tantalgetter kann seine Wirkung in einem sehr großen Temperaturbereich ausüben. In der Regel weist der Getter beim Betrieb der Lampe eine Temperatur zwischen 300 und 1500° C auf. Für den Fall, daß die Temperatur des Getters höher als etwa 700°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.

Der 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.

Der 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 Ertladungsbogen geschmolzen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Substrat eines der beiden Bestandteile mit einer Schicht des anderen Bestandteiles, z. B. durch Abdampfen, Zerstäuben oder durch Niederschlag aus der Dampfphase 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.

Der Diffusionsvorgang kann so lange fortgesetzt werden, bis ein homogenes Material erhalten ist, oder er kann vorher beendet werden, so daß es einen Konzentrationsgradienten des einen Metalls in dem anderen Metall gibt.

Der 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 der Getter hergestellt ist, kann es jedoch bereits teilweise mit Sauerstoff und/oder Stickstoff besetzt sein. Eine Vorbehandlung bei erhöhter Temperatur von z. B. 1100° C während z. B. 2 Minuten in einer reduzierenden Atmosphäre, z. B Wasserstoff, reinigt den Getter leicht.

Die Lampen nach der Erfindung können einen Lampenkolben aus Hartglas, z. B. Borosilikatglas oder AIuminiumborosilikatglas, oder aus Glas mit einem SiOvGehalt von mindestens 95 Gew.-%, wie Quarzglas oder Vycor, besitzen. Die Lampen können Flutlichtlampen sein oder für andere Zwecke, z. B. für Projektions-, Kopier- und Verkehrszwecke, verwendet werden.

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

F i g. 1 eine Ansicht einer ersten Glühlampe, F i g. 2 eine Ansicht einer zweiten Glühlampe,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der in diesen Lampen verwendeten Getter im Vergleich zu verwandten Materialien.

In Fig. 1 besitzt der Quarzglaslampenkolben 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 je ein innerer Stromleiter 8 bzw. 9 des Glühkörpers 10 und am anderen Ende je ein äußerer Stromleiter 6 bzw. 7 festgeschweißt. Der Lampenkolben 1 ist mit einem Gemisch von Edelgas und Bromwasserstoff gefüllt. Mit 11 ist ein gegen Bromwasserstoi'f beständiger 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 20 besteht aus Alkali-Aluminoborosilikatglas. Stromzuführungsleiter 22, 23 und 24 erstrecken sich vakuumdicht durch die Quetschabdichtung 21 bis in den Lampenkolben 20. An dem Stromzuführungsleiter 24 ist eine Molybdänkappe 25 befestigt, die einen Glühkörper 26 teilweise umgibt. Zwischen den Stromzuführungsleitern 23 und 24 ist ein zweiter Glühkörper 27 angeordnet. Um den Stromzuführungsleiter 22 ist ein Draht 28 gewickelt. Zwischen dem Stromzuführungsleiter 22 und dem Draht 28 befindet sich ein nicht gezeigter Sauerstoffgetter in Pulverform. Die Lampe kann in Scheinwerfern für Fernlicht und Abblendlicht verwendet werden.

In Fig.3 ist die Reaktivität bei 360°C von Tantal. Wolfram und Tantal-ZWolframlegierungen mit Sauerstoff durch eine volle Linie dargestellt. Dabei ist die Reaktivität 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 100 gesetzt.

Lampen der in F i g. 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 3,5 bar mit einem Gemisch von Krypton und Methylenbromid gefüllt (100:0,35 VolVVol.), aus dem beim Brennen der Lampen Bromwasserstoff gebildet wurde. Die Lampen wiesen einen Wirkungsgrad von 26 lm/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 Gettermaterial zugesetzt. Alle Lampen wurden auf Lebensdauer getestet. In der nachstehenden Tabelle 1 sind die unterschiedlichen Lampen mit ihrer Lebensdauer aufgeführt.

Tabelle 1

Serie

Getter

	Lebensdauer
	(hr)
	601
	270
1,75 mg	370
1,16 mg	500
3,34 mg	520
1,50 mg	520
1,70 mg	550
0,50 mg	480

A₂ 267 Pa -

A₃ 267 Pa Ta

B, 267 Pa Ta₉₀Wi₀

B₂ 267 Pa Ta₇₅W₂₅

B₃ 267 Pa Ta₅₀W₅₀

B₄ 267 Pa Ta₂₅W₇₅

B₅ 267 Pa Ta,₄W₈₆

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die Lebensdauer einer mit größter Sorgfalt hergestellten Lampe (Ai), die etwa gleich der berechneten Lebensdauer ist, durch das Vorhandensein von Sauerstoff erheblich verkürzt wird (A₂). Wenn Tantal als Getter verwendet wird, kann diese Verkürzung teilweise vermieden werden (A₃). 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 (Bi-B₄). Außerdem stellt sich heraus, daß die Menge Gettermaterial nur wenig Einfluß ausübt.

Die Lampen B₅ waren mit einem Getter versehen, das dadurch erhalten war, daß eine 25 μηι dicke Tantalschicht während 3 Stunden bei 2500°C in einen Wolframdraht mit einem Durchmesser von 100 μπι eindiffundiert w'irde. 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	Pa	Getter	1,75 mg	Lebensdauer	5
Serie	O₂	Pa		3 mg	(hr)
		Pa		3 mg	601
A₁		Pa	—		270	10
A₂	267		Ta	370
A₃	267	Ta₅₀W₅₀	590
B₆	267	Ta₉₀Wi₀	619
B₇	267

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die gereinigten is legierten Getter imstande sind, den nachteiligen Effekt von Sauerstoff völlig zu neutralisieren (B₆ und B₇).

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 lm/W bei 12 V 50 W aufnahm, wurden mit 5 bar eines Gemisches von Krypton und Methylenbromid gefüllt (100 :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

30

Serie O2 Getter Lebensdauer

(hr)

A, - - 5500

A₅ 70Pa - 1700

A₆ 70Pa Ta 0,4 mg 5600

B₈ 70Pa Ta₁₀W₉₀ 2 mg 5000

Aus diesen Daten darf nicht abgeleitet werden, daß Tantal den negativen Einfluß von Sauerstoff ohne weiteres beseitigt. Die mit A₆ 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 Glühdrahtes, eine damit gepaarte Widerstandserhöhung und eine Stromstärkeherabsetzung hin. Die Temperaturabnahme, die 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-/Woiframlegierung bleiben die Lampen Bg klar. Der Effekt von Sauerstoff wurde durch den Getter nahezu völlig beseitigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentanspruch:

Halogenglühlampe, die mit Bromwasserstoff und einem inerten Gas gefüllt ist und eine Tantallegierung als Sauerstoffgetter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Getter aus einer Tantal-Wolfram-Legierung besteht, worin das Gewichtsverhältnis W/Ta zwischen 10/90 und 90/10 liegt.