DE3100209A1 - "gluehlampe" - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gasgefüllte Glühlampen und mehr im besonderen auf gasgefüllte Glühlampen mit inneren Zuleitungsdrähten aus unplattiertem Kupfer, auf die ein Gettermaterial aus Aluminium und Zirkonium aufgebracht ist, um die Lampenatmosphäre von schädlichen Gasen zu reinigen, die den Glühfaden erodieren und verunreinigen würden.

Glühlampen umfassen im allgemeinen einen Kolben mit einem damit dicht verbundenen Lampenfuß. Ein Glühfaden ist durch Zuleitungsdrähte elektrisch verbunden und mechanisch abgestützt, wobei die Zuleitungsdrähte in den Lampenfuß eingebettet sind und sich durch diesen hindurch erstrecken, um eine äußere elektrische Verbindung des Glühfadens zu gestatten. Die Zuleitungsdrähte sollen eine hohe Leitfähigkeit aufweisen und eine genügende Starrheit bzw. Festigkeit schaffen, um den Glühfaden angemessen abzustützen. Gasgefüllte Glühlampen mittlerer und geringer Wattzahl weisen im allgemeinen geeignete Sicherungs- oder Kupferdrähte vom Metallsockel zum Glasquetschfuß, Verbund- oder Dumetdrähte im Quetschfuß und nickelplattierte Kupferdrähte vom Quetschfuß zum Glühfaden auf. Der Dumet-Verbunddraht innerhalb des Quetschfusses besteht aus einem Nickel-Eisen-Kern, der in einer Kupferhülle eingeschlossen ist und der im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas des Quetschfusses der Lampe aufweist und ein hermetisches Abdichten zwischen beiden ermöglicht.

Die inneren Zuleitungsdrähte, d. h. die zwischen Quetschfuß _und Glühfaden, sind der Lampenatmosphäre ausgesetzt und können daher den Betrieb des Glühfadens direkt beeinflussen. Auch sollten die inneren Zuleitungsdrähte aus einem Material bestehen, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie eine beträchtliche Starrheit aufweist, um den Glühfaden abzustützen. Die inneren Zuleitungsdrähte haben im allgemeinen aus Nickel, nickelplattiertem Eisen, nickelplattiertem Kupfer oder aus Molybdän bestanden. Im besonderen unterliegen diese Metalle weniger der

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Oxidation und führen daher keine Verunreinigungen in den Lampenkolben ein. Zuleitungsdrähte aus Nickel und nickelplattiertem Eisen beeinflussen jedoch den Lampenbetrieb in sofern nachteilig, als das Nickel in den Glühfaden aus Wolfram eindringt und ihn brüchig macht und dadurch ein frühes Versagen der Lampe durch Bruch des Fadens nahe der ihn haltenden Klemme verursacht.

Bloße Kupferdrähte sind innerhalb gasgefüllter Glühlampen bisher nicht benutzt worden, da während des Abdichtens des Zuleitungsdrahtes innerhalb des Quetschfusses dieser einer starken Hitze ausgesetzt 1st und das Kupfer daher unter Bildung eines Kupferoxidüberzuges darauf oxidiert worden ist. Im allgemeinen enthält eine gasgefüllte Lampe einen geringen Prozentsatz an Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Verbindungen, die das Kupferoxid reduzieren und Wasserdampf bilden, der den bekannten Wasserzyklus aktiviert, während dessen Wolfram vom heißen Glühfaden abtransportiert und auf der kälteren Kolbenwand abgelagert wird. Dieser Wasserzyklus verkürzt die Lebensdauer der Lampe durch Erodieren des Glühfadens und vermindert zusätzlich die Lichtabgabe der Lamne durch Schwärzen der Kolbenwand. Nach dem

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Stand der Technik/die inneren Zuleitungsdrähte aus Kupfer plattiert worden, z. B. mit Nickel, um die Oxidation des Kupfers während der Herstellung und des Betriebes der Lampe zu verhindern. Die geringen Mengen an Nickeloxid, die sich bilden, sind der Reduktion durch Wasserstoff weniger ausgesetzt. Doch verursacht eine Nickelplattierung andere Probleme in der Lampe.

In der erfindungsgemäßen Lampe werden freie Zuleitungsdrähte aus Kupfer mit einem Getter aus Aluminium und Zirkonium, der in der Nähe der Klemmen für den Glühfaden aufgebracht ist innerhalb der Lampe benutzt, wobei der Getter die Gase sorbiert, die den Betrieb der Glühlampe nachteilig beeinflussen und insbesondere sorbiert der Getter Wasserdampf. Das Gettermaterial besteht im allgemeinen aus Aluminium- und Zirkoniumpulvern, die in Mengen von 18 und 82 Gew.-% vorhanden und in einem Binder aus Amylacetat und Nitrocellulose suspendiert sind. In einer Ausführungsform wird der Getter in einer Dicke von etwa 0,25 mm

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auf die Zuleitungsdrähte aufgebracht. Sowohl das Aluminium als auch das Zirkonium werden durch die relativ hohen Temperaturen des Glühfadens aktiviert.

Im allgemeinen wirkt das Aluminium als chemischer Getter, der mit Sauerstoff oder Wasserdampf in der Lampenatmosphäre Aluminiumoxid bildet.

Zirkonium ist ein Lösungsgetter, der eine Gasverunreinigung an der Oberfläche adsorbiert, wobei das Gas dann nach innen diffundiert und innerhalb des Gettermaterials eine feste Lösung bildet. Der Zirkoniumgetter weist daher eine ausgedehnte Betriebszeit auf und ist besonders gut zum Beseitigen von Sauerstoff aus der Lampenatmosphäre. Die Gettermaterialien werden auf die Zuleitungdrähte aufgebracht, bevor der Fuß innerhalb des Lampenkolbens abgedichtet wird, so daß die Bindermaterialien durch die Hitze bei der Lampenherstellung von den Zuleitungsdrähten verdampft sind, was die Möglichkeit der Lampenverunreinigung weiter reduziert.

Der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Getter aus Aluminium und Zirkonium gestattet die Verwendung von Zuleitungsdrähten aus unplattiertem Kupfer in gasgefüllten Glühlampen. Diese Gettermaterialien ermöglichen auch die Verwendung von Zuleitungsdrähten aus Kupfer, die dispersionsverstärkt sind, um den für die Herstellung des Quetschfusses erforderlichen Temperaturen, um hermetische Dichtungen zwischen den Zuleitungsdrähten und dem Quetschfuß zu bilden, zu widerstehen.

Die vorliegende Erfindung schafft daher die praktische Anwendung im wesentlichen starrer Zuleitungsdrähte aus unplattiertem Kupfer innerhalb des Kolbens einer Glühlampe und beseitigt dadurch die Notwendigkeit zusätzlicher Stützen für Glühfaden und Zuleitungsdrähte.

Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung finden sich in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in deren einziger Figur eine Ausfuhrungsform einer erfindungsge-

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mäßen Glühlampe gezeigt ist.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist die Glühlampe 10 dargestellt, die einen abgedichteten Glaskolben 11 umfaßt, der einen Glühfaden 12, vorzugsweise aus Wolfram, enthält, der an die inneren Enden der Zuleitungsdrähte 13 und 14 geklemmt und elektrisch damit verbunden ist. Diese Zuleitungsdrähte erstrecken sich hermetisch durch den Glasfuß 15, der seinerseits hermetisch mit dem Halsteil 17 des Kolbens 11 verbunden ist und sich von dort aus nach innen in den Kolben erstreckt. Der hermetisch abgedichtete Kolben 11 ist durch ein Absaugröhrchen 18 mit Gas gefüllt, das sich durch den Lampenfuß 15 erstreckt. Dieses Absaugröhrchen 18 ist nach dem Einfüllen einer geeigneten Lampenatmosphäre, wie einem Inertgas, üblicherweise einer Mischung aus Argon und Stickstoff, in einer hermetischen Dichtung 19 abgeschmolzen. Diese Füllgase behindern die Verdampfung des Wolframs und gestatten höhere Betriebstemperaturen für den Glühfaden .

Der Einfachheit halber ist die Lampe 10 als eine Lampe mit einem einzelnen Glühfaden mit zwei Anschlüssen dargestellt. Der Lampenkolben 11 ist in einen Sockel 20 eingekittet, der mit einer geeigneten Anzahl von Anschlüssen zum äußeren Verbinden der Zuleitungsdrähte 13 und 14 versehen ist. Mehr im besonderen ist der Zuleitungsdraht 13 mit der Hülle des Sockels 20 verbunden, während der Zuleitungsdraht 14 mit einem von der Sockelhülse isolierten Kontaktplättchen 21 verbunden ist.

Bei der Herstellung der Lampe 10 wird einer der schwierigeren Prozesse dazu benutzt, die Zuleitungsdrähte 13 und 14 durch den Glasfuß 15 hindurch abzudichten. Die Zuleitungsdrähte 13 und 14 weisen im allgemeinen einen Abschnitt aus Verbunddraht, wie Dumetdraht auf, der innerhalb des Quetschfusses 22 abgedichtet ist.

Die inneren Enden 25 und 26 der Zuleitungsdrähte 13 und 14 sind um die Enden 27 und 28 des Glühfadene 12 aus Wolfram geklemmt und halten diesen Faden in baulicher und elektrischer Verbindung

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zwischen den Zuleitungsdrähten. Der Zuleitungsdraht 12 kann ein einzelner Draht, eine Wendel, eine Doppelwendel oder eine Dreifachwendel sein, wobei die Zuleitungsdrähte 13 und 14 um den nicht-gewendelten Draht, oder die erste, zweite oder dritte Wendel geklemmt sind.

In der US-PS 4 131 819 ist die Verwendung von Zuleitungsdrähten mit einer besonderen Steifheit beschrieben.

In der US-PS 4 138 623 ist die Verwendung dispersionsgehärteten Kupfers für die inneren und äußeren Zuleitungen einer elektrischen Lampe beschrieben.

In der US-PS 4 208 603 ist die Verwendung dispersionsgehärteten Kupfers ohne eine äußere Matrix aus Kupfermetall vorgeschlagen, das üblicher als hüllenloses dispersionsgehärtetes Kupfer bezeichnet wird. Die in den vorgenannten US-PS beschriebenen Zuleitungsdrähte sind alle in bekannter Weise nickelplattiert, um die Oxidverunreinigung der Lampe zu verhindern. Eine kombinierte Zusammenfassung dieser drei US-PS lehrt, daß steife Zuleitungsdrähte die Notwendigkeit für Binde- und Stützdrähte, die in einem Glasknopf innerhalb der Lampe verankert sind, beseitigt. Dispersionsgehärtetes Kupfer ist ein erwünschter steifer Zuleitungsdraht, der jedoch nickelplattiert werden muß, um die Verunreinigung der Lampenatmosphäre zu verhindern. Hüllenloses dispersionsgehärtetes Kupfer ergibt auch einen steifen Zuleitungsdraht, der zusätzlich eine verbesserte Bindung zwischen der Nickelplattierung und dem Zuleitungsdraht aus Kupfer ermöglicht, um die Möglichkeit der Oxidverunreinigung der Lampe und der Nickelwanderung in den Glühfaden aus Wolfram weiter zu verringern.

Im Gegensatz zu den drei oben genannten US-PS lehrt die vorliegende Erfindung die Beseitigung der Nickelplattierung, um dadurch das Problem der Nickelwanderung und des Brüchigwerdens des Glühfadens aus Wolfram vollkommen zu vermeiden, indem ein Zuleitungsdraht aus unplattiertem Kupfer in Kombination mit einem Getter aus Aluminium und Zirkonium in der Nähe des Glüh-

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fadens aus Wolfram benutzt wird.

Auf den Zuleitungsdrähten aus unplattiertem Kupfer bildet sich während des Verarbeitens und Handhabens Kupferoxid. Dieses Kupferoxid kann z. B. durch Wasserstoff, der innerhalb des Lampenkolbens entweder als Verunreinigung oder als Füllgas vorhanden sein kann, unter Bildung von Wasserdampf in der Lampe reduziert werden. Wie bekannt, greift der Wasserdampf den Glühfaden aus Wolfram an und erodiert ihn nach dem bekannten Wasserzyklus, der durch die folgenden Reaktionsgleichungen beispielhaft wiedergegeben ist:

Am heißen Glühfaden: W + H₉O-»-WO +H
An der Kolbenwand : WO + H-»-W + H₀O

worin WO für die WoIframkomponente steht, da die genauen Arten der gebildeten Wolframoxide nicht bekannt sind.

Erfindungsgemäß wird ein Getter 3O aus Aluminium und Zirkonium in geeigneter Dicke, wie etwa 0,25 mm_/in der Nähe der Klemmen 25 und 26 auf die Zuleitungsdrähte 13 und 14 aufgebracht. Aluminium bildet leicht Aluminiumoxid entweder mit Wasserdampf oder freiem Sauerstoff und ist somit ein praktisches Reagenz zum Gettern von freiem Sauerstoff und Wasserdampf aus der Lampenatmosphäre .

Zirkonium andererseits reagiert mit Sauerstoff und Wasserstoff nicht durch Bilden eines Oxidüberzuges auf der Oberfläche sondern durch Oberflächenadsorption der Gase mit nachfolgender Wanderung oder Absorption des Gases innerhalb der Zirkoniumteilchen. Demgemäß ist Zirkonium ein Getter mit einer langen Lebensdauer, der die Lampenatmosphäre während des Betriebes der Lampe kontinuierlich reinigt.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind die Aluminium- und Zirkoniumteilchen oder Flocken mit einem Binder wie Amylacetat oder Nitrocellulose gemischt und bilden ein Gettermaterial,

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das in der Nähe der Glühfadenkleiranen auf die Zuleitungsdrähte aufgebracht wird. Das Aufbringen des Getters erfolgt, bevor der Lampenfuß innerhalb des Lampenkolbens abgedichtet wird und demgemäß sind die Suspensions-Bindemittel (Amylacetat und Nitrocellulose) ausreichend entfernt, so daß sie nicht zur Verunreinigung der Lampenatmosphäre beitragen.

Von dem Aluminium und Zirkonium sollten ausreichende Mengen innerhalb der Lampe vorhanden sein, um der Bildung des Oxides auf den Zuleitungsdrähten 13 und 14, wo sie aus dem Quetschfuß 22 austreten und anderen möglichen Verunreinigungen innerhalb der Lampe entgegenzuwirken. Die Teilchen des Gettermetalles werden mit etwa gleichen Mengen Nitrocellulose-Binder und Amylacetatträger vermischt und bilden eine Suspension von Metallteilchen innerhalb einer Aufschlämmung, die z. B. durch Streichen oder Tupfen auf die Zuleitungsdrähte aufgebracht wird. In einer Aufschlämmung in Amylacetat und Nitrocellulose erhöht der Prozentsatz an Aluminium die Viskosität der Aufschlämmung und läßt sie besser an den Zuleitungsdrähten haften. Der relative Gew.-%-Gehalt des Aluminiums gegenüber dem Zirkonium erstreckt sich über einen weiten Bereich, da eine größere Menge an Gettermaterial auf die Zuleitungsdrähte aufgebracht werden kann, um geringere Gew.-%-Sätze zu kompensieren. Vorzugsweise ist das Zirkonium gewichtsmäßig vorherrsche id und in spezifischen Ausführungsformen haben 15 bis 25 Gew.-% Aluminium gute Ergebnisse gebracht. Nach einer weiteren spezifischen Ausführungsform werden 18 Gew.-% Aluminium und 82 Gew.-% Zirkonium eingesetzt.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Kombination mit einer üblichen gasgefüllten Glühlampe beschrieben worden ist, können die Zuleitungsdrähte aus unplattiertem Kupfer in Kombination mit dem Getter aus Aluminium und Zirkonium in einer Anzahl verschiedener Lampenkonfigurationen und Arten eingesetzt werden. Mehr im besonderen können Zuleitungsdrähte aus unplattiertem Kupfer in IR-Lampen oder in Lampen eingesetzt werden, die ein Entladungsrohr in Kombination mit einem Glühfaden verwenden.

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In der besonderen Umgebung einer Lampe ergeben die Zuleitungsdrähte aus unplattiertem Kupfer mit dem Getter aus Aluminium
und Zirkonium überraschende Vorteile. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung steifer unplattierter und somit billigerer Kupferzuleitungsdrähte in Glühlampen, ohne daß die Lebensdauer oder die Qualität der Lampe nachteilig beeinflußt werden. Somit stellt die vorliegende Erfindung ein völlig neues Konzept bei Glühlampen dar.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Glühlampe mit einem hermetisch abgedichteten Glaskolben, in dem ein Glühfaden durch mehrere Zuleitungsdrähte elektrisch verbunden und mechanisch abgestützt ist, wobei sich die Zuleitungsdrähte hermetisch durch einen Glasfuß erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zuleitungsdrähte aus unplattiertem Kupfer besteht und einen aufgebrachten Getter aus Aluminium und Zirkonium aufweist.
2. 2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch geken nzeichnet , daß die Zuleitungsdrähte aus unplattiertem oder hüllenlosem dispersionsverstärktem Kupfer bestehen.
3. 3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Getter aus Aluminium und Zirkonium in der Nähe der Klemmen der Zuleitungsdrähte aufgebracht ist.

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4. 4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Getter aus Aluminium und Zirkonium aus irregulär geformten Teilchen aus Aluminium und Zirkonium zusammengesetzt ist, die in relativen Gew.-% von etwa 18 und etwa 82 vorhanden und in einem Binder aus Nitrocellulose und Amylacetat kombiniert sind.
5. 5. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Getter in einer Dicke von etwa 25 um aufgebracht ist.

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