DE3124218A1 - "halogengluehlampe" - Google Patents

Description

U.V. Philips' Bloeilamponfabrisken, Elndiiöveii -] \ \ ':■--.'-. \ ς ι ? /. ? 18

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"Halogenglühlampe."

Die Erfindung betrifft eine Halogenglühlampe mit einem bromhaltigen Inertgas und einem im wesentlichen aus Wolfram bestehenden Glühkörper, der mit im wesentlichen aus ¥olfram bestehenden inneren Stromleitern verbunden ist, die sich bis in die Wand des Lampenkolbens erstrecken. Eine derartige Lampe ist aus der US-PS 3 470 410 bekannt. Hierbei können die Stromleiter derart vom Brom angegriffen werden, dass sie brechen und die Lampe erlischt. Bei der bekannten Lampe werden die Stromleiter mit Wolframdraht umwickelt, wodurch ein allmählicher Temperaturrückgang über diese Stromleiter bewiorkt wird. Der erwähnte Angriff löst einen Wolframtransport von der niedrigeren zur höheren Temperatur aus. Besteht der Stromleiter aus einem schraubenlinienförmigen Draht, wird von verhältnismässig kalten Windungen Wolfram abgenommen und auf näher zum Glühkörper liegenden,verhältnismässig warmen Windungen abgelagert.

Es hat sich gezeigt, dass ausser diesem Angriff, bei dem eine Windung - oder im allgemeinen eine Stelle mit einer bestimmten Temperatur - homogen angegriffen wird, noch eine zweite Angriffsform auftritt. Diese bewirkt das Entstehen -von Gruben oder Kratern, die in einem Bereich gestreut liegen, in dem die Temperatur im Betrieb zwischen etwa 600 und I3OO C liegt. Diese zweite Angriffsform ..wird im weiteren mit Grubenbildung bezeichnet. Bemerkenswert ist dabei, dass, obgleich Grubenbildung in einem grossen Temperaturbereich auftritt, der an der Oberseite ziemlich scharf abgegrenzt ist, Grubenbildung dennoch nur stellen- \ieise auftritt. Xst an einer bestimmten Stelle ein Krater in einem Stromleiter entstanden, ist der Stromleiter diametral gegenüber dem Krater meistens völlig unbeschädigt, obwohl die Temperatur dort gleich der Temperatur der Stelle ist, an der der.Krater entstanden ist.

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Grubenbildung ist ein ernsthaftes Problem, zumal bei Lampen mit einer langen Soll-Lebensdauer, da dieser Angriff bereits nach etwa 100 Betriebsstunden soweit fortgeschritten sein kann, dass ein Krater mit einer Tiefe von beispielsweise 8θ?έ des Durchmessers des Stromleiters entstanden ist und der Stromleiter bricht oder durchschmilzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Halogenglühlampen zu schaffen, bei denen ein grubenförmiger Angriff der inneren Stromleiter wirksam unterdrückt ist.

Diese Aufgabe wird bei Halogenglühlampen eingangs erwähnter Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die inneren Stromleiter wenigstens an ihrer Oberfläche aus Wolfram mit zumindest 0,1 Ge~w.fi an Rhenium bestehen.

Es hat sich gezeigt, dass Rhenium in einer so geringen Menge Grubenbildung durchgreifend beschränkt. Mit 1 Gew.% an Rhenium ist die Grubenbildung immer noch sehr oberflächlich, während mit 3 Gew. $ an Rhenium gar keine Grubenbildung festgestellt wurde. Letzteres wurde auch für Wolfram mit 27 Gew.fo an Rhenium und für reines Rhenium gefunden. Da Rhenium sehr teuer ist, wird Wolfram mit dem niedrigsten Rheniumgehalt gewählt, das unter den gegebenen Bedingungen ein für praktische Anwendung zufriedenstellendes Ergebnis hat, d.h. Grubenbildung derart unterdrückt, dass dieser Angriff nicht die Ursache des Endes der Löbensdauer ist. Jn weitaus den meisten Lampentypen wählt man aus diesem Grund einen Rheniumgehalt von 1 bis 3 Gew.°/o. Wenn die inneren Stromleiter im Verhältnis zum Durchmesser des Drahtes, aus dem der Glühkörper gewickelt wurde, dick sind und die Halogenkonzentration in der Lampe im Betrieb niedrig oder die Sο11-Lebensdauer der Lampe kurz ist,kann ein Rheniumgehalt von 0,1 Gew.$ oder darüber gewählt werden.

Wie die Grubenbildung zustande kommt, ist unaufgeklärt geblieben. Von Verunreinigungen, wie Schwefel, Eisen, Kalium, Natrium, Kohlenstoff, Silizium, die in für Glühkörper benutztem Wolfram auftreten, konnte kein Einfluss auf die Grubenbildung nachgewiesen werden. Von einer Vielzahl von Elementen, zu der Zirkon, Tantal, Niob, Molybdän, Platin und das chemisch eng mit Rhenium verwandte Osmium

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gehören, wurde ebenfalls kein Einfluss auf die Grubenbildung gefunden. Deswegen ist es umso überraschender, dass besonders geringe Rheniummengen sich als wirksam gezeigt haben. Die Tatsache, dass der Mechanismus der Grubenbildung unaufgeklärt geblieben ist, bringt es mit sich, dass auch die Wirkung des Rheniums unbekannt geblieben ist. Es wurde nur festgestellt, dass Rhenium an der zu schützenden Oberfläche vorhanden sein muss, üaffl Rhenium keine Wirkung hat, wenn, es sich an einer anderen Stelle in der Lampe befindet, zeigte ein Versuch, bei dem auf einem inneren Stromleiter aus rheniumfreiem Wolfram ein Stück Rheniumdraht aufgeschweisst war; dieser innere Stromleiter wies neben der Schweissstelle dennoch Grubenbildung auf.

Die erfindungsgemässe Lampe kann in mehreren Formen ausgeführt sein. Die inneren Stromleiter können sich beide (oder jeder für sich) durch einen (jeweiligen) vakuumd.^;. chten Abschluss in der Wand des Lampenkolbens bis aus serhalb des Lanpenkolbens erstrecken; sie können auch an eine in diesen (diese) Abschluss (Abschlüsse) aufgenommene · Metallfolie angeschweisst sein, an der weiter ein sich bis ausserhalb des Lampenkolbeiis erstreckender externer Stromleiter angeschweisst ist.

Der Lampenkolben kann aus Hartglas, wie Alkalialuminoborosilikatglas, oder aus Glas mit einem höheren SiO_-Gehalt, beispielsweise einem Gehalt von 95 Gew.°/o oder darüber, z.B. Quarzglas, bestehen.

Eine grosse Auswahl an inneren Stromleitern kann in den Lampen benutzt werden. So können vollständig oder teilweise schraubenlinienförmig gewickelte Drähte benutzt werden, die mit je einem Ende um oder in ein entsprechendes Ende des Glühkörpers geschraubt sind. Auf andere Weise können gerade Drähte benutzt werden, die beispielsweise an ihren in den Lampenkolben ragenden Ende mit je einem Draht schraubenlinienförmig umwickelt sein können, um sie mit diesem Ende in ein entsprechendes Ende des Glühkörpers hineinschrauben zu können. Bei dieser letzten Konstruktion kann auch der umwickelnde Draht Rhenium enthalten, da dieser jedoch keine tragende Punktion hat und ausserdem im Betrieb

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eine Temperatur tlber I3OO C hat, bei der also Grubenbildung nicht auftritt, kann dieser Draht genau so gut aus rheniumfreiem Wolfram bestehen.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht der innere Stromleiter aus einem schraubenlinienförmig·gewickelten Draht, der wenigstens an seinem in den Lampenkolben ragenden Ende um einen Schenkel des Glühkörpers angebracht ist. ·

Die inneren Stromleiter können aus massivem Wolfram/Rhenium bestehen oder aus einem Wolframkern, auf dem Rhenium angebracht ist, beispielsweise mittels chemischen Aufdampfens. Das Rhenium kann anschliessend in das Wolfram hineindiffundiert sein. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung des Wolfram/Rhenium-Werkstoffs ist lonenimplantation von Rhenium im Wolfram.

Die erfindungsgemässe Lampe kann auf übliche Weise hergestellt und mit ihrer Fasftillung versehen werden. Dabei kann das Brom in elementarer Form zusammen mit Inertgas und vorzugsweise einer zumindest gleichwertigen Wasserstoffmenge dosiert werden, jedoch alternativ in Form von Bromwasserstoff oder bromierten Kohlenwasserstoffs, wie Methylbromid, das sich beim ersten Brennen der Lampen zersetzt und Bromwasserstoff abgibt, was sich im Betrieb der Lampe wenigstens teilweise aufspaltet.

Es sei bemerkt, dass aus der GB-PS 1 053 020 Vakuumlampen und ausschliesslieh mit Inertgas gefüllte Lampen bekannt sind, bei denen der Glühkörper aus Wolfram/ Rhenium besteht. Dieser Patentschrift kann keine Lösung für das Grubenbildungsproblem entnommen werden: nicht nur .

enthalten die bekannten Lampen kein Brom und tritt Grubenbildung also nicht auf, sondern auch wird über die Art der inneren Stromleiter nichts ausgesagt.

Weiter sei bemerkt, dass aus der US-PS J 392 299 eine Jodlampe bekannt ist, bei der auf einem Wolfram/Rhenium-Glühkörper zwischen dessen Enden Wolfrarn/Rhenium-Träger angebracht sind. Auch diese Patentschrift erwähnt nichts über die Art der in den Glühkörper hineingesteckten inneren Stromleiter. Da ausserdem in Lampen mit einem Wolfram-

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Jodzyklus Grubenbildung- genau so wenig auftritt wie in Vakuumlampen und in mit Inertgas gefüllten Lampen, kann axicli d.i. es er Patentschrift keine Lösung für das Gnibenbildungsproblem entnommen werden.

Die erfindungsgemässe Lampe kann u.a. als Flutliclitlampe, Infrarotstrahler, Foroaufnahmelampe u.dgl. benutzt werden.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Lampen werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Lampe in Seitenansicht, Fig. 2 eine andere Ausführungsform in Seitenansicht,

Fig. 3 ein stark vergrössertes Detail einer herkömmlicheii Lampe.

Die Lampe nach Fig. 1 hat einen Quarzglaslampenkolben 1, der vakuumdicht durch Quetschungen 2 abgeschlossen ist, in die Molybdänfolien 3 aufgenommen sind, an die externe Stromleiter h angeschweisst sind. Im Lampenkolben ist ein Doppelwendelglühkörper 5 aus "Wolfram angeordnet, mit dessen äussersten Windungen 7 und 8 schraubenlinienförmig gewickelte innere Stromleiter 6 aus Wolfram mit 1 Gew. ^ an Rhenium mit einem Drahtdurchmesser von 500/um im Eingriff stehen. Der Glühkörper 5 ist zwischen seinen Enden durch einen Träger 9 aus Wolframdraht zentriert. Ein gerades Ende 10 der inneren Stromleiter β ist an die Metallfolien angeschweisst. Die Lampe ist mit 2,5 bar Ar gefüllt, denen 0,3 Vol. ⁰Jo CH Br zugesetzt ist, das sich beim ersten Zünden der Lampe zersetzt und Bromwasserstoff ergibt. Die Lampe nahm eine Leistung von 500 W auf. Am Ende seiner Lebensdauer brannte der Glühkörper durch. Die inneren Stromleiter waren dabei noch in Ordnung und wiesen nur eine sehr geringe oberflächliche Grubenbildung auf.

Die in Fig. 2 dargestellte Lampe hat einen Hartglaskolben 21 mit vakuumdichten Abschlüssen 22, durch die ein 800 /um dicker Wolframdraht 23 mit 0,1 Gew.°/o Rhenium, der in der Lampe den inneren Stromleiter 25 bildet, zum Glühkörper 26 führt, der einen Wolfram/Rhenium-Träger 29

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aufweist. Der Draht 23 hat YoIframdrahtwindungen 24, die mit dem Glühkörper 26 im Eingriff stehen. Der Draht 23 • ist über einen Teil seiner Länge mit einer Hartglassschicht 27 bekleidet, auf der der vakuumdichte Abschluss 22 des Lanpenkolbens 21 verwirklicht ist. Die Lampe ist mit Ar gefüllt, das 0,6 VoI,°/o HBr enthält. Die Lampe nahm eine Leistung von 1000 ¥ auf. Das Ende der Lebensdauer wurde durch einen Bruch des Glühkörpers nach der berechneten Brennstundenanzahl erreicht. Die inneren Stromleiter waren

^ dabei noch in Ordnung. Sie wiesen im Vergleich zu gleichartigen Lampen mit rheniumfreien inneren Stromleitern eine sehr stark reduzierte Grubenbildung auf.

In Fig. 3 ist 3I der Lampenkolben einer 220 V, 1500 ¥ Scheinwerferlampe mit einer Quetschabdichtung 32,

'° in die eine Molybdänfolie 33 aufgenommen ist, an die ein innerer Stromleiter 3^ aus ¥olfram angeschweisst ist. Auf dem freien Ende dieses Stromleiters 34 war ¥olframdraht mit einem Durchmesser von 235/um gewickelt, dessen ¥indungen mit dem Glühkörper im Eingriff standen. In der Zeichnung ist der Zustand des inneren Stromleiters 3^· nach 1000 Brennstunden bei Entwurfsspannung dargestellt, wobei sich der innere Leiter in 2,5 bar Ar (bei 300°K) befand, denen 0,6 YoI.°/o HBr zugesetzt worden war. Ausser einer Reihe kleiner untiefer Gruben 35 ist eine grosse und sehr tiefe Grube 36 sichtbar. Diametral gegenüber dieser Grube ist kein Angriff sichtbar. An der Stelle dieser Grube 36 ist die Dicke des inneren Stromleiters von 500 auf etwa 100 /um zurückgegangen, d.h. viel kleiner als der Durchmesser des Glühdrahtes der Lampe (250/um) geworden, wodurch die Möglichkeit von Bruch oder Durchschmelzen gross geworden ist. Eine gleiche Lampe mit inneren Stromleitern aus ¥olfram mi'fc 3 Gew.$ Rhenium war nach 2000 Brennstunden noch völlig angriffsfrei.

Leerseite

Claims (1)

1. PHN 9782 'y 10-3-I98I

   PATENTANSPRUCH:

   Halogenglühlampe mit- einem bromhaltigen Inertgas und einem im wesentlichen aus Wolfram bestehenden Glühkörper, der mit im wesentlichen aus Wolfram bestehenden inneren Stromleitern verbunden ist, die sich bis in die Wand des Lampenkolbens erstrecken, dadurch gekennzeichnet:, dass die inneren Stromleiter (6m 2J5) wenigstens an ihren Oberflächen aus Wolfram mit zumindest 0,1 Gew.°/o Rhenium bestehen.