DE60132391T2

DE60132391T2 - Wolfram-Halogen-Lichtbirne und diese verwendende Reflektorlampe

Info

Publication number: DE60132391T2
Application number: DE60132391T
Authority: DE
Inventors: Mituhiko Nara-shi Kimoto; Taku Katano-shi Ikeda; Hiroshi Osaka-shi Sugimoto; Takeshi Tondabayashi-shi Fujikawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: CN100397554C; EP1134787A3; EP1134787A2; US20010028221A1; DE60132391D1; EP1134787B1; CN1313629A; US6611102B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wolfram-Halogen-Glühbirne und eine Reflektorlampe, in der diese Wolfram-Halogen-Glühbirne angewendet wird.
Wolfram-Halogen-Glühbirnen werden im Allgemeinen für die Beleuchtung von Geschäften und Wohnungen verwendet.
Üblicherweise können derartige Wolfram-Halogen-Glühbirnen in solche vom Niedervolttyp und solche vom Hochvolttyp unterteilt werden. Wolfram-Halogen-Glühbirnen vom Niedervolttyp haben in der Hauptsache eine Nennspannung von 12 V, während mit Hochvolttyp solche Glühbirnen mit einer Nennspannung von beispielsweise 100 V oder 110 V (in Japan), 120 V (in den USA) und 230 V oder 240 V (in Europa) bezeichnet werden. Außerdem werden bei Wolfram-Halogen-Glühbirnen einfach gesockelte Glühbirnen mit einem Dichtungsabschnitt an nur einem Ende und doppelt gesockelte Glühbirnen mit Dichtungsabschnitten an beiden Enden unterschieden.
Unter den vorbezeichneten bekannten Wolfram-Halogen-Glühbirnen weist eine einfach gesockelte Wolfram-Halogen-Glühbirne eine Bogenentladungsröhre auf, und ein Ende der Bogenentladungsröhre ist abgedichtet. In der Bogenentladungsröhre sind ein Glühfaden und zwei innere Leitungsdrähte vorgesehen, wobei letztere den Glühfaden halten. Die Bogenentladungsröhre ist des Weiteren mit einem Basisgas befüllt, das in der Hauptsache gasförmiges Xenon, gasförmiges Krypton, gasförmiges Argon oder dergleichen enthält.
An dem Dichtungsabschnitt ist mittels eines Klebstoffs ein Sockel vorgesehen.
Die inneren Leitungsdrähte sind über eine an dem Dichtungsabschnitt aufgebrachte Metallfolie mit äußeren Leitungsdrähten verbunden. Diese äußeren Leitungsdrähte sind an den Sockel angeschlossen.
Bei einer derartigen einfach gesockelten Wolfram-Halogen-Glühbirne, insbesondere bei einer Wolfram-Halogen-Glühbirne vom Hochvolttyp, wird der Druck zum Befüllen mit Basisgas bei Raumtemperatur (25°C) auf beispielsweise 0,2 MPa oder weniger vermindert, um Schäden an der Bogenentladungsröhre zu vermindern.
Am Ende der Lebensdauer einer solchen Wolfram-Halogen-Glühbirne vom Hochvolttyp bricht jedoch der Glühfaden. Daher kommt es zu einer Bogenentladung zwischen den Bruchstellen des gebrochenen Glühfadens. Diese Bogenentladung breitet sich in den inneren Leitungsdrähten zum Dichtungsabschnitt hin aus, was in einem schroffen Temperaturwechsel resultiert, der zu Rissen am Dichtungsabschnitt führt. Dieser schroffe Temperaturwechsel wird insbesondere von der Bogenentladung und auch von der Wärme an den überhitzten inneren Leitungsdrähten verursacht.
Des Weiteren verdampft in der herkömmlichen Wolfram-Halogen-Glühbirne vom Hochvolttyp das im Leitungsdraht enthaltene Wolfram, was zu einem Durchbruch des Glühfadens und somit zu einer verkürzten Lebensdauer führt.
Die europäische Patentanmeldung 0 351 920 beschäftigt sich mit einer Wolfram-Halogen-Glühbirne, die eine Röhre mit einem Dichtungsabschnitt an einem Ende aufweist. In der Röhre ist ein Glühfaden vorgesehen, der mit einem in der Hauptsache Krypton enthaltenden Basisgas befüllt wird, wobei der Fülldruck P > 0,8 MPa und die Betriebsspannung V > 100 V beträgt.
In der europäischen Patentanmeldung 0 420 547 wird eine Wolfram-Halogen-Lampe behandelt. Diese umfasst ein Gemisch aus Phosphin, Wasserstoff, Brom und einem Inertgas. Eine hervorragende Lebensdauer und Lichtbeständigkeit wurde hier bei einem Atomverhältnis von Phosphor zu Brom in einem Bereich von 0,4 bis 2,5 gefunden. Des Weiteren schützt Stickstoff gegen Lichtbogenüberschlag.
Die europäische Patentanmeldung 0 370 318 , die als nächstgelegener Stand der Technik angesehen werden kann, behandelt eine Wolfram-Halogen-Lampe. Sie enthält Xenon, Krypton, Argon, Helium oder ein Gemisch dieser Stoffe und zusätzlich Stickstoff, Phosphor, Chlor und Brom. Der Fülldruck bewegt sich im Allgemeinen in einem Bereich von 3 bis 10 bar, und als Betriebsspannung können 12 V oder 120 V gewählt werden.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß Anspruch 1 und eine Reflektorlampe, in der die Wolfram-Halogen-Glühbirne angewendet wird, bereit. Die Wolfram-Halogen-Glühbirne ermöglicht einen Schutz gegen Rissbildung am Dichtungsabschnitt der Bogenentladungsröhre und hat eine lange Lebensdauer.
Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, weist eine Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bogenentladungsröhre mit einem Dichtungsabschnitt an einem Ende auf. In der Bogenentladungsröhre ist ein Glühfaden vorgesehen, und die Bogenentladungsröhre wird mit einem Basisgas befüllt, das in der Hauptsache wenigstens entweder gasförmiges Xenon oder gasförmiges Krypton enthält.
In Anspruch 1 bezeichnet V (Volt) eine Nennspannung der Wolfram-Halogen-Glühbirne und P (MPa) einen Fülldruck des Basisgases bei Raumtemperatur, Xe Vol.% bzw. Kr Vol.% geben Zusammensetzungsverhältnisse des gasförmigen Xenon bzw.
gasförmigen Krypton an, wobei die nachfolgenden Formeln (1) und (2) zur gleichen Zeit erfüllt sind. Im Folgenden bedenkt % "Vol.%". V ≥ 100 (Volt) (1) P ≥ 0,7 + {0,1 × (Kr%/(Kr% + Xe%))} (2)
In diesen Formeln gilt Kr% + Xe% = 100(%), 0 < Kr% < 100 und 0 < Xe% < 100.
Eine Reflektorlampe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß Anspruch 1 und einen mit einem Frontglas versehenen Reflektor. Die Wolfram-Halogen-Glühbirne weist eine Bogenentladungsröhre mit einem Dichtungsabschnitt an einem Ende auf. In der Bogenentladungsröhre ist ein Glühfaden vorgesehen, und die Bogenentladungsröhre wird mit einem Basisgas befüllt, das in der Hauptsache wenigstens entweder gasförmiges Xenon oder gasförmiges Krypton enthält.
Die vorliegende Erfindung liefert somit eine Wolfram-Halogen-Glühbirne mit langer Lebensdauer, die einen Schutz vor Rissbildung am Dichtungsabschnitt ermöglicht, und die vorliegende Erfindung stellt zugleich eine Reflektorlampe bereit, in der diese Wolfram-Halogen-Glühbirne angewendet wird.
1 zeigt, teilweise geschnitten, eine Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Ansicht von vorn.
2 zeigt, teilweise geschnitten, eine Reflektorlampe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Ansicht von vorn.
Was den Anwendungsaspekt der vorliegenden Erfindung angeht, wird durch die Erfindung ein Schutz gegen Rissbildung an dem Dichtungsabschnitt ermöglicht, die sich als Folge schroffer Temperaturwechsel ergibt, da die Ausbreitung der zwischen Bruchstellen eines gebrochenen Glühfadens stattfindenden Bogenentladung zum Dichtungsabschnitt hin verhindert wird. Da des Weiteren eine Verdampfung des Glühfaden-Wolframs vermindert werden kann, ist der Glühfaden durchbruchbeständig.
In der vorliegenden Erfindung liegt die Spannung in Formel (1) aus praktischen Erwägungen in einem Bereich von 100 bis 380 V.
In Formel (2) wird zwischen gasförmigem Xenon von gasförmigem Krypton an der Untergrenze des Fülldrucks unterschieden. Bei alleiniger Verwendung von gasförmigem Xenon liegt der Fülldruck bei mindestens 0,7 MPa, während bei alleiniger Verwendung von gasförmigem Krypton der Fülldruck bei mindestens 0,8 MPa liegt. Da Krypton einen geringeren Atomradius als Xenon aufweist, ist die mittlere freie Weglänge von Krypton länger als die mittlere freie Weglänge von Xenon. Daher ist bei einer alleinigen Verwendung von gasförmigem Krypton die Wahrscheinlichkeit einer Ionisierung durch Elektronen höher als in den Fällen, in denen allein gasförmiges Xenon verwendet wird. Dies kann zu mehr Bogenentladungen führen, wodurch der Gasdruck erhöht wird.
In einer Wolfram-Halogen-Glühbirne und einer Reflektorlampe gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Formel (2) vorzugsweise P ≥ 1,0 + {0,1 × (Kr%/(Kr% + Xe%))}, und in der Formel gilt Kr% + Xe% = 100(%), 0 < Kr% < 100 und 0 < Xe% < 100. Hierdurch kann einem Schutz gegen Rissbildung durch schroffe Temperaturwechsel an einem Dichtungsabschnitt vorgebeugt werden, ohne dass eine schützende Stromsicherung benutzt werden müsste, und die Rate der Schäden an der Bogenentladungsröhre kann vermindert werden.
Weiterhin wird dem Basisgas vorzugsweise gasförmiger Stickstoff zugesetzt. Hierdurch kann die Bogenentladung durch den Glühfaden während des Glühens kontrolliert werden. Eine bevorzugte Menge an zugesetztem gasförmigem Stickstoff bewegt sich, bezogen auf das gesamte Basisgas, in einem Bereich von 5 bis 20 Vol.%.
Dem Basisgas wird des Weiteren vorzugsweise eine halogenierte Verbindung zugesetzt.
Die halogenierte Verbindung ist vorzugsweise Methylenbromid (CH₂Br₂).
Die bevorzugte Menge der halogenierten Verbindung liegt, bezogen auf das gesamte Basisgas, im Bereich von 5 bis 1.500 ppm.
Vorzugsweise wird für die Verbesserung der Sicherheit weiterhin eine schützende Stromsicherung vorgesehen, um die Stromversorgung des Glühfadens zu unterbrechen, wenn der Glühfaden während des Glühens brechen sollte.
Der Fülldruck P (MPa) des Basisgases bei Raumtemperatur und der Drahtdurchmesser (mm) der schützenden Stromsicherung (Schutzstromsicherung) stehen vorzugsweise in folgender Beziehung zueinander: Bei P = 0,7 (MPa) beträgt der Drahtdurchmesser 0,24 mm oder weniger, bei P = 0,8 (MPa) beträgt der Drahtdurchmesser 0,28 mm oder weniger, und bei P = 0,9 (MPa) beträgt der Drahtdurchmesser 0,30 mm oder weniger. Hierdurch wird es ermöglicht, je nach Fülldruck des Gases bei Raumtemperatur eine adäquate Schutzstromsicherung auszuwählen.
Vorzugsweise gilt (T_min – T_h) > 0, wobei T_min eine Minimaldauer (msec) der Bogenentladung angibt und Th eine Abschmelzdauer (msec) der Schutzstromsicherung bezeichnet. Hierdurch wird ein Abschmelzen der Schutzstromsicherung bereits vor Schädigung der Bogenentladungsröhre ermöglicht.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 und 2 Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung besprochen. Soweit nicht anders vermerkt, bezeichnet Volumen-%.
(Beispiel 1)
Wie in 1 gezeigt, weist eine in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendete einfach gesockelte Wolfram-Halogen-Glühbirne mit einer Nennspannung von 110 V (Nennleistung 65 W) eine Bogenentladungsröhre 1 aus Quarzglas auf. Die Bogenentladungsröhre 1 hat eine Gesamtlänge von 44 mm und einen maximalen Außendurchmesser von 14 mm.
Die Bogenentladungsröhre 1 weist einen geschlossenen Abschnitt 2, einen elliptischen lichtemittierenden Abschnitt 3, einen zylindrischen Abschnitt 4 und einen Dichtungsabschnitt 5 in der angegebenen Reihenfolge auf.
An einem Ende des Dichtungsabschnitts 5 der Bogenentladungsröhre 1 ist mit einem Klebstoff 7 ein Sockel 6 befestigt.
Die Bogenentladungsröhre 1 ist mit einem Basisgas befüllt. Das Basisgas umfasst in der Hauptsache wenigstens entweder gasförmiges Xenon oder gasförmiges Krypton; außerdem sind gasförmiger Stickstoff und eine Spur einer halogenierte Verbindung, beispielsweise Methylenbromid (CH₂Br₂), zugesetzt.
In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "in der Hauptsache umfassend" verwendet, um anzuzeigen, dass der Anteil einer Komponente im Basisgas mindestens 40% beträgt. Daher sollte der Anteil entweder von gasförmigem Xenon oder von gasförmigem Krypton im gesamten Basisgas bei mindestens 40% liegen. Andernfalls liegt der gemeinsame Anteil von gasförmigem Xenon und gasförmigem Krypton im Basisgas bei mindestens 40%.
Da das Basisgas gasförmigen Stickstoff enthält, kann, wie nachfolgend beschrieben wird, die Bogenentladung durch einen Glühfaden 8 während des Glühens kontrolliert werden. Die bevorzugte Menge an zugesetztem gasförmigem Stickstoff bewegt sich, bezogen auf das gesamte Basisgas, bei 5 bis 20% Bei einem Anteil von gasförmigem Stickstoff unter 5% wird eine Kontrolle des Auftretens von Bogenentladungen schwierig. Bei einem über 20% liegenden Anteil von gasförmigem Stickstoff im gesamten Basisgas wird die Temperatur des Glühfadens 8 abgesenkt, was zu einer Verschlechterung der Lichtemissionsleistung führen kann.
Auf der äußeren Oberfläche der Bogenentladungsröhre 1 ist, unter Ausnehmung des Dichtungsabschnitts 5, ein Infrarot reflektierender Film 9, umfassend einen mehrschichtigen Interferenzfilm aus Tantaloxid (Ta₂O₅) und Siliciumoxid (SiO₂) ausgebildet.
Der Wolfram enthaltende Glühfaden 8 ist in dem lichtemittierenden Abschnitt 3 vorgesehen. Dieser Glühfaden 8 ist an innere Leitungsdrähte 11 angeschlossen, die Wolfram enthalten und die an beiden Enden von einer zylindrischen Basis 10 aus Quarz gehalten werden.
Die inneren Leitungsdrähte 11 sind über eine Molybdänfolie 12, die an dem Dichtungsabschnitt 5 aufgebracht ist, an Molybdän enthaltenden äußeren Leitungsdrähten 13 angeschlossen. Des Weiteren sind die äußeren Leitungsdrähte 13 jeweils an Metallanschlussteile (6a, 6b) des Sockels 6 angeschlossen.
Vorzugsweise ist eine (nicht gezeigte) Schutzstromsicherung zwischen dem äußeren Leitungsdraht 13 und dem Metallanschlussteil 6a des Sockels 6 vorgesehen, um die Stromversorgung des Glühfadens 8 zu unterbrechen, wenn der Glühfaden 8 während des Glühens brechen sollte.

In dem vorliegenden Beispiel wurden für jede der in Tabelle 1 gezeigten Lampengruppen A bis S fünfzig Wolfram-Halogen-Glühbirnen hergestellt. Bei den Lampen A bis S wurde, jeweils bei Raumtemperatur (25°C), der Druck zum Befüllen mit Basisgas (im Folgenden bezeichnet als Fülldruck P) von 0,1 MPa bis 1,5 MPa variiert. Das Zusammensetzungsverhältnis von gasförmigem Xenon zu gasförmigem Stickstoff im Basisgas lag bei 88:12; außerdem wurden dem Basisgas 200 ppm Methylenbromid zugesetzt. Um absichtlich einen Bruch des Glühfadens zu bewirken, wurden alle Wolfram-Halogen-Glühbirnen während des Leuchtens in horizontal ausgerichtetem Zustand fallen gelassen, um ihnen einen mechanischen Schlag beizubringen. Anschließend wurden die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 und die Rate der Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 ermittelt; die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Beispiel Nr.	Lampe Nr.	Schutzstromsicherung	Fülldruck bei Raumtemperatur (MPa)	Rate der Rissbildungen an Dichtungsabschnitt (%)	Rate der Schäden an Bogenentladung sröhre (%)	Bewertung
1	A	ohne	0,1	96	0	schlecht
2	B	ohne	0,2	95	0	schlecht
3	C	ohne	0,3	45	55	schlecht
4	D	ohne	0,4	14	86	schlecht
5	E	ohne	0,5	10	72	schlecht
6	F	ohne	0,6	5	32	schlecht
7	G	ohne	0,7	0	12	gut
8	H	ohne	0,8	0	6	gut
9	I	ohne	0,9	0	3	gut
10	J	ohne	1,0	0	0	hervorragend
11	K	ohne	1,1	0	0	hervorragend
12	L	ohne	1,2	0	0	hervorragend
13	M	ohne	1,3	0	0	hervorragend
14	N	ohne	1,4	0	0	hervorragend
15	O	ohne	1,5	0	0	hervorragend
16	P	ja	0,7	0	0	hervorragend
17	Q	ja	0,8	0	0	hervorragend
18	R	ja	0,9	0	0	hervorragend
herkömmliche Technik	S	ja	0,2	2	0	schlecht

In Tabelle 1 bedeutet "gut", dass die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 bei 0% liegt. "Hervorragend" bedeutet, dass sowohl die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 als auch die Rate von Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 bei 0% liegen. Die restlichen Lampen werden mit "schlecht" gekennzeichnet.
"Schaden an der Bogenentladungsröhre" bedeutet, dass die Bogenentladungsröhre 5 Brüche aufweist, sodass sie undicht wird.
In den Lampen der Beispiele 1 bis 15 sind keinerlei Schutzstromsicherungen vorgesehen. Die Lampen der Beispiele 16 bis 18 und Lampen nach dem Stand der Technik sind mit Schutzstromsicherungen ausgerüstet.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, lag bei den Lampen G, H und I die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 bei 0%; jedoch wurden an den Bogenentladungsröhren 1 einige Brüche festgestellt. Bei den Lampen J, K, L, M, N, O, P, Q und R lagen sowohl die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 als auch die Rate von Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 bei 0%.
Dies bedeutet, dass durch ein Einstellen des Fülldrucks auf mindestens 0,7 MPa die Rissbildung an einem Dichtungsabschnitt 5 verhindert werden kann. Insbesondere können bei einem Einstellen des Fülldrucks auf mindestens 1,0 MPa die Rissbildung am Dichtungsabschnitt 5 und auch Schäden an der Bogenentladungsröhre 1 verhindert werden. Wenn Schutzstromsicherungen vorgesehen werden, können Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 und Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 verhindert werden, selbst wenn der Fülldruck P weniger als 1,0 MPa, jedoch mindestens 0,7 MPa beträgt.
Einige Lampen der Gruppen C, D, E und F wiesen Risse an den Dichtungsabschnitten 5 auf, und/oder die Bogenentladungsröhren 1 (insbesondere die Dichtungsabschnitte 5) waren aufgrund der Risse an den Dichtungsabschnitten 5 beschädigt. Insbesondere bei einigen Lampen der Gruppen E und F waren – unabhängig von Rissen an den Dichtungsabschnitten 5 – die Bogenentladungsröhren 1 (d. h. die lichtemittierenden Abschnitte) beschädigt. Bei den Lampen A und B traten an den Dichtungsabschnitten 5 Risse auf, obschon die Bogenentladungsröhren 1 keine Schäden aufwiesen. Die Lampen S (nach dem Stand der Technik) wiesen Risse an den Dichtungsabschnitten auf, obschon Schutzstromsicherungen vorgesehen waren.
Eine Bogenentladungsröhre 1 zur Verwendung in einer Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann einem Fülldruck P von 5,0 MPa und höher nicht standhalten, was zu Rissbildungen führt. Die Obergrenze des Fülldrucks P ist – in Abhängigkeit von Werkstoffen und Dicke oder dergleichen der Bogenentladungsröhre 1 – variabel.
Die Erfinder haben den Fülldruck P in fünf Bereiche eingeordnet: Bereich A, in dem der Fülldruck P von 0,1 MPa bis 0,2 MPa reicht, Bereich B, in dem Fülldruck P höher als 0,2 MPa, jedoch nicht höher als 0,4 MPa liegt, Bereich C, in dem der Fülldruck P höher als 0,4 MPa, jedoch niedriger als 0,7 MPa liegt, Bereich D, in dem der Fülldruck P bei 0,7 MPa oder höher, jedoch niedriger als 1,0 MPa liegt, und Bereich E, in dem der Fülldruck P bei 1,0 MPa oder höher liegt. Die Erfinder haben in den verschiedenen Bereich mittels Videokamera und Oszilloskop Entladungsphänomene in der Bogenentladungsröhre beobachtet.
Für den Bereich A haben die Beobachtungen ergeben, dass sich die zwischen den Bruchstellen des gebrochenen Glühfadens 8 hervorgerufene Bogenentladung zum Dichtungsabschnitt 5 hin ausbreitete und dann am Dichtungsabschnitt 5 erlosch und anhielt. Dies wird als Bogenentladungsausbreitungsmodus bezeichnet.
Ein gleichgearteter Bogenentladungsausbreitungsmodus wird in dem Bereich B beobachtet. Hierbei war jedoch die Zeit, in der die Bogenentladung in Nähe des Dichtungsabschnitts 5 andauert, etwas länger als in dem in dem Bereich A festgestellten Bogenentladungsausbreitungsmodus.
In dem Bereich C war ein Bogenentladungsausbreitungsmodus festzustellen, wobei die beiden folgenden Bogenentladungsphänomene auftraten. Eines der Phänomene bestand darin, dass sich die zwischen den Bruchstellen des gebrochenen Glühfadens 8 hervorgerufene Bogenentladung nicht zum Dichtungsabschnitt 5 hin bewegte, sondern im lichtemittierenden Abschnitt 3 verweilte. Dies wird im Folgenden als Bogenentladungsverweilmodus bezeichnet. Der Grund hierfür liegt wahrscheinlich darin, dass die Zerstörungsenergie der Entladung zwischen den inneren Leitungsdrähten 11 infolge eines Anstiegs des Fülldrucks P zunimmt und daher die Bewegung der Bogenentladung zum Dichtungsabschnitt 5 angehalten wird. Bei dem anderen Phänomen handelte es sich um ein sofortiges Erlöschen der zwischen den Bruchstellen des gebrochenen Glühfadens 8 hervorgerufenen Bogenentladung. Dieses Phänomen wird im Folgenden als Bogenentladungserlöschungsmodus bezeichnet. Die Ursache für dieses Phänomen dürfte darin liegen, dass aufgrund des Anstiegs des Fülldrucks P die die Entladung aufrecht erhaltende Spannung der hervorgerufenen Bogenentladung größer wird als die Nennspannung der Lampe.
In dem Bereich D hörte der Bogenentladungsausbreitungsmodus auf, und der Bogenentladungsverweilmodus nahm ab, sodass der Bogenentladungserlöschungsmodus vorherrschend wurde.
In dem Bereich E hörte der Bogenentladungsverweilmodus auf, und es war nur der Bogenentladungserlöschungsmodus gegeben.
Ausgehend von vorstehender Sachlage kann darauf geschlossen werden, dass ein Riss am Dichtungsabschnitt 5 durch ein Auftreten des Bogenentladungsausbreitungsmodus hervorgerufen werden kann. Am Dichtungsabschnitt 5 können mit anderen Worten infolge der schroffen Temperaturwechsel, die auf Bogenentladungen zurückgehen, welche hervorgerufen worden waren und sich zum Dichtungsabschnitt 5 ausgebreitet hatten, und zudem infolge der schroffen Temperaturwechsel, die von den überhitzten inneren Leitungsdrähten 11 herrühren, Risse entstehen.
Schäden an der Bogenentladungsröhre 1 gehen offenbar auf einen am Dichtungsabschnitt 5 auftretenden Riss zurück. Diese Schäden werden vermutlich durch die längere Dauer der Bogenentladung im Bogenentladungsausbreitungsmodus verursacht.
Ein Grund für das Auftreten der Schäden an der Bogenentladungsröhre 1 unabhängig von einem Riss am Dichtungsabschnitt 5 liegt vermutlich im Auftreten des Bogenentladungsverweilmodus. Der lichtemittierende Abschnitt 3 kann – anders ausgedrückt – durch schroffe Temperaturwechsel beschädigt werden, die durch die hervorgerufene und verweilende Bogenentladung bewirkt werden. Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 der Lampen E und F umfassen jedoch auch Brüche der Dichtungsabschnitte 5, und die Brüche gehen auf Risse an den Dichtungsabschnitten 5 zurück.
Daher kann darauf geschlossen werden, dass bei einer Einstellung des Fülldrucks P des Basisgases bei Raumtemperatur auf nicht unter 0,7 MPa keine Risse am Dichtungsabschnitt 5 auftraten, da der Bogenentladungsausbreitungsmodus aufhörte.
In den lichtemittierenden Abschnitten 3 traten keine Brüche auf, wenn der Fülldruck P des Basisgases bei Raumtemperatur auf nicht unter 1,0 MPa eingestellt wurde, wahrscheinlich weil der Bogenentladungsausbreitungsmodus und der Bogenentladungverweilmodus aufhörten.

Dann wurden für jede Lampengruppe fünfzig Wolfram-Halogen-Glühbirnen hergestellt. Die Wolfram-Halogen-Glühbirnen waren mit keinerlei Schutzstromsicherungen versehen, und der Fülldruck P des Basisgases bei Raumtemperatur wurde in einem Bereich von 0,1 MPa bis 1,4 MPa verändert. Das Basisgas enthielt gasförmiges Krypton und gasförmigen Stickstoff mit einen Verhältnis von gasförmigem Krypton zu gasförmigem Stickstoff von 88:12; außerdem enthielt das Basisgas 200 ppm Methylenbromid. Die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 und die Rate der Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 wurden unter denselben Bedingungen ermittelt wie bei den Lampen, die mit einem in der Hauptsache gasförmiges Xenon enthaltenden Basisgas befüllt wurden; die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Beispiel Nr.	Lampe Nr.	Schutzstromsicherung	Fülldruck bei Raumtemperatur (MPa)	Rate der Rissbildungen an Dichtungsabschnitt (%)	Rate der Schäden an Bogenentladungs röhre (%)	Bewertung
19	A'	ohne	0,1	96	0	schlecht
20	B'	ohne	0,2	96	0	schlecht
21	C'	ohne	0,3	65	35	schlecht
22	D'	ohne	0,4	30	70	schlecht
23	E'	ohne	0,5	17	83	schlecht
24	F'	ohne	0,6	15	64	schlecht
25	G'	ohne	0,7	4	28	schlecht
26	H'	ohne	0,8	0	12	gut
27	I'	ohne	0,9	0	6	gut
28	J'	ohne	1,0	0	2	gut
29	K'	ohne	1,1	0	0	hervorragend
30	L'	ohne	1,2	0	0	hervorragend
31	M'	ohne	1,3	0	0	hervorragend
32	N'	ohne	1,4	0	0	hervorragend
33	O'	ja	0,8	0	0	hervorragend
34	P'	ja	0,9	0	0	hervorragend
35	Q'	ja	1,0	0	0	hervorragend
36	R'	ja	0,2	1	0	schlecht

Tabelle 2 zeigt, dass bei einem Fülldruck P von 0,8 MPa und höher die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 bei 0% lag. Bei einem Fülldruck P von 0,7 MPa und weniger lag die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten 5 bei 4% und höher. Demzufolge kann die Rissbildung an den Dichtungsabschnitten 5 verhindert werden, wenn der Fülldruck P eines in der Hauptsache gasförmiges Krypton enthaltenden Basisgases bei mindestens 0,8 MPa bei Raumtemperatur liegt.
Es sollte insbesondere erwähnt werden, dass bei einem Fülldruck P von 1,1 MPa und höher die Rate der Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 bei 0% lag. Diese Tatsache verdeutlicht, dass bei einem Fülldruck P eines in der Hauptsache gasförmiges Krypton enthaltenden Basisgases von mindestens 1,1 MPa bei Raumtemperatur Rissbildung an den Dichtungsabschnitten 5 und auch Schäden an den Bogenentladungsröhren 1 verhindert werden können.
Anschließend wurde die Lebensdauer der Lampen B und G in Tabelle 1 untersucht.
Für die Messung der Lebensdauer wurde ein Zyklus aus 2,5 Stunden Glühen und 0,5 Stunden Abschalten wiederholt.
Die Lebensdauer der Lampen G lag bei 3.250 Stunden. Die Lebensdauer der Lampen B lag bei 1.850 Stunden. Hierfür könnte folgender Sachverhalt ausschlaggebend sein: Da der Fülldruck P der Lampen G hoch war im Vergleich zu demjenigen der Lampen B, konnte eine Verdampfung des im Glühfaden 8 enthaltenen Wolframs kontrolliert werden.
Wie weiter oben ausgeführt, kann die Rissbildung am Dichtungsabschnitt 5 verhindert und die Lebensdauer verlängert werden, wenn ein Glühfaden 8 in einer Bogenentladungsröhre 1 mit einem Dichtungsabschnitt 5 an einem Ende vorgesehen wird und wenn ein wenigstens entweder gasförmiges Xenon oder gasförmiges Krypton enthaltendes Basisgas so befüllt wird, dass folgende Formeln eingehalten werden: V ≥ 100 (V) und P ≥ 0,7 + {0,1 × (Kr%/(Kr% + Xe%))}. In den Formeln bezeichnen V (V) eine Nennspannung und P (MPa) einen Fülldruck des Basisgases bei Raumtemperatur, und Xe% und Kr% geben Zusammensetzungsverhältnisse von gasförmigem Xenon bzw. gasförmigem Krypton an. In diesen Formeln gilt Kr% + Xe% = 100(%), 0 < Kr% < 100 und 0 < Xe% < 100.
Es sollte insbesondere betont werden, dass Schäden an der Bogenentladungsröhre 1 verhindert werden können, wenn folgende Formel erfüllt wird: P ≥ 1,0 + {0,1 × (Kr%/(Kr% + Xe%))}, wobei gilt: Kr% + Xe% = 100(%), 0 < Kr% < 100 und 0 < Xe% < 100.
Des weiteren kann bei einer Wolfram-Halogen-Glühbirne mit einer Schutzstromsicherung, in der die folgenden Formeln eingehalten werden, der Drahtdurchmesser der Schutzstromsicherung größer bemessen werden als im Falle von Wolfram-Halogen-Glühbirnen nach dem Stand der Technik (z. B. die Lampen S): V ≥ 100 (V) und P ≥ 0,7 + {0,1 × (Kr%/(Kr% + Xe%))}.
In den Formeln bezeichnen V (V) eine Nennspannung der Wolfram-Halogen-Glühbirne und P (MPa) einen Fülldruck eines Basisgases bei Raumtemperatur, und Xe% und Kr% geben Zusammensetzungsverhältnisse von gasförmigem Xenon bzw. gasförmigem Krypton an; des Weiteren gilt Kr% + Xe% = 100(%), 0 ≤ Kr% < 100 und 0 ≤ Xe% < 100. Dies ermöglicht es, das Anschließen der Schutzstromsicherung an einen Metallanschlussteil 6a eines Sockels 6 und das Anschließen der Schutzstromsicherung an die äußeren Leitungsdrähte 13 zu vereinfachen; außerdem kann die Schutzstromsicherung gegen Bruch geschützt werden.
(Beispiel 2)

In diesem Beispiel kann eine Schutzstromsicherung mit einem großen Drahtdurchmesser verwendet werden. Der Grund hierfür wird weiter unten erläutert. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse einer Untersuchung der Abschmelzdauer T_h (msec) bei verschiedenen Drahtdurchmessern der Schutzstromsicherung. Tabelle 3

Drahtdurchmesser Schutzstromsicherung (mm)	Abschmelzdauer T_h (msec)
0,10	5,2
0,12	7,3
0,14	10,1
0,16	13,5
0,18	16,5
0,20	20,3
0,22	24,9
0,24	31,2
0,26	35,0
0,28	40,3
0,30	45,1
0,32	50,2

Tabelle 4 zeigt Ergebnisse in Bezug auf die Minimaldauer T_min (msec) einer zwischen Bruchstellen des gebrochenen Glühfadens hervorgerufenen Bogenentladung für die Lampen A, G, H und I. Tabelle 4

Lampe Nr. Minimaldauer Bogenentladung T_min (msec)

A 8,3

G 34,3

H 43,2

I 50,2
Die Tabellen 3 und 4 zeigen, dass Schäden an einer Bogenentladungsröhre 1 verhindert werden können, wenn die Formel (T_min – T_h) > 0 erfüllt ist. Dies bedeutet, dass die Schutzstromsicherung abgeschmolzen wird, bevor die Bogenentladungsröhre 1 beschädigt wird.
Die Tabellen 3 und 4 zeigen, dass die Schutzstromsicherung mit einem Drahtdurchmesser von nicht mehr als 0,24 mm für die Lampen G verwendet werden kann, bei denen der Fülldruck P bei 0,7 MPa liegt. Bei den Lampen H mit einem Fülldruck P von 0,8 MPa kann der Drahtdurchmesser von Schutzstromsicherungen auf maximal 0,28 mm erhöht werden. Bei den Lampen I mit einem Fülldruck P von 0,9 MPa kann der Drahtdurchmesser der Schutzstromsicherung auf maximal 0,30 mm erhöht werden.
Bei den Lampen A darf der Drahtdurchmesser von Schutzstromsicherungen nicht mehr als 0,12 mm betragen.
Die vorstehend genannten Konfigurationen ermöglichen die Verwendung von Schutzstromsicherungen mit einem größeren Drahtdurchmesser.
Das in diesem Beispiel verwendete Basisgas umfasst zumindest entweder gasförmiges Xenon oder gasförmiges Krypton; außerdem ist dem Basisgas gasförmiger Stickstoff zugesetzt. Gleiche Wirkungen können erzielt werden, wenn diesem Basisgas gasförmiges Argon oder dergleichen zugesetzt wird.
Dieses Beispiel betrifft einen Fall, dass Wolfram-Halogen-Glühbirnen mit einer Nennleistung von 65 W und einer Nennspannung von 110 V verwendet werden. Gleiche Wirkungen werden jedoch dann erhalten, wenn Wolfram-Halogen-Glühbirnen mit einer Nennleistung von 50 W oder 90 W und einer Nennspannung von 100 V oder Wolfram-Halogen-Glühbirnen mit einer Nennspannung von 110 V, 120 V, 220 V, 230 V oder 240 V verwendet werden.
(Beispiel 3)
Eine Reflektorlampe nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist einen sphäroidalen Reflektor 14 mit einer Frontöffnung (Durchmesser 70 mm), eine in dem Reflektor 14 innenseitig vorgesehene einfach gesuckelte Wolfram-Halogen- Glühbirne 15 mit einer Nennspannung von 110 V (und einer Nennleistung von 65 W) sowie ein am Reflektor 14 vorderseitig angebrachtes Frontglas 16 auf. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Sockel.
Die einfach gesockelte Wolfram-Halogen-Glühbirne 15 ist ähnlich einer in 1 gezeigten einfach gesockelten Wolfram-Halogen-Glühbirne in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung mit 110 V Nennspannung (und 65 W Nennleistung) aufgebaut; jedoch ist der Sockel 6 weggelassen.
Diese einfach gesockelte Wolfram-Halogen-Glühbirne 15 ist am Sockel 17 mittels eines (nicht gezeigten) Klebstoffs befestigt.
Das Frontglas 16 ist mit einem Metallanschlussteil 16a am Reflektor 14 befestigt.
Die derart aufgebaute Reflektorlampe gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann die Rissbildung am Dichtungsabschnitt verhindern und die Lebensdauer verlängern.
Ausführungsform 1

Anstelle der Gaszusammensetzung in Beispiel 1, die in der Hauptsache Krypton enthält, wurde ein Gasgemisch, das in der Hauptsache Xenon und Krypton, genauer Xe:Kr:N₂ in einem Verhältnis von 44:44:12, enthält, vorbereitet, und vor dem Befüllen einer Glühbirne mit dem Gasgemisch wurden 200 ppm Methylenbromid zugesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt. Die Kriterien usw. sind dieselben wie in Beispiel 1. Tabelle 5

Beispiel Nr.	Lampe Nr.	Schutzstromsicherung	Fülldruck bei Raumtemperstur (MPa)	Rate der Rissbildungen an Dichtungsabschnitt (%)	Rate der Schäden an Bogenentladungs röhre (%)	Bewertung
37	a	ohne	0,1	96	0	schlecht
38	b	ohne	0,2	95	0	schlecht
39	c	ohne	0,3	55	45	schlecht
40	d	ohne	0,4	22	78	schlecht
41	e	ohne	0,5	13	77	schlecht
42	f	ohne	0,6	10	48	schlecht
43	g	ohne	0,7	2	20	schlecht
44	h	ohne	0,8	0	9	gut
45	i	ohne	0,9	0	4	gut
46	j	ohne	1,0	0	1	gut
47	k	ohne	1,1	0	0	hervorrag end
48	l	ohne	1,2	0	0	hervorrag end
49	m	ohne	1,3	0	0	hervorrag end
50	n	ohne	1,4	0	0	hervorrag end
51	o	ja	0,8	0	0	hervorrag end
52	p	ja	0,9	0	0	hervorrag end
53	q	ja	1,0	0	0	hervorrag end
54	r	ja	0,2	1	0	schlecht

Tabelle 5 zeigt, dass bei einem Fülldruck von über 0,8 MPa bei Raumtemperatur für ein in der Hauptsache Xenon und Krypton enthaltendes Gasgemisch die Rate der Rissbildungen an den Dichtungsabschnitten vermindert wurde. Die Rate der Schäden an der Bogenentladungsröhre wurde ebenfalls vermindert, sodass hervorragende Bewertungsergebnisse erzielt wurden. Es sollte erwähnt werden, dass gute Ergebnisse für mit Sicherungen ausgestattete Lampen erzielt wurden, wenn der Fülldruck bei Raumtemperatur über 1,0 MPa lag. Bei Lampen ohne Sicherungen wurden gute Ergebnisse bei einem Fülldruck bei Raumtemperatur von über 1,1 MPa erzielt.

Claims

Verwendung eines Basisgases, im Wesentlichen umfassend wenigstens ein Gas, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus gasförmigem Xenon und gasförmigem Krypton, in einer Wolfram-Halogen-Glühbirne, umfassend eine Bogenentladungsröhre (1) mit einem Dichtungsabschnitt (5) an einem Ende und einem Glühfaden (8), der im Inneren der Bogenentladungsröhre vorgesehen ist, wobei die folgenden Formeln (1) und (2) V ≥ 100 Volt (1) P ≥ 0,7 + {0,1 × (Kr Vol.%/(Kr Vol.% + Xe Vol.%))} (2)erfüllt sind, worin Kr Vol.% + Xe Vol.% = 100%, 0 ≤ Kr Vol.% ≤ 100 und 0 ≤ Xe Vol.% ≤ 100 erfüllt sind, wenn V in Volt eine Nennspannung der Wolfram-Halogen-Glühbirne ist, P in MPa ein Fülldruck des Basisgases bei Raumtemperatur ist und Xe Vol.% und Kr Vol.% jeweils Zusammensetzungsverhältnisses des gasförmigen Xenon und des gasförmigen Krypton sind, um das Auftreten eines Bruches am Dichtungsabschnitt (5) der Bogenentladungsröhre zu vermeiden.
Verwendung nach Anspruch 1, worin die Formel (2) P ≥ 1,0 + {0,1 × (Kr Vol.%/(Kr Vol.% + Xe Vol.%))} ist, wobei Kr Vol.% + Xe Vol.% = 100%, 0 ≤ Kr Vol.% ≤ 100 und 0 ≤ Xe Vol.% ≤ 100.
Verwendung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgas des Weiteren Stickstoff umfasst.
Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an zugesetztem gasförmigen Stickstoff zum gesamten Basisgas im Bereich von 5 Vol.% bis 20 Vol.% liegt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgas des Weiteren eine halogenierte Verbindung umfasst.
Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die halogenierte Verbindung Methylenbromid (CH₂Br₂) ist.
Verwendung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge der zugegebenen halogenierten Verbindung zum gesamten Basisgas von 5 ppm bis 1.500 ppm reicht.
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren zwischen dem äußeren Leitungsdraht (13) und der Metallanschlussteil (6a) und dem Sockel (6) eine Schutzstromsicherung vorgesehen ist, um eine Stromzufuhr zu dem Glühdraht (8) zu unterbrechen, wenn der Glühdraht während der Beleuchtung bricht.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass (T_min – T_h) > 0, wobei T_min eine Minimaldauer (msec) der Bogenentladung ist und T_h die Abschmelzdauer der Schutzstromsicherung ist.
Verwendung eines Basisgases nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Halogen-Glühbirne eine Reflektorlampe ist, umfassend einen mit einem Frontglas versehenen Reflektor.
Wolfram-Halogen-Glühbirne umfassend eine Bogenentladungsröhre (1) mit einem Dichtungsabschnitt (5) an einem Ende, wobei ein Glühfaden (8) im Inneren der Bogenentladungsröhre (1) vorgesehen ist und ein Edelgas enthaltendes Basisgas eingefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgas eine Mischung ist, welche hauptsächlich Xenon, Krypton und Stickstoff, d. h. Xe:Kr:N₂ = 44:44:12 und 200 ppm Methylenbromid umfasst und beide Formeln (1) und (3) V ≥ 100 in Volt (1) 0,8 ≤ P ≤ 1,4 (3)erfüllt sind, wobei V in Volt eine Nennspannung der Wolfram-Halogen-Glühbirne ist, P in MPa ein Fülldruck des Basisgases bei Raumtemperatur ist.
Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzstromsicherung des Weiteren zwischen einem äußeren Leitungsdraht (13) und dem Metallanschlussteil (6a) und dem Sockel (6) vorgesehen ist, um die Stromzufuhr zum Glühfaden (8) zu unterbrechen, wenn der Glühfaden während der Beleuchtung bricht.
Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass (T_min – T_h) > 0, wenn T_min eine Minimaldauer (msec) der Bogenentladung und T_h eine Abschmelzdauer (msec) der Schutzstromsicherung ist.
Reflektorlampe, umfassend eine Wolfram-Halogen-Glühbirne gemäß jedem der Ansprüche 11 bis 13 in der Lampe und umfassend einen mit einem Frontglas versehenen Reflektor.