HU181807B - Halogen incandescent bulb - Google Patents

Description

N. V. Philips’ Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, Hollandia

Halogén izzólámpa

2

A találmány tárgya halogén izzólámpa, amelynek vákuumzáróan lezárt üvegből levő burája, és ezen belül bróm és semleges gáztöltése van, a lámpában gyakorlatilag wolframból levő izzószál van, amely lényegében wolframból levő belső árambevezetőkhöz 5 csatlakozik, amelyek a bura falától befelé nyúlnak.

Ilyen lámpákat ismertet a 3 470 410. számú amerikai szabadalmi leírás, és megállapítja, hogy azokat az árambevezetőket, amelyek a burán belül levő izzószálhoz az áramot vezetik, a bróm olyan 10 mértékben megtámadhatja, hogy azok eltörnek, és a lámpa tönkremegy. Ez a szabadalmi leírás egy olyan megoldást javasol ennek a nehézségnek a kiküszöbölésére, amely szerint az árambevezetőkre wolfram huzalt tekercselnek abból a célból, hogy az árambe· 15 vezető hossza mentén lényeges hőmérséklet-csökkenés jöjjön létre.

Az említett megtámadás abban jelentkezik, hogy a wolfram az alacsonyabb hőmérsékletű helyekről a 20 magasabb hőmérsékletű helyekre vándorol. Ha egy árambevezető huzallal van betekerve, akkor a wolfram a viszonylag hidegebb menetekről eltávozik, és lecsapódik az izzószálhoz közelebb levő, viszonylag melegebb meneteken. 25

Azt találtuk, hogy ezen a megtámadáson túlmenően, amelynek következtében a bróm egy menetet, vagy általánosságban egy meghatározott hőmérsékletű helyet egyenletesen támad meg, egy második típusú megtámadás is jelentkezik. Ez utóbbi megtámadás üregek vagy kráterek képződésében jelentkezik, amely olyan részeken oszlik el, amelyeken a működés közbeni hőmérséklet hozzávetőlegesen 600 °C és 1300°C között van. Ezt a második típusú megtámadást az alábbiakban üreg-képződésnek fogjuk nevezni.

Nagyon figyelemreméltó, hogy jóllehet, az üregképződés nagy hőmérséklet-tartományon belül megy végbe, amely tartomány felülről élesen határolt, az üreg-képződés mégis nagyon koncentrált helyeken jön létre. Ha egy kráter alakult ki az árambevezető egy bizonyos helyén, az illető árambevezető keresetmetszete a kráterrel átlósan szemközti oldalon teljesen tökéletes; jóllehet, a hőmérséklet ezen a részen ugyanakkora, mint azon a helyen, ahol a kráter kialakult.

Ez az üreg-képződés nagyon kemény nehézséget jelent, különösen azoknál a lámpáknál, amelyeket hosszú élettartamra méreteznek, mivel az említett megtámadás már mintegy 100 órai üzemelés után kezd kialakulni olyan mértékben, hogy egy kráter mélysége az árambevezető átmérőjének mintegy 80%-át is elérheti, aminek következtében az árambevezető eltörik vagy megolvad.

A találmány elé célul tűztük ki egy olyan halogén izzólámpa kidolgozását, amelyben a belső árambevezető üreg-képződéses megtámadását hatásosan elnyomjuk.

A találmány tehát egy halogén izzólámpa, amely30 nek vákuumzáróan lezárt üvegből levő burája, és

-1181807 ezen belül bróm és semleges gáztöltése van; a lámpában gyakorlatilag wolframból levő izzószál van, amely gyakorlatilag wolframból levő belső árambevezetőkhöz csatlakozik, amelyek a bura falából befelé nyúlnak, és amelyet a találmány szerint az jellemez, hogy a belső árambevezetők legalább a wolfram felületükön legalább 0,1 súly% réniumot tartalmaznak.

Azt találtuk, hogy a rénium ilyen kis mennyiségben nagyon hatásosan lecsökkenti az üreg-képződést. 1 súly% rénium mellett az üreg-képződés nagyon kis mértékben következik be, míg 3 súly% réniumnál nem volt üreg-képződés megfigyelhető. Nem találtunk üreg-képződést 27 súly% réniumot tartalmazó wolframnál, vagy tiszta réniumnál. Tekintettel arra, hogy a rénium nagyon költséges, ezért olyan wolfram-réniumot kell választani, amelynél a lehetséges legkisebb mennyiségű rénium van alkalmazva, amellyel az adott körülmények között a kívánt eredmény elérhető, vagyis az üreg-képződés olyan mértékben lecsökken, hogy az anyag megtámadása nem okozza a lámpa élettartamának a végét. A legtöbb típusú lámpánál a rénium-tartalmat az említett okoknál fogva 1-3 súly%-ra kell választani. Ha a belső árambevezetők vastagok, az izzószál huzalanyagának átmérőjéhez képest, akkor a halogén-koncentráció a lámpában — annak működése közben - alacsony, vagy a lámpa tervezett élettartama rövid, és ekkor 0,1 súly%, vagy ennél nagyobb arányú rénium-tartalmat kell választani.

Az üreg-képződés mechanizmusára magyarázatot nem találtunk. Nem volt lehetséges kimutatni, hogy az üreg-képződést szennyeződések okozták volna, mint például kén, vas, kálium, nátrium, szén, szilícium, amelyek izzószálakként alkalmazott wolframnál előfordulhatnak. Az üreg-képződésre nem volt befolyással számos elem jelenléte, mint például cirkóniumnak, tantálnak, nióbiumnak, molibdénnek, platinának és ozmiumnak; az ozmium egyébként kémiailag nagyon közeli rokonságban van a réniummal. Éppen ezért ez a legmeglepőbb, hogy nagyon kis mennyiségű rénium nagyon hatásosnak bizonyult. Mivel az üreg-képződés mechanizmusa nem ismeretes, éppen így nem ismeretes az sem, hogy a rénium mi módon akadályozza meg az üreg-képződést. Azt találtuk továbbá, hogy a réniumnak a védendő felületen kell jelen lennie. A rénium hatástalan, ha az csupán egy lámpában, egy alkatrész közelében, azon, vagy az alkatrészben van jelen, ha az nem a belső árambevezető. Ezt igazolta egy olyan kísérlet, amelynél egy darab rénium huzalt egy rénium-mentes wolfram belső árambevezetőhöz hegesztettünk, és ekkor a belső árambevezetőn a hegesztés mellett üreg-képződés jelentkezett.

A találmány szerinti lámpa többféle szerkezeti kialakítású lehet. Egyik, vagy mindkét belső árambevezető kinyúlhat a lámpaburából, annak falában kialakított, vákuumzáró lezáráson keresztül, de az is lehetséges, hogy a belső árambevezetőt egy megfelelő, a lezárásba beágyazott fémfóliához hegesztjük, amely fémfóliához a lámpa burájából kinyúló külső árambevezetőt hegesztünk.

A lámpabúra kemény üvegből lehet; például alkálifém-alumínium-bórszilikát üvegből, vagy olyan üvegből, amelynek nagy az SiO₂ tartalma, például, amelynek SiO₂ tartalma 95 súly%, vagy ennél nagyobb, amely kvarcüveg.

A lámpákban a belső árambevezetők sokféleképpen kialakíthatók, például teljesen vagy részben feltekercselt huzalspirálokat alkalmazhatunk, amelyek mindegyikét az izzószál egy-egy végébe, vagy aköré tekerhetünk. Egy másik megoldás szerint egyenes huzalokat is alkalmazhatunk, amelyek köré huzalspirált tekerünk, például arra végükre, amelyik benyúlik a lámpabürába, és amely huzalspirállal együtt azok becsavarhatok az izzószál megfelelő végébe. Ez utóbbi esetben az árambevezetőt borító huzalspirál réniumból lehet; de mivel ennek nincs tartószelepe, és mivel működés közben ennek hőmérséklete 1300 °C fölött van, ahol már nem jön létre üreg-képződés, ezért a borító huzalspirál épp úgy lehet rénium-mentes wolframból is.

Egy további kiviteli alak szerint a belső árambevezető huzalspirálból van, amelynek legalább az a vége, amely a lámpaburába benyúlik, az izzószál végével körül van véve.

A belső árambevezető lehet egy szilárd wolfram-rénium ötvözet is, vagy egy olyan wolfram mag huzal, amelyre rénium van felvive; például kémiai felgőzölögtetéssel. Ekkor a rénium bediffundál a wolframba. A wolfram-rénium ötvözet előállítására egy további lehetőség az, ha réniumot implantálunk a wolframba.

A találmány szerinti lámpát a hagyományos módon lehet gyártani, és a megfelelő gáztöltéssel ellátni. A brómot elemi alakjában lehet beadagolni, de beadagolható hidrogén-bromid vagy brómozott szénhidrogén formájában is: például metilén-bromid formájában, amely a lámpa első bekapcsolása közben felbomlik és hidrogén-bromidot alkot, amely a lámpa működése közben legalább részben disszociál.

Megjegyezzük, hogy vákuumlámpák, és olyan lámpák, amelyek kizárólag semleges gázzal vannak töltve, ismeretesek az 1 053.020. számú brit szabadalmi leírásból, amely lámpákban az izzószál wolfram és rénium ötvözetéből áll. Ebből a szabadalmi leírásból azonban nem nyerhető elegendő kitanítás az üreg-képződés megoldására. Ezek az ismert lámpák egyrészről nem tartalmaznak brómot, és a belső árambevezetők fent részletezett problémájáról nem is történik említés.

Megjegyzendő továbbá, hogy a 3.392.299. számú amerikai szabadalmi leírás egy olyan jód lámpát ismertet, amelynél wolfram/rénium izzószálat, annak végei között wolfram/rénium tartóelemet támasztanak ki. Ez a szabadalmi leírás szintén nem ismerteti az izzószálba behelyezett belső árambevezetők természetét. Ugyanis wolfram-jód ciklusos lámpákban üreg-képződés nem lép fel, épp úgy, mint olyan vákuumlámpáknál, amelyek kizárólag semleges gázzal vannak feltöltve; ezért ebből a szabadalmi leírásból sem nyerhető semmiféle kitanítás az üreg-képződés problémájának megoldására.

A találmány szerinti lámpa többek között reflektor lámpaként, infravörös lámpaként, vagy fotolámpaként alkalmazható.

A találmány szerinti lámpa két kiviteli alakját az alábbiakban a mellékelt rajzok alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

-2181807

1. ábra a találmány szerinti lámpa oldalnézete vázlatosan, és a

2. ábra egy további találmány szerinti lámpa oldalnézete vázlatosan; valamint a 5

3. ábra egy hagyományos lámpa részének erősen felnagyított részlete.

Az 1. ábrán látható lámpának kvarcüvegből 10 levő 1 burája van, amely 2 lapításokkal vákuumzáróan le van zárva. A 2 lapításokba molibdénből levő fóliák vannak beágyazva. A molibdén 3 fóliákhoz külső árambevezetők vannak hegesztve. Az 1 burában wolframból levő kettős spirál 5 izzószál van 15 elhelyezve, és az 5 izzószál 7 és 8 szélső menetei egy olyan 6 belső árambevezetőbe vannak spirálosán becsavarva, amely 6 belső árambevezető 1 súly% réniumot tartalmazó wolfram-rénium ötvözetből van, és amely 6 belső árambevezetők huzalátmérője 20 500 pm. Az 5 izzószálat wolfram huzalból levő 9 tartó központosítja a végei közötti helyen. A 6 belső árambevezetők egyenes 10 vége a hozzájuk tartozó molibdénből levő 3 fóliához vannak hegesztve. A lámpa 2,5 bar nyomású argonnal van 25 töltve, amelyhez 0,3 térfogat% CH₂Br₂ van adagolva, mely utóbbi a lámpa első bekapcsolása közben szétbomlik, és hidrogén-bromid keletkezik. A lámpa által felvett teljesítmény 500 W. A lámpa élettartamának végén az 5 izzószál megolvadt. A 6 belső 30 árambevezetők ekkor hibátlanok voltak, és csak nagyon kis mértékű, felületi üreg-képződést tartalmaztak.

A 2. ábrán látható lámpának keményüvegből levő 21 burája van, amely vákuum-záró 22 lezárásokkal 35 van lezárva, és amelyeken 800 pm vastagságú, 0,1 súly% réniumot tartalmazó, wolframból levő 23 huzal vezet keresztül. A 23 huzalok a lámpa belsejében, a 26 izzószálhoz nyúló 25 belső árambevezetőt alkotják, amely 26 izzószálat wolfram-ré- 40 nium ötvözetből levő 29 tartóelemek függesztenek fel. Valamennyi 25 belső árambevezetőnek a 26 izzószállal kapcsolódó, wolframból levő 24 menetei vannak. A 23 huzalokat hosszuk egy részén 27 keményüvegből levő réteggel láttuk el, amely részen a 45 21 búrának a vákuumzáró 22 lezárása van elkészítve. A lámpa argonnal van töltve, amelyhez 0,6 térfogat% HBr van adagolva.

A lampa 1000 W teljesítményt vett fel. A lámpa élettartamának végén az izzószál elszakadt, a tervezett üzemidő lejárta után. A 25 belső árambevezetők ekkor még sértetlenek voltak, összehasonlítva olyan hasonló lámpákkal, amelyeknek a belső árambevezetői rénium nélküliek, a találmány szerinti lámpákban csak nagyon kis mértékű üreg-képződés jelentkezett.

A 3. ábrán egy 220V-OS, 1500W-OS reflektor lámpának a 31 burája a 32 lapításokkal van lezárva, amelybe molibdénből levő 33 fólia van beágyazva, amely 33 fóliához wolframból levő 34 belső árambevezető van hegesztve. A 34 belső árambevezető szabad vége köré egy, az ábrán nem látható 235 pm átmérőjű wolfram huzal volt tekercselve, amely wolfram huzal menetei a lámpa nem ábrázolt izzószálával volt összekapcsolva. A 3. ábra a 34 belső árambevezető állapotát mutatja, a tervezett feszültségen történt 100 órai üzemeltetés után, amely lámpának 2,5 bar (300 K hőmérsékleten) nyomású argon töltése volt, amelyhez 0,6 térfogat% HBr volt adagolva. Egy sor kisebb 35 üreg mellett egy nagy és nagyon mély 36 üreg látható. A 36 üreggel ellentétes oldalon az anyag nem volt megtámadva. A 36 üieg részén a 34 belső árambevezető vastagsága 500pm-ről hozzávetőlegesen lOOpm-nyire csökkent le, vagyis sokkal kisebb lett az átmérője, mint a lámpa izzószálának az átmérője (250 pm); ily módon a törés vagy kiolvadás lehetősége megnőtt. Egy hasonló lámpában, amelyben a belső árambevezető 3 súly% réniumot tartalmazó wolfram-rénium ötvözetből volt, a belső árambevezetők a lámpa 2000 órás égetése után is teljesen sértetlenek maradtak.

Claims (2)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Halogén izzólámpa, amelynek vákuumzáróan lezárt üvegből levő burája, és ezen belül bróm és semleges gáztöltése van, a lámpában wolframból levő izzószál van, amely wolframból levő belső árambevezetőkhöz csatlakozik, amelyek a búra falából befelé nyúlnak, azzal jellemezve, hogy a belső árambevezetők (6, 25, 34) legalább a wolfram felületükön legalább 0,1 súly% réniumot tartalmaznak.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti halogén izzólámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a wolfram 1-3 súly% réniumot tartalmaz.

   1 rajz, 3 ábra

   A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója

   84.4446 — Zrínyi Nyomda, Budapest

   Nemzetközi osztályozás: H01 K 1/10

   FIG.1