WO2009052915A1 - Carbonstrahler mit getter - Google Patents

Carbonstrahler mit getter Download PDF

Info

Publication number
WO2009052915A1
WO2009052915A1 PCT/EP2008/008046 EP2008008046W WO2009052915A1 WO 2009052915 A1 WO2009052915 A1 WO 2009052915A1 EP 2008008046 W EP2008008046 W EP 2008008046W WO 2009052915 A1 WO2009052915 A1 WO 2009052915A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
getter
carbon
emitter according
filament
carbon emitter
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/008046
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maike Klumpp
Siegfried Grob
Sven Linow
Original Assignee
Heraeus Noblelight Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight Gmbh filed Critical Heraeus Noblelight Gmbh
Publication of WO2009052915A1 publication Critical patent/WO2009052915A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/52—Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H01K1/54—Means for absorbing or absorbing gas, or for preventing or removing efflorescence, e.g. by gettering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033—Heating devices using lamps

Definitions

  • Patent application Heraeus Noblelight GmbH Carbon emitter with getter
  • the invention relates to a carbon radiator with a radiator cladding tube, a carbon filament therein and at least one contact region for an electrical connection conductor, which is guided to an external connection contact, wherein at least one getter is arranged within the radiator tube.
  • these filaments must be made of suitable starting materials. These starting materials must be made into a desired shape and converted by suitable processes into a carbon of sufficient purity.
  • the starting material should be convertible to a pure carbon, including both organic materials such as cotton or bamboo, as well as synthetic compounds based on carbon, such as resin, carbon fiber reinforced thermosets or thermosets, pure graphite or compounds of carbon, nitrogen and boron suitable are. Decisive for the use and the life of the radiator here is a sufficient cleaning at a sufficiently high temperature with a sufficiently long duration. Depending on the requirements of the spotlights, the cleaning processes and thus also the required manufacturing processes of the spotlights vary considerably.
  • nitrogen-containing starting material eg a poly-acrylo-nitrile (also referred to as PAN) based carbon fiber
  • PAN poly-acrylo-nitrile
  • nitrogen is released in the temperature range below 1100 0 C only in small quantities. This nitrogen is thereby transferred directly via chemical compounds with the simultaneously released oxygen and hydrogen in the gas phase. But is car- bonuses overbased filament no hydrogen or oxygen longer present, so will not be released from the filament of molecular bonds in the filament bound nitrogen at temperatures below 1000 0 C to 1100 0 C.
  • EP 0 700 629 discloses a carbon emitter which can be operated at filament temperatures of 600 0 C to 1800 0 C permanently. Above 1250 0 C, however, there are changes in the radiator, such as the deposition of carbon in the radiator tube (blackening). At temperatures above 1350 ° C., a small-scale loss of carbon from the filament is also observed, which can lead to burn through of the filament at this point. Both effects lead to a shortening of the lifetime with increasing temperature. This means that radiators of this kind can actually be used only up to a filament temperature of 1400 0 C with commercially useful lifetimes.
  • US 254,780 describes the use of chlorine in carbon lamps.
  • the chlorine reacts during the first operation of the filament with the hydrogen in the radiator cladding tube or outer bulb, so that no blackening of the radiator sheath should be able to enter via the water cycle.
  • GB 1 085 420 describes how, in the manufacture of carbon lamps, red phosphorus is used as a short-time getter in the putty, which connects the filament to the current-supplying wires. This phosphor is evacuated by the first operation of the glass bulb of the filament activates and binds by chemical reactions hydrogen and oxygen (as well as unintentionally carbon). Furthermore, GB 1 085 420 describes the addition of a mixture of graphite, zirconium powder and red phosphorus to the cement. This cement fixes the filament to the electrical feedthroughs. Both additives are thermally excited when the lamp is closed and bind all impurities in the radiator (getter effect) at this time, in particular the substances released from the rubber arabic used as adhesive. The disadvantage, however, is that the processing of zirconium powder is classified as extremely dangerous, as it already reacts explosively with air at about 160 ° C to 18O 0 C and can be ignited at any time by electric sparks and other energy sources.
  • phosphorous nitride P 3 N 5 is used as a getter as a replacement.
  • P 3 N 5 is stored as a suspension in ethanol or ethylene glycol to prevent oxidation. It needs to be processed quickly and is a typical short-term getter that acts on an initial activation but can no longer bind long-term released impurities.
  • Phosphorus thus forms chemically stable compounds with nitrogen, but preferably with oxygen and carbon. Therefore, phosphorus is not suitable as a getter for nitrogen when carbon or oxygen is present. Phosphorus also forms stable compounds with hydrogen and oxygen, so that phosphorus as a getter can prevent the water cycle both by gettering of oxygen, as well as gettering of hydrogen. However, phosphorus binds only the substances liberated during the first activation, but not impurities, which are released only after several hours of operation.
  • EP 0 700 629 it is additionally described to use tantalum sheets for the fixation of split pins. Tantalum is not only relatively resistant to carburization but can also be used as a getter for oxygen. However, since tantalum also forms carbides above 1200 ° C., it becomes brittle and decomposes after a few hundred hours, depending on the operating temperature. The strong oversupply of carbon, especially when tantalum is mounted in direct contact with the filament to achieve a particularly good gettering effect due to the higher temperature, also means that the tantalum does not essentially gas oxygen, but forms carbides.
  • EP 0 700 629 further describes how the filaments are made of carbon fiber reinforced plastic, the fibers being in the form of woven or unidirectional and coated with a resin.
  • PAN based fibers contain significant levels of bound nitrogen. Other fibers have other manufacturing contaminants such as sulfur. In addition to oxygen and hydrogen, the plastic also contains nitrogen and other admixtures, as well as impurities of sulfur, etc., which were used as auxiliaries for the production process of the plastic, depending on the monomer.
  • the object of the invention is harmful gases and processes caused by them in radiators, which at filament temperatures above 1000 0 C, in particular above 1250 "C. be operated, and thus to increase the life of these radiators significantly.
  • the carbon radiator according to the invention with a radiator cladding tube, a filament located in the radiator cladding tube and at least one contact region for an electrical connection conductor, which is led to an external connection contact, provides that at least one getter is arranged within the radiator tube.
  • Getter is understood here to mean a chemically reactive material which serves to keep a vacuum or a gas filling which consists of a noble gas, such as argon, krypton or xenon pure for as long as possible or else hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur or other impurities which outgas from the carbon ribbon during operation, and to absorb all or part of the compounds of the aforementioned elements and their compounds with carbon.
  • a noble gas such as argon, krypton or xenon pure for as long as possible or else hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur or other impurities which outgas from the carbon ribbon during operation, and to absorb all or part of the compounds of the aforementioned elements and their compounds with carbon.
  • a noble gas such as argon, krypton or xenon pure for as long as possible or else hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur or other impurities which outgas from the carbon ribbon during operation, and to absorb all or part of the compounds of the aforementioned elements and their compounds with carbon.
  • gas molecules enter into a direct
  • the carbon emitter is made with a getter mainly zirconium or an alloy with the main component zirconium.
  • a getter mainly zirconium or an alloy with the main component zirconium.
  • Such getters bind primarily oxygen, as well as nitrogen and sulfur.
  • the hydrogen is gegettert.
  • a getter whose main constituent is vanadium or hafnium. It has been found that getters containing admixtures of vanadium or hafnium also have excellent gettering properties.
  • the filament is thermally treated in addition to the carbonization.
  • the thermal treatment causes the filament to have long-term electrical and mechanical stability and is thus particularly suitable for use in a carbon radiator.
  • getters are shipped mounted on a sheet of steel and placed such that they are mounted near the filament. Since steel sheets tend to carburize, these getters with brackets are preferably made by means of a material more resistant to carburization, e.g. Refractory metals, ie molybdenum or tantalum, or even encased by ceramic components and so long-term fixed.
  • a material more resistant to carburization e.g. Refractory metals, ie molybdenum or tantalum, or even encased by ceramic components and so long-term fixed.
  • Figure 2 a view of the filament with the arranged getter.
  • FIG. 1 shows a side view of a round tube emitter with a filament made of a carbon band 1.
  • the carbon band 1 is electrically contacted with molybdenum clips 2 and tensioned with a spring 3 in the emitter tube 4.
  • the subsequent current conduction is in the area of the crushing Schung 5 realized by a flat molybdenum foil 6.
  • On the bruises 5 base 7 and 8 strands are mounted for the electrical connection.
  • FIG. 2 shows in a perspective view a getter 11 which is arranged on a nickel-plated steel sheet 12.
  • the getter 11 is placed from below into the corresponding recess in the molybdenum sheet 13.
  • the support plate 12 of the getter is bent so that both are fixed to the molybdenum plate 13.
  • carrier sheet 12 and molybdenum sheet 13 are welded.
  • the molybdenum sheet 13 is held with the continuing current flow on the molybdenum clip 14, which electrically contacts the carbon ribbon 15.
  • a getter consisting of a zirconium-aluminum alloy and mounted on a nickel-plated steel sheet is introduced.
  • the getter is attached to a molybdenum ribbon by spot welding near the end of the filament.
  • the spotlight is closed, evacuated and the getter activated by means of a high-frequency generator.
  • the shell of the getter made of nickel-plated sheet steel discolors and the spot welds dissolve after a few hours, so that the getter loosely lies in the radiator tube, but fulfills its function of gettering. It has been shown that even after more than 2000 hours of operation, there is no function of the covering in the radiator tube.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • a getter consisting of a zirconium-aluminum alloy and mounted on a nickel-plated steel sheet is introduced.
  • This getter is placed together with its holder made of nickel-plated steel sheet in a molybdenum bracket with a recess for the getter and then this molybdenum bracket is welded to the sheath by means of spot welding with a molybdenum bracket. attached to the filament.
  • the spotlight is closed, evacuated and the getter activated by means of a high-frequency generator. It then takes a gilding of the radiator tube over the entire length over an angle of 180 °.
  • the spotlight is now operated at a temperature at which otherwise blackening occurs (about 1350 0 C). In the first 1000 hours of operation no blackening in the radiator tube is visible. The case of the getter made of nickel-plated sheet steel discolored, however, it remains in its position and continues to fulfill its function, so that even after 2000 hours of operation, the radiator tube is almost no coating and the radiator can be used optimally.
  • a total of four getters consisting of a zirconium-aluminum alloy and mounted on a nickel-plated steel sheet are introduced. These are attached to a molybdenum tape by spot welding near the ends of the two filaments. Subsequently, the radiator is closed and thereby filled with argon at a pressure of about 800 mbar and then activated the getters by means of a high-frequency generator. This is followed by gilding of the emitter tube over the entire length over an angle of 180 °. When operating the spotlight at a temperature of 1350 0 C, where normally blackening occur, no discoloration in the radiator tube.
  • the shell of the getter discolored and the spot welds come off, so that the getter loosely in the radiator tube.
  • it fulfills its function further, so that even after more than 2000 hours of operation, the emitter tube is almost without coating.
  • a getter is mounted at the transition between the incandescent filament and the carbon ribbon.
  • a total of two getters of a zirconium-aluminum alloy are used.
  • the getters 11 mounted on a nickel-plated steel sheet 12 are fixed with a molybdenum sheet 13 to the electrical contact 14 of the carbon ribbon 15.
  • the radiator is closed and thereby filled with argon at a pressure of about 1000 mbar.
  • the getters are activated with a high frequency generator. This is followed by gilding of the emitter tube.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Carbonstrahler mit einem Strahler-Hüllrohr, einem sich in dem Strahler-Hüllrohr befindlichen Filament und zumindest einem Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, welcher zu einem außenliegenden Anschlusskontakt geführt ist, wobei zumindest ein Getter innerhalb des Strahlerrohrs angeordnet ist.

Description

Patentanmeldung Heraeus Noblelight GmbH Carbonstrahler mit Getter
Die Erfindung betrifft einen Carbonstrahler mit einem Strahler-Hüllrohr, einem sich darin befindlichen Filament aus Carbon und zumindest einem Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, welcher zu einem außen liegenden Anschlusskontakt geführt ist, wobei zumindest ein Getter innerhalb des Strahlerrohrs angeordnet ist.
Um Infrarot-Strahler oder Lichtquellen mit einem Filament aus Kohlenstoff als Strahlungsquelle (im folgenden als Carbonstrahler bezeichnet) herzustellen, müssen diese Filamente aus geeigneten Ausgangs-Materialien gefertigt werden. Diese Ausgangsmaterialien müssen in eine gewünschte Form gebracht und mittels geeigneter Prozesse in einen Kohlenstoff ausreichender Reinheit überführt werden. Das Ausgangsmaterial sollte dazu in einen reinen Kohlenstoff überführbar sein, wozu sowohl organische Stoffe, wie Baumwolle oder Bambus, als auch synthetische Verbindungen auf Kohlenstoff-Basis, wie Resine, carbonfaserverstärkte Thermo- oder Duroplaste, reiner Graphit oder Verbindungen aus Kohlenstoff, Stickstoff und Bor geeignet sind. Entscheidend für den Einsatz und die Lebensdauer des Strahlers ist hierbei eine ausreichende Reinigung bei ausreichend hoher Temperatur mit genügend langer Dauer. Je nach Anforderung an die Strahler variieren die Reinigungsprozesse und somit auch die benötigten Fertigungs- Prozesse der Strahler erheblich.
Meist werden Carbonstrahler mit relativ geringen Filament-Temperaturen betrieben. So werden die beispielsweise in der US 6,654,549, der EP 1 298 961 oder der US 6,949,727 beschriebenen Carbonstrahler mit Filament-Temperaturen zwischen 900°C bis maximal 10000C spezifiziert. Dieser Temperaturbereich ist unkritisch im Hinblick auf Anforderungen an die benötigten Reinigungsprozesse. Selbst bei starken Verunreinigungen der Filamente oder Strahlerrohre mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff etc. kommt es zu keinen nennenswerten Ablagerungen von Kohlenstoff im Inneren des Strahlerrohres (Schwärzung). Auch kann das Strahlerrohr selbst in geschwärzten Bereichen keine Temperatur erreichen, bei der eine Entglasung des Quarzglases auftritt. Als Entglasung wird die Phasenumwandlung des Quarzglases hin zu einer kristallinen Phase, z.B. Kristobalit verstanden. Bei der Carbonisierung eines stickstoffhaltigen Ausgangsmaterials (z.B. einer auf Poly-Acrylo-Nitril (auch als PAN bezeichnet) basierenden Carbon- Faser) wird Stickstoff im Temperaturbereich unterhalb von 1100 0C nur in geringen Mengen freigesetzt. Dieser Stickstoff wird hierbei direkt über chemische Verbindungen mit dem gleichzeitig freigesetzten Sauerstoff und Wasserstoff in die Gasphase überführt. Liegt jedoch im car- bonisierten Filament kein Wasserstoff oder Sauerstoff mehr vor, so wird über molekulare Bindungen im Filament gebundener Stickstoff bei Temperaturen unterhalb von 1000 0C bis 1100 0C nicht mehr aus dem Filament freigesetzt.
Die EP 0 700 629 offenbart einen Carbonstrahler, der bei Filament-Temperaturen von 600 0C bis 1800 0C dauerhaft betrieben werden kann. Oberhalb von 1250 0C kommt es jedoch zu Veränderungen des Strahlers, wie der Ablagerung von Carbon im Strahlerrohr (Schwärzung). Bei Temperaturen oberhalb von 1350 0C wird zudem ein kleinräumiger Verlust von Carbon aus dem Filament beobachtet, welcher zu einem Durchbrennen des Filamentes an dieser Stelle führen kann. Beide Effekte führen mit zunehmender Temperatur zu einer Verkürzung der Lebensdauer. Dies bedeutet, dass Strahler dieser Art tatsächlich nur etwa bis zu einer Filamenttemperatur von 14000C mit kommerziell nutzbaren Lebensdauern verwendet werden können.
Da eine die Lebensdauer beeinflussende Abdampfung von Kohlenstoff vom Filament erst etwa ab 1800 0C erwartet wird, sind diese Transport- und Erosionsvorgänge vorrangig auf Kreislaufprozesse unter Beteiligung von aus dem Filament oder dem Strahler-Hüllrohr freigesetzten Verunreinigungen zurückzuführen. Dies sind neben dem bekannten Wasserkreislauf vermutlich auch Reaktionen mit Stickstoff, sowie wenn vorhanden mit Schwefel und anderen Spurenstoffen.
Um diese schädlichen Verunreinigungen zu beeinflussen gibt es wenige Ansätze in der Literatur: Die US 254,780 beschreibt den Einsatz von Chlor in Carbonlampen. Das Chlor reagiert beim ersten Betrieb des Filamentes mit dem Wasserstoff im Strahler-Hüllrohr oder Hüllkolben, so dass keine Schwärzung der Strahler-Hülle über den Wasserkreislauf eintreten können soll.
In der GB 1 085 420 ist beschrieben, wie bei der Fertigung von Carbonlampen roter Phosphor als Kurzzeitgetter im Kitt eingesetzt wird, der das Filament mit den Strom zuführenden Drähten verbindet. Dieser Phosphor wird beim Evakuieren des Glaskolbens durch das erste Betreiben des Filamentes aktiviert und bindet durch chemische Reaktionen Wasserstoff und Sauerstoff (sowie ungewollt Kohlenstoff). Ferner ist in der GB 1 085 420 der Zusatz einer Mischung aus Graphit, Zirkoniumpulver sowie rotem Phosphor zum Zement beschrieben. Auch dieser Zement fixiert das Filament an den elektrischen Durchführungen. Beide Zusätze werden beim Verschließen der Lampe thermisch angeregt und binden zu diesem Zeitpunkt alle Verunreinigungen im Strahler (Getter-Wirkung), insbesondere die aus dem als Kleber genutzten Gummiarabi- cum freiwerdenden Stoffe. Nachteilig ist jedoch, dass die Verarbeitung von Zirkoniumpulver als extrem gefährlich einzustufen ist, da dieses bei ca. 160°C bis 18O0C bereits explosiv mit Luft reagiert und jederzeit durch elektrische Funken und andere Energiequellen gezündet werden kann.
Da auch der in der GB 1 085 420 beschriebene rote Phosphor feuergefährlich ist, wird als Ersatz Phosphornitrid P3N5 als Getter eingesetzt. P3N5 wird als Suspension in Ethanol oder Ethy- lenglykol gelagert, um eine Oxidation zu verhindern. Er muss schnell verarbeitet werden und stellt einen typischen Kurzzeitgetter dar, der bei einer ersten Aktivierung seine Wirkung entfaltet, jedoch langfristig freiwerdende Verunreinigungen nicht mehr binden kann.
Phosphor bildet also chemisch stabile Verbindungen auch mit Stickstoff, bevorzugt jedoch mit Sauerstoff und Kohlenstoff. Daher eignet sich Phosphor nicht als Getter für Stickstoff, wenn Kohlenstoff oder Sauerstoff vorliegen. Phosphor bildet zudem stabile Verbindungen mit Wasserstoff und Sauerstoff, so dass Phosphor als Getter den Wasserkreislauf sowohl durch Gettern von Sauerstoff, als auch durch Gettern von Wasserstoff unterbinden kann. Phosphor bindet jedoch nur die bei der ersten Aktivierung freiwerdenden Stoffe, nicht jedoch Verunreinigungen, die erst nach einigen Stunden Betrieb freigesetzt werden.
In der EP 0 700 629 wird zusätzlich beschrieben, Tantalbleche zur Fixierung von Splinten einzusetzen. Tantal ist nicht nur verhältnismäßig resistent gegen eine Carburierung, sondern auch als Getter für Sauerstoff einsetzbar. Da Tantal jedoch oberhalb von 1200 0C auch Carbide bildet, wird es spröde und zerfällt je nach Betriebstemperatur nach einigen 100 Stunden. Das starke Überangebot von Carbon, insbesondere, wenn Tantal in direktem Kontakt mit dem Filament montiert ist, um über die höhere Temperatur eine besonders gute Getterwirkung zu erzielen, führt zudem dazu, dass das Tantal im Wesentlichen nicht Sauerstoff gettert, sondern Carbide bildet. Die EP 0 700 629 beschreibt ferner wie die Filamente aus Carbonfaser verstärktem Kunststoff hergestellt werden, wobei die Fasern als Gewebe oder unidirektional vorliegen und mit einem Resin umhüllt sind. Fasern auf PAN Basis enthalten bedeutende Anteile von gebundenem Stickstoff. Andere Fasern weisen andere herstellungsbedingte Verunreinigungen wie Schwefel auf. In dem Kunststoff finden sich neben Sauerstoff und Wasserstoff je nach Monomer noch Stickstoff und andere Beimengungen, sowie Verunreinigungen von Schwefel etc. die als Hilfs- stoffe für den Herstellprozess des Kunststoffes eingesetzt wurden.
Es ist bekannt wie Fasern und Resin mittels entsprechender Wärmeprozesse zu einem mehr oder weniger reinen Kohlenstoff weiterverarbeitet werden können. Das so gewonnene Kohlenstoffprodukt weist einen Restgehalt an Fremdatomen auf, der entscheidend von der Temperatur und der Dauer der Wärmeprozesse abhängt. Dabei ist die Herstellung von Filamenten aus Kohlenstoff ohne einen schädlichen Restgehalt an Beimengungen technisch möglich und wird mittels Prozessen, die oberhalb von 2000 0C und über viele Stunden hin ablaufen, sowie durch die Zugabe von Halogenen, die eine zusätzliche Reinigung bewirken, erreicht. Solche Prozesse und die dafür benötigten Anlagen sind jedoch einerseits extrem aufwendig und teuer, andererseits sehr unflexibel, da in einem Ofen zugleich große Mengen verarbeitet werden müssen, um verhältnismäßig günstige Produktionskosten zu halten.
Ökonomische Prozesse zur Umwandlung und Reinigung des Ausgangsstoffes bei niedrigeren Temperaturen, kürzeren Zeiten und ohne Einsatz aggressiver Chemikalien können keine vollständige Entfernung aller anderen Elemente aus dem Kohlenstoffprodukt erreichen. Insbesondere fest eingebundene Elemente verbleiben dann in z.T. erheblichen Restmengen im Filament. Der Verzicht auf die vollständige Entfernung aller potentiell schädlichen Substanzen aus dem Carbon-Filament während der Herstellung bedeutet, dass die noch enthaltenen Beimengungen über lange Zeit hinweg ausgasen können. Diese später freigesetzten Verunreinigungen schädigen dann entweder das Filament selbst oder transportieren über weitere chemische Reaktionen, die dann zwischen der Gasphase und dem Filament ablaufen, Carbon vom Filament auf das Rohr (Kreisprozesse) und schädigen so indirekt den Strahler. Es hat sich gezeigt, dass eine besonders schädliche Wirkung insbesondere Sauerstoff und Stickstoff sowie Schwefel zeigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, schädliche Gase und durch sie verursachte Prozesse in Strahlern, welche bei Filament-Temperaturen oberhalb von 1000 0C, insbesondere oberhalb von 1250 "C betrieben werden, zu vermeiden und somit die Lebensdauer dieser Strahler wesentlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird bereits mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Der erfindungsgemäße Carbonstrahler mit einem Strahler-Hüllrohr, einem sich in dem Strahler- Hüllrohr befindlichen Filament und zumindest einem Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, welcher zu einem außen liegenden Anschlusskontakt geführt ist, sieht vor, dass zumindest ein Getter innerhalb des Strahlerrohrs angeordnet ist.
Unter Getter wird hier ein chemisch reaktives Material verstanden, das dazu dient, ein Vakuum oder eine Gasfüllung, die aus einem Edelgas, wie Argon, Krypton oder Xenon besteht, möglichst lange rein zu erhalten oder aber Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder andere Verunreinigungen, die aus dem Carbonband im Betrieb ausgasen, und Verbindungen der zuvor genannten Elemente sowie ihre Verbindungen mit Kohlenstoff ganz oder teilweise aufzunehmen. An der Oberfläche eines Getters gehen Gasmoleküle mit den Atomen des Gettermaterials eine direkte chemische Verbindung ein oder die Gasmoleküle werden durch Sorption festgehalten - sie lösen sich im Gettermaterial indem sie in Freiräume, die die Gitterstruktur der Getter bietet, diffundieren. Auf diese Weise werden Gasmoleküle eingefangen, was hier auch als Get- tern bezeichnet wird.
Ein derartiger Getter ermöglicht überraschenderweise, dass die über die Lebensdauer des Strahlers langfristig freiwerdenden schädlichen Restmengen an Gasen schnell innerhalb des Strahlers gebunden werden und so aus der Gasphase ferngehalten werden können. Dies führt dazu, dass die Lebensdauer des Strahlers deutlich erhöht wird.
Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn der Carbonstrahler mit einem Getter aus vorwiegend Zirkonium oder einer Legierung mit dem Hauptbestandteil Zirkonium besteht. Derartige Getter binden vorrangig Sauerstoff, sowie Stickstoff und auch Schwefel. Es ist hierbei, wie bei allen Carbon-Strahlern nicht notwendig, dass auch der Wasserstoff gegettert wird. Es hat sich gezeigt, dass es sogar vorteilhaft ist, wenn der Wasserstoff in der Gasphase verbleibt, also vom Getter nur in unwesentlichen Mengen absorbiert wird oder im Betrieb aufgrund der hohen Temperatur des Getters im Wesentlichen wieder frei gesetzt wird. Dies führt ebenfalls dazu, dass die Lebensdauer des Strahlers erhöht wird. Auch ist es möglich, einen Getter zu verwenden, dessen Hauptbestandteil Vanadium oder Hafnium ist. Es hat sich gezeigt, dass Getter, die Beimengungen con Vanadium oder Hafnium enthalten, ebenfalls hervorragende Eigenschaften bezüglich des Getterns aufweisen.
Vorteilhaft ist es, wenn das Filament zusätzlich zur Carbonisierung thermisch behandelt ist. Die thermische Behandlung bewirkt, dass das Filament eine langfristige elektrische und mechanische Stabilität aufweist und somit besonders geeignet ist für den Einsatz in einem Carbonstrahler.
Üblicherweise werden Getter auf einem Stahlblech montiert ausgeliefert und derart angeordnet, dass sie in der Nähe des Filaments angebracht sind. Da Stahlbleche zum Carburieren neigen, werden diese Getter mit Halterungen bevorzugt mittels eines gegenüber der Carburierung resis- tenteren Material, wie z.B. Refraktärmetallen, also Molybdän oder Tantal, oder auch mittels keramischer Komponenten umhüllt und so langfristig fixiert.
Da bei höheren Temperaturen des Getters Stahl zur Bindung von Kohlenstoff und nachfolgend zur Versprödung neigt, also zur Carburierung, ist es vorteilhaft, den Getter mechanisch mittels Blechen oder Vorrichtungen aus hochschmelzenden Metallen mit erst bei hohen Temperaturen einsetzender Carburierung zu fixieren. Hierbei haben sich Molybdän oder Tantal als geeignet erwiesen. Andere hochschmelzende Metalle eigen sich prinzipiell, sind jedoch, wie Wolfram schlecht umzuformen, oder wie Platin zu teuer,
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme der beigefügten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt in schematischer Darstellung:
Figur 1 : einen Carbonstrahler
Figur 2: eine Ansicht des Filaments mit dem angeordneten Getter.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Rundrohrstrahlers mit einem Filament aus einem Carbonband 1. Das Carbonband 1 ist mit Molybdänklammern 2 elektrisch kontaktiert und mit einer Feder 3 im Strahlerrohr 4 gespannt. Die anschließende Stromführung ist im Bereich der Quet- schung 5 durch eine flächige Molybdänfolie 6 realisiert. Auf den Quetschungen 5 sind Sockel 7 sowie Litzen 8 für den elektrischen Anschluss montiert.
Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Getter 11, der auf einem vernickelten Stahlblech 12 angeordnet ist. Der Getter 11 wird von unten in die entsprechende Aussparung im Molybdänblech 13 gelegt. Das Trägerblech 12 des Getters wird so gebogen, dass beides am Molybdänblech 13 fixiert ist. Zusätzlich werden Trägerblech 12 und Molybdänblech 13 verschweißt. Das Molybdänblech 13 wird mit der weiterführenden Stromführung auf der Molybdänklammer 14, die das Carbonband 15 elektrisch kontaktiert, gehalten.
Ausführungsbeispiele;
Ausführungsbeispiel 1 :
In einem Carbon-Strahler, wie er beispielsweise in der EP 0 700 629 beschrieben ist, wird ein Getter bestehend aus einer Zirkonium-Aluminium-Legierung und auf einem vernickelten Stahlblech montiert, eingebracht. Bevorzugt ist der Getters mittels Punktschweißen nahe dem Ende des Filaments an einem Molybdänband befestigt. Direkt nach der Montage wird der Strahler verschlossen, evakuiert und der Getter mittels eines Hochfrequenzgenerators aktiviert. Bei Betrieb des Strahlers in einem Temperaturbereich, bei dem normalerweise Schwärzungen auftreten (1350 0C Filamenttemperatur), hat sich gezeigt, dass in den ersten 1000 Betriebsstunden keine Schwärzungen im Strahlerrohr entstehen. Die Hülle des Getters aus vernickeltem Stahlblech jedoch verfärbt sich und die Punktschweißungen lösen sich nach wenigen Stunden, so dass der Getter lose im Strahlerrohr liegt, jedoch seine Funktion des Getterns erfüllt. Es hat sich gezeigt, dass sich auch nach über 2000 Stunden Betrieb kein die Funktion beeinträchtigender Belag im Strahlerrohr bildet.
Ausführungsbeispiel 2:
In einem Carbon-Strahler wie er beispielsweise in der EP 0 700 629 beschrieben ist, wird ein Getter bestehend aus einer Zirkonium-Aluminium-Legierung und montiert auf einem vernickelten Stahlblech eingebracht. Dieser Getter wird zusammen mit seinem Halter aus vernickeltem Stahlblech in einen Molybdänbügel mit einer Aussparung für den Getter gelegt und anschließend wird dieser Molybdänbügel mittels Punktschweißen mit einer Molybdänklammer zum HaI- ten des Filaments befestigt. Direkt danach wird der Strahler verschlossen, evakuiert und der Getter mittels eines Hochfrequenzgenerators aktiviert. Es erfolgt dann eine Vergoldung des Strahlerrohrs auf der gesamten Länge über einen Winkel von 180 °. Der Strahler wird nun bei einer Temperatur betrieben, bei der sonst Schwärzungen auftreten (ca. 1350 0C). In den ersten 1000 Stunden Betrieb ist keine Schwärzung im Strahlerrohr sichtbar. Die Hülle des Getters aus vernickeltem Stahlblech verfärbt sich allerdings, er bleibt jedoch in seiner Position und erfüllt weiter seine Funktion, so dass auch nach 2000 Stunden Betrieb das Strahlerrohr nahezu ohne Belag ist und der Strahler optimal genutzt werden kann.
Ausführungsbeispiel 3:
In einem Carbon-Strahler wie er beispielsweise in der EP 0 700 629 oder der EP 1 283 659 beschrieben ist, werden insgesamt vier Getter bestehend aus einer Zirkonium-Aluminium- Legierung und montiert auf einem vernickelten Stahlblech, eingebracht. Diese werden mittels Punktschweißung nahe den Enden der beiden Filamente an einem Molybdänband befestigt. Anschließend wird der Strahler verschlossen und dabei mit Argon mit einem Druck von ca. 800 mbar gefüllt und anschließend der Getters mittels eines Hochfrequenzgenerators aktiviert. Danach erfolgt eine Vergoldung des Strahlerrohrs auf der gesamten Länge über einen Winkel von 180 °. Bei Betrieb des Strahlers bei einer Temperatur von 1350 0C, wo normalerweise Schwärzungen auftreten, zeigen sich keine Verfärbungen im Strahlerrohr. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Hülle des Getters sich verfärbt und die Punktschweißungen sich lösen, so dass der Getter lose im Strahlerrohr liegt. Er erfüllt jedoch seine Funktion weiter, so dass auch nach über 2000 Stunden Betrieb das Strahlerrohr nahezu ohne Belag ist.
Ausführungsbeispiel 4:
In einem Strahler mit einer Glühwendel und einem in Reihe geschalteten Carbonfilament in jedem Stahlerrohr eines Zwillingsrohrstrahlers wie er in der DE 101 37 928 beschrieben ist, wird jeweils ein Getter am Übergang zwischen der Glühwendel und dem Carbonband montiert. Es werden insgesamt zwei Getter aus einer Zirkonium-Aluminium-Legierung verwendet. Wie Figur 2 zu entnehmen, werden die auf einem vernickelten Stahlblech 12 montierten Getter 11 mit einem Molybdänblech 13 am elektrischen Kontakt 14 des Carbonbands 15 fixiert. Anschließend wird der Strahler verschlossen und dabei mit Argon mit einem Druck von ca. 1000 mbar gefüllt. Die Getter werden mit einem Hochfrequenzgenerator aktiviert. Danach erfolgt eine Vergoldung des Strahlerrohrs. Beim Betrieb des Strahlers mit einer Temperatur der Glühwendel von ca 2200 0C und einer Temperatur des Carbonbands von ca. 1250 0C werden aus dem Carbonband ausgasende Stoffe von den Gettern aufgenommen. Das vernickelte Stahlblech verformt sich und reißt, so dass die Getter bereits nach 400 Betriebsstunden des Strahlers kaum noch an ihrer ursprünglichen Position fixiert sind. Die Funktion der Getter wird dadurch aber nicht eingeschränkt. Auffallend ist, dass die ausgasenden Stoffe nicht nur von den Gettern aus der Zirkonium-Aluminium-Legierung sondern auch von anderen Bauteilen des Strahlers aufgenommen werden. Bestehen diese aus getternden Metallen, die eigentlich mechanische Funktionen ausfüllen, wie z.B. Stützscheiben aus Tantal, so können diese verspröden und langfristig ihre Funktion nicht mehr erfüllen. So ist eine geeignete Menge an Gettern zur Aufnahme sämtlicher Gase vorzusehen und die Glühwendel und das Carbonband sind räumlich so zu trennen, dass eine Diffusion der ausgasenden Stoffe am Getter vorbei hin zur Glühwendel weitestge- hend unterbunden wird.

Claims

Patentansprüche
1. Carbonstrahler mit einem Strahler-Hüllrohr, einem sich in dem Strahler-Hüllrohr befindlichen Filament und zumindest einem Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, welcher zu einem außenliegenden Anschlusskontakt geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Getter innerhalb des Strahlerrohrs angeordnet ist.
2. Carbonstrahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Getter Zirkonium oder einer Legierung mit dem hauptsächlichen Bestandteil Zirkonium aufweist.
3. Carbonstrahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Getter Vanadium oder Hafnium aufweist.
4. Carbonstrahler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter in seinem Hauptbestandteil aus Zr, Hf oder V und Beimengungen von AI, Fe, Co, Ni mit Massenanteilen von 10 % bis 30 % aufweist.
5. Carbonstrahler nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass weitere Metalle mit Massenanteilen bis 5 % insbesondere aus der Gruppe der Lanthaniden beigemengt sind.
6. Carbonstrahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Getter Niob oder eine Legierung mit dem hauptsächlichen Bestandteil Niob aufweist.
7. Carbonstrahler nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter eine Niob-Zirkonium Legierung mit den Anteilen 99 % Nb und 1 % Zr aufweist.
8. Carbonstrahler nach einem oder mehreren der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filament zumindest einmal thermisch behandelt ist.
9. Carbonstrahler nach einem oder mehreren der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter auf einem Stahlblech angeordnet ist.
10. Carbonstrahler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter mittels Blechen oder Vorrichtungen aus Molybdän, Tantal oder einem anderen hochschmelzenden Metall fixiert ist.
1 1. Carbonstrahler nach einem oder mehreren der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter in der Nähe des Filaments angeordnet ist.
12. Carbonstrahler nach einem oder mehreren der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter ausgebildet ist, um Sauerstoff sowie Stickstoff oder Schwefel zu binden.
13. Carbonstrahler nach einem oder mehreren der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getter über einen Hochfrequenzgenerator aktivierbar ist.
PCT/EP2008/008046 2007-10-18 2008-09-23 Carbonstrahler mit getter WO2009052915A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007050289.5 2007-10-18
DE102007050289A DE102007050289A1 (de) 2007-10-18 2007-10-18 Carbonstrahler mit Getter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009052915A1 true WO2009052915A1 (de) 2009-04-30

Family

ID=40280529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/008046 WO2009052915A1 (de) 2007-10-18 2008-09-23 Carbonstrahler mit getter

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007050289A1 (de)
WO (1) WO2009052915A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1085420A (en) * 1965-09-04 1967-10-04 Philips Electronic Associated Improvements relating to methods of manufacturing carbon-filament lamps
US3400253A (en) * 1966-01-07 1968-09-03 Air Reduction Graphite cloth heating element clamped on bus bars
US3796587A (en) * 1972-07-10 1974-03-12 Union Carbide Corp Carbon fiber reinforced nickel matrix composite having an intermediate layer of metal carbide
EP0881858A2 (de) * 1993-05-21 1998-12-02 Ea Technology Limited Verbesserte Infrarot-Strahlungsquelle
US20040253476A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Andrea Conte Multilayer getter structures and methods for making same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US254780A (en) 1882-03-07 Edwin a
IT963874B (it) * 1972-08-10 1974-01-21 Getters Spa Dispositivo getter perfezionato contenente materiale non evapora bile
IT1110271B (it) * 1979-02-05 1985-12-23 Getters Spa Lega ternaria getterante non evaporabile e metodo di suo impiego per l'assorbimento di acqua,vapore d'acqua,di altri gas
KR100413396B1 (ko) 1999-11-30 2004-01-03 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 적외선전구 및 적외선전구의 제조방법
DE10137928A1 (de) 2001-08-07 2003-03-06 Heraeus Noblelight Gmbh Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr
CN2502480Y (zh) 2001-09-27 2002-07-24 伍百炜 炭素纤维电热器件
KR100547189B1 (ko) 2003-04-23 2006-01-31 스타전자(주) 그라파이트 펠트를 이용하는 탄소 발열 장치의 제조 방법
DE10350784A1 (de) * 2003-08-27 2005-04-07 Heraeus Noblelight Gmbh Infrarotstrahler, seine Verwendung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Infrarotstrahlers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1085420A (en) * 1965-09-04 1967-10-04 Philips Electronic Associated Improvements relating to methods of manufacturing carbon-filament lamps
US3400253A (en) * 1966-01-07 1968-09-03 Air Reduction Graphite cloth heating element clamped on bus bars
US3796587A (en) * 1972-07-10 1974-03-12 Union Carbide Corp Carbon fiber reinforced nickel matrix composite having an intermediate layer of metal carbide
EP0881858A2 (de) * 1993-05-21 1998-12-02 Ea Technology Limited Verbesserte Infrarot-Strahlungsquelle
US20040253476A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Andrea Conte Multilayer getter structures and methods for making same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007050289A1 (de) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1594158A2 (de) Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper
DE819430C (de) Glueh-Elektrode
DE69731374T2 (de) Niederdruckentladunglampe
DE60022266T2 (de) Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe und UV-Strahlen bestrahlende Einrichtung und Verfahren, die diese benützen
EP1897118A2 (de) Halogenglühlampe mit abblendkappe aus mo-legierung
WO2006060995A2 (de) Glühlampe mit einem leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige metallverbindung enthält
EP1776713A2 (de) Lichtquelle und ein verfahren zur mechanischen stablisierung des filaments oder der elektrode einer lichtquelle
DE60022315T2 (de) Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
EP0907960B1 (de) Kalte elektrode für gasentladungen
DE102005038551B3 (de) Draht und Gestell für einseitig gesockelte Lampen auf Basis von Niob oder Tantal sowie Herstellungsverfahren und Verwendung
DE1615291B2 (de) Elektrische heizvorrichtung
WO2009052915A1 (de) Carbonstrahler mit getter
EP0592915B1 (de) Niederdruckentladungslampe und Herstellungsverfahren für eine Niederdruckentladungslampe
EP1104005B1 (de) Gasentladungslampe mit Oxidemitter-Elektrode
DE69911538T2 (de) Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe
DE212009000075U1 (de) Glühkathodenleuchtstofflampe mit einer Vorrichtung zum Freisetzen von Quecksilber und einem Getter
DE3500430A1 (de) Getter fuer glueh- und entladungslampen hoher intensitaet
DE3123605A1 (de) Metalldampf-hochdruckentladungslampe
KR100899601B1 (ko) 램프용 고효율 수은방출 게터 조성물
WO2007063008A2 (de) Halogenglühlampe mit carbidhaltigem leuchtkörper
DE2118767C3 (de) Leuchtstofflampe
EP2272081B1 (de) Elektrodengestell für eine entladungslampe und verfahren zum herstellen eines elektrodengestells sowie entladungslampe
WO2011045219A2 (de) Halogenglühlampe
DE2028242A1 (de) Verfahren zur Herstellung von gegen über der Einwirkung von Luft stabilisiertem Erdalkahmetalloxid Emissionsmaterial
DE1696630A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer zum Einsatz in eine geeignete elektrische Entladungsanordnung dienenden Elektrode mit elektronenemittierendem UEberzug

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08802534

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08802534

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1