DE1489441A1 - Elektrische Gluehlampe - Google Patents

Description

D ipl. - Ing. HORSTAUE Rr --—·———--——_:

Patentanwalt 1 ΊΓ\γ· TJiTV\1 I PHN 333

Anmelder;N.V. PHILIPS¹ GLOEILAMPENFABRIEKEnI «M* · JUJflLUl* f Kts/cv

Akte: PHU 333 ' »' ' 11

Anmeldung vom: 12o Juli 1965 1489441

"Elektrische Glühlampe"

Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Glühlampe, bei der sich in einem lichtdurchlässigen Kolben ein Glühkörper aus Wolfram befindet und im Kolben neben einem inerten i'üllgas ein reaktives 'iransportgas vorhanden ist, um Schwärzung des Kolbens während des Brennens mittels eines regenerativen Kreisprozesses zu verhüten, bei dem das wolfram, das vom Glühkörper verdampft, in eine flüchtige Verbindung umgewandelt wird, die sich nahe bei oder auf dem Glühkörper zersetzt. Bei einer derartigen Lampe bleibt die Kolbenwand frei von Schwärzung und der Glühkörper erleidet keine Gewichtsverluste, unter einem Glühkörper aus »Yolfram werden gegebenenfalls gewendelte tfolframdrähte mit einbegriffen.

Der Grundgedanke eines regenerativen Kreisprozesses zum Verhüten von Schwärzung des Kolbens einer Glühlampe ist verhältnismässig alt. Ks wurde bereits eine Lampe beschrieben, die Chlor, Brom oder Jod als l'ransportgaa enthielt und in der ein solcher regenerativer Kreisprozess stattfinden sollte. In dieser x^ampe mussten jedoch alle anderen Metallteile als der Glühkörper, wie dtützkörp'er und btromzuführungsdrähte, sowie die verhältnismassig kalten iünden des Glühdrahtes vor dem agressiven Transportgas geschützt werden. In der Praxis hat eich der schutz dieser kälteren l'eile des Glühdrahtes und der anderen Metallteile als nahezu unüberwindliche Schwierigkeit erwiesen. "

aus späteren Untersuchungen geht hervor, dass eine wesentliche Verbesserung dann erreichbar ist, wenn die Geometrie einer solchen Lampe so gewählt wird, dass während dea Brennens der Lampe die verhältniamäasig kalten Knden des Glühkörpera und weitere verhältnismässig kalte Wolframteile in der Lampe eine Temperatur annehmen, bei der sie vom reaktiven ¥ransportgas nicht oder nur wenig angegriffen werden* Bei Verwendung fVOjioJ^dj aL^ß'i'jaifieportgas ist diese Anforderung in

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baulicher Hinsicht verhältnismässig leicht erfüllbar. Der Bau der Lampe muss bei Verwendung von Jod derartig sein, dass die verhältnismässig kalten Wolframteile während des Brennens eine Temperatur über etwa 800 C und die Kolbenwand- eine Temperatur über etwa 25O⁰U annehmen. Dies ist mittels eines zylindrischen Kolbens aus tyuarz verwirklichbar, bei dem sich ein Wolframglühdraht in der Achse des Zylinders befindet. Der in Lumen je Watt ausgedrückte Wirkungsgrad einer solchen Lampe ist grosser als der normaler Glühlampen, während er im Verlauf der ganzen lebensdauer der .üampe ganz oder nahezu gleich bleibt. Bei Lampen dieses Typs brennt ebenso wie bei normalen Lampen der Glühdraht an einer verhältnismassig heissen Stelle durch.

Wenn unter im übrigen gleichen Bedingungen Jod durch das chemisch viel aktivere Chrom ersetzt wird, tritt nach einiger Zeit Angriff der verhältnismSssig kalten tfolframteile in der Lampe auf. Dabei bilden sich Wolframkristalle in Form von Dendriten an den Enden des Glühdrahtes und an den Stellen, wo dieser abgestützt wird, d.h. in der Nghe der verhältnismässig kalten Stellen. Um Angriff zu verhindern« müsste bein Vorhandensein von Brom die Temperatur dieser Teile während des Brennens mindestens etwa 17ΟΟ C betragen. Dies ist mit den zur Zeit für die Lampenherstellung bekannten Materialien baulich schwer verwirklichbar· Die Verwendung von Jod ist mit vielen Nachteilen verbunden.

j£s ist z.B. nicht einfach, die in der Lampe erforderliche Jodmenge exakt zu dosieren. Der Dampfdruck von Jod' bei Zimmertemperatur ist niedriger als der in der i-ampe für eine gute Wirkung des Wolfram-Jod-Zyklus erforderliche Druck. Deshalb erfolgt das Pullen häufig bei einer Temperatur, die höher als Zimmertemperatur ist. Dabei ist es notwendig} die Temperatur der Füllanlage und. der Lampe beim Füllen genau aufrechtsuernaIten.

Ausserdem ist Jod in bezug auf viele Metalle sehr aggressiv,

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so dass die ganze Füllanlage aus jodbeständigem Material bestehen muss.

Der Wolfram-Jod-Zyklus zeigt sich besonders empfindlich gegen verschieaenartigste Verunreinigungen. .Dies bringt es mit sich, dass alle für die ^ampe verwendeten Materialien einem eingehenden Heinigungsverfahren unterworfen werden müssen. Dies gilt insbesondere für den A'olframglühkörper.

Die i'arbe des Jods ist in bestimmten Fällen ungewünscht} im sichtbaren Licht tritt eine Absorption von 4 bi3 5 ⁰I⁰ auf.

ü's wurde bereits vorgeschlagen, zur Beseitigung der Dosierungsachwierigkeiten die Lampe mit Jodwasserstoff (HJj zu füllen, das bei Zimmertemperatur ein Gas ist. Da quartz bereits bei einer Temperatur von 300°C in erheblichem Masse für Wasserstoff durchlässig ist, würde dabei im Betrieb der Lampe auf die Dauer der Wasserstoff ganz oder nahezu ganz aus .der ^ampe verschwinden. Der gleiche Effekt würde auch dann auftreten, wenn die Lampe mit bromwasserstoff gefüllt wira, itfach einiger ^eit würde sich dabei ein so&enannter Wolfram-Brom-Zyklus ergeben, der jedoch die oereita erwähnten nachteiligen Eigenschaften hat.

Die Erfindung bezweckt, einige Nachteile der Verwendung von Jod zu oeheben.

kiemäss der Erfindung ist diese Anforderung durch eine Lampe erfüllbar, die dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Brennens in der Lampe ein Gemisch aus drom, v/asseratoff und .bromwasserstoff vorhanden ist, und dass zugleich der Bau der Lampe darauf berechnet ist, dass eine 1ür die ^euensdauer der Lampe schädliche Aenderung dts Wasserstoff-Brom-Verhältnisses im Gasgemisch infolge von WasserstoffVerlusten während der xjeDensdauer verhindert wim.

Die Dosierung von Brom und Viasserstoff ist erheblich einfacher als die Dosierung von Jod, weil jene elemente bei Zimmertemperatur flüchtig bzw* Gase sind uder über flüchtige oder gasförmige Verbindungen dosiert werden sonnen, Λίβ auaseries in nahezu sämtlichen /allen veniger aggressiv

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sind als Jod. Diese fluchtigen oder gasförmigen Verbindungen sind z.B. Bromwasserstoff und Bromkohlenwasserstoffe, die bei Zersetzung Brom oder

Wasserstoff liefern» wie Bromoform, Methylenbromid, Methylbroiaid, Aethylendibroraid, Gemische aus diesen Verbindungen oder aus Methan und anderen Kohlenwasserstoffen mit Tetrabromkohlenetoff und Bromkohlenwaeserstoffen. Durch geeignete Wahl von Bromkohlenwasserstoff oder Tetrabromkohlenwasserstoffs gegebenenfalls zusammen mit Bromwasserstoff und/oder Brom und/oder Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoff,kann zugleich ein Kohlenetoffgasbinder au» Binden von Sauerstoff» das störend auf den Zyklus einwirken kann, in die Lampe eingebracht werden·

In der fraxis stellte es sich überdies heraus, dass die gute Wirkung des Aolfram-Wasserstoff-Brom-Zyklus viel weniger als im Falle des Wolf ram-Jod-Zyklus von der Reinheit der Materialien, aus denen die iompe hergestellt ist, abhängig ist· Bei den Untersuchungen, die zur Erfindung führten, zeigte es sich z.B., dass mit Bromwasserstoff als reaktivem Transportgaa Wolframgltthkörper Verwendung finden konnten, die mit Jod als reaktivem Transportgas infolge ihres Gehaltes an Verunreinigungen nicht brauchbar waren, wenn nicht der Zyklus durch einen geringen Prozentsatz an Sauerstoff aktiviert war·

Ausserdem stellte es sich bei diesen Versuchen heraus, dass die Verwendung von Jodwasserstoff noch erheblich schlechtere Ergebnisse gibt als die Verwendung von Jod allein· Dies ist dem verzögernden Einfluss von Wasserstoff auf den Wolfram-Jod-üyklus zuzuschreiben» Diese verzögernde Wirkung von Wasserstoff, die somit bei Verwendung von Jod unzulässig ist, erweist, sich bei Verwendung von Brom als besonders vorteilhaft. Der erwähnte Nachteil des Wolfram-Brom-Zyklus, nämlich der Angriff Verhältnisses ig kalter Wolframteile in der Lampe, wird durch die Gegenwart einer hinreichenden Wasserstoffmenge in entscheidendem Masse unterdrückt. Dies beruht wahrscheinlich auf der. Tatsache, dass ~&0^

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Bromwasserstoff festes Wolfram nahezu nicht angreift und bei der Temperatur der verhaltnismKssig kalten Wolframteile nahezu nicht in Wasserstoff und Brom dissoaiiert ist«

Trotz der Tatsache, dass die verhältniaaässig kalten Wolframteile nahezu nicht angegriffen werden, stellte es sich überraschenderweise heraus, dass die Kolbenwand klar bleibt· Ausserdem aeigte es sich, dass eine Lampe, deren Kolbenwand geschwärzt ist, nach Füllen mit HBr oder einem HBr liefernden Stoff oder Gemisch aus Stoffen nach sehr kurzer Brennzeit , völlig klar wird· -Der stt wlhlend· Broowaeierstoffßlldruek ist von der Temperatur des <JlOhkö*rpir» Ib Betrieb der Uape, von der Geometrie der Lampe und ton Fül!druck des inerten Gases abhängig» FQr jeden Lampentyp lässt sich jedoch- durch eine beschränkte Reihe einfacher Versuche bestimmen, welcher Fülldruok des Bromwasserstoffes am günstigsten ist» Es wurde gefunden, dass dieser Fülldruclc wenig kritisch ist und zwischen 1 mm und 1 at HBr liegen kann.

Das reaktive Transportgas enthält vorzugsweise keine gleichwertigen Mengen an !rom und Wasserstoff« Ein Wasserstoff überschuss erweist sich nSmlich aus besondere günstig für die Lebensdauer der lampe* Sie besten Ergebnisse werden erreicht* wenn das Verhältnis in Grammatomen zwischen ^ xJroja und Wasserstoff im Gasgemisch zwischen 1 $ 1 \md 1 t ? liegt, obgleich wfi Verhältnis··» bis au 1 ι 10 und höher auch gute Ergebnisse erreichbar sind} die «fctolut« **M»ret0ffmenge darf jedoch nicht so hoch werden, des· di# Wäratleitung de· Füllgas·· dadurch su gross wird·

Aus dtrt VertiiihiH, d^# sur Erfindung führten, ging auch hervor, da·· optimale Ergebnis·· «Um» «rrtiotit werden, wenn bei Beginn der Ubenedtuejf der La*p· in d·»· 1λ«ρ· j· om d·« Kolbenvolueene »wisohen 1,5 χ 10*' und 1,05 χ ¹⁰" Graaaatom Wasserstoff and zwischen 1,5 x 10 und 1,5 x 10 Grammatom Brom entweder als solche oder in Form einer Verbindung, wi# HBr, oder eines Bromkohlenwasseratoffea, gegebenenfalls zusammen mit «eeeeretefl' Und/o4er Brom jro^haj^ip..sind.,

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PHK

Um kein Wolfram durch kondensation von rtolframbromi&en an der Kolbenwand zu verlieren, empfiehlt es sich, die Lampe so zu bauen, daf§ die Kolbenwand im Betrieb eine Temperatur von etwa 3Ou⁰U oder höher erreicht. Uzes ist in baulicher Hinsicht einfach verwirklichbar. Sa keine Schwärzung des Kolbens infoige von Kondensation von Wolfram auf der Kolbenwand-auftritt, kann der Abstand zwischen dem Glühkörper und ' der Kolbenwand sehr klein bemessen werden« ·

üs können verschiedene Masanahmen, gegebenenfalls in Kombination, , angewandt werden, um die die Lebensdauer herabsetzenden Wasserstoff-Verluste zu verhindern»

A. Die 'Lampe kann so konstruiert sein, dass beim Betrieb auf Nennspannung die Temperatur des Glühkörpers so hoch ist, dass die sich daraus ergebende Lebensdauer des Glühkörpers bereits beendet ist, bevor die verhältnismSssig kalten Aolframteile in der Lampe auf eine die Lebensdauer der Lampe verkürzende Welse infolge chemischen Angriffs durch Brom beschädigt sind· «solche Lamp·» können bei optischen Systemen Verwendung finden, bei denen es nicht so sehr auf eine lange Lebensdauer der Lampe, sondern vielmehr auf eine grosea bis zum Jünde der Lebensdauer ganz oder nahezu gleichbleibende Licht Ausbeute je Watt und auf kleine Abmessungen ankommt. Beispiele solcher Laspen sind unter· anderen Projektionslampe», Film· und Photoaufnähmelampen, Kraftfahrzeugsoheinwerferlaapen und. Lampen für andere besondere Verwendungen, bei denen die Glühdrahttemperatür im allgemeinen höher als 3000⁰K 1st und die garantierte Lampenlebtntdauer üblicherweise 15 bis 150 Stunden beträgt, Ba stellt sich jedoch heraus,

dass es sehr wohl Beglich ist, auf diese Weise Lampen mit einer Lebensdauer von 10QO Stunden und höher herausteilen.

B. lter Kolben kann aus einer viuarzart hergestellt werden, dit weniger als geschmolzenes üiliziumdioxyd für Aasserstoff durchlässig ist. Auch hochschmelzende nicht für Wasserstoff durchlässige Gläser können Verwendung finden. j 0 ö 9 8 0 8 / 0 6 6 7 ' BAD

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G.. Der Kolben aus einem für Wasserstoff durchlässigen Material kann in einem Kolben aus nicht für /«aaserstoff durchlässigen Material angebracht und der Raum zwischen den beiden Kolben mit Wasserstoffgas oder einem Gemisch aus wasserstoff und einem inerten Gas gefüllt werden.« D. ^um Aufrechterhalten des gewünschten Verhältnisses zwischen wasserstoff und Brom während der ganzen Lebensdauer der Lampe können in dieser Stoffe angebracht werden, die entweder den Wasserstoffmangel, der durch diffusion in und gegebenenfalls durch die Kolbenwand entsteht, durch wasserstoffabgabe beheben oder den sich dabei ergebenden Bromüberschuss binden können, oder aber beide Funktionen in sich vereinen, während auch Gemische solcher btoffe verwendung finden können.

'aän weiterer Vorteil ist, dass die betreffenden rtaseerstoffbromverbindungen nahezu immer farblos sind, so dass keine Lichtverluste durch Absorption auftreten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schnitt durch eine Glühlampe.

Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch eine andere Glühlampe.

Fig. 1 zeigt eine Glühlampe teilweise im Schnitt. Ein gewendelter

. ■ ■ .■ - - ' Glühdraht 1 aus Wolfram, der an Molybdänplatten 2 befestigt ist» befindet sich in einem zylindrischen Kolben 5 aus tyuarz. Der Glühdraht wird von den spiralförmigen btützkörpern 7 und 8 aus Wolfram abgestützt. In der Lampe befindet dich ein Gemisch aus einem inerten Gas und -Bromwasserstoff oder einer Bromwasserstoff liefernden Verbindung. Die lichten Abmessungen des Kolbens betrugen in einem bestimmten Fallt durchmesser 7»5 mni» Länge 1"50 mm. Der gewendelte rtolframglühdraht mit einer χ-Hnge von etwa 150 cm und einem Durchmesser von 1 mm würde bei 125 Volt mit 1000 Watt belastet} die* Lichtausbeute betfug 22 Lumen je #att.' -Der Kolben wurde mit einem Gemisch'aus 'Argon' und Bromwasserstoff unter einemDruck von 5 at gefüllt*

90-9Ö08/0667 «dork*»«.

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Nach 600 Stunden Brenndauer waren -Lampen, die HiSr mit einem iartialdruck von 7 bzw. 14 mm enthielten, noch nicht schadhaft und die Stützkörper waren noch nicht angegriffen.

Bei diesem und bei den nachstehend erwähnten Versuchen wurde die belastung des Glüfcdrahtes so bemessen, dass seine Lebensdauer kürzer war als die ^eit, in der eine die Lebensdauer verkürzende Veränderung des Brom- Wasserstoff-Verhältnisses infolge von WasserstoffVerlusten auftrat.

fig. 2 zeigt im Schnitt eine sogenannte fhotoauf nähme laaipe von ■ 1000 Watt mit einer Farbtemperatur von 340O⁰K bei 225 Volt und einer Lichtauebeute von 32 Lumen ,Je Watt. äie Lampe besteht aus einem ^uar ζ kolben mit den lichten Abmessungen» Durchmesser 7,5 mm» Länge 89 mm* Der gewendelte Wolframglühdraht hatte vor dem «endein eine i-a'nge von 1,32 mm und^: nach dem Wendeln eine Länge von Θ5 mm und einen Durchmesser von 172 μ. Die Lampen wurden mit einem Gemisch aus Argon, stickstoff (8j6) und unterschiedlichen Mengen an Tranaportgas auf einen Fülldruok von 6OO mm gefüllt. i)ie mittlere Lebensdauer vergleichbarer Jodlampen beträgt etwa 27 stunden.

TABiSLjJB

füllgas	Jj'ülldruck in am	•	5	-	,6	6,1 7,5	-	•	24i6
H2-HSr2 H2	5,3	5	,3	5,3 * 5,3		10,9	5,3
Br2	5,3	40		40 40	5,3	35
Mittlere Lebensdauer in Stunden	20				40
!füllgas	JPülldruck in mm	1ü	,5	14 -21 .
HBr	7	in sämtlichen		Jffillen zwischen 30 und	28
Mittlere Lebensdauer in stunden	füUdruck in mm		40.
Füllgas	10,5
CH Br , .
Mittlere Lebensdauer in otunden		■·

BAD ORIGINAL

A A A )f f» Λ» -*,

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üs wurden auch Versuche mit sogenannten iTojektionalampen durchgeführt ι deren Volumen etwa 1 cm und deren xdahtausbeute 30 Lumen/Watt bei 100 Watt und 12 Volt betrug (bei einer vergleichbaren Jodlampe ist die mittlere iiebensdauer etwa 50 Stunden).

Wenn dies« lampen mit Krypton unter einem Druck von 4 at und Hßr-Mengen unter einem Fartia!druck zwischen 7 und 23 mm gefüllt waren, wurde in allen Fällen ein· mittlere lebensdauer von 80 Stunden gefunden.

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Claims (1)

1. H89U1 ^PBH335

   PAMiTANSPRUCBE*

   η.j Elektrische Glühlampe, bei der sich in einem lichtdurchlässigen Kolben ein Glühkörper aas Wolfram befindet und bei der im .Kolben, neben einem inerten Füllgas ein reaktives Transportgas vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, tlaas während des Brennens in der Lampe ein Gemisch aus Bromwasserstoff, Brom und Wasserstoff vorhanden ist und dass der Bau der Lampe .darauf berechnet ist, das· ein· die Lebensdauer der Lampe infolge von WasserstoffVerlusten verkürzend· Aenderung des Brom-Wasserstoff-Verhältnisses im Gasgemisch verhütet wird· 2. . Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bau darauf berechnet ist, dass die Kolbenwand während des Brennens der Lampe eint temperatur von mindestens. 300 C annimmt» 3· ßitthlempe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   das Verhältnis zwischen Bros und Wasserstoff im Gemisoh, is Grammatomen ausgedruckt, »wischen 1t1 und 1»7 liegt«

   4* Glühlampe nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet« dass

   bei Beginn d«r Lebensdauer in der Lampe je oar des £olb«nvolum«ns zwischen 1_t5/* 10"^ und 1;O5 χ 10"* Grammatom Wasserstoff und zwischen 1,5 χ 10*' und 1,5 ζ to* Sramaatoa Brom als solche oder in for« einer Verbindung vorhanden sind.

   5* öltthlamp· nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, data

   die Lamp« mit Bromwasserstoff gefüllt ist·

   6* GlUhlamp· nach Anspruch 4, daduroh fekenn»eich»et, dass die La»p· mit einer Bro* und «aeserstoff liefernden Broakohlenwaaserstoffverbindung oder «int« Geiiiaoh solohe* Verbindungen gefüllt ist. ; 7·. Glfiblaape nach Anspruch 6, daduroh gekenn»·iohnet, das« dif Laap·. mit Mtthylfaroitid gefüllt ist. 8· ' Glühlaap« nach Anspruch 4» daduroh gekennzeichnet, dass die Laspe mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Brom gefüllt ist· _

   SO88O0/O6S7 j

   . H89441

   9· Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daes

   die i.'eaperatur des Giühkörpers beim Betrieb auf Nennspannung so hoch ist, dass die sich daraus ergeoende Lebensdauer des Glühtcörpers bereits beendet ist, bevor die verhältnisraä'ssij kalten Metallteile in der ^amp-e auf eine die .Lebensdauer der Lampe verkürzende fteise infolge chemischen Angriffes durch Brom beschädigt sind.

   1-j. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   der Kolben aus **uarz oder aus einem Material, dass im geringeren «iasse als «lUarz für Wasserstoff durchlässig i3t, besteht. 1i*. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben aus n.uarz oder einem ^material, das durchlässiger für Äasserstoff ist als vtuarz, besteht, während uie i-ainpe von einem Aussen-Kolben aus einem für wasserstoff nicht durchlässigen und lichtdurchlässigen Material urug-eben ist, und dass im Kaum zwischen Innen- und Aussenkolben. nasserstof-f vorhanden ist.

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