DE1539510C3 - Process for the production of halogen incandescent lamps with a bromine circuit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen, wie es z. B. aus der BE-PS 6 66 972 bekannt ist.The invention relates to a method with the features mentioned in the preamble of the main claim, how it z. B. from BE-PS 6 66 972 is known.

Es sind somit auch Glühlampen bekannt, deren Kolbenfüllung aus Edelgasen einen Zusatz von Brom enthält. Mit Hilfe dieses Bromzusatzes läuft während des Betriebes im Lampeninnern ein Kreisprozeß ab, bei dem die vom Leuchtkörper abgedampften und sich sonst auf der Kolbenwandung ablagernden Wolframteilchen bei der Betriebstemperatur des Lampengefäßes zum gasförmigen Wolfambromid umgesetzt und wieder zum Leuchtkörper zurücktransportiert werden. Am heißen Leuchtkörper zersetzen sich die Wolframbromide wieder zum freien Brom und zu Wolfram, das auf dem Leuchtkörper abgeschieden wird. Glühlampen mit dem Bromzusatz zum Füllgas zeigen während ihrer gesamten Lebensdauer keine Schwärzung, ihre Lichtausbeute bleibt also während ihrer Betriebszeit annähernd konstant (BE-PS 6 66 972).There are thus also incandescent lamps known whose bulb filling from noble gases contains an addition of bromine contains. With the help of this addition of bromine, a cycle takes place inside the lamp during operation the tungsten particles evaporated from the luminous element and otherwise deposited on the bulb wall converted to gaseous wolf ambromide at the operating temperature of the lamp vessel and again be transported back to the luminous body. The tungsten bromides decompose on the hot filament back to free bromine and tungsten, which is deposited on the luminous element. Light bulbs with the addition of bromine to the filling gas show no blackening during their entire service life, their luminous efficiency remains almost constant during its operating time (BE-PS 6 66 972).

Es ist schwierig, dem Füllgas die für den geschilderten Kreisprozeß notwendige Menge des Broms in elementarer Form beizugeben. Es ist daher bereits bekannt, dem Füllgas leicht dosierbare bromhaltige Verbindungen beizugeben und das Brom erst im Lampeninnern aus diesen Verbindungen frei zu machen. Besonders eignen sich für diesen Zweck Verbindungen, die durch thermische Zersetzung am heißen Leuchtkörper das freie Brom liefern. Solche Verbindungen sind beispielsweise bromierte Kohlenwasserstoffe, wie Dibrommethan. Diese Stoffe besitzen bereits bei Normaltemperatur einen beträchtlichen Dampfdruck, sie können ohne Schwierigkeiten in der gewünschten Menge abgemessen und dem Füllgas beigemischt werden.It is difficult to give the filling gas the amount of bromine necessary for the cycle process described in elemental Add form. It is therefore already known to add bromine-containing compounds that can be easily added to the filling gas and only to make the bromine free from these compounds inside the lamp. Especially For this purpose, compounds are suitable which, through thermal decomposition on the hot luminous element, die deliver free bromine. Such compounds are, for example, brominated hydrocarbons such as dibromomethane. These substances already have a considerable vapor pressure at normal temperature, they can do without Difficulties are measured in the desired amount and mixed with the filling gas.

Im Zuge des Herstellungsganges dieser Glühlampen mit Bromzusatz zum Füllgas werden die Füllgase mit 5' den beigemischten bromhaltigen Verbindungen und mit dem gewünschten Druck in die Lampenkolben eingefüllt. Nach dem Verschließen der Lampen durch Abschmelzen des Füllstutzens werden die zusammen mit dem Füllgas eingebrachten bromhaltigen Verbindüngen beim Inbetriebnehmen des Leuchtkörpers zersetzt. Am heißen Leuchtkörper dissoziiert die bromhaltige Verbindung zu elementarem Brom und Wasserstoff, ferner wird elementarer Kohlenstoff abgeschieden. Zumindest ein Teil des Kohlenstoffes kann dabei auf dem Leuchtkörper aus Wolfram abgelagert werden und dort ein Carbid bilden. Die Entstehung von Wolframcarbiden auf dem und im Leuchtkörper ist jedoch im höchsten Maße unerwünscht, da damit eine Versprödung des Leuchtkörpers eintritt.In the course of the manufacturing process for these incandescent lamps with bromine added to the filler gas, the filler gases are also added 5 'the admixed bromine-containing compounds and filled into the lamp bulb at the desired pressure. After the lamps are closed by melting the filler neck, they are put together bromine-containing compounds introduced with the filler gas when the luminous element is put into operation decomposed. The bromine-containing compound dissociates into elemental bromine and Hydrogen, furthermore elemental carbon is deposited. At least some of the carbon can be deposited on the tungsten filament and form a carbide there. the However, the formation of tungsten carbides on and in the luminous element is extremely undesirable, since this results in embrittlement of the luminous element.

Ferner sind Glühlampen bekannt, die im Kolbeninnern schwärzungsverhindernde, halogenhaltige Getterstoffe, wie Siliciumtetrafluorid oder Salze der Kieselfluorwasserstoffsäure, enthalten (FR-PS 6 87 021).Furthermore, incandescent lamps are known that contain blackening-preventing, halogen-containing getter substances, like silicon tetrafluoride or salts of silicofluoric acid, included (FR-PS 6 87 021).

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Versprödung des Leuchtkörpers durch Carbidbildung zu vermeiden.It is the object of the invention to avoid the embrittlement of the luminous element due to the formation of carbide.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Halogenglühlampen mit Bromkreislauf, bei dem das Brom mit Hilfe thermischer Zersetzung einer dem Füllgas zugegebenen dosierten Menge einer bromhaltigen Verbindung freigesetzt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Füllgas bromierte Silane beigegeben werden. Besonders geeignet ist hierfür Dibromsilan.This task is performed in a process for the production of halogen incandescent lamps with a bromine circuit, in which the bromine with the help of thermal decomposition of a metered amount added to the filling gas bromine-containing compound is released, solved according to the invention in that the fill gas brominated Silanes are added. Dibromosilane is particularly suitable for this.

Bei der Herstellung von Glühlampen wird nach dem Einbringen des Füllgases mit dem Zusatz von beispielsweise Dibrovnsilan in den Lampenkolben und dem Verschließen des Kolbens durch Abschmelzen des Füllstutzens der Leuchtkörper durch Stromdurchgang erhitzt. Am heißen Leuchtkörper wird das beigegebene Dibromsilan zersetzt, wobei elementares Silicium abgeschieden wird und Brom und Wasserstoff bzw. Bromwasserstoff frei werden. Das elementare Silicium lagert sich auf den Einbauteilen im Lampenkolben und auch auf der Kolbeninnenwand ab. Bei Abscheidung des Siliciums auf dem Leuchtkörper können sich Wolframsilicide bilden. Im Gegensatz zu den Wolframcarbiden verursachen jedoch Wolframsilicide keine Versprödung des Leuchtkörpers. Die Lebensdauer der Glühlampe wird somit nicht nachteilig verändert.In the manufacture of incandescent lamps, after the filling gas has been introduced, with the addition of for example Dibrovnsilan in the lamp bulb and closing the bulb by melting the The filler neck of the filament is heated by the passage of current. The added is on the hot luminaire Dibromosilane decomposes, whereby elemental silicon is deposited and bromine and hydrogen or To be released hydrogen bromide. The elemental silicon is deposited on the built-in parts in the lamp bulb and also on the inner wall of the piston. When the silicon is deposited on the luminous element, tungsten silicides can form form. In contrast to tungsten carbides, however, tungsten silicides do not cause embrittlement of the filament. The service life of the incandescent lamp is therefore not adversely affected.

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aus Krypton oder einer Mischung von Krypton + Argon oder Krypton + Argon + Neon gleich oder mehr als 30 Volumprozent Krypton und gleich oder weniger als 70 Volumprozent Argon enthalten sind. Folgende Grundgasmischungen wurden als vorteilhaft erprobt:of krypton or a mixture of krypton + argon or krypton + argon + neon equal or it contains more than 30 volume percent krypton and equal to or less than 70 volume percent argon. The following basic gas mixtures have been proven to be advantageous:

a) 40 Volumprozent Krypton + 40 Volumprozent Argon + 20 Volumprozent Neona) 40 percent by volume krypton + 40 percent by volume argon + 20 percent by volume neon

b) 30 Volumprozent Krypton + 70 Volumprozent Argonb) 30 percent by volume krypton + 70 percent argon by volume

c) 40 Volumprozent Argon + 60 Volumprozent Neonc) 40 percent by volume argon + 60 percent by volume neon

Außerdem sind die Lichtausbeute, Brennspannung und Wiederzündspitze unabhängig von der Grundgasfüllung noch durch besondere Formgebungen des Entladungsrohres, insbesondere eines Dellenrohres, zu beeinflussen.In addition, the light output, operating voltage and re-ignition peak are independent of the basic gas filling due to the special shape of the discharge tube, in particular a dimple tube influence.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Natrium-Niederdruck-Entladungslampe veranschaulicht. In Fig. 1 of the drawing, an embodiment of a sodium low-pressure discharge lamp is illustrated.

F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit der Brennspannung als Funktion der Leistungsaufnahme für verschiedene Grundgasfüllungen;F i g. 2 shows the dependence of the running voltage as a function of the power consumption for various Basic gas fillings;

F i g. 3 veranschaulicht die Abhängigkeit der Wiederzündspitze im Lichtstrommaximum als Funktion der Gaszusammensetzung;F i g. 3 illustrates the dependency of the re-ignition peak in the luminous flux maximum as a function the gas composition;

F i g. 4 zeigt die Abhängigkeit des Lichtstromes im Lichtstrommaximum als Funktion des Fülldruckes undF i g. 4 shows the dependence of the luminous flux in the luminous flux maximum as a function of the filling pressure and

F i g. 5 den Verlauf der Lichtausbeute im Lichtstrommaximum als Funktion des Fülldruckes;F i g. 5 the course of the luminous efficacy in the luminous flux maximum as a function of the filling pressure;

F i g. 6 veranschaulicht die Abhängigkeit der Lichtausbeute im Lichtstrommaximum von verschiedenen Grundgasfüllungen.F i g. 6 illustrates the dependency of the light yield in the luminous flux maximum of different basic gas fillings.

Die Natrium-Niederdruck-Entladungslampe nach F i g. 1 besteht aus einem Entladungsbrenner 1 mit der Halterung 6, dem Fuß 7 und dem Außenkolben 2. Das Entladungsbrennerrohr 1 weist quer zur Längsachse Vertiefungen oder Dellen 3 auf, die praktisch gleichmäßig über die ganze Länge, abwechselnd jeweils um 180° versetzt, angeordnet sind. Als Elektroden sind Oxydwendeln 4 vorgesehen. Das Pumprohr 5 dient zum Evakuieren und Füllen des Entladungsbrenners t mit Na-Metall sowie mit Grundgas. Die Enden des Entladungsrohres 1 werden durch die Halterung 6 gegen den Außenkolben 2 und den Fuß 7 federnd abgestützt. Gleichzeitig dient die Halterung 6 zur Befestigung der Getterringe 9. Der Fuß 7 weist in bekannter Weise wiederum ein Pumprohr 8 auf, durch das der Außenkolben 2 evakuiert werden kann. Um während des Betriebs der Lampe ein Vakuum von 10~³ bis 10~⁵ aufrechtzuerhalten, ist ein ausreichender Vorrat an Gettermaterialien im Getterring 9 vorgesehen. Mit zunehmendem Druck im Außenkolben 2 verschlechtert sich die Wärmeisolation, wodurch eine Verschiebung des Lichtstrommaximums nach höheren Leistungsaufnahmen und damit eine Verringerung der Lichtausbeute eintreten kann. Bei einem anfänglichen Druck von etwa 10~³ Torr stellt sich durch die Wirkung des Getters nach etwa 1000 Brennstunden ein Druckgleichgewicht bei etwa 10~⁴ Torr ein. Der Außenkolben 2 weist auf seiner Innenseite eine IR-reflektierende Schicht 10 aus SnO2 auf, die bei It unterbrochen ist, um Elektrolyseerscheinungen am Entladungsrohr mit Sicherheit auszuschließen. An den Enden des Außenkolbens 2 befindet sich eine von SnCh freie Zone, um eine einwandfreie Verschmelzung des Fußes 7 mit dem Außenkolben 2 zu gewährleisten.The sodium low-pressure discharge lamp according to FIG. 1 consists of a discharge burner 1 with the holder 6, the foot 7 and the outer bulb 2. The discharge burner tube 1 has depressions or dents 3 transversely to the longitudinal axis, which are arranged practically evenly over the entire length, alternately offset by 180 °. Oxide coils 4 are provided as electrodes. The pump tube 5 is used to evacuate and fill the discharge burner t with sodium metal and with basic gas. The ends of the discharge tube 1 are resiliently supported by the holder 6 against the outer bulb 2 and the foot 7. At the same time, the holder 6 serves to fasten the getter rings 9. The foot 7 in turn has, in a known manner, a pump tube 8 through which the outer bulb 2 can be evacuated. To a vacuum of 10 ^-3 to maintain during operation of the lamp to 10 ~ ^5, a sufficient supply is provided to getter materials in the getter. 9 As the pressure in the outer bulb 2 increases, the thermal insulation deteriorates, as a result of which a shift in the luminous flux maximum to higher power consumption and thus a reduction in the luminous efficiency can occur. At an initial pressure of around 10 ~ ³ Torr, the getter's action results in a pressure equilibrium at around 10 ~ ⁴ Torr after around 1000 burning hours. The outer bulb 2 has an IR-reflecting layer 10 made of SnO2 on its inside, which is interrupted at It in order to reliably exclude electrolysis phenomena on the discharge tube. At the ends of the outer bulb 2 there is a zone free of SnCh in order to ensure a perfect fusion of the foot 7 with the outer bulb 2.

Aus den Kurven in Fig.2, in denen die Lage des Lichtstrommaximums durch Punkte gekennzeichnet ist, sind zwei charakteristische Abhängigkeiten zu entnehmen. Einerseits wächst die Brennspannung im Lichtstrommaximum vom Krypton über Argon zum Neon.From the curves in Fig. 2, in which the position of the Luminous flux maximum is marked by dots, two characteristic dependencies can be seen. On the one hand, the operating voltage increases in the luminous flux maximum from krypton via argon to neon.

Bei zweikomponentigen Gemischen besitzt das Gemisch mit den höheren Anteilen an leichterem Edelgas auch die höhere Brennspannung. Allgemein gilt, daß die Brennspannung eines Gemisches zwischen den Brennspannungen der Komponenten liegt. AndererseitsIn the case of two-component mixtures, the mixture with the higher proportions of lighter noble gas also the higher operating voltage. In general, the operating voltage of a mixture between the operating voltages of the components. on the other hand

ίο lehren die ermittelten Kurven, daß bei Betrieb der Lampe unterhalb des Lichtstrommaximums sich die Brennspannung in jedem Falle erhöht. Das ist damit zu erklären, daß infolge der verringerten Leistungsaufnahme die Temperatur des Entladungsrohres und damit der Na-Dampfdruck sinken. Es wurde gefunden, daß der Brennspannungsanstieg folgende charakteristische Unterschiede aufweist. Bei großem Anteil von Krypton verläuft der Brennspannungsanstieg sehr flach, bei Argon steiler und bei großem Neonanteil.sehr steil. Derίο teach the determined curves that when operating the Lamp below the maximum luminous flux, the operating voltage increases in any case. That is with it explain that as a result of the reduced power consumption, the temperature of the discharge tube and thus the Na vapor pressure drop. It has been found that the increase in the running voltage has the following characteristic differences having. With a large proportion of krypton, the increase in the burning voltage is very flat, at Argon steeper and, with a large amount of neon, very steep. the

ίο Brennspannungsverlauf bei verringerter Leistungsaufnahme kann also bei Grundgasgemischen durch höhere Krypton-Zusätze abgeflacht werden, wie z. B. aus den Kurven für die Gemische Kr/Ar/Ne (0/100/0), (20/50/30) und (40/0/60) ersichtlich ist. Aus diesen Versuchsergebnissen folgt als Lehre für die praktische Ausführung, daß ein Grundgasgemisch zu wählen ist, bei dessen Verwendung die Brennspannung in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme der Lampe sich nur wenig ändert.ίο Burning voltage curve with reduced power consumption can therefore be flattened with base gas mixtures by higher Krypton additions, such. B. from the Curves for the mixtures Kr / Ar / Ne (0/100/0), (20/50/30) and (40/0/60) can be seen. From these Experimental results follow as a teaching for the practical implementation that a basic gas mixture is to be selected the use of which the operating voltage depends only on the power consumption of the lamp little changes.

In Fig.3 ist Uss, das ist die zwischen den Wiederzündspitzen beider Halbwellen gemessene Spannungsdifferenz, für die Gaszusammensetzung von Kr über Kr + Ar-Gemische über reines Ar und schließlich über Ar + Ne-Gemische zum reinen Ne aufgetragen. Die Lampen wurden an angepaßten Drosseln ohne parallelgeschaltete Kapazitäten mit etwa 220 V Versorgungsspannung bei den Krypton enthaltenden Gemischen bzw. mit etwa 380 V bei den übrigen Gemischen im Lichtstrommaximum betrieben. Das bei den Anläufen auftretende Maximum der Wiederzündspitze ist gestrichelt gezeichnet.In FIG. 3, Uss, that is the voltage difference measured between the re-ignition peaks of both half-waves, is plotted for the gas composition of Kr over Kr + Ar mixtures over pure Ar and finally over Ar + Ne mixtures to pure Ne. The lamps were operated on matched chokes without capacitances connected in parallel with about 220 V supply voltage for the mixtures containing krypton or with about 380 V for the other mixtures at maximum luminous flux. The maximum of the re-ignition peak occurring during the start-ups is shown in dashed lines.

Wenn die Lampe mit einem Glimmzünder gestartet werden soll, so ist insbesondere dieses Auflaufmaximum der Wiederzündspitze für die Betriebssicherheit der Lampe bestimmend. Auch aus diesen Versuchsergebnissen folgt, daß sich für diese Betriebsweise nur Gemische mit nennswertem Kryptongehalt eignen. Es sei aber bemerkt, daß der Absolutwert der Wiederzündspitze auch durch die Dellentiefe bestimmt wird, daß der Verlauf der Wiederzündspitze in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung bei gegebener Dellentiefe jedoch erhalten bleibt.If the lamp is to be started with a glow starter, then this is the run-up maximum in particular the re-ignition tip determines the operational safety of the lamp. Also from these test results it follows that only mixtures with a significant krypton content are suitable for this mode of operation. But it is notes that the absolute value of the re-ignition peak is also determined by the dent depth that the However, the course of the re-ignition peak as a function of the gas composition at a given dent depth preserved.

Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß bei den Grundgasgemischen von Kr/Ar/Ne wie (0/1/99), (2,7/7,3/90) und (0/30/70) das Lichtstrommaximum zwischen 2 und 6 Torr liegt.From Fig. 4 it can be seen that with the basic gas mixtures of Kr / Ar / Ne like (0/1/99), (2.7 / 7.3 / 90) and (0/30/70) the luminous flux maximum between 2 and 6 Torr lies.

Aus F i g. 5 ist zu entnehmen, daß bei den untersuchten Gasgemischen Kr/Ar/Ne wie (0/30/70) und (0/1/99) das Maximum der Lichtausbeute sich ebenfalls bei Fülldrücken zwischen etwa 2 und 6 Torr ergibt.From Fig. 5 it can be seen that with the examined gas mixtures Kr / Ar / Ne like (0/30/70) and (0/1/99) the maximum of the light output is also at filling pressures between about 2 and 6 Torr results.

Aus F i g. 6 ist zu entnehmen, daß die Lichtausbeute im Lichtstrommaximum bei einer Lampe mit 200 W Leistungsaufnahme mit abnehmendem Krypton-Gehalt zunimmt. In Neon-Argon-Gemischen ist die Lichtausbeute höher als in Krypton-Argon-Gemischen, und bei einem Gemisch von etwa 90% Neo.i + 10% Ar ist ein Maximum erkennbar. Es ist deshalb sinnvoll, nicht mehrFrom Fig. 6 it can be seen that the luminous efficiency in the luminous flux maximum for a lamp with 200 W power consumption with decreasing krypton content increases. In neon-argon mixtures, the light output is higher than in krypton-argon mixtures, and at a mixture of about 90% Neo.i + 10% Ar shows a maximum. It therefore makes sense no more

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Krypton zuzumischen als aus Gründen der Betriebssicherheit notwendig ist. Die Forderungen auf gute Zündung, sicheren Anlauf, hohen Lichtstrom und hohe Lichtausbeute gebieten also einen Kompromiß bei der Wahl der Grundgasmischung.To mix in Krypton than for reasons of operational safety necessary is. The requirements for good ignition, reliable start-up, high luminous flux and high Luminous efficacy therefore requires a compromise in the choice of the basic gas mixture.

Als Ergebnis der aus den Versuchen gefolgerten Erkenntnisse wurde beispielsweise eine vorteilhafte 200-W-Natriumdampflampe entwickelt, deren Entladungsrohr mit einem Durchmesser von 38 mm bei einer Gesamtlänge von 1200 mm vierzig Dellen aufweist und neben der Na-Füllung eine Grundgasmischung von Kr/Ar/Ne wie (40/40/20) besitzt. Diese Lampe benötigt einen Strom von etwa 2,2 Amp. und ergibt bei einer Leistungsaufnahme von 200 W einen Lichtstrom von 29 klm. Wegen ihrer elektrischen Eigenschaften kann sie, wie bereits erwähnt, in einer Drossel-Glimmzünder-Starterschaltung betrieben werden. Durch die Zusammensetzung des Gasgemisches ist gewährleistet, daß die Lampe auch bei Unterspannung in der kritischen Phase des Anlaufs betriebssicher bleibt Wegen der gleichen Längenabmessungen kann sie zusammen mit Leuchtstofflampen von 1200 mm Länge in Mischlichtleuchten verwendet werden.As a result of the inferred from the experiments Findings, for example, an advantageous 200 W sodium vapor lamp was developed, its discharge tube with a diameter of 38 mm and a total length of 1200 mm has forty dents and In addition to the Na filling, it has a basic gas mixture of Kr / Ar / Ne such as (40/40/20). This lamp needed a current of about 2.2 Amp. and with a power consumption of 200 W results in a luminous flux of 29 klm. Because of its electrical properties, it can, as already mentioned, be used in a choke-glow starter circuit operate. The composition of the gas mixture ensures that the Because of the same, the lamp remains operationally reliable even with undervoltage in the critical start-up phase It can measure length together with fluorescent lamps of 1200 mm length in mixed light lamps be used.

Die durch die Erfindung für eine Natrium-Niederdruck-Dampfentladungslampe gefundenen Erkenntnisse lassen sich auch auf andere Dampfentladungslampen anwenden.The invention for a sodium low pressure vapor discharge lamp The findings obtained can also be applied to other vapor discharge lamps.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Halogenglühlampen mit Bromkreislauf, bei dem das Brom mit Hilfe thermischer Zersetzung einer dem Füllgas zugegebenen dosierten Menge einer bromhaltigen Verbindung freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Füllgas bromierte Silane beigegeben werden.1. Process for the production of halogen incandescent lamps with bromine circuit, in which the bromine with With the help of thermal decomposition of a dosed amount of a bromine-containing one added to the filling gas Compound is released, characterized in that the fill gas is brominated silanes be added. 2. Verfahren zur Herstellung von Halogenglühlampen mit Bromkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Füllgas Dibromsilan beigegeben wird.2. A method for producing halogen incandescent lamps with a bromine circuit according to claim 1, characterized characterized in that dibromosilane is added to the filling gas.