DE2009916C2

DE2009916C2 - Halogenglühlampe

Info

Publication number: DE2009916C2
Application number: DE2009916A
Authority: DE
Inventors: Gerhard M. Dr.-Ing. 8000 München Neumann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1970-03-03
Filing date: 1970-03-03
Publication date: 1985-05-30
Also published as: NL7102433A; FR2081664B1; FR2081664A1; US3732455A; GB1341762A; DE2009916A1; BE763594A

Description

lenwasserstoffverbindungen
14 89441).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wie eingangs genannte Giühlampe zu schaffen, bei der im Gefäßinneren während des Betriebs der Halogenkreislauf bei gleichzeitiger Anwesenheit von Fluor abläuft, ohne daß besondere Maßnahmen erforderlich sind, die den Lampenkolben und auch die Innenbauteile der Lampe gegen den Angriff des Fluors schützen seilen.

Diese Aufgabe wird bei einer Lampe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Verbindungen perhalogenierte niedere Kohlenwasserstoffe sind, die mindestens ein Fluoratom im Molekül enthalten.

Die perhalogenierten niederen Kohlenwasserstoffe sind in einer Menge vorhanden, die eine Konzentration von 1 χ 10-» bis 1 χ 10-'Grammatom Fluor pro cm³ Kolbenvolumen und eine Konzentration von 1 χ 10~⁸ bis 1 χ 10-" Grammatom mindestens eines weiteren Halogens pro cm³ Kolbenvolumen liefert, besonders vorteilhaft ist eine Konzentration von 7 χ 10~⁸ bis 4 χ 10~⁷ Grammatom Fluor pro cm³ Kolbenvolumen und eine Konzentration von 7 χ 10~⁸ bis 4 χ 10~⁷ Grammatom mindestens eines weiteren Halogens pro cm³ Kolbenvolumen. Vorzugsweise werden dem inerten Füllgas perhalogenierte Methane der allgemeinen Zusammensetzung CFmX₁, beigemischt, wobei X gleich Chlor und/oder Brom und/oder Jod bedeutet, während m gleich mindestens 1, η gleich höchstens 3 und die Summe von m + η gleich 4 ist. Auch perhalogenierte Athane der allgemeinen Zusammensetzung CzFpX₉, wobei X gleich Chlor und/oder Brom und/oder Jod bedeutet, während ρ gleich mindestens 1, <7 gleich höchstens 5 und die Summe von ρ + q gleich 6 ist, sind geeignet. Besonders gute Ergebnisse werden mit Beimischungen von Difluordichlormethan (CF2CI2) sowie von Difluormonochlormonobrommethan (CF₂CIBr) und von Difluordibrommethan (CF₂Br₂) zum Füllgas erzielt, ferner sind Trifluormonochlormethan (CF3CI), Trifluormonobrommethan (CF₃Br), Monofluortrichlormethan (CFCI3), Monofluortribrommethan (CFBr₃), Tetrafluordibromäthan (C₂F₄Br₂) und Trifiuortrichloräthan (C₂F₃Cl₃) sowie die entsprechenden Jod enthaltenden oder Jod und Chlor oder Brom enthaltenden und ferner die Chlor und Brom enthaltenden perhalogenierten niederen Kohlenwasserstoffe mit mindestens einem Fluoraiom im Molekül gut brauchbar.

Als niedere Kohlenwasserstoffe werden im Sinne der Erfindung Kohlenwasserstoffe mit einem bis zu etwa vier Kohlenstoffatomen im Molekül bezeichnet. Die perhalogenierten niederen Kohlenwasserstoffe mit mindestens einem Fluoratom im Molekül sind bei Zimmertemperatur gasförmig oder besitzen bereits einen sehr hohen Dampfdruck, so liegen die Siedepunkte von CF₃CI bei -81,4⁰C, von CF₃Br bei -6O⁰C, von CF₃J bei -22°C, von CF₂CI₂ bei -29,8°C, von CF₂ClBr bei -4°C, von CF₂Br₂ bei +25⁰C, von CFCl₃ bei +25⁰C und von C₂F₃Cl₃ bei +47⁰C. Die Verbindungen sind chemisch und thermisch sehr stabil. Sie sind ferner nicht toxisch. Sie können dem inerten Lampenfüllgas in der erforderlichen Menge ohne technologische Schwierigkeiten beigemischt werden.

Zur Deutung der während des Betriebs in der Glühlampe mit einer Beimischung von perhalogenierten Kohlenwasserstoffen mit mindestens einem Fluoratom im Molekül zum inerten Füllgas ablaufenden Vorgänge wird angenommen, daß die chemisch und thermisch sehr beständigen Verbindungen in unmittelbarer Nähe des

zugegeben (DE-OS hoch erhitzten Leuchtkörpers bei oberhalb 2000⁰C in sehr geringem Umfang dissoziieren und hierbei eine kleine Menge von elementarem Fluor neben den im Molekül sonst noch anwesenden Halogenen liefern. So 5 könnte beispielsweise bei Anwesenheit von Difluordichlormethan im Lampenkolben folgende reversible Disproportionierung eintreten:

2 CF₂Cl₂

CF₄ + CCl₄

Das gebildete CF₄ kann anschließend dissoziieren
2 CF₄ ^=? C₂F₆ + 2 F (2)

Es scheint aber auch eine andere Disproportionierung möglich:

2 CF₂Cl₂ ^=; CFCl₃ + CF₃Cl

mit den Folgereaktionen unter Bildung von perhalogenierten Äthanen und elementaren Halogenen

2 CFCl₃

und

2 CF₃Cl
oder

2 CF₃Cl

C₂F₂Cl₄ + 2 Cl
C₂F₄Cl₂ + 2 F
C₂F₆+2 Cl

Außer in den Gleichungen (1) bis (6) angegebenen Reaktionen sind noch weitere Umsetzungen denkbar.

die die vorübergehende Freisetzung von elementarem Fluor und von elementarem Chlor aus dem inerten Füllgas zugesetzten Difluordichlormethan erklären. Ähnliche Überlegungen gelten auch für perhalogenierte Kohlenwasserstoffe mit einem höheren oder geringeren Cloranteil als im Difluordichlormethan und mit mindestens einem Fluoratom im Molekül, sie gelten entsprechend auch für perhalogenierte Kohlenwasserstoffe mit Bromatomen und/oder Jodatomen sowie gegebenenfalls noch Chloratomen und mit mindestens einem FIuoratom im Molekül. Die genaue thermodynamische Erklärung der Vorgänge im Kolbeninneren während des Betriebs der Lampe dürfte schwierig sein, sie ist für das Verständnis der Erfindung jedoch nicht erforderlich.
Die Erfindung gestattet somit, die bekannten besonderen Vorteile des Wolfram-Fluor-Kreislaufes des Wiederaufwachsens des abgedampften Wolframs an den heißesten Stellen des Leuchtkörpers zu benutzen. In den Glühlampen nach der Erfindung kann demnach der die Schwärzung verhindernde Wolfram-Halogcn-Kreislauf sowohl unter Mitwirkung von Fluor als auch unter Mitwirkung eines weiteren Halogens wie z. B. Chlor oder Brom ablaufen. Es ist zu vermuten, daß der Wolfram-Fluor-Kreislauf sich nur in unmittelbarer Nähe des Leuchtkörpers abspielt. Jedenfalls deutet die überrasehende Beobachtung, wonach während des Betriebs keine Korrosion des Lampengefäßes eintritt, in diese Richtung. Die nicht vom Fluor-Kreislauf erfaßten Wolframteilchen werden von dem in der Lampe anwesenden zweiten Halogen umgesetzt und zum Leuchtkörper zurück transportiert.

Bei Verwendung von perhalogenierten Kohlenwasserstoffen mit mindestens einem Fluoratom als Beimischung zum inerten Füllgas der Lampe sind ferner keine

Maßnahmen zum Schutz der im Lampeninneren angeordneten Bauteile, wie z. B. der Halterungen für den Leuchtkörper, notwendig. Die Rückbildung der chemisch und thermisch stabilen perhalogenierten Kohlenwasserstoffe aus den zeitweiligen Dtssoziationsprodukten erfolgt demnach schnell und vollständig.

In der Zeichnung ist eine Halogenglühlampe mit einem Zusatz von perhalogenierten Kohlenwasserstoffen mit mindestens einem Fluoratom im Molekül zum inerten Füllgas dargesr.ellt.

Der Leuchtkörper aus Wolfram (1) befindet sich im Inneren des Lampengefäßes (2) aus Quarzglas und wird von Haltedrähten (3, 4) getragen. Die Haitedrähte sind mit den in das Quarzglas dicht eingequetschten Molybdänfolien (5, 6) verbunden, an die die Außenstifte (7, 8) angeschweißt sind. Die Lampe wird an 24 V betrieben bei einer Leistungsaufnahme von 250 W. Das Lampengefäß enthält eine Füllung aus inerter Gasen, wie z. B. Stickstoff, Edelgasen oder deren Mischungen, und eine Beimischung von perhalogenierten niederen Kohlen-Wasserstoffen mit mindestens einem Fiuoratom im Molekül in einer Menge, daß sich eine Konzentration von I χ 10-" bis 1 χ 10~^b Grammatom Fluor pro cm³ Kolbenvolumen und eine Konzentration von 1 χ 10~⁸ bis I χ 10 "Grammatom mindestens eines weiteren Halogens pro cm³ Kolbenvolumen eingestellt. Vorzugsweise wird eine Konzentration von 7 χ IC^1-8 bis 4 χ 10~⁷ Grammatom Fluor pro cm³ Kolbeinvolumen und von 7 χ 10"^s bis 4 χ ΙΟ-⁷ Grammatom Tiindestens eines weiteren Halogen:? pro cm³ Kolbenvolumen angewendet. Der Kaltfülldruck der Lampe kann z. B. 80 000 Pa oder auch mehr betragen.

Das Lampengefäß soll so bemessen sein, daß während des Betriebs der Lampe eine Wandt{:mperatur von mindestens 250' C erreicht wird. Somit ist es nicht notwendig, für das Lampengefäß Quarzglas 2:u verwenden. Es können auch andere bekannte hochschmelzende Gläser, Hartgläser oder auch einfache Gläser für das Lampengefäß benutzt werden. In der Zeichnung ist eine einendige Haloger.g'iühlampe wiedergegeben., die Erfindung kann selbstverständlich auch bei Halogenglühlampen mit anderen Gefäßformen, wie z. K soffittenförmigen oder kugelförmigen Kolben sowie bei Halogenglühlampen für andere als, im dem Beispiel angegebene Spannungs- und Leistungsbereiche angewendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

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Claims

vorhanden ist Patentansprüche:

1. Halogenglühlampe mit Wolfranileuchtkörper und mit einem Zusatz von Halogene enthaltenden Verbindungen zum inerten Füllgas, die während des Betriebs der Lampe für den Halogen-Kreislauf zur Verhinderung der Schwärzung des Lampenkolbens Fluor und mindestens ein weiteres Halogen liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen perhalogenierte niedere Kohlenwasserstoffe sind, die mindestens ein Fluoratom im Molekül enthalten.

2. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die perhalogenierten niederen Kohlenwasserstoffe in einer Menge vorhanden sind, die eine Konzentration von 1 χ 10-⁸ bis 1 χ 10~⁶ Grammatom Fluor pro cm³ Kolbenvolumen und eine Konzentration von 1 χ 10~⁸ bis 1 χ 10~⁶ Grammatom mindestens eines weiteren Halogens pro cm³ Kolbenvolumen liefert

3. Halogenglühlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die perhalogenierten niederen Kohlenwasserstoffe in einer Menge vorhanden sind, die eine Konzentration von 7 χ 10~⁸ bis 4 χ 10-⁷ Grammatom Fluor pro cm³ Kolbenvolumen und eine Konzentration von 7 χ 1O^-8 bis 4 χ 10~⁷ Grammatom mindestens eines weiteren Halogens pro cm³ Kolbenvolumen liefert.

4. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß perhalogenierte Methane der allgemeinen Zusammensetzung CFn₁X_n vorhanden sind, wobei X gleich Chlor und/oder Brom und/oder Jod bedeutet, während m mindestens gleich 1, π höchstens gleich 3 und m + η gleich 4 ist.

5. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Difluordicnlormethan (CF2CI2) vorhanden ist.

6. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Difluormonochlormonobrommethan (CF2CIBr) vorhanden ist.

7. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Difluordibromrnethan (CFjBrj) vorhanden ist.

8. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Trifluormonochlormethan (CF]CI) vorhanden ist.

9. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Trifluormonobrommethan (CFjBr) vorhanden ist.

10. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Monofluortrichlormethan (CFCI3) vorhanden ist.

11. Halogenglühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Monofluortribrommethan (CFBr3) vorhanden ist.

12. Halogenglühlampe nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß perhalogenierte Äthane der allgemeinen Zusammensetzung C2F_PX<, vorhanden sind, wobei X gleich Chlor und/oder Brom und/oder |od bedeutet, während ρ mindestens gleich 1, q höchstens gleich 5 und ρ + q gleich 6 ist.

13. Halogenglühlampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Tetrafluordibromäthan (C.'FjBrj) vorhanden ist.

14. Halogenglühlampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Trifluortrichloräthan (C2F3CI3) Die Erfindung betrifft eine Halogenglühlampe mit Wolframglühkörper und mit einem Zusatz von Halogene enhaltende Verbindungen zum inerten Füllgas, die während des Betriebs der Lampe für den Halogen-Kreislauf zur Verhinderung der Schwärzung des Lampenkolbens Fluor und mindestens ein weiteres Halogen liefern.

Eine solche Halogenglühlampe ist z. B. aus der DE-AS 12 41 531 bekannt. Mit Hilfe des Halogenzusatzes, beispielsweise Jod, Brom, Chlor oder Fluor oder auch einer gasförmigen Mischung dieser Halogene, läuft während des Betriebs im Lampeninneren ein Kreisprozeß ab, bei dem die von einem Wolfram-Leuchtkörper abgedampften und sich sonst auf der Kolbenwandung ablagernden Wolframteilchen bei der Betriebstemperatur des Lampengefäßes zu gasförmigen Wolframhalogeniden umgesetzt und zum Leuchtkörper zurücktransportiert werden. Am heißen Leuchtkörper zersetzen sich die Wolframhalogenide zu freien Halogenen und zu Wolfram, das auf dem Leuchtkörper abgeschieden wird. Glühlampen mit dem Halogenzusatz zum Füllgas zeigen während ihrer gesamten Lebensdauer keine Schwärzung, ihre Lichtausbeute bleibt während ihrer Betriebszeit annähernd konstant Der Fluor-Kreisprozeß bewirkt jedoch, daß von kälteren Leuchtkörperstellen so lange Substanz zu heißeren transportiert wird, bis die Temperatur entlang dem Leuchtkörper ausgeglichen ist. Da die Enden des Leuchtkörpers aber von den Stromzuführungen her ständig gekühlt werden, werden sie so lange abgetragen, bis sie durchbrennen. Um dies zu verhindern, wird bei der Glühlampe nach der DF.-AS 12 41531 auf Stromzuführungen verzichtet und der Leuchtkörper mittels einer von einem Hochfrequenzstrom durchflossenen Spule induktiv erhitzt.

Auch bei einer Fluor als Halogenzusatz verwendenden Glühlampe entsprechend der GB-PS 9 54 729 findet der Rückt!ansport des abgedampften Leuchtkörpermaterials, z. B. des Kohlenstoffs, wenn ein Tantalcarbid-Leuchtkörper Verwendung findet, bevorzugt an den heißesten Stellen des Leuchtkörpers statt. Durch diese Abscheidung des Leuchtkörpermaterials werden auch bei dieser Glühlampe die heißesten Stellen verstärkt, und es erfolgt ein Temperaturausgleich am Leuchtkörper. In Verbindung mit einem Leuchtkörper auf Carbidbasis sind nach der GB-PS 9 54 729 bereits perforierte niedere Kohlenwasserstoffe wie CF4 als Füllgaskomponente vorgeschlagen worden. Bisher konnte dieser Vorteil des Fluor-Kreisiaufes nicht ausgewertet werden, da besonders umständliche Schutzmaßnahmen notwendig waren, um den Angriff des Fluors auf das Gefäßmaterial und auf die Innenbauteile der Lampe auszuschalten.

Auch bei Verwendung der anderen Halogene sind Maßnahmen notwendig, um einen möglichen Angriff der Leuchkörperenden und der metallischen Halterungen sowie der Stromzuführungen durch die freien Halogene zu verhindern oder zumindest zu verzögern. Bei Verwendung von Brom hat sich hierfür die gleichzeitige Anwesenheit von Wasserstoff im Lampeninneren bewährt. Die günstige Wirkung des Wasserstoffs wird durch die Bildung von Bromwasserstoff, der einen Angriff des elementaren Broms auf die metallischen Einbauteile ausschließt, gedeutet. Dem inerten Füllgas werden hierzu Brom und Wasserstoff liefernde Bromkoh-