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EP1594158A2 - Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper - Google Patents

Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper Download PDF

Info

Publication number
EP1594158A2
EP1594158A2 EP05004050A EP05004050A EP1594158A2 EP 1594158 A2 EP1594158 A2 EP 1594158A2 EP 05004050 A EP05004050 A EP 05004050A EP 05004050 A EP05004050 A EP 05004050A EP 1594158 A2 EP1594158 A2 EP 1594158A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
incandescent lamp
filament
wire
lamp according
coating
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05004050A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1594158A3 (de
Inventor
Georg Rosenbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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 Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1594158A2 publication Critical patent/EP1594158A2/de
Publication of EP1594158A3 publication Critical patent/EP1594158A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/02—Incandescent bodies
    • H01K1/04—Incandescent bodies characterised by the material thereof
    • H01K1/10—Bodies of metal or carbon combined with other substance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/02—Incandescent bodies
    • H01K1/14—Incandescent bodies characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/28—Envelopes; Vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/40—Leading-in conductors

Definitions

  • the invention is based on an incandescent lamp with carbide-containing filament according to The preamble of claim 1. It is in particular to Halogen incandescent lamps having a luminous body of TaC, or its Illuminant TaC contains as a component or coating.
  • halogens have also been used for the reaction with the carbon, see, for example, US Pat. No. 3,022,438.
  • the luminous element is here similarly fastened to a frame.
  • the carbon which evaporates from the filament reacts in the cold regions near the bulb wall with, for example, chlorine atoms to form compounds such as CCl 4 , thereby avoiding deposition of the carbon on the wall.
  • the carbon-halogen compounds are transported back by transport processes such as convection and diffusion in the direction of the mantle, wherein they decompose in the warmer area with release of the carbon.
  • the carbon can be re-attached to the helix.
  • an integral luminous body is used for this, in which the two power supply lines are a continuation of the coiled filament.
  • the filament and the power supply are made of a single wire.
  • the invention described herein relates in particular to lamps with reduced Piston volume, wherein the distance of the filament, in particular its luminous sections, from the inner wall of the piston is at most 18 mm.
  • the piston diameter itself is at most 35 mm, in particular in the range between 5 mm and 25 mm, preferably in the range between 8 mm and 15 mm.
  • pistons with such small dimensions especially with so little Diameter must be at risk of precipitation of solids on the bulb wall necessarily be countered.
  • these small piston diameters can depending on the color temperature of the coil, the blackening of the bulb over a dual cycle, as in the unpublished DE-A 103 56 651.1 is described, significantly reduced or avoided.
  • At least one power supply is characterized stabilized at least partially by a coating, in particular electrically is conductive, is sheathed.
  • both power supply lines are at least partially encased by a coil or a coil, in the following often Coil coil called.
  • An alternative is a compact sleeve made of electrical conductive material, in particular of metal such as tungsten or cermet, or made of carbon, which can also be electrically conductive as carbon filament lamps her known, but also graphite or diamond are suitable as a coating yourself.
  • the coating coils are made of a highly heat-resistant, non-carbide-containing material, in particular made of tungsten.
  • tantalum or molybdenum come into consideration.
  • Alternatives are electrically conductive Cermets as pods. Essential is a sufficiently low electrical resistance, the smaller, in particular significantly smaller, advantageously at least 50% smaller than that of the filament to be, so in this way the low breaking strength of simple filaments or incandescent filaments made of filament and disposals are constructed to improve. This is especially important if, disposals have the same diameter of a wire as the filament itself.
  • Carbide-containing filament just in the area of the pinch.
  • a carbide-containing filament in the broader sense is here in particular Also, a tantalum-containing, not just a tantalarbid ambiencer filament understood.
  • the luminous body is preferably a single-coiled wire, whose ends, which serve as a power supply, are uncoiled.
  • Typical diameter of the wire for the lamp are 50 to 300 microns.
  • Typical is the Filament formed from 5 to 20 turns.
  • a preferred slope factor to To achieve the highest possible stability of the filament is 1.4 to 2.8.
  • the coating spiral extends to the region of Power supply, which enters from the piston interior into the piston material.
  • the piston is closed by one or two bruises. This area is called a pinch edge.
  • the breakage sensitivity is straight especially high in the area of the squeezing edge, because here a high bending moment occurs.
  • the coating spiral extends over approximately at least 10%, preferably at least 50%, more preferably over at least 80% of the length the power supply in the interior of the piston, in particular over the entire length, because thereby a higher stability against distortion of the orientation of the Filament is achieved, the so-called. Wendelversch.
  • the coating spiral serves at the same time as a support.
  • IRC Infrared coating
  • a special advantage causes the application of halogen fillings, as with suitable Sizing not just a circular process for the material of the filament, but also for the material of the coating spiral to be started can.
  • Such fillings are known per se. In particular, it is It is a filling for a double cycle process, as it is in the unpublished DE-A 103 56 651.1 is described.
  • the invention also shows significant advantages over luminous bodies with massive power supply, so-called electrode holders, which so far almost exclusively used as a holder for carbide-containing filament.
  • the inventive Construction achieves a much higher impact resistance (it endures an acceleration of more than 100 g, in particular even more than 300 g) compared with a frame that uses electrode holder, and that has a impact resistance achieved by only about 40 g.
  • the power supply made of thin wire can absorb the impact energy better without breaking than comparatively thick and stiff electrode holder. The impact energy can thus through elastic suspension of the entire luminous body are degraded.
  • the construction according to the invention is much simpler than previous ones Constructions, because no quartz beam is needed and because no problematic contacts between the lamp and the power supply lines (typical is a contact by welding or clamping or Crimping) are required. These contacts often lead to damage the ends of the filament, the so-called Wendelab réellen. They also set also the impact resistance of the lamp down.
  • the material of the luminous body is preferably Ta, TaC or Ta 2 C.
  • carbides of Hf, Nb or Zr are also particularly suitable. Their melting points are either close to or even above the melting point of tungsten.
  • the present invention is particularly suitable for low-voltage lamps with a Voltage of at most 50 V, because the necessary luminous body relative can be made massive.
  • the wires may preferably have a diameter between 50 microns and 300 microns, especially at most 150 microns for general lighting purposes with maximum power of 100W.
  • thickness Wires up to 300 ⁇ m are used in photo-optical applications up to a power of 1000 W needed.
  • Particularly preferred is the invention for one-sided squeezed lamps used, since here the filament relatively short can be kept, which also reduces the susceptibility to breakage.
  • the coating spiral should TaC or W as preferred Material used.
  • the diameter of the wire of the coating spiral should be in particular between 30 and 95% of the diameter of the wire of the filament be.
  • the pitch factor of the cap coil should be between 1.0 and 2.0 lie.
  • the coating coil or sleeve may be made of electrically conductive cermet, Carbon or tungsten or a similar refractory metal.
  • FIG. 1 shows an incandescent lamp pinched on one side with a quartz glass bulb 1, a pinch 2, and inner power supply lines 3, the foils 4 in the pinch Connect 2 with a luminous body 5.
  • the filament is a simple coiled Wire from TaC.
  • the outer leads 6 are outside of the foils 4th stated.
  • the inner diameter of the piston is 5 mm.
  • the spiral ends are bent parallel to the lamp axis and over its entire length with a coating spiral 7 stabilized. It consists of a tightly wound tungsten wire.
  • FIG. 2 shows a light bulb squeezed on one side with a bulb made of tempered glass 1, a pinch 2, and inner power supply lines 3, which in the pinch 2 with a luminous body 6 'are connected.
  • the luminous element 6 ' is a helical one Wire with a core of rhenium and a layer of TaC on the surface. This The filament is more easily deformable than a filament made of carbide consists. In this case, the rhenium wire is usually first entangled, then a TaC layer is applied.
  • the outer power supply lines 5 are outside directly to the leads 3 'recognized and indeed in the area of the pinch. Of the inner diameter of the piston is 30 mm.
  • the luminous element is a Strand of carbon fibers coated with tantalum.
  • the TaC layer can e.g. by applying a tantalum layer by a CVD method or by Sputtering and subsequent carburization can be generated.
  • the carburization of Ta-layer can also only in lamp operation in a hydrocarbon Atmosphere to be performed.
  • the coating used here is a sleeve electrically conductive cermet, which covers about 80% of the length of the power supply lines and still reach into the bruise.
  • Such an electrically conductive Cermet is known for example from EP-A 887 840 or US-PS 4,155,758 and the prior art discussed therein.
  • a concrete example is one Cermet with a content of 50% molybdenum by volume, balance alumina.
  • FIG. 3 shows a double-sided squeezed incandescent lamp 20, also known as soffit, with a bulb of quartz glass 21, two pinch 24 and 25, leads 27, which are connected to a luminous element 26.
  • the filament 26 is simply coiled and consists of TaC.
  • the power supply lines 25 are made with a sleeve 30 Molybdenum sheaths and ends in sockets 28, as is well known in the art Pinching sitting.
  • the inner diameter of the piston is 15 mm.
  • the lamp preferably uses a luminous body of tantalum carbide, which preferably consists of a single coiled wire.
  • the piston is usually made of quartz glass or hard glass with a piston diameter between 5 mm and 35 mm, preferably between 8 mm and 15 mm.
  • the filling is mainly inert gas, in particular noble gas such as Ar, Kr or Xe, if necessary with the addition of small amounts (up to 15 mol%) of nitrogen.
  • noble gas such as Ar, Kr or Xe
  • filament material is also zirconium carbide, hafnium carbide, or an alloy of various carbides, e.g. in US-A 3,405,328.
  • a luminous body made of a carrier material such as e.g. one Rhenium wire as a core or a carbon fiber, this core coated with tantalum carbide or another metal carbide.
  • the guideline for the filling is a carbon content of 0.1 to 2 mol%.
  • Hydrogen content is at most the carbon content, preferably the two-bis Eightfold of the carbon content.
  • the halogen content is at most the Half, in particular one fifth to one tenth of the carbon content.
  • a guideline for the halogen content is 500 to 5000 ppm.
  • Decisive is the lower weight of the thinner filament, the one less impulse caused on the spiral outlets. This shows up in the comparison two filaments of the same wire, one of which is a filament six and the other filament has eight turns. The shorter wire with the smaller weight is significantly less prone to breakage.
  • the outer diameter of the sleeve corresponds to a maximum of twice the diameter the wire of the filament. The thinner the sleeve, the lower it is Weight.
  • a very specific filling consists of the following components: 1 bar (cold filling pressure) Kr + 1% C 2 H 4 + 1% H 2 + 0.05% CH 2 Br 2 .
  • the concentration data are mol%.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)

Abstract

Die Glühlampe ist ausgestattet mit einem Leuchtkörper (5), der zusammen mit einer Füllung in einem Kolben (1) vakuumdicht eingebracht ist, wobei der Leuchtkörper (5) ein Metallcarbid aufweist, dessen Schmelzpunkt oberhalb dem von Wolfram liegt. Die Stromzuführung (3) ist integral mit dem Leuchtkörper (5) aus einem Draht gefertigt und mit einem elektrisch leitenden Überzug (7) versehen, der die Stoßfestigkeit und Einschaltfestigkeit entscheidend verbessert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Halogenglühlampen, die einen Leuchtkörper aus TaC aufweisen, oder dessen Leuchtkörper TaC als Bestandteil oder Beschichtung enthält.
Stand der Technik
Aus vielen Schriften ist eine Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper bekannt. Ein bisher noch ungelöstes Problem ist die Brüchigkeit eines derartigen Leuchtkörpers, die die Lebensdauer stark einschränkt. Zwar besteht eine in US 3 405 328 erwähnte Möglichkeit darin, den Kohlenstoff im Überschuss in dem Tantalkarbidleuchtkörper zu lösen. Der nach außen vom Leuchtkörper abdampfende Kohlenstoff, der sich an der Kolbenwand niederschlägt, wird dann durch Diffusion aus dem Innerem heraus ersetzt.
Eine weitere Möglichkeit stellt der Zusatz von Kohlenstoff und Wasserstoff zum Füllgas dar, siehe z.B. US 2 596 469. Dabei entsteht in der Lampe ein Kohlenstoff-Kreisprozess. Der bei hohen Temperaturen abdampfende Kohlenstoff reagiert bei niedrigeren Temperaturen mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, welche durch Konvektion und/oder Diffusion zur Wendel zurücktransportiert werden, wo sie sich wieder zersetzen. Der dabei entstehende Kohlenstoff wird wieder an die Wendel angelagert. Für einen funktionierenden Kohlenstoff-Kreisprozess muss meist ein Wasserstoff-Überschuss eingesetzt werden, um die Abscheidung von Kohlenstoff (in Form von Ruß) im Lampengefäß zu vermeiden. Die hier verwendete Wendel aus Carbid ist an Stromzuführungen beispielsweise durch Crimpen befestigt.
Zur Verringerung des Effizienzverlusts wurden neben dem Wasserstoff auch Halogene zur Reaktion mit dem Kohlenstoff eingesetzt, siehe z.B. US 3 022 438. Der Leuchtkörper ist hier ähnlich an einem Gestell befestigt. der vom Leuchtkörper abdampfende Kohlenstoff reagiert in den kalten Bereichen nahe der Kolbenwand mit z.B. Chloratomen zu Verbindungen wie CCl4, wodurch eine Abscheidung des Kohlenstoffs an der Wand vermieden wird. Die Kohlenstoff-Halogen-Verbindungen werden durch Transportprozesse wie Konvektion und Diffusion in Richtung des Glühkörpers zurück transportiert, wobei sie sich im wärmeren Bereich unter Freisetzung des Kohlenstoffs zersetzen. Der Kohlenstoff kann wieder an die Wendel angelagert werden.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper, insbesondere mit Halogenfüllung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine lange Lebensdauer ermöglicht und das Problem der Brüchigkeit des Leuchtkörpers überwindet.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird dafür ein integraler Leuchtkörper verwendet, bei dem die beiden Stromzuführungen eine Fortführung des gewendelten Leuchtkörpers sind. Leuchtkörper und Stromzuführung sind aus einem einzigen Draht gebildet.
Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich insbesondere auf Lampen mit reduziertem Kolbenvolumen, wobei der Abstand des Leuchtkörpers, insbesondere dessen leuchtende Abschnitte, von der Innenwand des Kolbens höchstens 18 mm beträgt. Insbesondere ist der Kolbendurchmesser selbst höchstens 35 mm, insbesondere im Bereich zwischen 5 mm und 25 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 8 mm und 15 mm. Bei Kolben mit so geringen Abmessungen, insbesondere mit so geringem Durchmesser muss der Gefahr einer Abscheidung von Feststoffen an der Kolbenwand unbedingt entgegengetreten werden. Bei diesen kleinen Kolbendurchmessern kann je nach Farbtemperatur der Wendel die Kolbenschwärzung über einen zweifachen Kreisprozess, wie er in der noch unveröffentlichten DE-A 103 56 651.1 beschrieben ist, deutlich reduziert bzw. vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Stromzuführung dadurch stabilisiert, dass sie zumindest teilweise von einem Überzug, der insbesondere elektrisch leitend ist, ummantelt ist. Bevorzugt sind beide Stromzuführungen zumindest teilweise von einer Wendel bzw. einem Gewickel ummantelt, im folgenden oft Überzugwendel genannt. Eine Alternative ist eine kompakte Hülse aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus Metall wie Wolfram oder aus Cermet, oder aus Kohlenstoff, der ebenfalls elektrisch leitend sein kann wie von Kohlefadenlampen her schon bekannt, aber auch Graphit oder Diamant als Beschichtung eignen sich.
Insbesondere handelt es sich um einen axial oder quer zur Achse angeordneten Leuchtkörper in einem einseitig oder zweiseitig verschlossenen, insbesondere gequetschten Kolben. Bevorzugt sind die Überzugswendeln aus einem hoch wärmebeständigen, nicht carbidhaltigen Material, insbesondere aus Wolfram gefertigt. Auch Tantal oder Molybdän kommen in Betracht. Alternativen sind elektrisch leitende Cermets als Hülsen. Wesentlich ist ein ausreichend geringer elektrischer Widerstand, der kleiner, insbesondere deutlich kleiner, vorteilhaft um mindestens 50 % kleiner, als der des Leuchtkörpers sein soll, um auf diese Weise die geringe Einschaltfestigkeit von einfachen Leuchtkörpern bzw. Glühwendeln, die aus Leuchtkörper und Abgängen aufgebaut sind, zu verbessern. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn, die Abgängen denselben Durchmesser des Drahtes haben wie der Leuchtkörper selbst. Ein hoher Widerstand und das damit verbundene häufige Durchbrennen carbidhaltiger Leuchtkörper, gerade im Bereich der Quetschkante, wird dadurch vermieden. Als carbidhaltiger Leuchtkörper im erweiterten Sinne wird hier insbesondere auch ein tantalhaltiger, nicht nur ein tantalcarbidhaltiger Leuchtkörper verstanden.
Bevorzugt handelt es sich beim Leuchtkörper um einen einfach gewendelten Draht, dessen Enden, die als Stromzuführung dienen, ungewendelt sind. Typische Durchmesser des Drahtes für den Leuchtkörper sind 50 bis 300 µm. Typisch ist der Leuchtkörper aus 5 bis 20 Windungen gebildet. Ein bevorzugter Steigungsfaktor, um möglichst hohe Stabilität des Leuchtkörpers zu erreichen, ist 1,4 bis 2,8.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die Überzugswendel auf den Bereich der Stromzuführung, der vom Kolbeninneren in das Kolbenmaterial eintritt. Normalerweise ist der Kolben von einer oder zwei Quetschungen abgeschlossen. Dieser Bereich wird als Quetschkante bezeichnet. Außerdem ist die Bruchempfindlichkeit gerade im Bereich der Quetschkante besonders hoch, da hier ein hohes Biegemoment auftritt.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die Überzugswendel über ca. mindestens 10 %, bevorzugt wenigstens 50 %, besonders bevorzugt über mindestens 80 % der Länge der Stromzuführung im Innern des Kolbens, insbesondere über die gesamte Länge, weil dadurch eine höhere Stabilität gegenüber einer Verzerrung der Ausrichtung des Leuchtkörper erreicht wird, dem sog. Wendelverwurf. Die Überzugswendel dient dabei gleichzeitig als Stütze.
Dieser Aspekt hat besondere Bedeutung deswegen, weil das Konzept der axialen Leuchtkörpers prinzipiell gut geeignet ist, um einen effizienzsteigernden Überzug auf dem Kolben anzubringen. Bekannt ist ein sog. Infrarot-Coating (IRC), wie es beispielsweise in der US-A 5 548 182 beschrieben ist. Entsprechend kann auch der Kolben extra dafür angepasst sein. Beispielsweise kann er elliptisch oder zylindrisch geformt sein, wie an sich bekannt.
Einen besonderen Vorteil bewirkt die Anwendung von Halogenfüllungen, da bei geeigneter Dimensionierung nicht nur ein Kreisprozess für das Material des Leuchtkörpers, sondern auch für das Material der Überzugswendel in Gang gebracht werden kann. Derartige Füllungen sind an sich bekannt. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Füllung für einen zweifachen Kreisprozess, wie er in der noch unveröffentlichten DE-A 103 56 651.1 beschrieben ist.
Insbesondere zeigt die Erfindung auch deutliche Vorteile gegenüber Leuchtkörpern mit massiven Stromzuführungen, sog. Elektrodenhaltern, die bisher fast ausschließlich als Halterung für carbidhaltige Leuchtkörper verwendet wurden. Die erfindungsgemäße Konstruktion erzielt eine wesentlich höhere Schlagfestigkeit (sie erträgt eine Beschleunigung von mehr als 100 g, insbesondere sogar mehr als 300 g) verglichen mit einem Gestell, das Elektrodenhalter verwendet, und das eine Schlagfestigkeit von lediglich etwa 40 g erzielt. Die aus dünnem Draht bestehenden Stromzuführungen können die Schlagenergie besser absorbieren ohne zu brechen als vergleichsweise dicke und steife Elektrodenhalter. Die Schlagenergie kann somit durch elastische Federung des gesamten Leuchtkörpers abgebaut werden.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Konstruktion deutlich einfacher als bisherige Konstruktionen, weil kein Quarzbalken benötigt wird und weil außerdem keine problematischen Kontaktierungen zwischen dem Leuchtkörper und den Stromzuführungen (typisch ist eine Kontaktierung durch Schweißung oder Klemmung bzw. Crimpung) erforderlich sind. Diese Kontaktierungen führen häufig zur Beschädigung der Enden des Leuchtkörpers, den sog. Wendelabgängen. Außerdem setzen sie ebenfalls die Schlagfestigkeit der Lampe herab.
Bevorzugt ist das Material des Leuchtkörpers Ta, TaC oder Ta2C. Aber auch Carbide des Hf, Nb oder Zr sind besonders geeignet. Ihre Schmelzpunkte liegen entweder nahe bei oder sogar oberhalb des Schmelzpunkts von Wolfram.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Niedervoltlampen mit einer Spannung von höchstens 50 V, weil die dafür notwendigen Leuchtkörper relativ massiv ausgeführt sein können. Dafür können die Drähte bevorzugt einen Durchmesser zwischen 50 µm und 300 µm, insbesondere höchstens 150 µm für Allgemeinbeleuchtungszwecke mit maximaler Leistung von 100 W, aufweisen. Dicke Drähte bis 300 µm werden insbesondere bei fotooptischen Anwendungen bis zu einer Leistung von 1000 W gebraucht. Besonders bevorzugt wird die Erfindung für einseitig gequetschte Lampen verwendet, da hier der Leuchtkörper relativ kurz gehalten werden kann, was die Bruchanfälligkeit ebenfalls reduziert.
Als weiterer Parameter bei der Optimierung der Stoßfestigkeit ist das Gewicht des Leuchtkörpers. Es soll unter Berücksichtigung der lichttechnischen Werte möglichst gering sein. Schließlich kommt es auch auf die Länge der Wendelabgänge an. Je länger der Wendelabgang, desto empfindlicher ist er hinsichtlich Bruch an der Quetschkante. Seine maximale Länge sollte möglichst 25 mm nicht überschreiten.
Für den Leuchtkörper bzw. die Überzugswendel sollte bevorzugt TaC bzw. W als Material verwendet werden. Der Durchmesser des Drahts der Überzugswendel sollte insbesondere zwischen 30 und 95 % des Durchmessers des Drahts des Leuchtkörpers betragen. Der Steigungsfaktor der Überzugswendel sollte zwischen 1,0 und 2,0 liegen. Die Überzugswendel oder -hülse kann aus elektrisch leitendem Cermet, Kohlenstoff oder auch Wolfram oder einem ähnlich hochschmelzenden Metall bestehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1
eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß erstem Ausführungsbeispiel;
Figur 2
eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß zweitem Ausführungsbeispiel;
Figur 3
eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß drittem Ausführungsbeispiel.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine einseitig gequetschte Glühlampe mit einem Kolben aus Quarzglas 1, einer Quetschung 2, und innere Stromzuführungen 3, die Folien 4 in der Quetschung 2 mit einem Leuchtkörper 5 verbinden. Der Leuchtkörper ist ein einfach gewendelter Draht aus TaC. Die äußeren Zuleitungen 6 sind außen an die Folien 4 angesetzt. Der innere Durchmesser des Kolbens ist 5 mm. Die Wendelenden sind parallel zur Lampenachse abgebogen und über ihre gesamte Länge mit einer Überzugswendel 7 stabilisiert. Sie besteht aus einem eng gewickelten Draht aus Wolfram.
Figur 2 zeigt eine einseitig gequetschte Glühlampe mit einem Kolben aus Hartglas 1, einer Quetschung 2, und innere Stromzuführungen 3, die in der Quetschung 2 mit einem Leuchtkörper 6' verbunden sind. Der Leuchtkörper 6' ist ein gewendelter Draht mit einem Kern aus Rhenium und einer Schicht TaC an der Oberfläche. Dieser Leuchtkörper ist leichter verformbar als ein Leuchtkörper, der rein aus Carbid besteht. In diesem Fall wird meist zuerst der Rheniumdraht verwickelt, anschließend wird eine TaC-Schicht aufgebracht. Die äußeren Stromzuführungen 5 sind außen direkt an die Zuleitungen 3' angesetzt und zwar im Bereich der Quetschung. Der innere Durchmesser des Kolbens ist 30 mm. Alternativ ist der Leuchtkörper eine Litze aus Kohlenstofffasern, die mit Tantal beschichtet sind. Die TaC-Schicht kann z.B. durch Aufbringen einer Tantal-Schicht durch ein CVD-Verfahren oder durch Aufsputtern und anschließender Carburierung erzeugt werden. Die Carburierung der Ta-Schicht kann auch erst im Lampenbetrieb in einer kohlenwasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden. Der hier verwendete Überzug ist eine Hülse aus elektrisch leitendem Cermet, die etwa 80 % der Länge der Stromzuführungen abdeckt und noch in die Quetschung hineinreicht. Ein derartiges elektrisch leitendes Cermet ist beispielsweise aus der EP-A 887 840 oder der US-PS 4 155 758 und dem darin diskutierten Stand der Technik bekannt. Ein konkretes Beispiel ist ein Cermet mit einem Anteil von 50 Vol.-% Molybdän, Rest Aluminiumoxid.
Figur 3 zeigt eine zweiseitig gequetschte Glühlampe 20, auch als Soffitte bekannt, mit einem Kolben aus Quarzglas 21, zwei Quetschung 24 und 25, Zuleitungen 27, die mit einem Leuchtkörper 26 verbunden sind. Der Leuchtkörper 26 ist einfach gewendelt und besteht aus TaC. Die Stromzuführungen 25 sind mit einer Hülse 30 aus Molybdän ummantelt und enden in Sockeiteilen 28, wie an sich bekannt, die auf der Quetschung sitzen. Der innere Durchmesser des Kolbens ist 15 mm.
Im allgemeinen verwendet die Lampe bevorzugt einen Leuchtkörper aus Tantalcarbid, der bevorzugt aus einem einfach gewendelten Draht besteht.
Der Kolben ist meist aus Quarzglas oder Hartglas mit einem Kolbendurchmesser zwischen 5 mm und 35 mm, bevorzugt zwischen 8 mm und 15 mm, gefertigt.
Die Füllung ist hauptsächlich Inertgas, insbesondere Edelgas wie Ar, Kr oder Xe, ggf. unter Beimengung geringer Mengen (bis 15 mol-%) Stickstoff. Dazu kommt ein Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und ein Halogenzusatz.
Als Leuchtkörpermaterial eignet sich auch Zirkoniumkarbid, Hafniumkarbid, oder eine Legierung verschiedener Karbide wie z.B. in US-A 3 405 328 beschrieben.
Eine Alternative ist ein Leuchtkörper, der aus einem Trägermaterial wie z.B. einem Rheniumdraht als Kern oder auch einer Kohlenstofffaser besteht, wobei dieser Kern mit Tantalcarbid oder einem anderen Metallcarbid beschichtet ist.
Als Richtschnur für die Füllung gilt ein Kohlenstoff-Anteil von 0,1 bis 2 mol-%. Der Wasserstoff-Anteil liegt bei höchstens dem Kohlenstoff-Anteil, bevorzugt dem Zweibis Achtfachen des Kohlenstoff-Anteils. Der Halogen-Anteil liegt bei höchstens dem Halben, insbesondere ein Fünftel bis ein Zehntel des Kohlenstoff-Anteils. Bevorzugt sollte der Halogen-Anteil höchstens dem Wasserstoffanteil, bevorzugt höchstens dem Halben des Wasserstoffanteils entsprechen. Eine Richtschnur für den Halogenanteil ist 500 bis 5000 ppm.
Konkrete Untersuchung werden für eine 24 V/100 W Lampe vorgestellt. Ihre Farbtemperatur ist 3800 K. Sie verwendet einen TaC-Draht (aus carburiertem Tantal gewonnen) mit einem Durchmesser von 125 µm. Dieser ist einfach gewendelt und zeigt ein deutlich besseres Bruchverhalten als ein ansonsten gleicher Leuchtkörper aus einem Draht mit 190 µm Durchmesser. Die Bruchtests wurden mit einem Schlagpendel durchgeführt.
Entscheidend ist das geringere Gewicht des dünneren Leuchtkörpers, das einen geringeren Impuls auf die Wendelabgänge verursacht. Dies zeigt sich beim Vergleich zweier Leuchtkörper aus gleichem Draht, von denen der eine Leuchtkörper sechs und der andere Leuchtkörper acht Windungen hat. Der kürzere Draht mit dem kleineren Gewicht ist deutlich weniger bruchanfällig.
Dagegen ist eine gleiche Lampe, die jedoch die üblichen steifen Elektrodenhalter aus Molybdän verwendet, erheblich bruchanfälliger. Nur die mit Überzug versehenen Leuchtkörper eignen sich für den Transport der Lampe unter üblichen Bedingungen. Bei anderen Konzepten ist der Leuchtkörper so bruchempfindlich, dass für den Transport der Lampe besondere Maßnahmen ergriffen werden müssten.
Je länger die Wendelabgänge, die insbesondere durch den Abstand Leuchtkörper zu Quetschkante definiert sind, desto empfindlicher ist der Ta/TaCarbid-Leuchtkörper. In der Quetschung bis zur Quetschkante liegt reines Ta vor, in den Abgängen häufig Ta2C und im Leuchtkörper selbst TaC. Die maximale Länge im Kolben sollte insbesondere 25 mm nicht überschreiten.
Zusätzlich reduziert sich das Verwerfen des Leuchtkörpers, je kürzer die Wendelabgänge gewählt werden. Ursache des Verwerfens ist die Volumenzunahme bei der Carburierung. Diese Zunahme macht sich insbesondere durch eine Zunahme der Länge bemerkbar. Es hat sich gezeigt, dass das störende Verwerfen nicht zu einer Verkippung innerhalb der Windungen des Leuchtkörpers führt, sondern dass der Leuchtkörper als Ganzes seitlich aus der axialen Lage kippt. Die weitgehende Vermeidung des Verwerfens ist unbedingte Voraussetzung zur Nutzung von Interferenzfiltern auf dem Kolben im Sinne eines IRC-Coating, wie es an sich bekannt ist, siehe EP 765 528.
Zusätzlich hat sich gezeigt, dass ein direkt eingequetschter Ta-Wendelabgang ohne Überzugswendel aus Wolfram beim Aufkohlungsprozess im Bereich der Quetschkante zu Glassprüngen und damit zu Undichtigkeiten in der Lampe führen kann. Ursache hierfür ist das Verkleben des Ta-Drahtes (Ausdehnungskoeffizient 6,5 x 10-6 K-1) mit dem Quarzglas (Ausdehnungskoeffizient 0,5 x 10-6 K-1).
Der Außendurchmesser der Hülse entspricht maximal dem Zweifachen des Durchmessers des Drahts des Leuchtkörper. Je dünner die Hülse, desto geringer ist ihr Gewicht.
In diesem Sinne versteht es sich von selbst, dass der Überzug möglichst eng anliegend direkt auf der Stromzuführung aufgebracht ist. Eine Beabstandung sowie zusätzliche Einbringung von Masse mittels einer noch in den Überzug eingeschobenen Stützhilfe in Form eines zusätzlichen Drahtes wie in US 3 355 619 ist jedoch nicht ausdrücklich ausgeschlossen. Einerseits kann dieser Zusatzdraht als zusätzliche Stützhilfe wirken. Andererseits können an den Wendelabgängen Zusatzstoffe bzw. der komplette Füllgaszusatz für den Füllgaskreisprozess in fester Form in die Lampe eingebracht werden, z.B. beschichtete Kohlenstofffaser oder Kunststofffaser aus halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen.
Für eine Lampe mit einem Durchmesser des Kolbens von 10 mm und einem Leuchtkörper aus TaC besteht eine ganz konkrete Füllung aus folgenden Komponenten: 1 bar (Kaltfülldruck) Kr + 1 % C2H4 + 1 % H2 + 0,05% CH2Br2 . Die Konzentrationsangaben sind mol-%.

Claims (10)

  1. Glühlampe mit carbidhaltigem Leuchtkörper und mit Stromzuführungen, die den Leuchtkörper haltern, wobei der Leuchtkörper zusammen mit einer Füllung in einem Kolben vakuumdicht eingebracht ist, wobei der Leuchtkörper Tantal oder ein hochschmelzendes Metallcarbid aufweist, dessen Schmelzpunkt insbesondere oberhalb dem von Wolfram liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführungen integral mit dem Leuchtkörper aus einem Draht gefertigt sind, und dass zumindest ein Teil einer Stromzuführung von einem, insbesondere elektrisch leitenden, Überzug ummantelt ist.
  2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper ein einfach gewendelter Draht ist, insbesondere zumindest an seiner Oberfläche aus Tantalcarbid bestehend.
  3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben aus Quarzglas oder Hartglas mit einem Kolbendurchmesser zwischen 5 mm und 35 mm, bevorzugt zwischen 8 mm und 15 mm, besteht.
  4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Inertgas, insbesondere Edelgas, ggf. unter Beimengung geringer Mengen Stickstoff, sowie zumindest einen Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und zumindest einen Halogenzusatz enthält.
  5. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper ein einfach gewendelter Draht ist, bevorzugt mit einem Durchmesser von 50 bis 300 µm, insbesondere bis 150 µm.
  6. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug ein Gewickel eines Drahtes aus hochschmelzendem Metall oder Kohlenstoff ist.
  7. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug eine Hülse aus elektrisch leitendem Cermet, Kohlenstoff oder Metall ist.
  8. Glühlampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Drahts des Überzugs 30 bis 95 % des Durchmessers des Drahts des Leuchtkörpers beträgt.
  9. Glühlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Hülse maximal dem Zweifachen des Durchmessers des Drahts des Leuchtkörpers entspricht.
  10. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug direkt auf der Stromzuführung angebracht ist.
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