GLÜHLAMPE MIT EINEM LEUCHTKÖRPER, DER EINE HOCHTEMPERATURBESTÄNDIGE METALLVERBINDUNG ENTHÄLT

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Glühlampen mit einem carbidhaltigen Leuchtkörper, insbesondere betrifft die Erfindung Halogenglühlampen, die einen Leuchtkörper aus TaC aufweisen, oder dessen Leuchtkörper TaC als Bestandteil oder Beschichtung enthält.

Stand der Technik

[0002] Aus vielen Schriften ist eine Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält bekannt. Ein bisher noch ungelöstes Problem ist die stark einschränkte Lebensdauer. Eine in WO-A 01/15206 dargestellte Möglichkeit besteht darin, den Leuchtkörper mit einem separaten Gestell zur Halterung zu verbinden.

[0003] Eine weit verbreitete Methode zur Lösung des Problems, ein Abdampfen von Material des Leuchtkörpers zu verhindern, besteht in der Verwendung von Kreisprozessen. Dabei wird dem Füllgas eine weitere chemische Substanz zugefügt, welche in kälteren Bereichen mit dem abgedampften Material zu einer relativ leicht flüchtigen Verbindung reagiert, welche sich nicht an der Kolbenwand abscheidet. Diese Verbindung wird im sich aufbauenden Konzentrationsgradienten - nämlich hohe Konzentration nahe der Kolbenwand, niedrige Konzentration nahe des Leuchtkörpers - in Richtung des Leuchtkörpers transportiert. Bei den hohen Temperaturen nahe des Leuchtkörpers zersetzt sie sich unter Zerfall in das Material des Leuchtkörpers und der zugegebenen chemischen Substanz; das Material des Leuchtkörpers wird wieder an diesen angelagert.

Beispiele:

(a) Wolfram-Halogen-Kreisprozess

[0004] Das vom Leuchtkörper abdampfende Wolfram verbindet sich bei niedrigeren Temperaturen nahe der Kolbenwand zu Wolframhalogeniden, welche bei Temperaturen oberhalb ca. 200°C flüchtig sind und sich nicht an der Kolbenwand abscheiden. Dadurch wird ein Ausfall von Wolfram an der Kolbenwand verhindert. Die Wolframhalogenidverbindungen werden durch Diffusion und ggf. auch Konvektion zum heißen Leuchtkörper zurücktransportiert, wo sie sich zersetzen. Das dabei frei gewordene Wolfram wird wieder an den Leuchtkörper angelagert. Allerdings wird das Wolfram i.allg. nicht an dieselbe Stelle zurücktransportiert, von der es abgedampft ist, sondern an einer Stelle anderer Temperatur abgelagert, d.h. der Kreisprozess ist nicht regenerativ. Eine Ausnahme ist der Fluor-Kreisprozess.

(b) Kohlenstoff-Wasserstoff-Kreisprozess bei TaC Lampen

[0005] Der bei Zersetzung des TaC entstehende gasförmige Kohlenstoff wird in Richtung der Kolbenwand transportiert, wo er mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen wie Methan reagiert. Diese Kohlenwasserstoffe werden zum heißen Leuchtkörper zurück transportiert, wo sie sich wieder zersetzen. Der Kohlenstoff wird dabei wieder freigesetzt und kann sich an den Leuchtkörper anlagern. Allerdings zersetzen sich die Kohlenwasserstoffe bei niedrigen Temperaturen bereits unter 1000 K, so dass die Rückführung von Kohlenstoff nicht gezielt zu den heißesten Stellen des Leuchtkörpers erfolgt.

[0006] Wenn wie im zuletzt beschriebenen Beispiel die Abdampfung vom Leuchtkörper relativ stark ist und die den Kreisprozess tragende Verbindung nur bei sehr niedrigen Temperaturen stabil ist wie die Kohlenwasserstoffe im letzten Beispiel, so kommt es zu einer raschen Zerstörung des Leuchtkörpers, weil dieser schnell an dem abdampfenden Material wie Kohlenstoff im letzten Beispiel verarmt. Insgesamt wird der Kohlenstoff relativ schnell von den heißesten Stellen des Leuchtkörpers zu den kälteren Stellen des Leuchtkörpers bzw. den Abgängen zum Leuchtkörper transportiert, was ebenfalls z.B. durch Windungsschluss Probleme bereiten kann. Nur ein sehr geringer Anteil des zurücktransportierten Kohlenstoffs erreicht noch die heißeste Stelle der Wendel (sehr geringer Regenerationsgrad). Zudem verläuft die Rückreaktion des Kohlenstoffs mit dem Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen ohnehin nur bei einem relativ großen Wasserstoffüberschuss hinreichend schnell, so dass eine Schwärzung des Kolbens vermieden wird.

[0007] Zusammenfassend ist in solchen Fällen wie bei der TaC Lampe der Gebrauch eines Kreisprozesses, bei dem:

(a) erstens das Material vom Leuchtkörper relativ schnell abdampft bzw. abtransportiert wird,
und

(b) zweitens das abgedampfte Material nur bei sehr niedrigen Temperaturen eine chemische Verbindung eingeht,
für viele Anwendungsfälle nicht ausreichend, weil wegen der nur sehr geringen Rückführung von Material zur den Stellen, von denen es abtransportiert wurde, der Leuchtkörper schnell zerstört wird.

[0008] Als Möglichkeit zur Lösung des Problems wird in WO-A 03/075315 die Regeneration des Leuchtkörpers aus einem Depot heraus beschrieben. Aus dem Depot heraus verdampft fortlaufend eine chemische Substanz, die dem Leuchtkörper diejenige Substanz, an der er verarmt ist, wieder zuführt. Z.B. wird beschrieben, wie ein TaC Leuchtkörper aus einem mit einer organischen Verbindung (z.B. Aceton) getränktem Polymer regeneriert wird. Dabei wird der Gasphase permanent eine chemische_ Verbindung, die u.a. auch Kohlenstoff enthält, zugeführt; dabei wird fortlaufend Kohlenstoff zur Verfügung gestellt, welcher den vom Leuchtkörper abgedampften Kohlenstoff wieder ersetzen kann. Nachteilig dabei ist, dass sich durch die permanent zugeführte chemische Verbindung die Zusammensetzung der Gasphase und auch des Leuchtkörpers fortlaufend ändert; ein Lampenbetrieb bei stabilen Bedingungen ist so kaum möglich. Die Konzentration an Kohlenstoff in der Gasphase wird ständig erhöht, was schließlich zur Abscheidung von Kohlenstoff an ungeeigneten Orten wie den Enden des Leuchtkörpers oder schließlich auch der Kolbenwand führt. Auch eine Anreicherung an Kohlenstoff im Leuchtkörper ist nicht wünschenswert, weil sich dabei die Eigenschaften des Leuchtkörpers fortlaufend verändern. Eine Anreicherung von Wasserstoff in der Gasphase führt durch eine Erhöhung der Wärmeleitung zu einer zunehmenden Kühlung des Leuchtkörpers.

[0009] Zusammenfassend ist ein stabiler Betrieb einer Lampe mit einem fortlaufend aus einem Depot ausdampfenden chemischen Verbindung nicht möglich, weil sich die Zusammensetzung der Gasphase und ggf. auch des Leuchtkörpers selber kontinuierlich ändern.

[0010] Als weitere Möglichkeit wird im WO- Patent 03/075315 die gegenseitige Regeneration zweier abwechselnd betriebener Leuchtkörper beschrieben. Hierbei dampft von einem bei hohen Temperaturen (über 3000 K) betriebenen "aktiven" Leuchtkörper permanent Kohlenstoff ab und wird zu einem zweiten bei relativ niedrigen Temperaturen (um oder unter 2000 K) betriebenen "inaktiven" Leuchtkörper transportiert, wo er sich abscheidet bzw. anlagert. Ist der "aktive" Leuchtkörper an Kohlenstoff verarmt, so wird umgeschaltet; der vorher "inaktive" Leuchtkörper wird bei hoher Temperatur betrieben und der vorher "aktive" Leuchtkörper wird auf niedriger Temperatur gehalten. Dabei wird der jetzt "inaktive" Leuchtkörper vom "aktiven" Kohlenstoff verdampfenden Leuchtkörper regeneriert. Hierbei ist nachteilig, dass man zwei Leuchtkörper benötigt, zwischen denen dauernd umgeschaltet werden muss.

Darstellung der Erfindung

[0011] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung, und insbesondere einen carbidhaltigem Leuchtkörper, oder auch ein Metall enthält, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine lange Lebensdauer ermöglicht und das Problem der Verarmung des Leuchtkörpers an einer abdampfenden Komponente überwindet.

[0012] Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

[0013] Der Begriff hochtemperaturbeständige Metallverbindung meint Verbindungen, deren Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunkts von Wolfram liegt, teilweise sogar darüber. Bevorzugt ist das Material des Leuchtkörpers TaC oder Ta₂C. Aber auch Carbide des Hf, Nb oder Zr und überdies Legierungen dieser Carbide sind geeignet. Des weiteren Nitride oder Boride von derartigen Metallen. Diesen Verbindungen gemeinsam ist die Eigenschaft, dass ein Leuchtkörper aus diesem Material im Betrieb an mindestens einem Element verarmt. Das im folgenden beschriebene Prinzip ist aber genauso auch auf Leuchtkörper aus Metallen anwendbar. Der im folgenden verwendete Begriff Metallverbindung ist daher nicht einschränkend zu verstehen, sondern beispielhaft. Die darin getroffenen Aussagen sind analog auch auf Metalle anwendbar.

[0014] Wird ein Leuchtkörper bei hohen Temperaturen betrieben, so kommt es - je nach der Beschaffenheit des Materials des Leuchtkörpers - zu einem Abdampfen von Material bzw. von Bestandteilen des Materials. Das abgedampfte Material bzw. seine Bestandteile werden durch z.B. Konvektion, Diffusion oder Thermodiffusion abtransportiert und scheiden sich an anderer Stelle in der Lampe ab, z.B. an der Kolbenwand oder Gestelltellen. Durch die Abdampfung des Materials bzw. seiner Bestandteile kommt es zu einer raschen Zerstörung des Leuchtkörpers. Durch das sich an der Kolbenwand abscheidende Material wird die Transmission des Lichtes stark reduziert.

Beispiele:

[0015] 

(a) Das von einer Glühwendel aus Wolfram abdampfende Wolfram wird bei einer konventionellen Glühlampe zur Kolbenwand transportiert und scheidet sich dort ab.

(b) Ein bei hohen Temperaturen betriebener Tantalcarbidleuchtkörper zersetzt sich unter Entstehung des spröden, gegenüber TaC bei niedrigeren Temperaturen schmelzenden Subcarbids Ta₂C und von gasförmigem Kohlenstoff, welcher zur Kolbenwand transportiert wird und sich dort abscheidet.

[0016] Die Aufgabenstellung besteht darin, durch geeignete Maßnahmen ein Abdampfen vom Leuchtkörper zu minimieren bzw. rückgängig zu machen.

[0017] Um eine Verarmung des Leuchtkörpers an der abdampfenden Komponente zu vermeiden, wird von außen eine solche Konzentration der abdampfenden Komponente eingestellt, dass im Idealfall sich Abdampfung und Sublimation das Gleichgewicht halten und der Leuchtkörper somit an der fraglichen Komponente weder verarmt noch angereichert wird. Die Einstellung der benötigten Konzentration über dem Leuchtkörper soll durch einen kontinuierlichen Transport eines die fragliche Komponente enthaltenden Stoffes von einer Quelle in eine Senke realisiert werden. Durch die fortlaufende Abscheidung des aus der Quelle nachgelieferten Stoffes wird eine Veränderung der Zusammensetzung der Gasphase vermieden und ein Betrieb des Leuchtkörpers bei konstanten Bedingungen ermöglicht.

[0018] Bei einer möglichen Auslegungsform einer Lampe mit TaC Leuchtkörper besteht die Quelle aus einem festen, oder auch flüssigen, Kohlenwasserstoff, welcher so in die Lampe eingebracht wird, dass sich über dem Quellenmaterial ein bestimmter Dampfdruck an gasförmigem Kohlenwasserstoff aufbaut. Dieser Kohlenwasserstoff wird durch Diffusion bzw. Konvektion in das Lampeninnere transportiert, wo er sich bei höheren Temperaturen nahe des Leuchtkörpers zersetzt. Der Leuchtkörper befindet sich somit in einer mit Kohlenstoff angereicherten Atmosphäre; eine Zersetzung des Leuchtkörpers wird dadurch verhindert. Im Idealfall gibt der Leuchtkörper dabei weder Kohlenstoff an die Umgebung ab, noch wird Kohlenstoff in ihm angereichert. Anders ausgedrückt stellt sich am Leuchtkörper ein Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffabscheidung und Kohlenstoffverdampfung ein. Bei niedrigeren Temperaturen nahe der Kolbenwand reagiert der Kohlenstoff wieder mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen zurück. An einem bei geeigneter Temperatur angebrachten Draht z.B. aus einem der Materialien Eisen, Nickel, Kobalt, Platin oder Molybdän hinreichend großer Oberfläche zersetzt sich der Kohlenwasserstoff unter Abscheidung von festem Kohlenstoff (Ruß). Dieser Vorgang entspricht etwa dem aus der Technischen Chemie bekannten Cracken von Kohlenwasserstoffen an geeigneten Katalysatoren, wobei in diesem Fall - im Gegensatz zur Reaktionsführung in Anlagen der chemischen Industrie - die Abscheidung von Kohlenstoff am Katalysator erwünscht ist. Insgesamt tritt somit fortlaufend Kohlenstoff aus einer Quelle aus und wird in einer Senke wieder abgeschieden. Der Leuchtkörper der Lampe wird somit weder an Kohlenstoff angereichert, noch verarmt er an Kohlenstoff; außerdem wird die Kohlenstoffkonzentration in der Gasphase konstant gehalten.

[0019] Mit dem Wasserstoff kann bevorzugt analog verfahren werden. Als Wasserstoffsenke wirkt die permeable Quarzkolbenwand bei hohen Temperaturen. Bei niedrigeren Temperaturen kann der entstehende Wasserstoff durch Jod abgefangen werden (Reaktion zu Jodwasserstoff; der dabei entstehende Jodwasserstoff ist hinsichtlich seiner Auswirkung auf die Maintenance der Lampe unkritisch, weil er weder in die Chemie des Metallkarbids eingreift noch die physikalischen Eigenschaften des Füllgases (insbesondere die Wärmeleitfähigkeit) ändert. Eine weitere Möglichkeit zur Bindung des freigesetzten Wasserstoffs (d.h. einer Senke für Wasserstoff) besteht im Gebrauch von Metallen wie z.B. Zirkonium oder Hafnium oder Niob oder Tantal, welche bei geeigneten Temperaturen Wasserstoff "gettern".

[0020] Es soll noch einmal darauf hingewiesen werden, dass die Existenz einer Senke für die Funktionsfähigkeit der Lampe wichtig ist. Beim Fehlen von Senken für Kohlenstoff und Wasserstoff würde sich entweder die Gasphase oder der Leuchtkörper an dem jeweiligen Element anreichern; die Folge davon wäre eine Veränderung der Betriebsdaten der Lampe.

[0021] Insbesondere können die in den letzten Absätzen beschriebenen Transportprozesse noch von einem oder mehreren Kreisprozessen überlagert werden.

[0022] Wenn z.B. in einer Lampe mit einem Leuchtkörper aus TaC ständig Kohlenstoff - zum Teil in Form von Kohlenwasserstoffen - von einer Quelle zu einer Senke transportiert wird, so kann diesem Transportprozess durch Zusatz einer halogenhaltigen Verbindung ein Tantal-Halogen-Kreisprozess überlagert werden, welcher das vom Leuchtkörper abgedampfte Tantal an der Abscheidung an der Kolbenwand hindert und zumindest teilweise zum Leuchtkörper zurück transportiert, wie z.B. in der noch unveröffentlichten Anmeldung DE-Az 103 56 651.1 beschrieben. Auf diese wird ausdrücklich Bezug genommen. Weiterhin ist es für eine TaC Lampe denkbar, dem beschriebenen permanenten Transport von Kohlenstoff von einer Quelle in eine Senke einen Kohlenstoff-Kreisprozess zu überlagern, z.B. einen C-H-, C-Halogen-, C-S- oder C-N-Kreisprozess wie in der Anmeldung DE-Az 103 56 651.1 beschrieben.

[0023] Die als Senken dienenden Metalle können z.B. in Form von Drähten oder Plättchen an das Gestell bzw. die Stromzuführung angeschweißt werden, oder als Überzugswendel direkt um die Stromzuführung gewickelt werden, oder z.B. in Form von Drähten direkt mit eingequetscht werden. Wesentlich ist insbesondere bei der Verwendung von katalytisch wirkenden Metallen als Senken, dass die Oberfläche dieser Metalle hinreichend groß ist, da ja die Oberfläche fortlaufend mit Kohlenstoff belegt wird ("Vergiftung" des Katalysators), um die Wirksamkeit des Katalysators zu erhalten. Auch die Beschichtung von Wendelabgängen bzw. Stromzuführungen mit als Senke dienenden Metallen ist eine weitere Ausführungsform.

[0024] In einer weiteren Ausführungsform wird als Quelle für Kohlenstoff elementarer Kohlenstoff verwandt. Dieser kann z.B. in Form von Kohlenstoffpresslingen, von Graphitfasern oder auf einem Substrat abgeschiedenem Russ, Diamant in Form von DLC oder Graphit vorliegen. Der Kohlenstoff wird auf einer "mittleren" Temperatur gehalten, die genau so groß sein muss, dass der resultierende Dampfdruck des Kohlenstoffs am Ort des heißen Leuchtkörpers zu einem Kohlenstoff-Partialdruck führt, welcher in etwa dem Kohlenstoff-Gleichgewichtsdampfdruck über dem Tantalkarbid entspricht. Damit halten sich am Leuchtkörper aus Tantalkarbid Kohlenstoffabscheidung und Kohlenstoffverdampfung das Gleichgewicht; eine Dekarburierung des Leuchtkörpers wird so vermieden. Gelangt der Kohlenstoff in kältere Bereiche nahe der Kolbenwand, so reagiert er mit Wasserstoff oder auch Halogenen zu (ggf. halogenierten) Kohlenwasserstoffen; dadurch wird die Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand verhindert. An einem Katalysator erfolgt dann die Zersetzung des Kohlenwasserstoffs, dabei scheidet sich der Kohlenstoff an der Oberfläche des Katalysators ab und der Wasserstoff wird wieder freigesetzt. In diesem Fall benötigt man keine Senke für den Wasserstoff bzw. ggf. das Halogen, welche ja nur die Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand verhindern und den in Form von Kohlenwasserstoff gebundenen Kohlenstoff zum Katalysator transportieren. Der Wasserstoff bzw. ggf. das Halogen dient somit hier lediglich als Transportmittel, um den Kohlenstoff zu transportieren und wird nicht verbraucht. Insgesamt wird in diesem Fall Kohlenstoff von der Kohlenstoffquelle (Kohlenstoffpressling, Graphitfasern, Diamant wie DLC, Graphitschichten, Ruß, etc.) zur Kohlenstoffsenke (z.B. Draht aus Nickel, Eisen, Molybdän) transportiert, wo er sich wieder abscheidet.

[0025] In einer Ausführungsform der Kohlenstoffquelle wird der Kohlenstoff auf einigen Windungen des als Wendel ausgeführten Leuchtkörpers aus Metallcarbid abgeschieden. Bevorzugt erfolgt die Kohlenstoffabscheidung auf den äußeren Windungen der Wendel bei niedrigeren Temperaturen als in der Mitte des Leuchtkörpers. Da der Dampfdruck über reinem Kohlenstoff größer ist als der Kohlenstoff-Dampfdruck über Tantalcarbid, wird die Quelle aus reinem Kohlenstoff bei niedrigeren Temperaturen als in der heißen Wendelmitte angebracht. Dadurch soll möglichst der Kohlenstoff-Gleichgewichtsdampfdruck über der Mitte der heißen Wendel eingestellt werden und erreicht werden, dass über den Leuchtkörper keine den Kohlenstoff-Transport treibenden Gradienten des Kohlenstoff-Partialdrucks entstehen.

[0026] Die zuletzt beschriebene Vorgehensweise ist auch von Nutzen zur Umgehung von Problemen hinsichtlich der relativ geringen Stossfestigkeit des Tantalkarbids beim Transport der Lampen zum Kunden. Eine Option zur Umgehung dieses Problems besteht darin, die Karburierung erst nach dem Transport der Lampen zum Kunden beim Einbrennen abzuschließen und zunächst noch wenigstens einen Tantalkern im Leuchtkörper aus TaC zu belassen. Um die Karburierung beim Kunden dann abzuschließen, muss man beim Einbrennen der Lampe dem noch nicht vollständig durchkarburierten Leuchtkörper große Mengen an Kohlenstoff zuführen. Speichert man diese große Mengen Kohlenstoff in Form von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in der Gasatmosphäre oder in Form von kontinuierlich verdampfenden festen Kohlenwasserstoffen, so werden bei der Karburierungsreaktion sehr große Mengen Wasserstoff freigesetzt, welche sich dann wegen der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit negativ auf die Effizienz der Lampe auswirken. Da die Reaktion mit dem Kohlenwasserstoff auch nicht vollständig verläuft, stellen die großen Mengen an freigesetztem Kohlenstoff, die in der Gasphase gehalten werden müssen, ebenfalls ein Problem dar. Dieses Problem lässt sich in der beschriebenen Weise umgehen, indem der noch nicht vollständig durchkarburierte Leuchtkörper sich in einem kontinuierlichen Strom eines von einer Kohlenstoffquelle ausgehenden Stroms von Kohlenstoff befindet. Der nicht zur Karburierung verwandte Kohlenstoff reagiert mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, wodurch die Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand verhindert wird. Der Kohlenwasserstoff zersetzt sich schließlich wieder an einem Katalysator, wobei der nicht benötigte Kohlenstoff abgeschieden wird und der Wasserstoff freigesetzt wird. Dabei kommt man mit einer relativ geringen Menge Wasserstoff aus, weil dieser nicht verbraucht wird, sondern nur zum Transport des Kohlenstoffs zur Kohlenstoffsenke dient. Insbesondere bleibt die Menge an Wasserstoff dabei konstant und steigt nicht permanent während der Karburierung an. Ist bei hoher Kolbentemperatur, insbesondere bei einem Kolben aus Quarzglas, die Permeabilität des Wasserstoffs nicht mehr vernachlässigbar, kann der Wasserstoff durch den Gebrauch von Jod nahe der Kolbenwand wieder als Jodwasserstoff abgefangen und stabilisiert werden.

[0027] Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer Kohlenstoffquelle besteht in der Verwendung einer mit Tantalkarbid beschichteten Kohlenstofffaser. Bei den hohen Betriebstemperaturen diffundiert der Kohlenstoff durch die Tantalkarbidschicht hindurch; eine Verarmung der Tantalkarbidschicht an Kohlenstoff wird damit vermieden. Der dadurch in den Gasraum freigesetzte Kohlenstoff führt jedoch zu einer raschen Schwärzung der Kolbenwand, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Durch Abfangen des Kohlenstoffs mit Wasserstoff lässt sich bei nicht zu hohen Kolbentemperaturen eine Schwärzung des Kolbens verhindern. Allerdings werden sehr große Mengen an Wasserstoff benötigt, um den Kohlenstoff möglichst vollständig vor seiner Abscheidung auf der Kolbenwand "abzufangen". Dies lässt sich dadurch vermeiden, dass man den Kohlenwasserstoff an einem auf geeigneter Temperatur gehaltenen Katalysator, z.B. einem Draht aus Nickel, Eisen, usw. zersetzt. Dabei scheidet sich der Kohlenstoff am Nickeldraht ab, während der Wasserstoff wieder freigesetzt wird und zur Reaktion mit weiterem Kohlenstoff zur Verfügung steht. Der Wasserstoff dient somit lediglich als "Vehikel", um vom Leuchtkörper herantransportierten Kohlenstoff durch Bildung von Kohlenwasserstoff abzufangen und zur Kohlenstoffsenke (z.B. Draht aus Nickel, Molybdän, ...) zu transportieren. Insgesamt wird bei diesem Transportmechanismus kein Wasserstoff verbraucht, d.h. man kommt mit einer relativ geringen Menge an Wasserstoff aus. Würde man alternativ einen Kreisprozess implementieren, so müsste man sehr große Mengen an Wasserstoff verwenden, um den in großer Konzentration vom Leuchtkörper herantransportierten Kohlenstoff durch Bildung von Kohlenwasserstoffen abzufangen bzw. eine solch hohe Konzentration an Kohlenwasserstoffen nahe der Kolbenwand aufzubauen, dass der Rücktransport von Kohlenstoff zum Leuchtkörper den Abtransport genau ausgleicht. Bei Verwendung von so großen Mengen an Wasserstoff würde die Effizienz der Lampe stark zurückgehen. Als weitere Möglichkeit der Ausgestaltung einer Quelle bietet es sich an, den Leuchtkörper mit dem Material, an welchem er verarmt und das aus einer Quelle wieder zugeführt werden soll, zu beschichten und dann noch einmal eine Schicht des eigentlichen Leuchtkörper-Materials von außen auf diese Schicht aufzubringen. Besteht ein Leuchtkörper z.B. aus einem Metallcarbid wie Tantalcarbid oder Hafniumcarbid, so wird eine Schicht aus Kohlenstoff auf der Oberfläche des Leuchtkörpers aus Metallcarbid abgeschieden. Auf dieser Schicht aus Kohlenstoff wird dann noch einmal eine Schicht eines Metallcarbids aufgebracht. Verdampft im Lampenbetrieb Kohlenstoff von der äußeren Metallcarbid - Schicht, so diffundiert sofort Kohlenstoff von innen von der umschlossenen Kohlenstoff-Schicht nach und verhindert eine Verarmung der äußeren Metallcarbid-Schicht an Kohlenstoff. In dieser Hinsicht ist die Funktionsweise derjenigen einer mit Metallcarbid beschichteten Kohlenstoff-Faser recht ähnlich. Bei dieser Vorgehensweise ist jedoch von Vorteil, dass bei der Herstellung des Leuchtkörpers weitgehend auf im Halogenlampenbau etablierte Verfahrenstechnologie zurückgegriffen werden kann. Das Aufbringen der Kohlenstoff-Beschichtung erfolgt zum Beispiel gemäß einem CVD-Verfahren in der Stängellampe, z.B. durch Zersetzung von Methan (1 bar Druck) bei einer Temperatur von ca. 2.500 K am Leuchtkörper. Die Aufbringung der aus Metallcarbid bestehenden äußeren Schicht erfolgt beim CVD-Verfahren z.B. durch gleichzeitige thermische Zersetzung von Metallhalogeniden wie Tantalhalogenid und Methan; es ist natürlich auch die Verwendung von anderen Metallverbindungen bzw. Kohlenwasserstoffen als Precursor möglich. Durch Einstellung geeigneter stöchiometrischer Verhältnisse der Ausgangsverbindungen lässt sich dann das Metallcarbid direkt auf der Oberfläche des Leuchtkörpers abscheiden, z.B. gemäß TaCl₅ + CH₄ + x H₂ -> TaC + 5 HCl + (x - ½) H₂. Der Wasserstoff dient hier einer Vermeidung der Abscheidung von Ruß. Man kann auch nur das Metall auf der aus Kohlenstoff bestehenden Oberfläche des Leuchtkörpers abscheiden und dann erst in einer z.B. Methan enthaltenden Atmosphäre zur Reaktion (d.h. Carburierung) bringen, wobei von der äußeren Kohlenstoff enthaltenden Atmosphäre und von Innen von der Kohlenstoffschicht her die Carburierung einsetzt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die bei der Umwandlung des Metalls in Metallcarbid auftretende Volumenänderung relativ große Schichtspannungen verursacht. Daher ist eine gleichzeitige Abscheidung des Metalls und des Kohlenstoffs im stöchiometrischen Verhältnis vorteilhaft.

[0028] Im zuletzt genannten Ausführungsbeispiel müssen die Materialien des inneren Materials (z.B. Drahtes) aus Metallcarbid sowie der äußeren Schicht aus Metallcarbid nicht unbedingt identisch sein. Z.B. kann der innere Draht aus Tantalcarbid bestehen, während die äußere auf die Kohlenstoff-Schicht aufgebrachte Schicht aus Hafniumcarbid oder der Legierung HfC-4TaC besteht. Über HfC bzw. der Legierung HfC-4TaC herrschen geringere Dampfdrücke als etwa über reinem Tantalcarbid. Da jedoch Hafnium deutlich teurer ist als Tantal, lässt sich auf diese Weise die Menge des eingesetzten Hafniums deutlich reduzieren.

[0029] Als eine weitere Quelle für Kohlenstoff kommen Sinterwerkstoffe mit Kohlenstoff in Betracht, wie z.B. in US 3405328 beschrieben. Dort wird beschrieben, wie durch Sinterprozesse bei hohen Temperaturen und hohen Drücken in Autoklaven Metallkarbide wie z.B. Tantalkarbid mit gelöstem Kohlenstoff hergestellt werden können. Diese Materialien, die als Leuchtkörpermaterial dienen sollen, enthalten dann deutlich mehr Kohlenstoff als gemäß der Stöchiometrie des TaC zu erwarten ist. In dem Patent wird zudem die Verwendung von Gemischen verschiedener Karbide beschrieben, um die Stossfestigkeit des Leuchtkörpers zu erhöhen.

[0030] Als weitere Optionen für Kohlenstoff- Senken kommen Metalle wie z.B. Wolfram, Tantal, Zirkonium etc. in Betracht, welche bei geeigneten Temperaturen Karbide bilden. Die Betriebstemperatur dieser Metalle richtet sich insbesondere nach dem vom Leuchtkörper kommenden Fluss an Kohlenstoff; üblich sind Temperaturen im Bereich zwischen 1800°C und 2500 °C. Bevorzugt wird beim Gebrauch dieser Metalle Wasserstoff eingesetzt, um den Kohlenstoff an einer Abscheidung an der Kolbenwand zu hindern und zur Kohlenstoff- Senke zu transportieren. Würde man auf den Wasserstoff verzichten, so würde vom Leuchtkörper herantransportierter Kohlenstoff sich - wenn er nicht auf seinem Weg vom Leuchtkörper zufällig auf das karbidbildende Metall trifft - auf der Kolbenwand abscheiden. Bei zusätzlichem Gebrauch von Wasserstoff reagiert der Kohlenstoff zunächst mit dem Wasserstoff zu einem Kohlenwasserstoff wie z.B. Methan, welches sich dann am karbidbildenden Metall wieder unter Übergang des Kohlenstoffs auf das karbidbildende Metall und Freisetzung des Wasserstoffs zersetzt .

[0031] Weitere mögliche Katalysatoren für die Zersetzung von Kohlenwasserstoffen sind Aluminium-, Molybdän- oder Magnesiumsilicate.

[0032] Als eine weitere Möglichkeit zur Verwendung als Kohlenstoffquelle kommt auch die Verwendung von Tantalkarbid bzw. anderer Karbide in Betracht. Bringt man etwa einen nicht vom Strom durchflossenen Stab aus Tantalkarbid auf eine dem Leuchtkörper entsprechende Temperatur, so stellt sich über dem Tantalkarbid gerade der geeignete Gleichgewichts-Dampfdruck an Kohlenstoff ein, bei dem am Leuchtkörper keine Verdampfung oder Abscheidung von Kohlenstoff mehr erfolgt. Dies lässt sich z.B. realisieren, indem man einen Stab / Draht aus Tantalkarbid im Inneren auf der Achse einer Wendel aus Tantalkarbid einbringt (analog einer Wendel mit Innenrückführung, wie sie für IRC- Lampen verwandt wird, wobei bei den Metallkarbid- Lampen aber der Draht auf der Wendelachse nicht vom Strom durchflossen wird), wobei die Windungen der stromführenden aus TaC Draht bestehenden Wendel den nicht stromführenden Stab aus TaC nicht berühren dürfen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Der Stab muss sich auf praktisch derselben Temperatur befinden wie die benachbarten Windungen. Er darf auf keinen Fall deutlich kälter sein als die benachbarten Windungen, d.h. die Wärmeableitung längs des Stabs muss - z.B. durch Wahl eines hinreichend kleinen Durchmessers - begrenzt werden. Über dem Stab stellt sich ein Gleichgewichtsdampfdruck an Kohlenstoff ein. Der Kohlenstoff wird im radial nach außen gerichteten Konzentrationsgradienten an den stromführenden TaC Wendeln vorbei zur Kolbenwand transportiert. Die einzelnen Windungen der TaC- Wendel befinden sich damit in einem ständigen Strom aus Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoff-Partialdruck dem Gleichgewichtsdruck über den Wendeln entspricht. Der nach außen transportierte Kohlenstoff reagiert nahe der Kolbenwand wieder mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, welche sich dann an einem geeigneten Katalysator wie oben beschrieben unter Abscheidung von Kohlenstoff und Freisetzung von Wasserstoff zersetzen. Insgesamt wird somit Kohlenstoff vom auf der Achse der Wendel befindlichen Stab aus TaC an den Windungen der TaC Wendel vorbei zur Kohlenstoff-Senke transportiert, wobei der Kohlenstoff-Partialdruck etwa dem Kohlenstoff-Gleichgewichtsdruck an den einzelnen Windungen entspricht und die aus TaC bestehenden Windungen somit stabilisiert werden. Anders ausgedrückt wird der von den einzelnen Windungen der TaC Wendel abdampfende und nach außen transportierte Kohlenstoff von innen her durch von dem vom TaC- Stab abdampfenden Kohlenstoff ersetzt. Der Vorteil einer Verwendung eines Stabes aus TaC gegenüber der Verwendung eines Stabes z.B. aus reinem Kohlenstoff liegt darin, dass bei derselben Temperatur der Kohlenstoff-Dampfdruck über reinem Kohlenstoff um Größenordnungen höher liegt als derjenige über Tantalkarbid, somit würde man in diesem Fall eine unnötig starken Kohlenstofftransport erzeugen und zum Teil sogar Kohlenstoff an der TaC Wendel abscheiden. Der Vorteil der Verwendung eines TaC Stabes auf der Wendelachse, dessen Temperaturprofil möglichst genau demjenigen der Wendel entspricht, besteht darin, dass sich dann an den einzelnen Windungen der TaC Wendel automatisch die Kohlenstoff- Gleichgewichtsdrücke, welche eine Zersetzung des Leuchtkörpers verhindern, einstellen.

[0033] Als Quelle für Kohlenstoff kommen neben dem Kohlenstoff selber und Kohlenstoff-Wasserstoff Verbindungen auch Verbindungen des Kohlenstoffs mit anderen Elementen in Betracht.

[0034] Vorteilhaft können z.B. Kohlenstoff und Fluor enthaltende Polymere verwandt werden, wie sie z.B. bei der Polymerisation von Tetrafluorethylen C₂F₄ entstehen (z.B. Polytetrafluorethylen PTFE, Markenname "Teflon" bei der Fa. DUPONT). Bei der Zersetzung dieser Verbindungen entstehen in der Gasphase Verbindungen wie z.B. CF₄, C₂F₄, usw. welche sich erst bei höchsten Temperaturen nahe des Leuchtkörpers zersetzen und dabei Kohlenstoff und Fluor freisetzen. Von Vorteil ist dabei, dass der Kohlenstoff besonders bzw. praktisch ausschließlich an Stellen hoher Temperatur freigesetzt wird. Der Kohlenstoff wird somit gezielt zu Stellen hoher Leuchtkörpertemperatur transportiert. Wegen des gezielten Rückflusses zu Stellen höherer Temperatur kann hier mit relativ geringen Flüssen an Kohlenstoff bzw. relativ geringen Partialdrücken an gasförmigen C-F-Verbindungen gearbeitet werden. Das freigesetzte Fluor reagiert an der Wand zu gasförmigem SiF₄, welches dann aber kaum noch in das Reaktionsgeschehen eingreift und sich auch nicht - wie etwa Wasserstoff - wegen erhöhter Wärmeleitung negativ auf die Effizienz der Lampe auswirkt. Der dabei freigesetzte Kohlenstoff kann wieder - sofern er nicht in der Wandreaktion unter CO-Bildung aufgebraucht wird - mittels eines Transportpartners wie z.B. Chlor in kälteren Bereichen zunächst gebunden und dann an einem heißen Metalldraht wieder zersetzt werden, wobei der Kohlenstoff sich wieder abscheidet und das Chlor freigesetzt wird (Kohlenstoff-Senke). Da in der Wandreaktion zwei F-Atome ein O-Atom freisetzen und im Polytetrafluorethylen in etwa auf zwei F-Atome ein C-Atom kommt, wird der Kohlenstoff weitgehend mit dem in der Wandreaktion freigesetzten Sauerstoff zu CO umgesetzt.

[0035] 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 und dafür 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. Aber auch die Anwendung auf zweiseitig gequetschte Lampen und Lampen für Netzspannungsbetrieb ist möglich.

[0036] Der Begriff Stab, wie er hier verwendet wird, meint ein Mittel, das als massiver Stab oder insbesondere als ein dünner Draht ausgebildet ist.

[0037] Das beschriebene Konzept lässt sich in vielfältiger Weise auf spezielle chemische Transportsysteme anwenden. In einer speziellen Ausführungsform wird es für eine Auslegung eines Kohlenstoff-Schwefel-Kreisprozesses benutzt. Wie in DE Az 10358262.2 beschrieben zerfällt CS erst bei Temperaturen deutlich oberhalb 3000 K, wobei der Dissoziationsgrad des CS mit steigender Temperatur stark zunimmt. Damit eignet sich der C-S-Kreisprozess dazu, den Kohlenstoff zur heißesten Stelle längs der Wendel zurück zu transportieren und damit die Ausbildung von "Hot-Spots" zu verlangsamen bzw. zu verhindern. Bei Verwendung dieses C-S-Systems ist nun zu berücksichtigen, dass die den Kohlenstoff im Hochtemperaturbereich transportierende Verbindung CS bei Temperaturen ca. unterhalb 2200 K disproportioniert gemäß 2 CS -> CS₂ + C, wobei Kohlenstoff am Gestell bzw. an den Wendelabgängen abgeschieden wird. Wird andererseits CS₂ durch Diffusion bzw. durch die Strömung wieder zu Orten höherer Temperatur hin transportiert, so zersetzt es sich bei T > 2200 K in CS und Schwefel, wobei der Schwefel decarburierend auf den Metallcarbid-Leuchtkörper einwirkt. Daher ist es vorteilhaft, den Leuchtkörper bzw. dessen Abgänge im Bereich oberhalb 2200 K mit einer Kohlenstoff-Schicht zu überziehen. Die in diesem Temperaturbereich freiwerdenden Schwefel-Atome reagieren dann mit dem Kohlenstoff zu CS; eine Decarburierung des Metallcarbid-Leuchtkörpers wird vermieden. Im Laufe der Lebensdauer wird diese Kohlenstoff-Beschichtung langsam aufgebraucht. Andererseits wird bei niedrigeren Temperaturen unterhalb ca. 2200 K bei der Disproportionierung des CS Kohlenstoff freigesetzt und abgeschieden. Zusammenfassend wird somit durch das CS-System der Kohlenstoff von Orten höherer Temperatur mit T > 2200K zu Orten niederer Temperatur mit T < 2200 K transportiert. Ohne das Reservoir an Kohlenstoff für T > 2200 K (Quelle) bzw. die Abscheidung von Kohlenstoff bei T < 2200 K (Senke) lassen sich nur schwer stationäre Betriebsbedingungen erreichen.

[0038] Die hier beschriebene Methodik lässt sich auch auf Glühkörper aus anderen Materialien als Metallcarbide, -boride oder-nitride anwenden. Als Beispiel wird im folgenden eine Anwendung auf reine Metalle wie Wolfram beschrieben. Zur Erzeugung eines die Lebensdauer verlängernden regenerativen Kreisprozesses, bei dem "Hot-Spots" am Leuchtkörper ausgeheilt werden, wird in der Literatur der Fluor-Kreisprozess beschrieben, vgl. z.B. (a) J. Schröder, Kino-Technik No. 2, 1965, (b) Dittmer, Klopfer, Rees, Schröder, J.C.S. Chem. Comm, 1973. Die regenerative Wirkung des Fluor-Kreisprozesses beruht darauf, dass Wolframfluoride erst bei Temperaturen oberhalb ca. 2500 K zerfallen, wobei das Wolfram bevorzugt an den heißesten Stellen wieder angelagert wird. Eine wesentliche Schwierigkeit beim Gebrauch von Fluor besteht darin, dass Fluor an der Kolbenwand zu Silliciumtetrafluorid SiF₄ reagiert, wobei zusätzlich noch Sauerstoff freigesetzt wird. Das im SiF₄ gebundene Fluor steht für die weitere Reaktion im Halogenkreisprozess nicht mehr zur Verfügung. Daher werden in der Literatur mehrere Möglichkeiten zur Passivierung der Kolbenwand genannt, vgl. z.B. Schröder, PHILIPS Techn. Rundschau 1963/64, S. 359 zum Gebrauch von Al₂O₃. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich bei Verwendung des hier behandelten Konzepts. Dazu werden hochmolekulare Verbindungen aus Kohlenstoff und Fluor wie z.B. Polytetrafluorethylen als Fluor Quelle eingesetzt. Diese Verbindungen zersetzen sich bei höheren Temperaturen langsam, wobei in der Gasphase niedermolekulare Kohlenstoff und Fluor enthaltende Spezies entstehen. Dabei freigesetztes Fluor reagiert an Wolfram-Oberflächen im Temperaturbereich zwischen ca. 1600K und 2400K zu Wolframfluoriden. Bei entsprechenden Temperaturen vorliegende Gestellteile oder Wendelabgänge aus Wolfram werden daher bevorzugt verdickt ausgeführt, um dem Kreisprozess hinreichend viel Wolfram zur Verfügung stellen zu können. Die so gebildeten Wolframfluoride werden zu Orten höherer Temperatur transportiert, wo sie sich bevorzugt an Orten höherer Temperatur zersetzen. Somit wird gezielt Wolfram zu den heißesten Stellen des Leuchtkörpers zurück transportiert. Beim Auftreffen von Fluor bzw. Fluor enthaltenden Verbindungen auf die Glaswand des Kolbens reagiert Fluor zu SiF₄ ab und steht damit für die weitere Teilnahme an chemischen Transportreaktionen nicht zur Verfügung. Bei der Wandreaktion wird zudem Sauerstoff freigesetzt. Da im Polytetrafluorethylen auf zwei Fluor-Atome ein Kohlenstoff-Atom kommt und bei der Wandreaktion jeweils zwei Fluor-Atome ein Sauerstoff-Atom freisetzen, kann stöchiometrisch betrachtet der in der Wandreaktion freigesetzte Sauerstoff durch den Kohlenstoff komplett zu CO gegettert werden. Da freigesetzter Kohlenstoff meist noch anderweitig z.B. in Form von Carbiden gebunden wird, verläuft die Getterung des Sauerstoffs durch den Kohlenstoff meist nicht vollständig. Bei Bedarf müssen daher noch andere Getter wie Phosphor eingesetzt werden. Die am Wolfram-Reservoir entstandenen Wolframfluoride werden durch die Konvektion bzw. Diffusion nicht vollständig in Richtung des Leuchtkörpers transportiert bzw. dort nicht vollständig umgesetzt; ein Teil wird in Richtung der Kolbenwand transportiert. Dort zersetzen sich die Wolframfluoride zumindest teilweise unter Freisetzung von Fluor, welches in beschriebener Weise mit der Wand reagiert, und Wolfram. Um eine Abschwärzung des Lampenkolbens zu vermeiden, empfiehlt sich der gleichzeitige Einsatz von Brom. Dadurch können Wolfram(oxy)bromide entstehen und die Kolbenwand wird sauber gehalten. Die Wolframoxybromide zersetzen sich bei Temperaturen weit unter denjenigen des Leuchtkörpers. D.h. das in ihnen gebundene Wolfram wird hauptsächlich am Gestell bzw. den Wendelabgängen abgeschieden., Dieser überlagerter W-Br(-O) Kreisprozess ist somit nicht regenerativ, er dient lediglich dazu, den Lampenkolben klarzuhalten.

[0039] Das hier beschriebene Grundprinzip - der kontinuierliche Transport eines Stoffes von einer Quelle in eine Senke - lässt sich in zwei weiteren Ausführungsbeispielen, die nicht Teil der Erfindung sind, sondern Beispiele, die lediglich das Verständnis der Erfindung erleichtern sollen, auch auf das Transportmittel anwenden, welches zum Klarhalten des Kolbens sowie der Rückführung von Material zum Leuchtkörper benutzt wird. Hier kann die Situation eintreten, dass entweder laufend das Transportmittel durch Reaktion oder Absorption mit Teilen des Gestells oder der Kolbenwand der Gasphase entzogen wird (Senke), oder dass es laufend durch Desorption oder chemische Reaktion in die Gasphase eingebracht wird (Quelle). Um stationäre Verhältnisse in der Gasphase zu erreichen, empfiehlt es sich daher in einem solchen Fall; beim Auftreten einer Senke zusätzlich eine Quelle und beim Auftreten einer Quelle zusätzlich eine Senke in die Lampe einzubringen.

[0040] Als erstes lediglich das Verständnis der Erfindung erleichterndes Beispiel wird der kontinuierliche Transport von Wasserstoff von einer Quelle in eine Senke behandelt. Als Quelle für Wasserstoff können dienen im Leuchtkörper (Metallcarbid) eingelagerter Wasserstoff, in den Zuleitungen oder Getter aufgenommener Wasserstoff (evtl. gebunden als Metallhydrid wie z.B. Tantalhydrid). Bei der Aufkohlung kann über den Wasserstoff-Partialdruck und die Temperaturverteilung im Leuchtkörper und den Zuleitungen gezielt Wasserstoff in der Stängellampe angereichert werden. Im Lampenbetrieb herrschen andere Temperaturverteilungen als beim Aufkohlen. Typischerweise ist die Leuchtkörpertemperatur im Lampenbetrieb mit ca. 3300 K - 3600 K höher als beim Aufkohlen (2800 K - 3100 K); außerdem können beim Aufkohlen höhere Wasserstoff-Partialdrücke eingesetzt werden. Daher können beim Aufkohlen auf geeigneter Temperatur sich befindende Teile des Gestells z.B. aus Tantal oder Niob Wasserstoff aufnehmen. Später im Lampenbetrieb befinden sich diese Gestellteile auf höherer Temperatur in einer Atmosphäre, die weniger Wasserstoff enthält, und geben daher Wasserstoff ab (Quelle). Auf deutlich niedrigerer Temperatur sich befindende Teile des Gestells nehmen diesen Wasserstoff auf (Senke). Z.B. bei Lampen mit TaC-Leuchtkörper mit integralen Wendelabgängen (ähnlich wie in Figur 1) werden die Wendelabgänge beim Aufkohlen nicht carburiert; somit steht hier Tantal in einem großen Temperaturspektrum zur Verfügung, so dass in jedem Fall Stellen auftreten, die als Quelle bzw. Senke wirken können. Weiterhin kann auch Quarzglas als Wasserstoff-Quelle dienen, was über die Einstellung eines geeigneten Gehalts an OH-Gruppen im Glas möglich ist (über die Vakuumglühung der Quarzgläser). Das später eingebrachte Füllgas muss diese Stoffumlagerungen berücksichtigen. Wenn erforderlich können weitere Verbindungen bzw. Metalle, welche als Wasserstoffspeicher eingesetzt werden wie z.B. Zirkonium, als Wasserstoff-Quellen eingesetzt werden. Diese Komponenten werden so am Gestell bzw. den Wendelabgängen befestigt, dass bei den sich einstellenden Temperaturen Wasserstoff vergleichsweise langsam über relativ lange Zeiten abgegeben wird.

[0041] Das zweite lediglich das Verständnis der Erfindung erleichternde Beispiel bezieht sich auf den Einsatz von Schwefel in einer Lampe mit Metallcarbid-Leuchtkörper sowie einer integralen Auslegung von Wendel und Wendelabgängen, d.h. Wendel und Wendelabgänge werden integral aus einem Tantaldraht gefertigt und dann der Leuchtkörper carburiert. Bei der Carburierung werden die Wendelabgänge nicht komplett mitcarburiert, d.h. hier findet man Tantal bzw. Tantalsubcarbid Ta2C. In diesem Bereich niedrigerer Temperaturen wird in der Lampe befindlicher Schwefel zu der sehr stabilen Verbindung Tantalsulfid umgesetzt und der Schwefel somit der Gasphase entzogen (Senke). Der der Gasphase entzogene Schwefel muss ständig nachgeliefert werden (Quelle), um einen C-S-Kreisprozess aufrecht zu erhalten. Dies kann z.B. durch permanente Ausdampfung von CH3CSCH3 aus einem damit getränktem (z.B. aus Gummi bestehenden) Reservoir geschehen. Bei Lampen mit extrem niedrigen Kolbentemperaturen unter ca. 100°C kann elementarer Schwefel als Quelle dienen, der bereits bei niederen Temperaturen einen beträchtlichen Dampfdruck aufweist und etwas oberhalb 100°C schmilzt. Auch der Einsatz von höher schmelzenden hochmolekularen Mercaptanen als Schwefel-Quelle ist möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0042] Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß einem Ausführungs- beispiel;

Figur 2

eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß einem zweiten Aus- führungsbeispiel;

Figur 3 bis 5

eine Glühlampe mit Carbid-Leuchtkörper gemäß weiteren Ausfüh- rungsbeispielen.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

[0043] Figur 1 zeigt eine einseitig gequetschte Glühlampe 1 mit einem Kolben aus Quarzglas 2, einer Quetschung 3, und inneren Stromzuführungen 10, die Folien 4 in der Quetschung mit einem Leuchtkörper 7 verbinden. Der Leuchtkörper 7 ist ein einfach gewendelter, axial angeordneter Draht aus TaC, dessen Enden 14 ungewendelt sind und quer zur Lampenachse abstehen. Die äußeren Zuleitungen 5 sind außen an die Folien 4 angesetzt.

[0044] Die hier beschriebene Bauform lässt sich beispielsweise auch auf Lampen mit Leuchtkörpern anderer Metallkarbide, z.B. Hafniumkarbid, Zirkoniumkarbid, Niobkarbid, übertragen. Auch die Verwendung von Legierungen verschiedener Carbide ist möglich. Außerdem ist die Verwendung von Boriden oder Nitriden, insbesondere von Rheniumnitrid oder Osmiumborid, möglich.

[0045] Im allgemeinen verwendet die Lampe bevorzugt einen Leuchtkörper aus Tantalcarbid, der bevorzugt aus einem einfach gewendelten Draht besteht. Als Leuchtkörpermaterial, der bevorzugt ein gewendelter Draht ist, eignet sich bevorzugt auch Zirkoniumkarbid, Hafniumkarbid, oder eine Legierung verschiedener Karbide wie z.B. in US-A 3 405 328 beschrieben.

[0046] Der Kolben ist typisch aus Quarzglas oder Hartglas mit einem Kolbendurchmesser zwischen 5 mm und 35 mm, bevorzugt zwischen 8 mm und 15 mm, gefertigt.

[0047] Die Füllung ist hauptsächlich Inertgas, insbesondere Edelgas wie Ar, Kr oder Xe, ggf. unter Beimengung geringer Mengen (bis 15 mol-%) Stickstoff. Dazu kommt typisch ein Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und ein Halogenzusatz.

[0048] Ein Halogenzusatz ist unabhängig von möglichen Kohlenstoff-Halogen-Kreisprozessen bzw. Transportprozessen zweckmäßig, um vom Leuchtkörper aus Metallkarbid abgedampfte Metalle an der Abscheidung an der Kolbenwand zu hindern und möglichst zum Leuchtkörper zurück zu transportieren. Hier handelt es sich um einen Metall-Halogen-Kreisprozess wie z.B. in der Anmeldung DE-Az 103 56 651.1 beschrieben. Wichtig ist insbesondere folgender Umstand: Je mehr die Abdampfung von Kohlenstoff vom Leuchtkörper zurückgedrängt werden kann, um so geringer ist auch die Abdampfung der metallischen Komponente, siehe z.B. J.A. Coffmann, G.M. Kibler, T.R. Riethof, A.A. Watts: WADD-TR-60-646 Part I (1960).

[0049] Konkrete Ausführungsbeispiele, die das Wesen der Erfindung näher erläutern, werden im folgenden dargelegt.

(a) Ausführungsbeispiele für Lampe mit einem Leuchtkörper aus TaC und mit einem festen Kohlenwasserstoff als Quelle

[0050] Von den aliphatischen Kohlenwasserstoffen kommen in der Regel wegen des sonst zu niedrigen Schmelzpunktes nur hochmolekulare Verbindungen in Frage (z.B. liegt der Schmelzpunkt von C₅₆H₁₁₄ nur bei knapp unter 100°C, was für die meisten Anwendungen zu wenig ist; es sei denn, der Einsatz von flüssigen Verbindungen ist möglich). Geeigneter sind aromatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Anthracen (Schmelzpunkt 216°C), Naphthacen (Schmelzpunkt 355°C), Coronen (Schmelzpunkt 440°C), die zudem noch den Vorteil haben, dass pro C-Atom erheblich weniger Wasserstoff in die Lampe eingetragen wird. Z.B. liegt der Dampfdruck von Anthracen knapp unterhalb des Schmelzpunktes um 50 mbar, bei 145 °C etwas oberhalb 1 mbar. Durch Lokalisierung der Quelle in einem Bereich geeigneter Temperatur kann man einen geeigneten Dampfdruck einstellen. Der Dampfdruck des Kohlenwasserstoffs muss etwa so eingestellt werden, dass die sich nach seinem vollständigen Zerfall einstellende molare Konzentration an C-Atomen am TaC Leuchtkörper in der Größenordnung der Gleichgewichtskonzentration an C-Atomen über dem Leuchtkörper liegt; der genaue Wert hängt von Details ab (z.B. Abstand der C-Quelle zum Leuchtkörper und zur Senke, Zerfallsgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffe an der Senke, usw.). Bei Verwendung von Anthracen als Quelle für Kohlenstoff liegt die geeignete Temperatur für die Quelle im Bereich zwischen 120°C und 150°C, wenn der Abstand zwischen dem auf z.B. 3400 K befindlichen Leuchtkörper und der Quelle ca. 3 cm beträgt und die Abscheidung des Kohlenstoffs nach Zersetzung der Kohlenwasserstoffe an einem bei etwa 400°C - 800°C heißen Nickeldraht erfolgt. Der Kaltfülldruck in einer solchen Lampe liegt im Bereich um 1 bar; das Inertgas (z.B. Argon, Krypton) enthält bevorzugt 2 mbar - 20 mbar Wasserstoff H₂, 0,5 mbar CH₂Br₂ und 2 mbar - 20 mbar Jod. Durch das Brom soll die Abscheidung von Tantal am Kolben verhindert werden (siehe DE-Az 103 56 651.1), und durch das Jod soll der im Laufe der Verdampfung und Zersetzung des Anthracens freiwerdende Wasserstoff in Form von HJ gebunden werden. HJ stellt hier eine Senke für den freiwerdenden Wasserstoff dar.

[0051] Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine mögliche Bauform der Quelle und Senke für eine einseitig gequetschte Lampe. Die Quelle 6 benützt als Quellenmaterial einen festen Kohlenwasserstoff 8, der auf dem Ende eines drahtförmigen Stabes 9, oft Mittelhalter genannt, aus Wolfram abgeschieden wurde. Der Stab 9 ist gehaltert, indem er mit einer zusätzlichen Folie 11 in der Mitte der Quetschung 3 verbunden ist. Diese kann zur leichteren Einbringung einen äußeren Drahtansatz 12 aufweisen, der typisch aus Molybdän besteht.

[0052] Die Senke 13 ist durch Überzugswendeln 15 auf einer oder beiden Stromzuführungen 10 realisiert. Diese Wendeln bestehen beispielsweise aus Nickeldraht. Dieser kann im Innenvolumen angebracht sein, und zwar in der Nähe der Quetschung, oder sogar bis in die Quetschung hineinragen, wie an der rechten Wendel 15 gezeigt.

[0053] In diesem Ausführungsbeispiel müssen sowohl Quelle als auch Senke bei relativ niedrigen Temperaturen, normalerweise unterhalb ca. 500°C, betrieben werden, wie man sie nahe der Kolbenwand findet. Hinsichtlich der Einbringung ist die Verwendung der Stromzuführungen 10 nahe der Quetschung 3 am einfachsten. Alternativ könnte auch die Quelle an der einen Stromzuführung 10 und die Senke an der anderen Stromzuführung 10 befestigt sein.

[0054] Das Ende des Mittelhalters 9 ist hier mit dem als Quellenmaterial dienenden Kohlenwasserstoff beschichtet. Zwar ist diese Ausführungsform einfach herzustellen, man muss aber dabei in Kauf nehmen, dass der Transport von der Quelle in die Senke hauptsächlich am Leuchtkörper 7 vorbei erfolgt. Da jedoch für die Zersetzung des Kohlenwasserstoffs am Katalysator, der hier von der Senke aus Nickeldraht gebildet ist, eine bestimmte Zeit benötigt wird, stellt sich im stationären Zustand in der gesamten Gasphase, auch außerhalb des direkten Weges von der Quelle zur Senke, eine erhöhte Konzentration an Kohlenwasserstoff bzw. Kohlenstoff ein.

[0055] Von Vorteil für die Funktionsweise ist daher die Verwendung einer Anordnung wie in Figur 2, wo die Quelle 16 aus einem in der Pumpspitze 17 eingequetschten Halter 18 aus Wolfram besteht, an dessen dem Leuchtkörper 7 zugewandten Ende das Quellenmaterial 19 sitzt, nämlich ein Kohlenwasserstoff, der als Feststoff abgeschieden wurde.

[0056] Die Senke ist hier durch den unteren, quetschungsnahen Teil 21 der Stromzuführungen 22 realisiert. Dieser Teil 21 besteht aus Molybdän, der als Katalysator bei der Zersetzung der Kohlenwasserstoffe dient. Der obere Teil 20 der Stromzuführung ist integral vom Karbid des Leuchtkörpers gebildet. Die unteren Teile 21 ragen bis in die Quetschung hinein.

[0057] Bei dieser geometrische Anordnung befindet sich der Leuchtkörper 7 im Materialstrom, der sich von der Quelle 16 zur Senke 21 ausbildet. In Figur 2 besteht der untere Teil der inneren Stromzuführung 22 aus Molybdän, das als Katalysator bei der Zersetzung der Kohlenwasserstoffe und somit als Senke wirkt.

(b) Ausführungsbeispiel für eine Lampe mit einem Leuchtkörper aus TaC und mit einer Kohlenstoffquelle

[0058] Der aus TaC bestehende Leuchtkörper 23, siehe Figur 3, wird bei einer Temperatur zwischen 3300 K und 3600 K betrieben. Zur Erzeugung eines geeigneten Kohlenstoff-Partialdrucks am Ort des TaC-Leuchtkörpers wird die Kohlenstoff-Quelle 24 im Temperaturbereich zwischen 2700 K und 3000 K gehalten. Zur Vermeidung der Abscheidung des Kohlenstoffs an der Kolbenwand und den Transport des Kohlenstoffs zur Senke wird dem Inertgas (Krypton, Argon) Wasserstoff zugegeben, und zwar so, dass der Partialdruck des Wasserstoffs im Bereich bevorzugt zwischen 2 mbar H₂ und 20 mbar H₂ liegt. In diesem Fall wird aus der Quelle kein Wasserstoff freigesetzt, so dass keine Senke für Wasserstoff benötigt wird. Die Kohlenstoff-Quelle befindet sich auf einer so hohen Temperatur, dass hier keine direkte Reaktion mit dem Wasserstoff erfolgt. Als Senke zur Zersetzung des Kohlenwasserstoffs eignet sich z.B. wieder bei 400°C - 800°C betriebene Drähte oder Plättchen aus Nickel oder Eisen oder Molybdän, oder bei Temperaturen um 500°C betriebenes Alumosilikat.

[0059] Figur 3 zeigt eine mögliche Geometrie für eine solche Lampe. Als Kohlenstoff-Quelle 24 fungieren C-Abscheidungen im "oberen" Bereich der Stromzuführungen 25 nahe des Übergangsbereichs zur Wendel 23, wo bereits vergleichsweise hohe Temperaturen vorliegen. Je nach Ausführungsform der Wendel hinsichtlich der Wendeltemperaturprofils kann auch eine KohlenstoffAbscheidung auf den äußeren Windungen des Leuchtkörpers zweckmäßig sein. Die Stromzuführung ist hier ein integraler Abgang von der Wendel 23. Statt der C-Abscheidungen können auch C-Fasern um den Abgang gewickelt werden. Die Senke 26 ist hier eine Überzugswendel aus Eisen, die mit Platin beschichtet ist. Sie ist in der Nähe der Quetschung , also bei deutlich niedrigeren Temperaturen angebracht.

(c) Beispiel für eine Geometrie mit einer auf der Wendelachse angeordneten Quelle

[0060] Ein Beispiel einer Quelle, die auf der Achse des Leuchtkörpers angeordnet ist, ist in Figur 4 gezeigt. Hier befindet sich ein aus TaC bestehender Stab 27 in der Lampenachse, die gleichzeitig die Achse des Leuchtkörper ist. Der Stab 27 weist im Bereich der Wendel 28 in etwa dasselbe Temperaturprofil auf wie die Wendel selbst. Die Wendel ist so weit gewickelt, dass der Stab 27 berührungslos in ihre Achse hineinpasst. Die Senke ist wieder durch Überzugswendeln 26 gebildet, wie in Figur 3. Sie bestehen aus Molybdän. Der Stab 27 ist durch einen Mittelhalter 9 ähnlich wie in Figur 1 gehaltert. Er kann sich insbesondere bis in eine Pumpsitze 29 erstrecken, siehe gestrichelte Ausführungsform. Dadurch ist er besser arretiert.

(d) Beispiel für die Anwendung bei einer zweiseitig geguetschten Lampe

[0061] Figur 5 zeigt eine mögliche Anordnung für eine zweiseitig gequetschte Lampe 30. Hier kann man vorteilhaft Quelle 31 und Senke 32 auf den verschiedenen Seiten des Leuchtkörpers 33 anordnen, so dass sich der Leuchtkörper 33 aufgrund der geometrischen Anordnung im Transportstrom von der Quelle 31 zur Senke 32 befindet. Die Quetschungen sind mit 39 bezeichnet.

[0062] Die Quelle 31 ist eine Kohlenstoffabscheidung (Ruß) oder eine um die Stromzuführung 34 gewickelte Kohlenstoff-Faser. Die Senke 32 ist der Teil einer Stromzuführung, der aus Molybdän gefertigt ist und vom Leuchtkörper 33 abgewandt angeordnet ist. Dieser Teil ist über einen Schweißpunkt 35 mit dem Abgang 36 des Leuchtkörpers aus TaC verbunden.

[0063] Vorteilhaft steht hier auf beiden Seiten des Leuchtkörpers 33 in axialer Richtung das gesamte Temperaturspektrum zur Verfügung, so dass z.B. die C-Quelle bei relativ hohen Temperaturen in der Nähe des Leuchtkörpers und die Senke bei niedrigeren Temperaturen weiter weg vom Leuchtkörper auf der anderen Seite angeordnet werden kann. In dem in Figur 5 gezeigten Beispiel wirkt der Molybdän-Abgang als Senke.

[0064] Als Leuchtkörpermaterial ist ein Metall oder eine Metallverbindung geeignet, dessen Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunkts von Wolfram, bevorzugt bei mindestens 3000 °C und besonders bevorzugt oberhalb dem von Wolfram, liegt. Neben Wolfram kommt dabei insbesondere Rhenium, Osmium und Tantal in Frage.

Ansprüche

1. Glühlampe mit einem Leuchtkörper, der eine hochtemperaturbeständige Metallverbindung enthält (7) und mit Stromzuführungen (10), die den Leuchtkörper (7) haltern, wobei der Leuchtkörper zusammen mit einer Füllung in einem Kolben (2) vakuumdicht eingebracht ist, wobei das Material des Leuchtkörpers ein Metall oder eine Metallverbindung, insbesondere ein Metallcarbid, aufweist, dessen Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunkts von Wolfram, bevorzugt bei mindestens 3000 °C und besonders bevorzugt oberhalb dem von Wolfram, liegt, wobei der Leuchtkörper ein Material enthält, das bedingt durch chemische Zersetzung und/oder Verdampfung im Betrieb an mindestens einem chemischen Element verarmt, und wobei im Kolben eine Quelle für dieses Element angebracht ist, wobei die Quelle das Element liefert, an welchem der Leuchtkörper verarmt, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben auch eine Senke für dieses chemische Element angebracht ist, wobei unter Zuhilfenahme eines aus Wasserstoff und/oder aus einem Halogen bestehenden Transportmittels an der Senke das Element, welches der Leuchtkörper während der Lebensdauer fortwährend emittiert, abgeschieden wird, so dass es insgesamt zu einem kontinuierlichen Fluss des beschriebenen Elements von der Quelle zur Senke kommt, wobei die Konzentration des betreffenden Elements, von Anlaufprozessen abgesehen, an jedem Ort in der Lampe im wesentlichen stationär ist, wobei der Leuchtkörper im stationären Betrieb mit der von außen durch das Zusammenwirken von Quelle und Senke aufgeprägten Partialatmosphäre aus dem an ihm ständig vorbeitransportierten Element im Gleichgewicht steht, so dass eine Verarmung des Leuchtkörpers an dem fraglichen Element verhindert wird.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper von einem Kolben aus Glas, insbesondere Quarzglas oder Hartglas, oder Keramik, insbesondere Al₂O₃, umgeben ist.

3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zumindest ein Grundgas in Form eines Inertgases, insbesondere Edelgas und/oder Stickstoff, verwendet.

4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Metallverbindung um ein Metallkarbid, wie z.B. Tantalkarbid, Zirkoniumkarbid oder Hafniumkarbid oder Legierungen verschiedener Metallkarbide handelt.

5. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem festen oder flüssigen Kohlenwasserstoff oder halogenierten Kohlenwasserstoff besteht, der im Temperaturbereich zwischen 100°C und 400°C betrieben wird, und der bei der Zersetzung Kohlenstoff freisetzt.

6. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus Kohlenstoff, insbesondere aus Ruß oder Graphitfasern oder -gewebe oder Kohlenstoffpresslingen, besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, wobei dieses Material in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagiert, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.

7. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem mit dem entsprechenden Metallkarbid beschichteten Graphitkörper, insbesondere Graphitfaser, besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, wobei dieses Material in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagiert, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.

8. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem Kohlenstoff enthaltenden Sinterwerkstoff besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, welche in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagieren, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.

9. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für den Kohlenstoff ein in der Nähe des Leuchtkörpers befestigter Stab, insbesondere ein axial angeordneter Stab, aus demselben Metallkarbid wie der Leuchtkörper dient, dessen longitudinales Temperaturprofil demjenigen des aus demselben Metallkarbid bestehenden Leuchtkörpers entspricht, und Wasserstoff und ggf. Halogen, als Mittel zum Transport des Kohlenstoffs zur Senke verwendet wird.

10. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für den Kohlenstoff ein in der Nähe der Achse des Leuchtkörpers befestigter Stab aus einem zweiten Metallkarbid dient, dessen Dampfdruck bei einer gegebenen Temperatur höher ist als derjenige des Metallkarbids des Leuchtkörperdrahtes, um die Verluste durch Wärmeleitung längs des in der Achse der Wendel befestigten Drahtes zu kompensieren, und Wasserstoff, und ggf. Halogen, als Mittel zum Transport des Kohlenstoffs zur Senke verwendet wird.

11. Glühlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke für den Kohlenstoff aus einem katalytisch wirkenden Metall, insbesondere Nickel oder Eisen oder Molybdän oder Kobalt oder Platin, besteht, an welchem sich die, ggf. halogenierten, Kohlenwasserstoffe unter Abscheidung von Kohlenstoff und Freisetzung von Wasserstoff und ggf. Halogen zersetzen.

12. Glühlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke für den Kohlenstoff aus einem Karbide bildenden Metall besteht, insbesondere aus Eisen oder Molybdän oder Wolfram oder Tantal oder Niob, an welchem sich die Kohlenwasserstoffe unter Bildung von Metallkarbiden und Freisetzung von Wasserstoff zersetzen.

13. Glühlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke für den Kohlenstoff aus Aluminium-, Magnesium- oder Molybdänsilikaten besteht.

14. Glühlampe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Jod enthält, wobei der freigesetzte Wasserstoff durch Reaktion mit Jod zu Jodwasserstoff gebunden wird, so dass das Jod die Funktion einer gasförmigen Senke für den Wasserstoff hat.

15. Glühlampe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der freigesetzte Wasserstoff durch die heiße Quarzkolbenwand entweicht, so dass die Senke für den Wasserstoff durch die Permeation der heißen Kolbenwand zur Verfügung gestellt ist.

16. Glühlampe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben ein zu Wasserstoff affines Metall eingebracht ist, wobei der freigesetzte Wasserstoff von dem zu Wasserstoff affinem Metall, insbesondere Zirkonium oder Hafnium oder Niob oder Tantal, gebunden oder "gegettert" wird.

17. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle ein fluorierter, insbesondere perfluorierter, Kohlenwasserstoff, insbesondere PTFE verwendet wird, der bei hohen Temperaturen als Zersetzungsprodukte perfluorierte Kohlenstoffverbindungen liefert.

18. Glühlampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff mittels Halogen, bevorzugt Chlor, zur Senke transportiert wird, die aus einem katalytisch wirkenden Metall oder einem Karbide bildenden Metall, insbesondere Nickel, Eisen, Molybdän, Kobalt, Platin, Wolfram oder Tantal, besteht.

19. Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllgas zusätzlich eine halogenhaltige Verbindung, und ggf. Wasserstoff, Schwefel oder eine cyanidhaltige Verbindung enthält, um das Metall sowie ggf. den Kohlenstoff, an der Abscheidung an der Kolbenwand zu hindern und möglichst vollständig zum Leuchtkörper zurück zu transportieren.

20. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper mit dem Material, an welchem er verarmt und das aus einer Quelle wieder zugeführt werden soll, beschichtet ist und eine erste Schicht bildet und dann darauf eine zweite Schicht des eigentlichen Leuchtkörper-Materials von außen auf diese erste Schicht aufgebracht ist.

21. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle aus einem zuerst mit Kohlenstoff in einer ersten Schicht und dann mit Metallcarbid in einer zweiten Schicht beschichteten Körper aus demselben oder einem weiteren Metallcarbid besteht, wobei der Transport des Kohlenstoffs zur Senke durch zusätzlich eingebrachtes Material, als Bestandteil der Füllung, aus der Gruppe Wasserstoff und/oder Halogen erfolgt, wobei dieses Material in kälteren Bereichen mit dem Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen bzw. halogenierten Kohlenwasserstoffen reagiert, wobei dieser Kohlenwasserstoff sich an der Senke unter Abscheidung des Kohlenstoffs und Freisetzung des Transportmittels wieder zersetzt.

22. Glühlampe nach Anspruch 21, wobei es sich bei der äußeren zweiten Schicht um eine Legierung verschiedener Metallcarbide, bevorzugt einer Legierung aus Tantalcarbid und Hafniumcarbid, handelt.

23. Glühlampe nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei der Leuchtkörper aus einem Metall besteht.

24. Glühlampe nach Anspruch 23, gekennzeichnet dadurch, dass der Leuchtkörper aus Wolfram besteht und dass eine hochmolekulare Kohlenstoff und Fluor enthaltende Verbindung sich über die Lebensdauer der Lampe langsam zersetzt, wobei Fluor freigesetzt wird, welches an einem im Temperaturbereich zwischen 1600 K und 2400 K angebrachten Wolfram-Reservoir zu Wolframfluoriden reagiert und damit die Funktion einer Quelle hat, welche Wolfram bevorzugt zu den heißesten Stellen am Leuchtkörper zurück transportiert, und wobei das Fluor aus den nicht am Leuchtkörper umgesetzen Wolframfluoriden an der Kolbenwand zu gasförmigem SiF₄ abreagiert bzw. das Wolfram durch eine überlagerten Brom-Kreisprozess an kälteren Stellen des Gestells abgelagert wird und damit die Funktion einer Senke für Wolfram und Fluor hat.

Claims

1. Incandescent lamp having an illuminant which contains a high-temperature resistant metal compound (7) and having electrodes (10) which hold the illuminant (7), the illuminant being introduced vacuum-tightly together with a filling in a bulb (2), the material of the illuminant comprising a metal or a metal compound, in particular a metal carbide, whose melting point lies close to the melting point of tungsten, preferably at least at 3000°C and particularly preferably above that of tungsten, the illuminant containing a material which becomes depleted of at least one chemical element owing to chemical decomposition and/or evaporation during operation, and a source for this element being fitted in the bulb, the source delivering the element of which the illuminant is depleted, characterized in that a sink for this chemical element is also fitted in the bulb, the element which the illuminant emits progressively during the lifetime being deposited on the sink with the aid of a transport medium comprising hydrogen and/or a halogen, so that overall there is a continuous flux of the described element from the source to the sink, the concentration of the relevant element being essentially steady at any position in the lamp, apart from startup processes, the illuminant in steady-state operation being in equilibrium with the partial atmosphere of the element constantly transported past it, imposed from the outside by the interaction of the source and sink, so that the illuminant is prevented from being depleted of the element in question.

2. Incandescent lamp according to Claim 1, characterized in that the illuminant is enclosed by a bulb of glass, in particular quartz glass or hard glass, or ceramic, in particular Al₂O₃.

3. Incandescent lamp according to Claim 1, characterized in that at least one base gas in the form of an inert gas, in particular noble gas and/or nitrogen, is used as the filling.

4. Incandescent lamp according to Claim 1, characterized in that the metal compound is a metal carbide, for example tantalum carbide, zirconium carbide or hafnium carbide or alloys of different metal carbides.

5. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that the source consists of a solid or liquid hydrocarbon or halogenated hydrocarbon which is operated in the temperature range of between 100°C and 400°C, and which releases carbon during decomposition.

6. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that the source consists of hydrogen, in particular carbon black or graphite fibers or of fabric or carbon moldings, the carbon being transported to the sink by material additionally introduced as a constituent of the filling, from the group hydrogen and/or halogen, this material reacting in cooler regions with the carbon to form hydrocarbons or halogenated hydrocarbons, this hydrocarbon decomposing again at the sink while depositing carbon and releasing the transport medium.

7. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that the source consists of a graphite body, in particular graphite fibers, coated with the corresponding metal carbide, the carbon being transported to the sink by material additionally introduced as a constituent of the filling, from the group hydrogen and/or halogen, this material reacting in cooler regions with the carbon to form hydrocarbons or halogenated hydrocarbons, this hydrocarbon decomposing again at the sink while depositing carbon and releasing the transport medium.

8. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that the source consists of a sintered material containing carbon, the carbon being transported to the sink by material additionally introduced as a constituent of the filling, from the group hydrogen and/or halogen, this material reacting in cooler regions with the carbon to form hydrocarbons or halogenated hydrocarbons, this hydrocarbon decomposing again at the sink while depositing carbon and releasing the transport medium.

9. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that a rod fastened in the vicinity of the illuminant, in particular an axially arranged rod, made of the same metal carbide as the illuminant is used as the source for the carbon, the longitudinal temperature profile of which corresponds to that of the illuminant consisting of the same metal carbide, and hydrogen and optionally halogen are used as a medium for transporting the carbon to the sink.

10. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that a rod fastened in the vicinity of the axis of the illuminant, made of a second metal carbide is used as the source for the carbon, the vapor pressure of which at a given temperature is greater than that of the metal carbide of the illuminant wire, in order to compensate for the losses by thermal conduction along the wire fastened in the axis of the filament, and hydrogen and optionally halogen are used as a medium for transporting the carbon to the sink.

11. Incandescent lamp according to one of Claims 5 to 10, characterized in that the sink for the carbon consists of a catalytically active metal, in particular nickel or iron or molybdenum or cobalt or platinum, on which the optionally halogenated hydrocarbons decompose while depositing carbon and releasing hydrogen and optionally halogen.

12. Incandescent lamp according to one of Claims 5 to 10, characterized in that the sink for the carbon consists of a carbide-forming metal, in particular of nickel or iron or molybdenum or cobalt or platinum, on which the optionally halogenated hydrocarbons decompose while forming metal carbides and releasing hydrogen and optionally halogen.

13. Incandescent lamp according to one of Claims 5 to 10, characterized in that the sink for the carbon consists of aluminium, magnesium or molybdenum silicates.

14. Incandescent lamp according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the filling contains iodine, the released hydrogen being bound by reaction with iodine to form hydrogen iodide so that the iodine has the function of a gaseous sink for the hydrogen.

15. Incandescent lamp according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the released hydrogen escapes through the hot quartz bulb wall, so that the sink for the hydrogen is provided by the permeation of the hot bulb wall.

16. Incandescent lamp according to one of Claims 11 to 13, characterized in that a hydrogen-affine metal is introduced into the bulb, the released hydrogen being bound or "gettered" by the hydrogen-affine metal, in particular zirconium or hafnium or niobium or tantalum.

17. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that a fluorinated, in particular perfluorinated hydrocarbon, in particular PTFE, which delivers perfluorinated carbon compounds as decomposition products at high temperatures, it is used as the source.

18. Incandescent lamp according to Claim 17, characterized in that the carbon is transported by means of halogen, preferably chlorine to the sink which consists of a catalytically active metal or a carbide-forming metal, in particular nickel, iron, molybdenum, cobalt, platinum, tungsten or tantalum.

19. Incandescent lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the filling gas additionally contains a halogen compound and optionally hydrogen, sulfur or a cyanide compound, in order to prevent the metal and optionally the carbon from depositing on the bulb wall and to transport it back as much as possible to the illuminant.

20. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that the illuminant is coated with the material of which it is depleted and which is intended to be fed back to a source, and forms a first layer, and then a second layer of the illuminant material per se is applied from the outside onto this first layer.

21. Incandescent lamp according to Claim 4, characterized in that the source consists of a body made of the same or another metal carbide, coated first with carbon in a first layer and then with metal carbide in a second layer, the carbon being transported to the sink by material additionally introduced as a constituent of the filling, from the group hydrogen and/or halogen, this material reacting in cooler regions with the carbon to form hydrocarbons or halogenated hydrocarbons, this hydrocarbon decomposing again at the sink while depositing carbon and releasing the transport medium.

22. Incandescent lamp according to Claim 21, characterized in that the outer second layer is an alloy of different metal carbides, in particular an alloy of tantalum carbide and hafnium carbide.

23. Incandescent lamp according to Claims 1 to 3, wherein the illuminant consists of a metal.

24. Incandescent lamp according to Claim 23, characterized in that the illuminant consists of tungsten and in that a high molecular weight carbon and fluorine compound slowly decomposes over the lifetime of the lamp, fluorine being released which reacts to form tungsten fluorides at a tungsten reservoir applied in the temperature range between 1600 K and 2400 K and therefore having the function of a source which transports tungsten back preferentially to the hottest position on the illuminant, and the fluorine from the tungsten fluorides not converted at the illuminant reacting on the bulb wall to form gaseous SiF₄, or the tungsten being accumulated by a superimposed boron cycle process at cooler positions of the framework and thus having the function of a sink for tungsten and fluorine.

Revendications

1. Lampe à incandescence ayant un corps d'éclairage qui contient ( 7 ) un composé métallique résistant aux températures hautes et ayant des entrées ( 10 ) de courant qui maintiennent le corps ( 7 ) d'éclairage de courant étant introduit, d'une manière étanche au vide ensemble avec un remplissage dans une ampoule ( 2 ), la matière du corps d'éclairage comprenant un métal ou un composé métallique, notamment un carbure métallique, dont le point de fusion est proche du point de fusion du tungstène, de préférence d'au moins 3000°C et, d'une manière particulièrement préférée, au-dessus de celui du tungstène, le corps d'éclairage contenant une matière qui, en raison d'une décomposition chimique et/ou d'une évaporation en fonctionnement, s'appauvrit en au moins un élément chimique et dans lequel il est mis dans l'ampoule une source de cet élément, la source fournissant l'élément, en lequel le corps d'éclairage s'appauvrit, caractérisé en ce qu'il est mis aussi dans l'ampoule un puits pour cet élément chimique, dans lequel en s'aidant d'un agent de transport, constitué d'un hydrocarbure et/ou d'un halogène, au puits, l'élément que le corps d'éclairage émet continuellement pendant la durée de vie est déposé, de manière à obtenir dans l'ensemble un flux continu de l'élément de la source au puits, la concentration de l'élément concerné, indépendamment de processus de démarrage, étant sensiblement constante en tout point de la lampe, le corps d'éclairage en fonctionnement permanent étant en équilibre avec l'atmosphère partielle imprimée de l'extérieur par la coopération de la source et du puits, et constituée de l'élément transporté constamment devant lui, de manière à empêcher un appauvrissement du corps d'éclairage en l'élément en question.

2. Lampe à incandescence suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le corps d'éclairage est entouré d'une ampoule en verre, notamment en verre au quartz ou en verre dur, ou en céramique, notamment en Al₂O₃.

3. Lampe à incandescence suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le remplissage utilise au moins un gaz de base, sous la forme d'un gaz inerte, notamment d'un gaz rare et/ou d'azote.

4. Lampe à incandescence suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le composé métallique est un carbure métallique, comme par exemple du carbure de tantale, du carbure de zirconium ou du carbure d'hafnium ou des alliages de divers carbures métalliques.

5. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la source est en un hydrocarbure solide ou liquide ou en un hydrocarbure halogéné qui fonctionne dans la plage de température comprise entre 100°C et 400°C et qui dégage du carbone à la décomposition.

6. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la source est en carbone, notamment en suie ou en fibre de graphite ou en toile de graphite ou en comprimés de carbone, le transport du carbone au puits s'effectuant par de la matière introduite supplémentairement en tant que constituant du remplissage, choisie dans le groupe de l'hydrogène et/ou d'un halogène, cette matière réagissant dans des parties assez froides sur le carbone, en donnant des hydrocarbures ou des hydrocarbures halogénés, cet hydrocarbure se redécomposant au puits, avec dépôt du carbone et dégagement de l'agent de transport.

7. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la source est en un corps en graphite revêtu du carbure métallique correspondant, notamment en fibre de graphite, le transport du carbone au puits s'effectuant par de la matière introduite supplémentairement, en tant que constituant du remplissage, choisie dans le groupe de l'hydrogène et/ou d'un halogène, cette matière réagissant dans des parties assez froides sur le carbone, pour donner des hydrocarbures ou des hydrocarbures halogénés, cet hydrocarbure se redécomposant au puits avec dépôt du carbone et dégagement de l'agent de transport.

8. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la source est en un matériau fritté contenant du carbone, le transport du carbone au puits s'effectuant par de la matière introduite supplémentairement, en tant que constituant du remplissage, choisie dans le groupe de l'hydrogène et/ou d'un halogène, cette matière réagissant dans des parties assez froides sur le carbone, pour donner des hydrocarbures ou des hydrocarbures halogénés, cet hydrocarbure se redécomposant au puits avec dépôt du carbone et dégagement de l'agent de transport.

9. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'on utilise comme source pour le carbone, un barreau fixé à proximité du corps d'éclairage, notamment un barreau disposé axialement en le même carbure métallique que le corps d'éclairage, dont le profil longitudinal de température correspond à celui du corps d'éclairage constitué en le même carbure métallique, et on utilise de l'hydrogène, le cas échéant, un halogène comme moyen de transport du carbone au puits.

10. Lampe à incandescence suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'on se sert comme source pour le carbone, d'un barreau qui est fixé à proximité de l'axe du corps d'éclairage et qui est en un deuxième carbure métallique, dont la tension de vapeur, à une température donnée, est plus haute que celle du carbure métallique du fil du corps d'éclairage, pour compenser des pertes par conduction de la chaleur le long du fil fixé dans l'axe du filament, et on utilise de l'hydrogène, le cas échéant, un halogène comme moyen de transport du carbone au puits.

11. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que le puits pour le carbone est en un métal ayant un effet catalytique, notamment en nickel, ou en fer, ou en molybdène, ou en cobalt, ou en platine, sur lequel les hydrocarbures halogénés éventuellement se décomposent en déposant du carbone et en dégageant de l'hydrogène et, le cas échéant, un halogène.

12. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le puits pour le carbone est en un métal formant un carbure, notamment en fer, ou en molybdène ou en tungstène ou en tantale ou en niobium, sur lequel les hydrocarbures se décomposent en formant des carbures métalliques et en dégageant de l'hydrogène.

13. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que le puits pour le carbone est en silicate d'aluminium, en sulfate de magnésium ou en silicate de molybdène.

14. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que le remplissage contient de l'iodure, l'hydrogène dégagé étant lié par réaction sur de l'iode, pour donner de l'iodure d'hydrogène, de sorte que l'iode a la fonction d'un puits gazeux pour l'hydrogène.

15. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que l'hydrogène dégagé s'échappe par la paroi chaude de l'ampoule en quartz, de sorte que le puits pour l'hydrogène est mis à disposition par la perméation de la paroi chaude de l'ampoule.

16. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce qu'il est introduit dans l'ampoule un métal affin de l'hydrogène, l'hydrogène dégagé étant fixé ou « piégé » par le métal affin de l'hydrogène, notamment par le zirconium, ou par l'hafnium, ou par le niobium ou par le tantale.

17. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'il est utilisé comme source, un hydrocarbure fluoré, notamment perfluoré, notamment du PTFE, qui fournit des composés carbonés perfluorés à haute température comme produits de décomposition.

18. Lampe à incandescence suivant la revendication 17, caractérisée en ce que le carbone est transporté, au moyen d'un halogène, de préférence au moyen du chlore, au puits, qui est en un métal ayant un effet catalytique ou en un métal formant un carbure, notamment en nickel, en fer, en molybdène, en cobalt, en platine, en tungstène ou en tantale.

19. Lampe à incandescence suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le gaz de remplissage contient supplémentairement un composé halogéné, et le cas échéant, de l'hydrogène, du soufre ou un composé cyanuré, pour empêcher le métal ainsi qu'éventuellement le carbone, de se déposer sur la paroi de l'ampoule et le retransporter, aussi complètement que possible, au corps d'éclairage.

20. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le corps d'éclairage est revêtu de la matière en laquelle il s'appauvrit et qui, à partir d'une source, doit être renvoyée et forme une première couche et sur celle-ci, une deuxième couche de la matière proprement dite du corps d'éclairage est appliquée de l'extérieur sur cette première couche.

21. Lampe à incandescence suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la source est en un corps revêtu d'abord de carbone en une première couche, et ensuite de carbure métallique en une deuxième couche, le corps étant en le même carbure métallique ou en un autre carbure métallique, le transport du carbone au puits s'effectuant par de la matière introduite supplémentairement en tant que constituant du remplissage choisie dans le groupe de l'hydrogène et/ou d'un halogène, cette matière réagissant dans des parties assez froides sur le carbone, pour donner des hydrocarbures ou des hydrocarbures halogénés, cet hydrocarbure se redécomposant au puits avec dépôt de carbone et dégagement de l'agent de transport.

22. Lampe à incandescence suivant la revendication 21, dans laquelle la deuxième couche extérieure est en un alliage de divers carbures métalliques, de préférence en un alliage de carbure de tantale et de carbure d'hafnium.

23. Lampe à incandescence suivant les revendications 1 à 3, dans laquelle le corps d'éclairage est en un métal.

24. Lampe à incandescence suivant la revendication 23, caractérisée en ce que le corps d'éclairage est en tungstène et en ce qu'un hydrocarbure à haut poids moléculaire et un composé fluoré se décomposent lentement sur la durée de vie de la lampe, du fluor étant dégagé, le fluor réagit sur un réservoir de tungstène mis dans une plage de température comprise entre 1600 K et 2400 K, pour donner des fluorures de tungstène et a ainsi la fonction d'une source qui retransporte du tungstène, de préférence vers les points les plus chauds du corps d'éclairage et dans lequel le fluor, à partir des fluorures de tungstène n'ayant pas réagi sur le corps d'éclairage, réagit sur la paroi de l'ampoule pour donner du SiF₄ gazeux ou le tungstène, par un cycle de brome superposé, se dépose au point le plus froid de la monture et a ainsi la fonction d'un puits pour du tungstène et du fluor.

Zeichnung