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Verfahren zur Erzeugung von hohen Füllgasdrucken in elektrischen Glühlampen und Entladung- lampen.
Es ist bekannt, dass man elektrische Glühlampen in der Weise auf einen bei Zimmertemperatur mehr als eine Atmosphäre betragenden Druck (Fülldruck) füllen kann, dass man den Lampenkolben unter Kühlung, z. B. mit kalter Luft, auf nahezu eine Atmosphäre betragenden Druck füllt, sodann das Pumpröhrchen abschmilzt. Beim Aufheben der Abkühlung steigt dann der Druck der Tiefe der Abkühlungstemperatur entsprechend über eine Atmosphäre. Die Dichte des Füllgases, auf die es letzten Endes ja ankommt, wird hiebei ausschliesslich durch den Gasdruck bestimmt, der nach der Füllung im gekühlten Kolben geherrscht hat. Der so erreichbare Druck wird praktisch kaum zwei Atmosphären übersteigen bzw. wird die Dichte im allgemeinen höchstens verdoppelt werden können.
Es sei bemerkt, dass unter Druck in der Lampe in dieser Beschreibung schlechthin der Druck der nicht brennenden Lampe bei Zimmertemperatur zu verstehen ist.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein Verfahren, welches die Herstellung von Glühlampen mit bei Zimmertemperatur weit über einer Atmosphäre liegenden-bullgasdrucken bis zu 100 und mehr Atmosphären gestattet.
Erreicht wird dies dadurch, dass in dem mit Rücksicht auf den Enddruck passend dimensionierten Lampenkolben durch genügend tiefe Abkühlung desselben oder eines Teiles desselben, die vorherberechnete oder empirisch festgestellte Gasmenge als flüssiges oder festes Kondensat niedergeschlagen, die Lampe, ohne die Kühlung zu unterbrechen abgeschmolzen und dann erst die Kühlung aufgehoben wird. Das Kondensat verdampft nun und der Gasdruck und die Gasdichte steigen während der Anwärmung auf den gewünschten Wert.
Eine unerlässlich Bedingung ist hiebei, dass der Sättigungsdruck des festen oder flüssigen Kondensates nur so gross sei, dass dabei das Abschmelzen nach den bisher bekannten Verfahren möglich sein soll. Wählt man die Kühltemperatur tief genug, so ist stets leicht ein Sättigungsdruck unterhalb einer Atmosphäre zu erreichen. Doch ist dies nicht unbedingt notwendig, falls man Hochdruckschmelzverfahren verwendet, die bis 8 Atmosphärendruck bekannt sind.
Das neue Verfahren beruht also im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten nicht auf dem Dichteunterschied des Füllgases bei verschiedenen Temperaturen, sondern auf dem Unterschied der Dichte im Gaszustand einerseits und im festen oder flüssigen kondensierten Zustand anderseits. Hiedurch erklärt sich auch die erhebliche Druck-und Dichtevergrosserung, die man nach dem neuen Verfahren erreichen kann und der prinzipiell entweder der Sättigungsdruck des Füllgases bei Zimmertemperatur oder dadurch eine obere Grenze gesetzt wird, dass der Lampenkolben mit dem Kondensat ganz gefüllt wird.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen dem neuen und den eingangs erwähnten Verfahren besteht noch darin, dass während beim letzteren (bei gegebenem Einfülldruck) die erreichbare Dichte des Füllgases ausschliesslich durch die Temperatur der Abkühlung bestimmt wird und nach Abschmelzung der Lampe nicht mehr steigt, beim neuen Verfahren die erreichbare Dichte dagegen nur unwesentlich von der Kühltemperatur bestimmt wird, wenn sie nur tief genug gewählt wurde, um eine Kondensation des Füllgases zu erreichen und der Fülldruck bei Zimmertemperatur bei gegebenen Lampenvolumen im wesentlichen von der Menge des einkondensierten Gases bestimmt wird.
Um diese Menge festzulegen und bei der fabrikatorischen Herstellung konstant zu halten kann man zwei Wege einschlagen.
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Entweder füllt man ein bestimmtes Volumen, welches aus der zu füllenden Lampe und einem mit dieser in Verbindung stehenden Gefäss zusammengesetzt ist, auf einen bestimmten Gasdruck, sperrt die Gaszufuhr ab und kondensiert : nun'die durch,. Anfangs-und Enddruck (Sättigungsdruck bei der Fülltemperatur) und Gesamtvolumen (Lampe nebst'Gefäss) bestimmte Gasmenge durch passende
Abkühlung des Lampenkolbens oder eines Teiles desselben in der Lampe und schliesst sodann letztere z. B. durch Abschmelzen ab.
Ein anderer dynamischer Weg besteht darin, dass man die Dauer der Kondensation auf den rechnerisch oder empirisch ermittelten Zeitwert und gleichzeitig die in der Zeiteinheit z. B. aus einer
Gasleitung zuströmenden Gasmenge, z. B. mittels eines Drosselventils auf passenden Wert konstant hält.
Es ist ohneweiters klar, dass man in dieser Weise nicht nur reine Gase, z. B. Edelgase, sondern auch Gasmischungen einfüllen kann. In diesem Falle wird nämlich das Kondensat entspreehend den
Gesetzen der Thermodynamik und der Lehre von den heterogenen Gleichgewichten sämtliche Kom- po'nenten nach Massgabe ihres Partialdruekes in der Ausgangsmisehung im solchen, von der Kühltemperatur abhängigen Menge enthalten, wie es z. B. im Falle geringerer Konzentrationen vom Ramltschen Gesetz bestimmt wird.
Falls der Partialdruck einer oder mehrerer Komponenten einer
Gasmischung in der fertigen Lampe bei Zimmertemperatur weniger als eine Atmosphäre beträgt, kann man aber auch so verfahren, dass man diese Komponente oder Komponenten nach dem Einkon- densieren der ändern Komponente oder Komponenten vor der Abschmelzung in bekannter und üblicher Weise hinzufügt. Man kann aber in genanntem Fall auch so vorgehen, dass man aus dem fertigen
Gasgemenge die auskondensierbaren Bestandteile ausfriert, wobei die andern Bestandteile ganz oder überwiegend gasförmig bleiben, die Abschmelzung der Lampe aber wegen des geringen Gesamtdruckes der letzteren ohne weiteres abgeschmolzen werden kann.
Es hat sieh des weiteren gezeigt, dass es zweckmässig ist, bei Hoch-und Höchstdruckglühlampen das Auspumpen und Füllen der Lampe nach dem eben geschilderten Verfahren nicht durch ein besonderes Auspumpröhrehen, sondern durch Vermittlung jenes Rohres zu besorgen, welches mindestens eine der Stromdurchführungen in der fertigen Lampe luftdicht aufzunehmen hat. Das Abschliessen der gefüllten Lampe erfolgt dann durch das luftdichte Einschmelzen der Stromdurchführung oder Strom- durehführungen. Diese Vorgangsweise hat den grossen Vorteil, dass die fertiggestellte Lampe keinen besonderen Stumpf des Füllrohres besitzt, wodurch ihre mechanische Festigkeit bedeutend gesteigert wird.
Als Kolbenmaterial kommen für solche Lampen, die aus Gründen der mechanischen Festigkeit ein möglichst kleines Volumen und verhältnismässig grosse Kolbenwanddicken haben und bei Verwendung des vorliegenden Verfahrens auch beträchtlichen Abkühlungen ausgesetzt werden müssen, hauptsächlich Hartgläser und vor allen Dingen Quarzglas in Frage.
Es hat sieh gezeigt, dass, um gasdichte Stromdurchführungen zu erhalten, insbesondere wenn man Quarzglas verwendet, es zweckmässig ist, die Stromdurehführungen beim Einschmelzen in einer Weise mechanisch zu verquetschen, wie es etwa bei der Herstellung der Quetsehfüsse der gewöhnlichen Glühlampen üblich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren sei an Hand eines Beispiels erläutert. Ein Quarzglasrohr mit einem inneren Durchmesser von 7 nun und einem äusseren Durchmesser von 12 mm wird an beiden Enden verjüngt und die mit Stromzuführungen versehene Wolframwendel so durch die verjüngten Teile hindurchgesteekt, dass die Wolframwendel selbst sich im Inneren des nicht verjüngten Teiles befindet, während die als Stromdurchfiihrungen dienenden Molybdänbänder in den beiden verjüngten Enden ihren Platz einnehmen, wobei die äussersten Drahtenden nicht über die Enden der Quarzröhre herausragen dürfen, sondern beiderseits eine Länge von mindestens'10 mm frei bleiben muss. Nachdem man nun das eine Rohrende zugesehmolzen hat, wird das andere Rohrende unter Einschaltung einer Kugel von z.
B. 150 cm3 Inhalt an die Pumpe aufgesetzt, ausgepumpt, nach einer eventuellen Ausheizung in Wasserstoffgas im Vakuum ausgeheizt, sodann jenes Molybdänband, welches mit dem ver- schmolzenen Rohrende benachbart ist, unter Verquetsehung mit einer entsprechenden Zange, z. B. im Sauerstoff Wasserstoffgebläse, luftdicht eingeschmolzen. Nun wird Lampe und Kugel z. B. mit Krypton von 650 mm Quecksilbersäulendruck gefüllt, sodann Kugel nebst Lampe von der Pumpe abgeschmolzen und der Kolben der Glühlampe etwa bis zur Hälfte in flüssige Luft getaucht und abgekühlt. Hiebei kondensiert sieh praktisch die gesamte Kryptonmenge in festem Zustand in die untere Lampenkolbenhälfte.
Nun wird das andere, zwischen Lampe und Vorratskugel befindliche Molybdänbandz. B. unter Verwendung einer Sauerstoff-Wasserstoffflamme luftdicht unter Verquetschung eingeschmolzen und die Lampe von der Vorratskugel getrennt. Hat die Lampe ein Volumen von 2 cm3, so beträgt der Druck in der fertigen Glühlampe nach dessen Erwärmung auf Zimmertemperatur, da sich praktisch die ganze Kryptonmenge von 150 cm3 in derselben befindet
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Quecksilbersäule, das sind rund 65 Atmosphären.
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Als ein weiteres Beispiel sei die Herstellung einer Hochdruckglühlampe mit Argonfullung nach dem erfindungsgemässen Verfahren angeführt. Da der Sättigungsdruck von Argon bei den verhältnismässig leicht erreichbaren Kühltemperaturen immer noch mehrere 100 mm beträgt, verfährt man in diesem Falle zweckmässig so, dass man die Argonmenge nicht mit der Volumenmethode, sondern mit Hilfe der Strömungsmethode festlegt. Die ausgeheizte Lampe wird mit Hilfe eines Drosselventils, nachdem es zur Hälfte z.
B. in flüssige Luft getaucht und abgekühlt wurde, mit einer Gasleitung in Verbindung gebracht, in dem ein Argondruck herrscht, der den Sättigungsdruck des Argons bei der Kühltemperatur überschreitet. Kennt man die Ausströmungsgeschwindigkeit des Argons aus dem Drosselventil, so kann man durch passende Wahl der Zeitdauer der Gaszufuhr die in dem Lampenkolben kondensierte Argonmenge nach Wunsch einstellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist für die Herstellung von Glühlampen von hohem Fülldruck beschrieben, doch lässt es sich natürlich auch auf die Herstellung von Entladungslampen sinngemäss übertragen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von eine Atmosphäre, vorzugsweise fünf Atmosphären übersteigenden Füllgasdruck in elektrischen Glühlampen oder Entladungslampen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abkühlung des leergepumpten Lampenkolbens auf niedrige Temperatur eine bestimmte Menge eines Gases oder Gasgemisches ganz oder teilweise in festem oder flüssigem Zustand in denselben hineinkondensiert wird, wobei der Gesamtdruck sich aus den Sättigungsdrucken der Komponenten des Kondensates zusammensetzt und weniger als acht Atmosphären, vorzugsweise weniger als eine Atmosphäre beträgt.