DE1016848B - Vakuumdichte Stromdurchfuehrung fuer Quarzgefaesse mit einem elektrischen Leiter, der eine Molybdaenfolie enthaelt, und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft stromführende, gasdichte Einschmelzungen für die Quarzgefäße von elektrischen Hochdruck-Entladungsgefäßen.

Stromführende Einschmelzungen, die starke Ströme übertragen sollen, wie sie bei Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen hoher Intensität, z. B. 5 und 10 kW, erforderlich sind, die bei Drücken in der Größenordnung von 20 Atmosphären und mehr arbeiten, werden zur Zeit in verschiedenen Bauarten hergestellt. Bei einer Bauart sind mehrere parallel geschaltete Molybdänfolien mit Abstand voneinander in einen Quarzkörper eingeschlossen, der mit dem Quarzgefäß verbunden ist. Bei einer anderen Ausführungsform erstreckt sich ein verhältnismäßig starker Leiterstab durch ein Quarzfußrohr in das Gefäß, und eine dünne Molybdänscheibe oder ein dünner Molybdännapf mit einer Einschmelzkante ist dicht mit dem Umfang des Stabes verbunden und mit seiner Einschmelzkante in das Quarzrohr eingebettet und auch mit diesem dicht verbunden.

Derartige Dichtungen genügen für Lampen der beschriebenen Art, doch ist ihre Herstellung teuer, und die zuerst erwähnte Bauart ist umfangreich, wodurch der Einbau der Lampe in ihr Gehäuse erschwert wird, z. B. bei Scheinwerfer- und Flutlichtgehäusen.

Für Hochdrucklampen kleinerer Bauart und geringerer Kapazität, die etwa 100 Watt abstrahlen und bei einem Dampfdruck von ungefähr 8 Atmosphären arbeiten, haben Molybdänfolien in Gestalt von Streifen oder Bändern befriedigt, die unmittelbar mit dem Quarz verschmolzen wurden. Außerdem wurden für solche Lampen seit mehreren Jahren Einschmelzungen benutzt, die einen verhältnismäßig dünnen Wolframdraht aufweisen, der mit dem Ouarzrohr unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Einschrnelzgläser verbunden wurde.

Bei einer anderen bekannten Anordnung ist der Stromeinführungsdraht, der einen bandförmigen Teil aufweisen kann, von einem Hülsenkörper umschlossen, der aus Quarz oder Glas besteht, wobei dann die Ver-Schmelzung durch Erhitzen des Rohres und der Hülse und durch mechanisches Zusammenpressen oder Aufquetschen des Rohres und der Hülse auf den Stromzuführungsdraht hergestellt wird. Die Strombelastungsfähigkeit einer solchen Einfolien- oder Eindrahteinschmelzung ist jedoch beschränkt, und bisher steht keine Einschmelzung einfacher Bauart für eine Hochdruck-Entladungslampe mittlerer Kapazität, d. h. einer Lampe, die im Betrieb etwa 1 kW abstrahlt, zur Verfügung, obgleich das Bedürfnis, eine solche Einschmelzung zur Verfügung zu haben, seit langem besteht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer vakuumdichten Stromdurchführung für einen Quarz-Vakuumdichte Stromdurchführung
für Quarzgefäße mit einem elektrischen
Leiter, der eine Molybdänfolie enthält,

und Verfahren zu ihrer Herstellung

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Klose, Patentanwalt,
Mannheim O 6, 7 (Planken)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. Juni 1S61

Leo Robert Peters, Cleveland Hts., Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

lampenkolben, welche die vorerwähnten Belastungen ermöglicht und einfach herzustellen ist. Bei einer vakuumdichten Stromdurchführung für Quarzgefäße, insbesondere für elektrische Hochdruck-Entladungsgefäße, mit einem elektrischen Leiter, der eineMolybdänfolie enthält, und mit einem radial zwischen der Folie und dem Quarzrohr angeordneten und mit beiden dicht verbundenen glasartigen Material von niedrigerer Erweichungstemperatur als der Erweichungstemperatur des Quarzes weist gemäß der Erfindung die Molybdänfolie eine Stärke von etwa 0,05 bis 0,1 mm auf, die Durchführung hat eine Stromdauerbelastbarkeit von wenigstens 15 Ampere, und der Ausdehnungskoeffizient des zwischengeschalteten glasartigen Materials liegt in an sich bekannter Weise zwischen dem des Quarzes und dem der Molybdänfolie und beträgt vorzugsweise etwa das Doppelte des Quarzausdehnungskoeffizienten. Zweckmäßig liegt die Erweichungstemperatur des eingefügten glasartigen Materials ungefähr 200° niedriger als die Erweichungstemperatur des Quarzes. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist jedes Ende der Molybdänfolie mit einem Paar Lappen versehen, die mit ihr aus einem Stück bestehen und die über keilförmige Endteile der Stromzuführungsdrähte hinübergebogen und an ihnen angeschweißt sind; die zwischen den Lappenpaaren liegenden Bandfolienteile sind ebenfalls mit den ihnen zugeordneten keilförmigen Drahtteilen verschweißt, und die so gebildete Stromeinführung ist mit Ausnahme des zwischen den keilförmigen Drahtteilen liegenden Abschnittes der Molybdänbandfolie im Bereiche der Quarzquetschung

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mit Molybdänfolie bedeckt und von Teilen des Fußrohres derart eng umschlossen, daß sie von der Quetschung abgestützt bzw. getragen wird.
~ Ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, in der

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Stromdurchführung nach dem Anbau an den Hals eines im Schnitt dargestellten Lampenkolbens ist,

Fig. 2 eine Ansicht der Verschmelzungsteile in der Stellung vor dem Verschmelzen und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Metallteile der Durchführung.

Nach Fig. 1 weist die Stromdurchführung ein Quarzfußrohr 1 auf, in das eine Molybdänbandfolie 2 dicht eingebettet ist. An dieser Folie 2 sind zwei Metalldrähte 3 und 4 befestigt. Die die Folie 2 und die Zuführung 3 und 4 aufweisende Anordnung der Metallteile ist in Fig. 3 dargestellt. Man sieht, daß die Folie 2 die Gestalt eines Bandes aufweist, das derart

Beim Zusammenbau der Einzelteile des Fußes wird die Bandfolie 2 mit den in der beschriebenen Weise durch Folien bedeckten und an ihr befestigten Zuführungen 3 und 4 innerhalb des Abstands rohres 15 5 untergebracht, und diese Teile werden zusammen in das weitere Ende 14 des äußeren Rohres 10 eingeführt. Das engere Ende 12 des inneren Rohres 13 wird dann in das Ende 14 des äußeren Rohres 10 eingeführt, soweit es der Abstandshalter 15 erlaubt, der ίο gegen den Halsteil 11 des äußeren Rohres 10 und das Ende 12 des inneren Rohres 13 stößt. Die Zuführungen 3 und 4 befinden sich dann in dem engen Ende 12 des inneren Rohres und im Halsteil 11 des äußeren Rohres (vgl. Fig. 2).

Nach dem Zusammenbau der Einzelteile wird der das innere Rohr 13 umfassende Teil des äußeren Rohres 10 erhitzt und fällt über dem inneren Rohr zusammen, so daß eine gasdichte Verbindung mit ihm entsteht. Während dieses Erhitzens wird ein inertes

eingeschnitten wurde, daß Lappen 5 und 6 gebildet 20 Gas, z.B. Stickstoff, mit einem Druck, der etwas sind, die in der dargestellten Weise über die keil- oberhalb des Atmosphärendruckes liegt, in die förmigen Enden 7 der Zuführungen 3 und 4 herüber- äußeren Enden 16 und 17 beider Rohre 13 bzw. 10 gefaltet sind. Die Lappen 5 und 6 an jedem Ende der hinein- und durch die schmale ringförmige öffnung Folie 2 sind auf eine flache Seite der Enden 7 der zwischen den Rohren hinausgetrieben, um das Innere Zuführungen 3 und 4 aufgeschweißt, und der Teil 25 der Rohre frei von atmosphärischem Sauerstoff und der Folie 2 zwischen den beiden Lappenpaaren 5 und 6 auch von verunreinigenden Gasen aus der Heizflamme ist auf die andere flache Seite der Zuführung ge- zu halten. Nachdem zwischen den Rohren 10 und; 13 schweißt. Die Verbindung zwischen jeder Zuführung 3 eine gasdichte Verbindung hergestellt wurde, so ;daß und 4 einerseits und der Folie 2 andererseits ist ein zusammengesetztes Rohr entstanden ist, wird mechanisch fest, und da drei voneinander entfernte 30 dieses nach dem Abkühlen an eine Vakuumpumpe anSchweißstellen jede Zuführung an der Folie be- geschlossen und nach dem Evakuieren abgedichtet, itifestigen, betragen die elektrischen Verluste an diesen dem die Flamme auf den Teil des Zusammengesetzen Verbindungsstellen den geringsten möglichen Wert. Rohres gerichtet wird, der den Abstandshalter 15 und

Um ein Anhaften der Quarzteile an den Zu- die Folie 2 umgibt, um diesen Quarzwandteil bis zum führungen zu verhindern, die im Durchmesser zu groß 35 Weichwerden zu erhitzen. Die zusammengefügten sind, um sie dicht mit dem Quarz zu verschmelzen. Fußteile können während der Bearbeitung an den sind die Zuführungen mit Molybdänfolien 9 bedeckt, Rohrenden 16 und 17 gehalten werden, die um sie herumgelegt sind und sowohl die Schweiß- Der Abstandshalter 15 ist aus einem glasartigen

stellen als auch einen wesentlichen Teil jener Länge Werkstoff hergestellt, dessen Erweichungstemperader Zuführungen 3 und 4 überdecken, über die die 4° tür ungefähr 200° C unterhalb der Erweichungstem-Folie 2 vorsteht. . peratur von Quarz liegt und dessen Ausdehnungs-

Das Quarzfußrohr 1 ist ein zusammengesetztes koeffizient etwa zweimal so groß wie der von Quarz Rohr, das unter Verwendung eines äußeren Rohres 10 und kleiner als der von Molybdän ist. Infolgedessen (Fig. 2) mit einem engen Hals 11 hergestellt ist, in wird der Abstandshalter während der Erhitzung des den die Zuführung 3 mit ihrer Foliendecke 9 beim Zu- ⁴⁵ umschließenden Quarzwandteiles auf dessen Ersammenbau des Fußes eingeführt wird. Die andere, weichungsbedingungen ebenfalls auf seine Erebenfalls mit einer Folie bedeckte Zuführung 4 wird in weichungstemperatur erwärmt und fällt auf die das mit einem engen Kanal versehene Ende 12 eines Molybdänbandfolie 2 zusammen, wenn der um-Quarzrohres 13 eingeführt, welches in das einen schließende Quarzteil auf Grund der Druckdifferenz größeren Innendurchmesser aufweisende Ende 14 des 50 zwischen seiner Außen- und Innenfläche zusammenäußeren Quarzrohres 10 mit guter mechanischer fällt. Auf diese Weise wird der Abstandshalter 15 Passung eingesetzt werden kann. Die beides Quarz- dicht mit der Folie und der umschließende Quarzrohre 10 und 13 tragen daher die Zuführungen 3 wandteil der zusammengesetzten Röhre 1 dicht mit und 4 und die Folie 2 und halten diese während der dem Abstandshalter 15 verbunden, so daß eine gasfolgenden Herstellungsschritte des Fußes in der rieh- 53 dichte Verbindung zwischen der Molybdänfolie 2 und tigen geradlinigen Anordnung. dem Quarzteil des Fußes entsteht.

Um das innere Quarzröhr.13 im richtigen Abstand Nach Herstellung der Einschmelzung und während

von dem Halsteil 11 des äußeren Rohres 10 zu halten, fortgesetzter Evakuierung des zusammengesetzten so daß das Folienband 2 sich während des Zusammen- Rohres wird die Flamme aiuf diejenigen Teile des zubaues und der Handhabung der Einschmelzteile nicht ^6o sammengesetzten Rohres 1 gerichtet, die die inneren

falten oder in anderer Weise verformen kann, ist der
rohrförmige, glasartige Abstandshalter 15 innerhalb
des äußeren Rohres 10 und um die Bandfolie 2 herum
vorgesehen. Die Enden des Abstandshalters 15 stoßen

Endteile der Zuführungen 3 und 4 umschließen,
welche von den Folienblechen 9 bedeckt sind. Diese
Rohrteile fallen daher über den erwähnten, von
Folien bedeckten Zuführungsteilen zusammen und

einerseits gegen den Halsteil 11 des äußeren Rohres 65 liefern eine gute mechanische, aber nicht gasdichte und andererseits gegen das Ende 12 des inneren Verbindung mit ihnen, um auf diese Weise die Quarzrohres 13, so daß dieses sich nicht zu weit in mechanische Festigkeit zu erhöhen. Dann läßt man das äußere Rohr hineinbewegen und dabei die Band- die Stromdurchführung abkühlen, folie 2 während der Herstellung des Fußes verformen Zur abschließenden Bearbeitung wird das zusammen-

kann. ... ₇₀ g,_es._etzte Rohr 1 an dem Halsteil 11 abgetrennt, und

das übrigbleibende Rohrende 17 wird entfernt, um auf diese Weise das Ende der Stromzuführung 3 gemäß Fig. 1 freizulegen, so daß an ihm eine Elektrode befestigt werden kann. Das entgegengesetzte Ende des zusammengesetzten Rohres 1 wird ebenfalls im Bereiche des äußeren Endes der Stromzuführung 4 (Fig. 1) abgetrennt, so daß ein Rohrteil für die Befestigung eines Sockels über dem freien Ende der Stromzuführung 4 übrigbleibt. Das zum Tragen einer Elektrode dienende Ende des Fußes wird in den Hals eines Ouarzkolbens 20 einer Quecksilber-Hochdruckentladungslampe eingeführt und in der dargestellten Weise mit den Wandungen dieses Halses dicht verschmolzen.

Durch die Verwendung eines Abstandshalters 15, dessen Ausdehnungskoeffizient zwischen dem des Quarzes und dem der Molybdänfolie 2 liegt, ist es möglich geworden, Stromdurchführungen mit einer Foliendicke bis zu etwa 0,1 mm herzustellen.

Wenn man versucht, bei Füßen mit unmittelbarer Ouarz-Folien-Verschmelzung Folien von mehr als etwa 0,05 mm Stärke zu verwenden, so halten die Verschmelzungen die großen Temperaturänderungen bei der Herstellung und bei der Benutzung des Fußes nicht aus, und sie lösen sich ab,.d. h., die Folie trennt sich vom Quarz, so daß die Verschmelzung undicht und der Fuß unbrauchbar wird.

Zur Dauerbelastung mit einem Strom von 15 Ampere wird beispielsweise eine Durchführung benutzt, bei der die Zuführungen 2 mm Durchmesser und die Molybdänfolie etwa 12 mm Länge, 4,8 mm Breite aufweisen und bei der die Folie an der Längsmittellinie bis auf eine Stärke von 0,055 mm mit einer Toleranz + 0,005 mm angeschärft ist. Eine solche Durchführung hält nicht nur eine Dauerbelastung von 15 Ampere ohne Schwierigkeit, sondern auch bei hoher Lebensdauer einen Quecksilberdampf-Arbeitsdruck von 30 Atmosphären in der Lampe aus. Ferner kann eine solche Durchführung erheblich überlastet werden, um die Anheizzeit der Lampe zu verkürzen. Beispielsweise können ohne Schwierigkeit für 1 bis 2 Minuten 30 bis 40 Ampere übertragen werden. Es ist daher möglich, eine derartige Durchführung für die Arbeitsstromstärke statt für die viel höhere Zündstromstärke der Lampe zu bemessen.

Der Abstandshalter kann aus einem glasartigen Material bestehen, wie es im Handel als »Vycor 7911«, das etwa 96 °/o Kieselsäure enthält, bekannt ist.

Eine oder mehrere Quernuten oder Ouerschlitze können auf der Länge der Stromzuführungen 3 und 4 vorgesehen sein, wie dies bei 21 in Fig. 3 angedeutet ist, um auf diese Weise die Zuführungen 3 und 4 in dem umgebenden Quarz festzulegen, so das Verlagerungen dieser Teile in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung verhindert werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vakuumdichte Stromdurchführung für Quarzgefäße, insbesondere für elektrische Hochdruck-Entladungsgefäße, mit einem elektrischen Leiter, der eine Molybdänfolie enthält, und mit einem radial zwischen der Folie und dem Quarzrohr angeordneten und mit beiden dicht verbundenen glasartigen Material von niedrigerer Erweichungstemperatur als der Erweichungstemperatur des Quarzes, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänfolie eine Stärke von etwa 0,05 bis 0,1 mm aufweist, daß die Durchführung eine Stromdauerbelastbarkeit von wenigstens 15 Ampere hat und daß in an sich bekannter Weise der Ausdehnungskoeffizient des zwischengesclialteten glasartigen Materials zwischen dem des Quarzes und dem der Molybdänfolie liegt und vorzugsweise etwa das Doppelte des Quarzausdehnungskoeffizienten beträgt.

2. Stromdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweichungstemperatur des eingefügten glasartigen Materials (15) ungefähr 200° niedriger liegt als die Erweichungstemperatur des Quarzes (10).

3. Stromdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende der Molybdänfolie (2) mit einem Paar Lappen (5, 6) versehen ist, die mit ihr aus einem Stück bestehen und die über keilförmige Endteile (7) der Stromzuführungsdrähte (3,4) hinübergebogen und an ihnen angeschweißt sind, daß die zwischen den Lappenpaaren (5,6) liegenden Bandfolienteile ebenfalls mit den ihnen zugeordneten keilförmigen Drahtteilen (7) verschweißt sind und daß die so gebildete Stromeinführung mit Ausnahme des zwischen den keilförmigen Drahtteilen (7) liegenden Abschnittes der Molybdänbandfolie (2) im Bereich der Quarzquetschung mit Molybdänfolie (9) bedeckt ist und von Teilen (11,12) des Fußrohres (1) eng umschlossen und abgestützt ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Stromdurchführung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bandfolie benachbarten Drahtteile der Stromzuführung gesondert mit einer Molybdänfolie bedeckt werden, daß über der Bandfolie ein glasartiges Abstandsrohr, das eine niedrigere Erweichungstemperatur hat als der Quarz, angebracht wird, daß die Stromzuführung und das Abstandsrohr derart in einem äußeren Quarzrohr angeordnet werden, welches einen Halsteil aufweist, daß einer der Drahtteile sich in dem Halsteil befindet und eng von ihm umschlossen wird, wobei das eine Ende des Abstandsrohres gegen den Halsteil anstößt, daß in das äußere Rohr und bis zum Anschlag gegen das Abstandsrohr ein inneres Rohr eingesetzt wird, das einen engen Kanal aufweist und nach dem Zusammenfügen den anderen der Drahtteile eng umschließt, daß derjenige Teil des äußeren Rohres, welcher das innere Rohr überdeckt, bis zum Zusammenfallen erhitzt wird, während innerhalb der Rohre eine nicht oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, und daß hierauf derjenige Teil des äußeren Rohres, welcher das Abstandsrohr umschließt, bis zum Zusammenfallen erhitzt wird, während in dem zusammengesetzten Rohr ein Vakuum aufrechterhalten wird, um so das Abstandsrohr dicht mit der Bandfolie und das äußere Rohr mit dem Abstandsrohr zu verbinden, und daß dann diejenigen Teile des zusammengesetzten Rohres, welche die folienbedeckten Drahtteile der Stromzuführung umgeben, erhitzt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 688 148, 738 322; Espe-Knoll, »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, Berlin 1936, S. 194.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 7OJ 699/332 9.