DE1489472A1 - Metallstab-Einschmelzung fuer hochbelastete elektrische Lampen,insbesondere Halogen-Gluehlampen - Google Patents

Description

• ltetallatab-Einschmelzung für hochbelastete elektrische Lampen, insbesondere Halogen-Glühlampen. +) Die Erfindung betrifft Metallstab-Einschmelzungen für hochbelastete elektrische Lampen mit einem hochschmelzenden Lampengefäßmaterial wie Quarzoder Hartglas. Der stromzuführende Stab aus einem hoch- schmelzenden Metall ist in ein Glas mit angepaßtem Ausdehnungs-Koeffizienten eingeschmolzen, an das sich Zwischengläser anschließen, deren Ausdehnungs-Koeffizienten stufenweise zu demjenigen des Lampengefäßmateriales übergehen. Die ring- oder scheibenförmig aneinandergeschmolzenen Gläser bilden ein in das Lampeninnere hineinragendes Fußrohr, so daß bei dem im Betrieb im Lampengefäß herrschenden hohen Druck keine Zugkräfte/sondern Druckkräfte auf die Schmelzstellen wir-ken. Da für diese Einschmelzungen gewöhnlich fünf oder mehr Zwischen- gläser erforderlich sind und an jedem Lampenende eine Einschmelzung vorhanden ist, entfällt ein verhältnismäßig großer Teil der Lampengesamtlänge auf die Einschmelzungen.
• Bei den hohen Betriebstemperaturen hochbelasteter elektrischer Lampen, z..B. Halogen-Glühlampen oder Hochdruckentladungslampen, besteht die Ge- fahr, daß der heiße Metallstab außen an der Einschmelzatelle an der Luft zu oxydieren beginnt und daß sich diese Oxydstelle allmählich in die Einschmelzung hineinfrißt und sie undicht macht. Die Stab- temperatur an der Einschmelzung kann zwar durch eine Verlängerung des Lampengefäßes und Fußrohres herabgesetzt werden. Einer Verlängerung stehen jedoch nicht nur Platzgründe entgegen, sondern vor allem die Tatsache, daß die verhältnismäßig kühlen Toträume an den Lampenenden bei Halogen-Glühlampen den Halogenkreislauf und bei Hochdruckentladungslampen den Gasdruck beeinträchtigen.
• Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Oxydationsgefahr am Me- tallstab an der Außenseite der Einschmelzung und die Vermeidung von zu langen Lampenenden und schädlichen Toträumen.
• Bei einer Metalletabeinschmelzung für hochbelastete elektrische Lam- pen, insbesondere Halogen-Glühlampen, mit einem in das Lampeninnere hineinragenden Fußrohr, das aus dem hochschmelzenden Lampengefäßmaterial, dem mit seinem SYärmesusdehnungs-Koeffizienten dem Stabmaterial angepaßten Einschmelzglas und Zwischengläsern mit stufenweisem Über- gang der Auadehnungs-Koeffizienten vom hampengefäßmaterial zum Ein- schmelzglas besteht, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Einschmelzglas auch die anschließenden Zwischengläser auf den Metallstab aufgeschmolzen sind derart, daß das mittels einer Zwischenschicht aus dem Oxyd des Stabmetalle aufgeschmolzene Ein- schmelzglas die Einschmelzung vor einer Oxydation des Metallstabes von außen schützt.
• Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind als auf den Me- tallstab aufgeschmolzene Zwischengläser solche Gläser gewählt, die bei höheren Temperaturen erweichen als das Einschmelzglas. Bei star- ken Erwärmungen, die beispielsweise beim Einschmelzen des fertigen Fußrohres in das Lampengefäß angewandt werden, kann nämlich das ver- hältnismäßig niedrigschmelzende Einschmelzglas vorübergehend erwei- chen, während die anschließenden höherachmelzenden Zwischengläser fest bleiben. Würde der Metalletab nur vom Einschmelzglas gehalten, könnte er bei der Erweichung seine Lage ändern. Da er aber auch in die beiden anschließenden Zwischengläser eingeschmolzen ist, von- denen das zweite bei der starken Erwärmung fest bleibt, ist die Halterung des Stabes in der Einschmelzung gesichert. Das Einschmelzglas und das anschließende, ohne Oxydzwischenachicht aufgeschmolzene erste Zwischenglas sind im Inneren des Fußrohres auf dem Stab ange- ordnet. Das zweite, ebenfalls ohne Oxydzwischenschicht auf den Stab aufgeschmolzene Zwiechenglas'erstreckt sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fußrohres und bildet einen auf dem aufgeschmolzenen Abschnitt ansetzenden Ringwulst. Auf diesen Ringwulst ist das aus dem gleichen Zwischenglas bestehende Fußrohrende aufgeschmolzen.
• Statt zweier Zwischengläser kann unter Umständen nur ein einziges Zwischenglas mit geeignetem Ausdehnungs-V.oeffizienten und Erweichungspunkt neben dem Einschmelzglas auf den Metallstab aufgeschmolzen sein. Darin sind auch der Ringwulst und das Fußrohrende, das auf den Ring- wulst aufgeschmolzen wird, aus diesem ersten Zwischenglas gefertigt. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Halogen-Glühlampe hoher Leistung mit fertigen Einschmelzungen. Fig. 2 zeigt ein Ende der Lampe von Fig. 1 in größerem Maßstab: Fig. 3 zeigt im Längsschnitt das Aufschieben des vorge- fertigten Fußrohres auf den mit den aufgeschmolzenen Gläsern versehenen Metallstab. In Fig. 1 ist das Lampengefäß aus Quarzglasrohr mit 1 bezeichnet. Der Pumpstutzen 2 sitzt hier etwa in der Mitte des Gefäßrohres 1. Der Leuchtkörper 3 aus gewendeltem Wolframdraht wird von mehreren Drahtstützen 4 in seiner Lage gehalten und ist mit seinen-Enden auf einen Wolframstab 5 aufgeschraubt. Der Leuchtkörper 3 kann für Leistungsaufnahmen von 5 000, 10 000 oder 20 000 W an 220 T Spannung ausgelegt sein.
• Wie Fig. 2 ,genauer zeigt,:sind auf dem Wolframstab 5 drei Rohrabschnitte 6, 7 und 8 aus dem Einschnelzglas und den ersten beiden Zwischengläsern aufgeschmolzen" Das den Rohrabschnitt 6 bildende Einschmelzglas besteht aus 75.60 % Sio2 15.30_ö B203 " 2,22 A1203 0950 % Ca0 ' 0,25 rago 1,72 a K20 4108 p. Na20-0903 ' Fe 203: und hat einen linearen Ausdehnungs-Koeffizienten von 39 x 10 7 pro Grad im Temperaturbereich von 20 bis 300°C. Seine Wärmeausdehnung -_ stimmt also fast mit der von Wolfram überein; der lineare Ausdehnungs-Koeffizient von Wolfram ist 45 x 10 7 pro Grad. Das Einschmelzglas 6 verbindet sich vermöge einer in der Zeichnung nicht erkennbaren Zwischenschicht,aus Wolfrsmoxyd vakuumdicht mit dem Stab 5.
• Die Vlolframoxydschicht kann auf dem blanken Wolframstab 5 dadurch, gebildet werden, daß der Stab an der Aufschmelzstelle unmittelbar vor dem Aufschmelzen in einer Brennerflamme auf Rotglut erhitzt wird. Die gelungene Einschmelzung ist an einer hell- bis dunkelbraunen Färbung erkennbar. Die Wolframoxydschicht verbindet sich bein,Aufschmelzen innig, mit dem Glas und verhindert auf diese Weise zuver- lässig ein schädliches Oxydieren des Wolframstabes 5 von außen her.
• Das den Rohrabschnitt 7 bildende erste Zwischenglas ist ein reines Borosilikatglas und unter der Bezeichnung Duranglas 50 im Handel. Sein Ausdehnuns-Koeffizient beträgt im Temperatur- bereich von 50 bis 3500C 32,5 x 10-7 pro Grad.
• Das den Rohrabschnitt 8 bildende zweite Zwischenglas besteht aus 7690 % Si02 15.0 % B203 590 % A1203 1.5 % CaO 1,5 % BaO und hat einen linearen Ausdehnungs-Koeffizienten von etwa 22 x 10 7 pro Grad im Temperaturbereich von 0 bis 300°C. Bei der Herstellung der Einschmelzung wird zuerst der 2 cm lange Rohrabschnitt 8 in Wasserstoff-Atmosphäre auf den blanken Wolframstab 5 von 3 mm Durch-messer aufgeschmolzen. Darauf folgt ebenso der 4 mm lange Rohrab- schnitt 7 aus dem ersten Zwischenglas. Dann Wird der Stab 5 neben dieser Aufschmelastelle anoxydiert und der 8 mm lange Rohrabschnitt 6 aus dem Einschmel$glas aufgeschmolzen.
• fie Fig. 3 zeigt, ist aus dem zweiten Zwischenglas durch Überwickeln des Rohrabschnittes 8 noch ein Wulst 9 von etwa 6 mm Durchmesser ge-bildet, auf den später das vorgefertigte Fußrohr 10 aufgeschmolzen wird. Das Fußrohr 10 besteht aus einem Quarzglasrohr 11 mit 13 mm Außendurchmesser und drei kurzen Rohrabschnitten 14, 15 und 16 aus verschiedenen Zwischengläsern: Das Quarzglasrohr 11 ist an seinem äußeren Ende zu einem dickwandigen Rohr 12 mit kleinerem Außendurch- messer und einem zur@Führung des Wolframstabes 5 geeigneten Innen- durchmesser umgeformt. Das freie Ende des Rohrabschnittes 12 wird später längs der Linie A abgetrennt. Der Quarzglasrohrabschnitt 12 ist mit einem kreisringförmigen Ansatz 13 versehen, auf den das Gefäßrohr 1 aus Quarzglas nach Fertigstellung der Stabeinschmelzung aufgeschmolzen wird.
• An das andere Ende des Rohres 11 sind kurze Rohrabaehnitte 14, 15 und 16 gleicher Durchmesser aus dem vierten, dritten und zweiten Zwischenglas angeschmolzen. Das den Rohrabschnitt 14 bildende vierte Zwischenglas besteht aus 85,2 SiO2 990.% $203 5,0 % A1203 094 % Cä03 0,4 Ba0 und hat einen linearen Au adehnungs-Koeffizienten von 13 x 10-7 pro Grad im Temperaturbereich von 0 bis 300°C. Seine Wärmeausdehnung stimmt soweit mit der von Quarzglas überein, dessen linearer !.'ärmeausdehnungs-hoeffizient bei 200°C 5,18 x 10-7 pro Grad beträgt, daB eine Verschmelzung gelingt.
• Das den Rohrabschnitt 15 bildende dritte Zwischenglas besteht aus 81 ö Si02 12 ö B203 5 % A1203 1 ö C a0 1 Ba0 und hat einen linearen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten von 18 x 10-7 pro Grad im Temperaturbereich von 0 bis 300°C. Der Rohrabschnitt 16 aus dem zweiten Zwischenglas ist an seinem freien Ende nach innen eingezogen. Diese eingezogene Stelle kommt dem Wulst 9 nahe, wenn der Wolfrawstab, wie durch den Pfeil 17 in Fig. 3 angedeutet, in das Fußrohr geschoben wird. Darauf werden die beiden aus dem zwei- ten Zwischenglas bestehenden Teile 16 und 9 miteinander verschmolzen. Dann wird das Fußrohr 10 mit dem eingeschmolzenen Wolframstab in das Gefäßrohr 1 eingeführt, und das Quarzglasrohr 1 wird mi«t dem Quarzglas-Ansatz 13 verschmolzen. Durch die für diese Quärz$lasver -schmelzung-erforderliche starke Erwärmung kann das-der Verschmelzungsstelle verhältnismäßig nahe liegende Einschmelzglas, dessen Erweichungspunkt bei 5900C lieGt, erweichen, so daß der Wolframstab 5, wenn er nur in das Einschmelzglas eingeschmolzen wäre, seine Lage ändern könnte. Da der Stab 5 jedoch hauptsächlich durch den langen Rohrab- schnitt 8 aus einem Glas gehalten wird, dessen Erweichungspunkt wesentlich höher ist (Erweichungsbeginn bei 730°C) und da das Rohr- stück 8 überdies auch weiter von der Quarzglae-Qerschmelzungsstelle entfernt ist, bleibt die Halterung des Stabes 5 ungefährdet.
• Dieser Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des Einschmelzglases und der Zwischengläser verbindet sich mit dem eines verhältnismäßig kurzen Fußrohres 10. Offensichtlich würde das Fußrohr bei derbe- kannten Art, die vier Zwischengläser und das Einschmelzglas in Form kurzer Rohrstücke aneinander zu setzen, länger sein als bei der Ein- schmelzung nach der Erfindung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Metallatabeinschmelzung für hochbelastete elektrische Lampen, insbesondere mit einem in das Lampeninnere hineinragenden Fußrohr, das aus den hochschmelzenden Lampengefäßmaterial, dem mit seinem Wärmeausdehnungs-Koeffizienten dem Stabmetall angepaBten Einschmelzglas und Zwischengläsern mit stufenweisem Über- gang der Ausdehnungs-Koeffizienten vom Lamfengefäßaaterial zum Einachmelzglas besteht, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Einechmelzglas auch die anschließenden Zwischengläser auf den Metallstab (5) aufgeschmolzen sind derart, daß das mittels einer Zwischen- schicht aus dem Oxyd des Stabmetalls aufgeschmolzene Ein-achmelzglas die Einschmelzung vor einer Oxydation des Zetallstabes (5) von außen schützt. 2. Metallstabeinschmelzung nach Anspruch 1, insbesondere Wolframstäbeinschmelzung, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschmelz- glas und das anschließende, ohne Oxydzwischenschicht aufge- schmolzene erste Znischenglas.im Innern des Fußrohres (10) auf dem Stab (5) angeordnet sind und sich das zweite, auch ohne Oxydzwischenschicht auf den Stab (5) aufgeschmolzene Zwischen- glas sowohl innerhalb als auch außerhalb des Pußrohrea (10) erstreckt und einen auf dem aufgeschmolzenen Abschnitt (ß) an- setzenden Ringwulst (9) bildet, auf den das aus dem gleichen Glas bestehende innere Pußrohrende (16) aufgeschzolsen ist. 3. Yetallatabeinachmelzung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein an das Einschmelzglas anschließen- des, ohne Özydzwischenschicht auf den Stab aufgeschmolzenes Zwischenglas vorhanden ist, das sich innerhalb und außerhalb des Fußrohres (1U) erstreckt und einen Vulst (9) besitzt, auf den das aus dem gleichen Glas bestehende inn_'"3 Fußrohr- ende (16) aufgeschmolzen ist. 4. Metallstabeinschmelzung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß das auf den Stab (5) aufgeschmolzene, sich innerhalb und außerhalb des Fußrohres (10) erstreckende Zwischenglas bei höheren Temperaturen erweicht als das Ein- schmelzglas, so daß es die Halterung des Stabes (5) in der Einschmelzung auch bei starken Erwärmungen sichert. 5. Verfahren zur Herstellung einer Wolframstabeinschmelzung nach Anspruch 1 bis 2 und 4, bei dem für das Fußrohr ein Quarzglas- rohr ab einem Ende zu einem dickwandigen Rohr mit kleinerem Außendurchmesser und einem zur Führung des Wolfranatabes geeigneten;Innendurchmesser umgeformt wird und an das andere Quarzglasrohrende kurze Rohrabschnitte gleicher Durchmesser aus Znischengläsern.angeschmolzen werden, bei dem ferner auf den blanken "olframstab ein engerer, längerer Rohrabschnitt aus dem gleichen Material nie das. zuletzt an das Fußrohr angeschmolzene Zwischenglas, das in seinem Ausdehnungsverhalten soweit zu Wolfram paßt, daß es in 'ifiasseratoffatmosphd,re aufgeec4mo@zen werden kann, angebracht,, ein Ringcrulst auf dem. aÜfgeschmolzenen Rohrabschnitt gebildet, das Fußrohr über den :olfraustab geschoben und mit seinem Zwischenglasende auf den Ringwulst aufgeschmolzen und in ,das Lampengefäßrohr aus 9uar'zglas eingeführt wird und das Lampengefäßrohrende auf den @dic@lq- wandigen Rohransatz des Fußrohres aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung des Ringwulstes (9) auf dem längeren Rohrabschnitt (8) ein weiterer enger Rohrabschnitt (7) aus geeignetem Zwischenglas in Wasserstoffatmosphäte auf den blanken Wolframatab (5) auf- und an den längeren Rohrabschnitt (S) artgeschmolzen, der anschließende Stababschnitt rundum anozydiert und ein enges Rohr (6) aus geeignetem Einschmelzglas auf den vor- oxydierten Stababschnitt auf- und an das Zwischenglas angeschmolsen und der !`.2'olframstab (5) so in das Fußrohr (10) eingeführt wird, da8 die zuletzt aufgeschmolzenen Gläser in das Innere des Fußrohres (10) gelangen. 6. Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung einer Volframstabeinscfimelzung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung des Ringwulstes (9) auf dem längeren Rohrabschnitt (ß) der anschließende Stababschnitt rundum artoxydiert und ein enges Rohr (6) aus geeignetem' Einschmelzglas auf den voroxydierten Stababachnitt auf- und an den längeren Rohrabschnitt (8) artgeschmolzen und . der Wolframstab (5) so in das Fußrohr (10) eingeführt wird, daB das zuletzt aufgeschmolzene Glas in das Innere des Fußrohres (10) xelangt.