DE1489472B2

DE1489472B2 - Metallstabeinschmelzung fuer hoch- belastete elektrische lampen, insbesondere halogen-gluehlampen, und verfahren zur herstellung der metallstabeinschmelzung

Info

Publication number: DE1489472B2
Application number: DE1965P0038249
Authority: DE
Inventors: Theo; Wurster Ewald Dipl.-Phys. Dr.; 7920 Heidenheim Berlinghof
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, 8000 München
Priority date: 1965-12-01
Filing date: 1965-12-01
Publication date: 1976-10-07
Also published as: DE1489472A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallstabeinschmelzung für hochbelastete elektrische Lampen, insbesondere Halogen-Glühlampen, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zur Herstellung der Metallstabeinschmelzung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 genannten Merkmalen.

Bei einer bekannten Metallstabeinschmelzung für Hochdruckentladungslampen verläuft der Metallstab in einem in das Lampengefäß hinein sich erstreckenden rohrförmigen Gefäßabschnitt, der an dem dem Lampengefäßende nahen Ende aus dem Lampengefäß- , material besteht, an das sich zum Lampengefäßende fernen Ende hin Zwischengläser anschließen mit stufenweisem Übergang der thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Gefäßmaterial zu dem des Metallstabs hin, wobei das das lampengefäßferne Ende bildende Zwischenglas auf den Metallstab aufgeschmolzen ist (deutsche Auslegeschrift 11 32 242).

Bei den hohen Betriebstemperaturen elektrischer Lampen, z. B. Halogen-Glühlampen oder Hochdruckentladungslampen, besteht die Gefahr, daß der heiße Metallstab außen an der Einschmelzstelle an der Luft zu oxidieren beginnt und daß sich diese Oxidstelle allmählich in die Einschmelzung hineinfrißt und sie undicht macht. Die Stabtemperatur an der Einschmelzung kann zwar durch eine Verlängerung des Lampengefäßes und Fußrohrs 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.

Um eine hochtemperaturbeständige Einschmelzung zu erhalten, ist es bekannt, ein blankes Teil eines

3 4

einzuschmelzenden Leiters mit einer dünnen Glashülle Außendurchmesser und einem zur Führung des zu versehen, dann einen an diesen Teil angrenzenden Wolframstabs 5 geeigneten Innendurchmesser umge-Teil des Leiters zu oxidieren, ebenfalls mit einer Glas- formt. Das freie Ende des Rohrabschnitts 12 wird hülle zu versehen, wobei beide Hüllen so zusammen- später längs der Linie A abgetrennt. Der Quarzglasschmelzen, daß keine Grenzfläche zwischen ihnen 5 rohrabschnitt 12 ist mit einem kreisringförmigen Anmehr wahrnehmbar ist, und schließlich den Leiter so satz 13 versehen, auf den das Gefäßrohr 1 aus Quarzeinzuschmelzen, daß der oxidierte Teil des Leiters nach glas nach Fertigstellung der Stabeinschmelzung aufder Außenseite des Entladungsgefäßes hin zu liegen geschmolzen wird, kommt (deutsche Patentschrift 9 63 261). Die sich an das andere Ende des Rohrs 11 anschlie-

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte io ßenden, angeschmolzenen, kurzen Rohrabschnitte

Metallstabeinschmelzung zu verbessern, d. h. eine 14,15 und 16 gleichen Durchmessers sind verschiedene

betriebssicherere Einschmelzung als bisher zu schaffen Zwischengläser.: Das den Rohrabschnitt 14 bildende

und zu lange Lampenenden und schädliche Toträume erste Zwischenglas besteht aus

zu vermeiden. _Sjq _ 85 2V

Diese Aufgabe wird bei einer Metallstabeinschmel- 15 BO ^? · · · · · 9'g 0/

zung für hochbelastete elektrische Lampen, insbeson- aI O ·--..·.·.. $ny

dere Halogen-Glühlampen, mit einem Lampengefäß CaC)³ 0 4V

aus hochschmelzendem Material^ bei der der Metall- BaO³ ·········■··· · 04V

stab in einem in das Lampengefäß hinein sich erstrek- " " ' ' °

kenden rohrförmigen Gefäßabschnitt verläuft, der an «° und hat einen linearen Ausdehnungs-Koeffizienten von dem dem Lampengefäßende nahen Ende aus dem 13 · 10~⁷ pro Grad im Temperaturbereich von O bis Lampengefäßmaterial und zu dem dem Lampengefäß- 300° C. Seine Wärmeausdehnung stimmt soweit mit ende fernen Ende hin aus an das Lampengefäßmaterial der von Quarzglas überein, dessen linearer Wärmesich anschließenden Zwischengläsern mit stuf en weisem ausdehnungs-Koeffizient bei 200° C, 5,18 · 10~⁷ pro Übergang der thermischen Ausdehnungskoeffizienten »5 Grad beträgt, daß eine Verschmelzung gelingt, vom Gefäßmaterial zu dem des Metallstabs hin be- Das den Rohrabschnitt 15 bildende zweite Zwischensteht, und dessen das lämpengefäßferne Ende bildende glas besteht aus

Zwischenglas und nur dieses auf den Metallstab auf- gjQ 81 °/

geschmolzen ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bq 12*/

anschließend an das auf den Metallstab aufgeschmol- 30 a! O 5"/

zene Zwischenglas, das ohne eine aus dem Oxid des q^q \y

Stabmetalls gebildete Zwischenschicht aufgeschmolzen g_ao ..... . \°/

ist, im rohrförmigen Gefäßabschnitt zum Lampengefäßende hin ein weiteres Zwischenglas zwischen- und hat einen linearen Wärmeausdehnungs-Koeffischichtfrei auf den Metallstab aufgeschmolzen ist und 35 zienten von 18 · 10~⁷ pro Grad im Temperaturbereich daß anschließend an dieses dann ein Einschmelzglas von 0 bis 300° C.

mittels einer Zwischenschicht aus dem Oxid des Das den Rohrabschnitt 16 bildende dritte Zwischen-

Stabmetalls auf den Metallstab aufgeschmolzen ist, glas besteht aus

das die Metallstabeinschmelzung vor einer Oxidation gjQ 76 0 V

von außen schützt. 40 r» q 150°/

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und das ^j q " ' j'q γ

erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich aus den CaO³ 1*5 /

Unteransprüchen. BaO 15 V

In der Zeichnung ist ein Äusführungsbeispiel der "" ' ' ' ' °

Erfindung dargestellt. 45 und hat einen linearen Ausdehnungs-Koeffizienten von

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Halogen-Glüh- etwa 22 · 10~⁷ pro Grad im Temperaturbereich von

lampe hoher Leistung mit fertigen Einschmelzungen. 0 bis 300° C. Der Rohrabschnitt 16 aus dem dritten

Fig. 2 zeigt ein Ende der Lampe von Fig. 1 in Zwischenglas ist an seinem freien Ende nach innen

größerem Maßstab. eingezogen.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt das Aufschieben des 50 Auf den Wolframstab 5 sind drei Rohrabschnitte

vorgefertigten rohrförmigen Gefäßabschnitts auf den 6,7, 8 aufgeschmolzen, die ebenfalls aus verschiedenen

mit den aufgeschmolzenen Gläsern versehenen Me- Glassorten bestehen. Der Rohrabschnitt 8 besteht wie

tallstab. der Rohrabschnitt 16 aus dem dritten Zwischenglas.

In Fig. 1 ist das Lampengefäß aus Quarzglasrohr Dabei ist, wie Fig. 3 zeigt, aus dem dritten Zwischen-

mit 1 bezeichnet. Der Pumpstutzen 2 sitzt hier etwa in 55 glas durch Überwickeln des Rohrabschnitts 8 noch

der Mitte des Gefäßrohrs 1. Der Leuchtkörper 3 aus ein Wulst 9 von etwa 6 mm Durchmesser gebildet, auf

gewendeltem Wolframdraht wird von mehreren Draht- den später der vorgefertigte rohrförmige Abschnitt 10

stützen 4 in seiner Lage gehalten und ist mit seinen aufgeschmolzen wird.

Enden auf einen Wolframstab 5 aufgeschraubt. Der Das den Rohrabschnitt 7 bildende vierte Zwischen-

Leuchtkörper 3 kann für Leistungsaufnahmen von ^6o glas ist ein reines Borosilikatglas und sein Ausdeh-

5000, 10000 oder 20000 W an 220 V Spannung nungskoeffizient beträgt im Temperaturbereich von

ausgelegt sein. 50 bis 350° C 32,5 · IO-⁷ pro Grad.

Der Wolframstab 5 verläuft in einem rohrförmigen Rohrabschnitt 6 ist ein Einschmelzglas, das aus Gefäßabschnitt 10, der aus den Rohrabschnitten 11,

14, 15 und 16 gebildet wird (Fig. 2, 3). Der wie das 65 SiO₂ 75,60%

Lampengefäß aus Quarzglas bestehende Abschnitt 11 B₂O₃ 15,30 %

mit 13 mm Außendurchmesser ist an seinem äußeren Al₂O₃ 2,22 %

Ende zu einem dickwandigen Rohr 12 mit kleinerem CaO 0,50 %

5 6

MgO.. .'J 0,25 % lange Rohrabschnitt 7 aus dem vierten Zwischenglas.

K₂O-:■:-. 1,72 % Dann wird der Stab 5 neben dieser Aufschmelzstelle

Na₂O ... 4,08% anoxidiert und der 8 mm lange Rohrabschnitt 6 aus

Fe₂O₃ ... 0,03% dem Einschmelzglas aufgeschmolzen. ,

; 5 Wie durch Pfeil 17 in Fig. 3 angedeutet, wird der besteht und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten Wolframstab 5 dann in den rohrförmigen Gefäßvon 39 · 10-7 pro Grad im Temperaturbereich von abschnitt 10 geschoben, wobei die eingezogene Stelle 20 bis 300° C hat. Seine Wärmeausdehnung stimmt des Rohrabschnitts 16 dem Wulst 9 nahe kommt, also fast mit der von Wolfram überein; der lineare Darauf werden diese beiden aus dem dritten Zwischen-Ausdehnungskoeffizient von Wolfram ist 45 · 10~⁷ pro i° glas bestehenden Teile 16 und 9 miteinander verGrad. Das Einschmelzglas 6 verbindet sich vermöge schmolzen. : , , .
einer in der Zeichnung nicht erkennbaren Zwischen- Abschnitt 10 wird mit dem eingeschmolzenen schicht aus Wolframoxid vakuumdicht mit dem Stab 5. Wolframstab in das Gefäßrohr 1 eingeführt und das Die Wolframoxidschicht kann auf dem blanken Quarzglasrohr 1 wird mit dem Quarzglas-Ansatz 13 Wolframstab 5 dadurch gebildet werden, daß der Stab 15 verschmolzen. Durch > die für diese Quarzglasveran der Aufschmelzstelle unmittelbar vor dem Auf- Schmelzung erforderliche starke Erwärmung kann das schmelzen in einer Brennerflamme auf Rotglut erhitzt der Verschmelzungsstelle verhältnismäßig nahe Hewird. Die gelungene Einschmelzung ist an einer hell- gende Einschmelzglas, dessen Erweichungspunkt bei bis dünkelbraunen Färbung erkennbar. Die Wolfram- 590⁰C liegt, erweichen, so daß der Wolframstab 5, oxidschicht verbindet sich beim Aufschmelzen innig »° wenn er nur in das Einschmelzglas eingeschmolzen mit dem Glas und verhindert auf diese Weise zuver- wäre, seine Lage ändern könnte. Da der Stab 5 jedoch lässig ein schädliches Oxidieren des Wolframstabs 5 hauptsächlich durch den langen Rohrabschnitt 8 aus von außen her. ■ einem Glas gehalten wird, dessen Erweichungspunkt Bei der Herstellung der Einschmelzung wird zuerst der wesentlich höher ist (Erweichungsbeginn bei 730⁰C) 2 cm lange Rohrabschnitt 8 in Wasserstoff-Atmosphäre 35 und da das Rohrstück 8 überdies auch weiter von der auf den blanken Wolframstab 5 von 3 mm Durch- Quarzglas-Verschmelzungsstelle entfernt ist, bleibt die messer aufgeschmolzen. Darauf folgt ebenso der 4 mm Halterung des Stabs 5 ungefährdet. _:

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallstabeinschmelzung für hochbelastete elektrische Lampen, insbesondere Halogen-Glühlampen, mit einem Lampengefäß aus hochschmelzendem Material, bei der der Metallstab in einem in das Lampengefäß hinein sich erstreckenden rohrförmigen Gefäßabschnitt verläuft, der an dem dem Lampengefäßende nahen Ende aus dem Lampengefäßmaterial und zu dem dem Lampengefäßende fernen Ende hin aus an das Lampengefäßmaterial sich anschließenden Zwischengläsern mit stufenweisem Übergang der thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Gefäßmaterial zu dem des Metallstabs hin besteht, und dessen das lampengefäßferne Ende bildende Zwischenglas und nur dieses auf den Metallstab aufgeschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an das auf den Metallstab aufgeschmolzene Zwischenglas (8), das ohne eine aus dem Oxid des Stabmetalls gebildete Zwischenschicht aufgeschmolzen ist, im rohrförmigen Gefäßabschnitt (10) zum Lampengefäßende hin ein weiteres Zwischenglas (7) zwischenschichtfrei auf den Metallstab (5) s5 aufgeschmolzen ist und daß anschließend an dieses dann ein Einschmelzglas (6) mittels einer Zwischenschicht aus dem Oxid des Stabmetalls auf den Metallstab aufgeschmolzen ist, das die Metallstabeinschmelzung vor einer Oxidation von außen schützt.

2. Metallstabeinschmelzung nach Anspruch 1, insbesondere Wolframstabeinschmelzung, dadurch gekennzeichnet, daß der ohne eine aus dem Oxid des Stabmetalls gebildete Zwischenschicht auf den Stab (5) aufgeschmolzene Zwischenglasabschnitt (8) sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des rohrförmigen Gefäßabschnitts (10) erstreckt und ein auf dem Zwischenglasabschnitt (8) ansetzender Ringwulst (9) vorgesehen ist, auf den der aus gleichem Glas bestehende Zwischenglasabschnitt (16) des rohrförmigen Gefäßabschnitts (10) aufgeschmolzen ist, während der auf den Stab (5) zwischenschichtfrei aufgeschmolzene weitere Zwischenglasabschnitt (7) sowie das mit Oxid-Zwiselenschicht aufgeschmolzene Einschmelzglas (6) ganz im Inneren des rohrförmigen Gefäßabschnitts (10) angeordnet sind.

3. Metallstabeinschmelzung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Stab (5) aufgeschmolzene, sich innerhalb und außerhalb des Gefäßabschnitts (10) erstreckende Zwischenglas (8) bei höheren Temperaturen erweicht als das Einschmelzglas (6), so daß es die Halterung des Stabs (5) in der Einschmelzung auch bei starken Erwärmungen sichert.

4. Verfahren zur Herstellung einer Metallstabeinschmelzung, insbesondere einer Wolframstabeinschmelzung, nach Anspruch 1 bis 3, bei dem zur Bildung des rohrförmigen Gefäßabschnitts ein Quarzglasrohr an einem Ende zu einem dickwandigen Rohr mit kleinerem Außendurchmesser und einen zur Führung des Wolframstabs geeigneten Innendurchmesser umgeformt wird und an das andere Quarzglasrohrende kurze Rohrabschnitte gleicher Durchmesser aus Zwischengläsern angeschmolzen werden, bei dem ferner auf den blanken Wolframstab ein engerer, längerer Rohrabschnitt aus dem gleichen Material wie das zuletzt an das Quarzglasrohr angeschmolzene Zwischenglas, das in seinem Ausdehnungsverhalten soweit zu Wolfram paßt, daß es in Wasserstoffatmosphäre aufgeschmolzen werden kann, angebracht, ein Ringwulst auf dem aufgeschmolzenen Rohrabschnitt gebildet, der rohrförmige Gefäßabschnitt über den Wolframstab geschoben und mit seinem Zwischenglasende auf den Ringwulst aufgeschmolzen und in das Lampengefäßrohr aus Quarzglas eingeführt wird und das Lampengefäßrohrende auf den dickwandigen Rohransatz des rohrförmigen Gefäßabschnitts aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung des Ringwulsts (9) auf dem längeren Zwischenglasrohrabschnitt (8) ein weiterer enger Rohrabschnitt (7) aus geeignetem Zwischenglas in Wasserstoffatmosphäre auf den blanken Wolframstab (5) auf- und an den längeren Rohrabschnitt (8) angeschmolzen, deF anschließende Stababschnitt rundum anoxidiert und ein enges Rohr (6) aus geeignetem Einschmelzglas auf den voroxidierten Stababschnitt auf- und an den Zwischenglasrohrabschnitt (7) angeschmolzen und der Wolframstab (5) so in den rohrförmigen Gefäßabschnitt (10) eingeführt wird, daß die zuletzt aufgeschmolzenen Gläser (6, 7) in das Innere des rohrförmigen Gefäßabschnitts (10) gelangen.