DE1908458B2 - Verwendung von bleifreien borsilikatglaesern fuer blitzlichtlampen - Google Patents

Verwendung von bleifreien borsilikatglaesern fuer blitzlichtlampen

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DE1908458B2 DE19691908458 DE1908458A DE1908458B2 DE 1908458 B2 DE1908458 B2 DE 1908458B2 DE 19691908458 DE19691908458 DE 19691908458 DE 1908458 A DE1908458 A DE 1908458A DE 1908458 B2 DE1908458 B2 DE 1908458B2
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Description

in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus Legierungen der Zusammensetzung
Ni 27 bis 32%
Co 14 bis 19%
Mn, weniger als 1 %
Rest Eisen
für die Glashülle von Gar.zglas-Zwergblitzlichtlampen und einer Füllung von Sauerstoff unter einem Druck von über 8 at und brennbaren Metallen, deren Oxide einen Schmelzpunkt über 2200 C haben.
2. Verwendung von an sich bekannten Gläsern der Zusammensetzung
SiO.. 68 bis 73 Gewichtsprozent
B20:i 13 bis 17 Gewichtsprozent
ALO:i 2 bis 4,5 Gewichtsprozent
Alkalioxide ... 7 bis 9 Gewichtsprozent
BaO O bis 2 Gewichtsprozent
in Verbindung mit elektrischer', Zuleitungen aus Legierungen der Zusammensetzung
Ni 27 bis 32%
Co 14 bis 19%
Mn. weniger als 111Z0
Rest Eisen
für die Glashülle son Gan/.ekis-Zweniblitzlichtu'mViPCm iir.d cir.er Füü'.'.p.g von Sauerstoff unter einem Druck von über Sat und brennbaren Metallen, deren Oxide einen Schmelzpunkt über 2200 C haben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung an sich bekannter Gläser für die Glashül'ie von Zwerg- oder Miniatur-Photoblitzlichilampen des Ganzglas-Typs.
Es ist bekannt, daß die Lichtausbeute einer Photoblitzlampe pro Volumeinheit durch eine größere Dichte des Füllmaterials, d. h. eine höhere Beschickung mit einem brennbaren Metall und eine entsprechende Steigerung der Sauerstoffmeng: in der Lampe erhöht werden kann. Eine Vergrößerung der Sauerstoffmenge hat bei vorgegebenem lichten Kolbcnvolumen eine Erhöhung des Saticrstoffdrucks zur Folge. Diesem muß der Glaskolben statisch und auch beim Abblitzen gewachsen sein.
im Laufe der Jahre wurden Erhöhungen der Gesamtlichtabgabe pro Volumeinheit des Lampcnmantels durch Verwendung siärk.cici LiimiiciiinäuU.!, stärkerer Beschichtungen, und verbesserter Arbeitsverfahren der Verteilung des fadenförmigen Brennstoffs in dem Lampenmantel möglich. Der Fülldruck des Sauerstoffs und die Menge des Zirkoniums wurden so hoch gewählt, wie es die Druckfestigkeit der Kolben gegenüber dem beim abbrennenden auftretenden Spitzendruck zuließ (deutsche Auslegeschrift 1 237 433).
An einer nur für Laboratoriumszwecke geeigneten Lampe wurde festgestellt, daß der Bruch des Glas-ίο kolbens bei höherem Sauerstoffdruck und einer entsprechenden, etwa stöchiometrischen Menge des brennbaren Metalls (Aluminium) weder durch eine Innenoder Außenbeschichtung noch durch die Verwendung von Quarzgläsern an Stelle der üblichen Kalk- oder Bleigläser verhindert werden kann, und desl;· .b vorgeschlagen. Photoblitzlampen mit einem Coppelmantel aus Quarzglas zu versehen (USA.-Patentschrift
2 865 186). Diese Lösung ist aus Material- und Fertigungsgründen viel zu aufwendig, um auf kommerzielle Photoblitzlampen übertragbar zu sein. Sowohl Quarzglas als auch andere Gläser mit hohem Siliciumdioxydgehalt sind infolge ihrer hohen Erweichungstemperaturen und anderer Eigenschaften schwer zu bearbeiten. Sie erfordern Zuleitungen aus Molybdän oder Wolfram, die infolge ihrer Starrheil, Sprödigkeit und erforderlicher Vorbehandlungen für Photoblitzlampen unerwünscht sind. Ferner ist bekannt, die Zündmittel so weit in das Gefäßende zu verlegen, daß wenigstens 751V0 des Koibeuvolumens nur Sauerstoff und feinverteiltes brennbares Material enthalten (deutsche Auslegeschrift 1 189 852). Diesem Vorschlag war in der Praxis kein Erfolg beschieden, weil eine Verkleinerung der Zündmittel auf icrtigiingitechn; sehen Grenzen nur in beschränktem Umfang möglich ist und zudem hinsichtlich der Lichtausbeute nur eine geringfügige Verbesserung brachte.
Mit den handelsmäßig unter der Bezeichnung AG-I. AG-3 und Wiirfelblitzlampen bekannten Produkten wurde bezüglich Lichtausbeute pro Volumeinheit ein Leistungsniveau erreicht, das seit mehr als 10 Jahren nichi überschritten wurde. Die Zwergblitzlichtlan.pc AG-I wird in der deutschen Patentschrift 1 146 364 und die Lampe AG-3 in der USA.-Patentschrift
3 304 750 beschrieben. Diese Lampen sind aus Bleiglas ts hergestellt und haben Zuleitungen aus emer Legierung mit 54"/0 Fe und 46% Ni mit einem Kupfci überzug. Obwohl frühere Untersuchungen zu Voraussagen geführt haben, dahingehend, daß es möglich sein würde. Photoblitzlampcn herzustellen mit einer Fähigkeit zur Lichierzeugung, die beträchtlich über den etwa 6500 Im sek/cem inneren Volumens der Photoblitzlampe Type AG-I, S800 Im sec/cem der Würfelblitzlamr«1 und 9000 Im see/cem der Photoblitzlampc Type AG-3 liegt, haben diese Forschunger. bisher noch keine Früchte bei konimcraci! brauchbaren Lampen getragen.
Es wurde ferner angenommen, daß die gegenwärtigen Pholoblitzlanipp.n nicht wesentlich verbessert werden können, weil sie nahe der maximalen theoretischen Farbtemperatur für die Verbrennung von Zirkonium und für angenäherte schwarze Körper als Strahler arbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekennten Ganzglas-Zwergblitzlichtlampen ungeachtet dieses Vorurteils und der bekannten Schwierigkeiten hinsichtlich der Lichtleistung weiter zu verbessern und erforderlichenfalls noch weiter zu verkleinern. Es Wurde Ccf'-l'^dcr.. daß dicc ^?1 Vr>rivi»nr)iino von Gläsern
1 908 4b8
möglich ist, die sich hinsichtlich ihres Verhaltens beim Abblitzen grundlegend von den für Zwergblitzlichtlampen bisher \erwendeten Bleigläsern unterscheiden, weil sie beim Auf treffen von Verbrennungsrücksi-lnden, wie glühendem Metall- oder Metaiioxydleilche^ nicht zerspringen, sondern schachtförmig absplittern bzw. '»schiefern« und dadurch die Ausbildung und fortpflanzung von Sprüngen in der Glashülle und durch sie hindurch verringern und verzögern.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von an Mch bekannten Gläsern der Zusammensetzung
SiO... 60 bis 65 Gewichtsprozent
B2O;, 19 bis 23 Gewichtsprozent
ALO., 8 bis 9 Gewichtsprozent
Alkalioxide 4.5 bis 5,5 Gewichtsprozent
Bau 2 bis 4 Gewichtsprozent
in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus Lef ierungen der Zusammensetzung
Ni 27 bis 32%
Co 14 bis 19%
Mn, weniger als 1 %
Rest Eisen
für die Glashülle von Ganzglas-Zwergblitzlichtlampen imd einer Füllung voii Sauerstoff unter einem Druck von über S al und brennbaren Metai-^n, deren Oxide einen Schmelzpunkt über 2200 C haben.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ti ; Verwendung \on an sich bekannten Gläsern der Zusammensetzung
SiO., .. .. 68 bis 73 Gewichtsprozent
Β.,Ο; 13 bis 17 Gewichtsprozent
ΑΙ,Ο, 2 bis 4,5 Gewichtsprozent
Alkaiioxide 7 bis 9 Gewichtsprozent
BaO O bis 2 Gewichtsprozent
4u
in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus Legierungen der Zusammensetzung
Ni 27 bis 32"/,,
Co 14 bis 10%
Mn. weniger als 1 %
Rest Eisen
für die Glashülle von Ganzglas-Zwcrgblitzlichtlampen und einer Füllung von Sauerstoff unter einem Druck von über 8 at und brennbaren Metallen, deren Oxide einen Schmelzpunkt über 2200 C haben.
Mit der Erfindung hat sich gezeigt, daß das Zerplatzen der vorbekannten Zwergblitzlichtlampen aus Bleiglas weniger auf ilen sogenannten Spitzendruck beim Abblitzen als vielmehr auf das Zerspütt·".:1. durch das erwähnte Auftreffen glühender Partikel zurückzuführen ist. Tatsächlich."erreicht der Spitzendruck nicht, wie angenommen (deutsche Auslegeschrift 1 237 433), ein Vielfaches des ursprünglichen statischen Drucks der Sauerstoffüllung, sondern ist bei einem etwa slöchiomctrischcn Verhältnis von O2: Zr nur etwa 50% höher. Es hat sich gezeigt, daß die Theorie, derzLilolge die vorbekannten Photoblitzlampen nicht wesentlich verbessert werden konnten, weil sie nahe der maximalen theoretischen Farbtemperatur für die VeriTrennung von Zirkonium und für angenäherte ai/e Körper ais Strahler arbeiieii, mein /.uunTi.
Tatsächlich ist eine Blitzlampe, die fadenförmiges brennbares Material verwendet, solange kein einem schwarzen Körper vollständig entsprechender Strahler, wie düi brennbare Material nicht den ganzen scheinbaren Querschnitt der Lampe anfüiU. während es ^ich auf seiner Höchsttemperatur befindet. Diese Bedingung ist in den bekannten kommerziellen Lampen von einer Realisierung noch weit entfernt. Daher war die theoretische Obergrenze in der Lichtausgangsleistung pro Volumeinheit bei den vorbekannten Blitzlichtlampen tatsächlich noch nicht erre:cht.
Die anspruchsgemäß zu verwendenden bleifreien Borsilikatgläser ergeben in Verbindung mit elektrisehen Zuleitungen aus handelsüblichen Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen mit weniger als 11V0, vorzugsweise weniger als 0,5% Mangan, auf den üblichen mit großer Geschwindigkeit laufenden Maschinen verarbeitet werden können, und zu\erlä?>sige spannungsfreie Abdichtungen an der Fußquetschung.
Eine spezifische Glaszusammensetzung für die Glashülle enthält angenähert: 21%, B..O„"s.4%, ALO,, 3% BaO, 2,3" „ Na2O, 2.4 "/0 K2O. 0,5" u Li2O "und der Rest SiO2 hat ein »alpha« \on 47 und ist handelsmäßig als 7052-Glas bekannt. Eine andere spezifische Zusammensetzung! enthält 15U/O B.,O-„ 3,5% Al.,0,. 7 bis 7,5% Na2O, 1,2% K2O, 1%'ßaO, 0,3%" F, 0,3% Sb2O1, und der Rest SiO2 und hat ein »alpha* von etwa 51 und ist als 706x1-Glas bekannt.
Die vorzugsweise in Verbindung mit den genannten harten Borsilikatgläsern zu verwendenden elektrischen Zuleitungen bestehen aus Legierungen der allgemeinen Zusammensetzung: 27 bis 32% Ni, 14 bis 19% Co, weniger ats I1V0 Mn, Rest Eisen mil Aufnahme von ursprünglichen Verunreinigungen. Die Zusammensetzun= eines besonders geeigneten Leiiungsmatenals isl clwa 54"/« Fe· 29'" N'· 17% <-'°- «en.ger a!s °<5 % Mn' wcmSer als °"2 " bl und NVCm-er als
Obgleich die vorliegende Erhndung Vortene lur mit mäßigem Druck belastete Lampen hat, werden ihre größten Vorteile bei hochbelasteten Lampen realisiert, wie solchen mit Sauerstoffdrücken von mindestens ο at und vorzugsweise 8 bis 20 al. Das brennbare Material ist auch bei den erfindui-.gs.aemäß hergestellten Lumper, ein fadenförmiges hrennh.ires Metall oder eine Legierung, welche ein Oxid mit einem Schmelzpunkl oberhalb 2200 C haben, vorzugsweise Zirkon in Mengen von mindestens 45 mg'cnr' des Lampenvolumens. Die Lampen enthalten vorzugsweise das fadenförmige Brennmaterial in einer Menge von mindestens 80 Molprozent der Menge, die für die Bildung einer stabilen stöchiometrischen Verbindung mit dem Sauerstoff erforderlich ist. Mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Gläsern können Lampen mit einer Liehtausgangsleistimji von mindestens 12 500 Im scm' hergestellt werden. Durch die Auswahl des Glases gelingt es auch bei großtechnischer Herstellung den Sauerstoffdruck und die Lichtausbeute gegenüber den bekannten AG-3 Lampen zu verdreifachen.
Die Herstellung der Ganzglas-Zwergblitzlichtlampen aus den hierfür beanspruchten Materialien erfolgt vorzugsweise nach dem in der deutschen Palentschrift 1 146 364 beschriebenen Verfahren. Andere Verfahren können ebenfalls für die Hei stellung solcher Lampen geeignet sein.
Wie schon erwähnt, werden während des Verbrennungsvorgangs winzige Partikel der Verbrennungs-1 uv-kslunuc, ciii3^.ii'ii^uii>.ii NiCid
C uPo gcscrrC
zenes Metall, wie Zirkoniumoxid und Zirkoniummetall, gegen die inneren Oberflächen der Lampenwand geschleudert. Der daraus resultierende Wärmeschock und mechanische Schock führen normalerweise zu einem allgemein sich seitwärts fortsetzenden Bruch, welcher die Glaswände von röhrenförmigen Allglas-Photoblitzlampen der Typen AG-I, AG-3 und Würfel'ampen nach dem Stand der Technik durchdringt. Risse in dem Abdichtungsbereich können der Arbeitsweise der Lampe noch abträglicher sein. Brennbares Material aus Zirkonium und das Zirkoniumoxid (ZrO.) sind noch ernster und schädlicher für die Glashüllen als Aluminium und Aluminiumtrioxid (AI2On) wegen des höheren Schmelzpunktes und der geringeren Verdampfbarkeit von Zirkonciioxid. Das gleiche trifft allgemein für andere Oxide Mi, welche bei Temperaturen wesentlich über dem Schmelzpunkt von Aluminiumoxid, beispielsweise oberhalb 2200' C, schmelzen.
Die eiTindungsgemäß zu verwendenden ausgewählten Borsilikatgläser führen zu einem anderen Typ des vorherrschenden Bruchmechanismus des Glases als das normalerweise für die Allglas-Photoblitzlampen nach dem Stand der Technik verwendete 001-Bleiglas.
Scheinbar ist bei dem Aufprall der Teilchen der heißen Verbrennungsprodukte auf das Glas die Wärmeleitfähigkeit des Glases nach der vorliegenden Erfindung niedrig genug und der Elastizitätsmodul und der Wärmeausdehnungskoeffizient sind groß genug, um eine beträchtliche Menge von Abschäiung, Absplitterung oder »Abschieferung« der inneren Oberfläche der Lampe an den Aufprallpunkten zu verursachen und damit die thermischen und die mechanischen Spannungen in dem Glas zu mindern. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist jedoch nicht so hoch, daß er eine übermäßige schädliche Fortpflanzung des Risses durch die Lampenwand hindurch verursacht. Wenn die Vvärmeleitfähigkeit zu hoch wäre, könnte die Wärme in din Glaswand hinein diffundieren, bevor das Abblättern mit der einhergehenden Minderung der Spannung eintreten könnte. Die Wärmeübergangscharakteristiken der Wände von Photoblitzlampen sind ziemlich komplcx, da sie sowohl von der Wärmeleitung als auch von der Wärmestrahlung beeinflußt werden und das momentane Temperaturprofil längs der Dicke einer Lampenwand kann nicht mit Genauigkeit vorhergesagt werden, besonders wenn lokalisierte l-.ffekie von Tröpfchen geschmolzenen Oxids in Betracht gezoger werden müssen. Der Elastizitätsmodul besiimrm die Spannuni:, die durch eine ■ ,gebene. von der Wärmt.·- ausdehnung des Glases verursachte Beanspruchung aufgebaut wird. Wenn die Spannung hoch genug ist.
wird sie einen Bruch des Glases verursachen und vorzugsweise einen überwiegenden oder beirächtlu 'cn A..teil eines Bruches nach Art der Abschälung im Gegensatz zur Art der Kraquelierung.
Es wurden Prüfungen durchgeführt an Proben \on Photoblitzlampen, welche nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Glas Typ 7052 für die Lampenhülle, gemäß den Angaben auf Tabelle 1. hergestellt wurden. Die Lichtausbeuten für diese Lampen betrugen 14 700 und 13 000 Im scm3. Diese Ausgangsleistungen liegen in einem Bereich zwischen 180 und 190°/(l in Im s/cm3 relativ zu den höchsten vorherigen Werten von kommerziellen Blitzwürfellampen.
Tabelle 1 Lampenkonstruktion
Parameter Halbwürfellanipe Hochlcisl'. tu gswürfe! lampe
Folienmaterial (Gew. in mg)
Streifenabmessungen in mm
Außendurchmesser, mm
liiiiciiuuiiwiiniuaaci, .-".Hl
Wandstärke, mm
Inneres Volumen (cm3)
Gesamtlänge, cm
Sauerstoff üllune (cm3) (bezogen auf 0"C und
760 Torr)
Zirkonium 22
0,0203 -0,0317- 102
6,42
4,55
0,762
0,36
2,54
5,65
Zirkonium 36
0,0203 -0,0317 · 102
8,64
7 !!
o',762
0,70
2,54
7,62
Diese Lampen verwendeter einen Standardzünder mit 64 Gewichtsprozent .'· koniumpulver, 28 Gewichtsprozent Kaliumperchlorat und 8 Gewichtsprozent Magnesiumpulver hei einer Menge von etwa 0,002 g pro Lampe und verwendeten einen Wolfram-3(7o-Rhenium-Heizdraht mit einem Durchmesser von O,O178mm und einem Abstand von etwa 1,4 mm zwischen den elektrischen Zuleitungen.
Die Lampen wurden mit einer etwa 0,229 mm dicken Schicht au.> Celluloseacetat versehen. Der Sauerstoffgehalt, ausgedrückt als prozentualer Anteil der stöchiometrisch erforderlichen Menge zur Verbindung mit dem gesamten vorhandenen Zirkonium, betrug 100'V0 für^die Halbwürfcllampe und 80U/0 für die Hochleistungswürfellampe.
Al;" ei"·" "Όίΐ γ·ι*~ -j.,., 11..,.Ui.,;,- „^,...•-,„r„i
lampen üblicher Bauart und neue socenannte Halbwürfellampen hergestellt, die bei der gleichen Länge, wie die bekannten Würfelblitzlampen, nur die halbe Querschnittsfläche, aber eine etwa gleiche Leistungsfähigkeit besitzen. Reim Abblitzen blieben diese Lampen sämtlichst heil. Bei der Herstellung aus 001-Bleiglas zerbrachen 10% der Halbwürfellampen und 25'V0 der Hochleistungslampen. Daran zeigt sich die Bec".?utung der Wahl der für die Glashüllc von Lampen mit hoher Beladung verwendeten Glassorten.
Das Glas Type 7740, welches normalerweise als Pyrcx-Glas bezeichnet wird, und andere ähnliche Gläser ergeben nicht ein akzeptierbares Produkt, wenn man aus ihnen Photoblitzlampen der hier beschriebenen Art macht, wegen des nicht zulässigen hchc" Anteil.. von Brüchen 'n ^11 Ahrlirhiimpshereichen, welche sich aus den Spannungen ergeben, die
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durch eine schlechte Anpassung von Glasmaterialien und Materialien für die elektrischen Zuleitungen verursacht werden. Ebenso reagieren Gläser, welche beträchtliche Mengen von PbO enthalten, mit den eisenhaltigen Zuleitungsdrähten während des Abdichtungsvorgangs und erzeugen Blasen und nicht zulässige undichte Dichtverbindungen.
Dies bestätigen auch Vergleichsversuche mit Blitzlichtlampen mit Hüllen aus verschiedenen Glassorten:
1. Pyrex als Vertreter der Quarzgläser,
2. das Glas 001 mit 20,8% PbO als Vertreter von Bleigläsern mit hohem Bleigehalt,
3. das Glas 7720 als Vertreter von bleihaltigen
Borsilikatgläsern (6,6% PbO) und schließlich
4. das Glas Nr. 7052 als Vertreter eines erfindungsgemäß zu verwendenden Borsilikatglases.
Einige Dutzend Blitzlampen wurden unter Verwendung jeder der vier vertretenen Glassorten hergestellt. Bei diesen Lampen handelte es sich zur Hälfte um solche des Halbwürfeltyps, die die folgenden Merkmale aufwiesen:
Zugeführte Zirkoniummenge ... 22 mg
Birnenvolumen 0,36 ecm
Wandstärke der Birne 0,75 mm
7iii»efiihrte Mense O„ 5.65 ecm
Die andere Hälfte der Lampen waren solche des würfelförmigen Hochleistungstyps, die die folgenden Merkmale aufwiesen:
Stöchiometrische Menge O2: Zr
100%
Zugeführte Zirkoniummenge ... 36 mg
Birnenvolumen 0,70 ecm
Wandstärke der Birne 0,75 mm
Zugeführte Menge O2 7,52 ecm
Stöchiometribche Menge O2: Zr 80%
ίο Alle Lampen hatten einen Standard-Initialzünder, einen W-Re-Faden und eine äußere Cellulosebeschichtung von 0,2 mm Stärke.
Die Photoblitzlampen aus Bleiglas 001 mußten Zuleitungen aus einer mit Kupfer überzogenen Eisen-Nickel-Legierung haben. Die Lampen aus Pyrex, 7720- und 7052-Glas haben Zuleitungen aus einer erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen-Kobalt-Nickel-Lcgierung. Zuerst wurde das Verhalten der Lampen aus Bleiglas auf ihre Haltbarkeit beim Abblitzen untersucht und festgestellt, daß 10 bzw. 25% der Lampen nicht dem Druck gewachsen waren und zerknallten. Die Lampen aus 7720-Glas konnten nicht genrüft werden, weil sie schon undicht aus dei Maschine kamen und den Sauerstoffdruck nicht hielten.
Die Blitzlichtlampen aus Pyrex waren zwar zunächst noch dicht, gingen aber beim Abblitzen fast alle zu Bruch. Nur die Lampen aus 7052-Gias blieben samt· iichst heil. Die Ergebnisse der vier repräsentativer Glasarten sind nachstehend tabellarisch aufgeführt.
PYREX
Blei 001
7720
7052
Zuleitungen
Halbwürfellampen
Würfellampe
Fe-Ni-Co-Legierung
Zerknall
Zerknall
Fe-Ni-Legierung
mit Cu-Überzug
10% Zerknall
25% Zerknall
Fe-Ni-Co-Legierung
undicht und unbrauchbar
undicht und unbrauchbar
Fe-Ni-Co-Legierung
100% stabil
100% stabil
Somit erbrachte nur das Glas 7052 als Vertreter der erfindungsgemäß für Blitzlichtlampen zu ver wendenden Gläser ausgezeichnete Ergebnisse.
309 514/3

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verwendung von an sich bekannten Gläsern der Zusammensetzung
SiO2 60 bis 65 Gewichtsprozent
B,0:l 19 bis 23 Gewichtsprozent
AUO:1 8 bis 9 Gewichtsprozent
Alkaiioxide .. 4,5 bis 5,5 Gewichtsprozent
BaO 2 bis 4 Gewichtsprozent
DE1908458A 1968-02-23 1969-02-20 Verwendung von bleifreien Borsilikat gläsern fur Blitzlichtlampen Expired DE1908458C3 (de)

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