DE19603300C2 - Electric lamp with molybdenum foil bushings for a lamp vessel made of quartz glass - Google Patents
Electric lamp with molybdenum foil bushings for a lamp vessel made of quartz glassInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit einem Lampengefäß aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electric lamp with a lamp vessel Quartz glass, which is provided with molybdenum foil bushings, according to the preamble of claim 1.
Lampengefäße aus Quarzglas besitzen üblicherweise mindestens zwei Mo lybdänfoliendurchführungen, die erstens einen gasdichten Verschluß des Lampengefäßes gewährleisten und zweitens die elektrische Spannungsver sorgung des im Innenraum des Lampengefäßes angeordneten Leuchtmittels ermöglichen. Da sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas und Molybdän sehr stark unterscheiden (αQuarz = 0,5 . 106 K-1, αMolybdän = 5,8 . 106 K-1), kann ein beständiger gasdichter Verbund dieser beiden Materialien nur bei bestimmten Geometrien des Molybdänquarzglasver bundes erzielt werden. Üblicherweise werden für die Molybdänfoliendurch führungen in Lampengefäßen aus Quarzglas dünne Molybdänfolien, deren Dicke ca. 15 µm bis 100 µm beträgt, verwendet. In der Breite und der Länge messen diese Molybdänfolien mehrere Millimeter oder sogar Zentimeter. Wegen der geringen Dicke der Molybdänfolien ist deren Schrumpfung senk recht zur Folienebene in der dem Einschmelzungsprozeß folgenden Abküh lungsphase vernachlässigbar gering. In Längs- und Querrichtung schrump fen die Molybdänfolien während der Abkühlungsphase allerdings wesent lich stärker als das sie umschließende Quarzglas, so daß in dem Molybdän- Quarzglas-Verbund enorme mechanische Spannungen auftreten, die bei un genügender Duktilität des Molybdäns zum Zerreißen der Molybdänfolien führen können. Die ausreichende Duktilität des Molybdäns wird üblicherweise durch eine Dotierung der Molybdänfolien mit Kalium und Silizium gewährleistet. Um eine gute Haftung zwischen Molybdänfolie und Quarzglas zu erzielen, wird die Oberfläche der Molybdänfolie in der Regel durch Ätzen oder Sandstrahlen aufgerauht. Außerdem sind zu diesem Zweck die Molybdänfolien im Querschnitt lanzettförmig ausgebildet.Lamp vessels made of quartz glass usually have at least two Mo lybdenum foil bushings, which firstly ensure a gas-tight closure of the lamp vessel and secondly enable the electrical voltage supply of the lamp arranged in the interior of the lamp vessel. Since the thermal expansion coefficients of quartz glass and molybdenum differ greatly (α quartz = 0.5. 10 6 K -1 , α molybdenum = 5.8. 10 6 K -1 ), a permanent gas-tight bond between these two materials is only possible with certain geometries of the molybdenum quartz glass composite can be achieved. Thin molybdenum foils, the thickness of which is approximately 15 μm to 100 μm, are usually used for the molybdenum foil leadthroughs in lamp vessels made of quartz glass. These molybdenum foils measure several millimeters or even centimeters in width and length. Because of the small thickness of the molybdenum foils, their shrinkage perpendicular to the foil plane is negligible in the cooling phase following the melting process. In the longitudinal and transverse directions, however, the molybdenum foils shrink significantly more strongly than the quartz glass surrounding them during the cooling phase, so that enormous mechanical stresses occur in the molybdenum-quartz glass composite, which can lead to tearing of the molybdenum foils if the molybdenum is insufficiently ductile. The sufficient ductility of the molybdenum is usually ensured by doping the molybdenum foils with potassium and silicon. In order to achieve good adhesion between the molybdenum foil and quartz glass, the surface of the molybdenum foil is generally roughened by etching or sandblasting. For this purpose, the molybdenum foils are also lancet-shaped in cross section.
Die DE 40 02 973 A1 beschreibt Molybdänmaterial, insbeson dere für die Lampenherstellung, das eine Reinheit von mindestens 99,97 Gewichts prozent und als alleiniges Dotiermaterial Aluminium aufweist.DE 40 02 973 A1 describes molybdenum material, in particular for lamp manufacture, which has a purity of at least 99.97 weight percent and has aluminum as the sole doping material.
Die DE 40 02 974 A1 offenbart Molybdänmaterial, insbesonde re für die Lampenherstellung, das mit Kalium, Silizium und Aluminium dotiert ist, wobei der Aluminiumgehalt, bezogen auf das Gewicht, zwischen 80 und 600 ppm beträgt.DE 40 02 974 A1 discloses molybdenum material, in particular re for lamp manufacture doped with potassium, silicon and aluminum, the aluminum content, based on the weight, between 80 and 600 ppm is.
Eine ausführliche Beschreibung von Molybdänfoliendurchführungen in Lampenge fäßen aus Quarzglas findet man in der Dissertation von Wolfgang Thouret "Kon struktion und Technologie der Hochdruckentladungslampen", Technische Hochschu le Karlsruhe, Fakultät für Maschinenwesen, aus dem Jahr 1952. Das Ätzen und Sandstrahlen sowie der lanzettförmige Querschnitt der Molybdänfolien sind auch in der US 4,587,454 offenbart. Die DE 29 47 230 C2 beschreibt Molybdänfolien, die zur Verbesserung der Stromdurchführungen mit Yttriumoxid dotiert sind.A detailed description of molybdenum foil bushings in lamp sets Quartz glass barrels can be found in Wolfgang Thouret 's dissertation "Kon structure and technology of high pressure discharge lamps ", Technische Hochschu le Karlsruhe, Faculty of Mechanical Engineering, from 1952. Etching and Sandblasting and the lancet-shaped cross section of the molybdenum foils are also in US 4,587,454. DE 29 47 230 C2 describes Molybdenum foils used to improve current feedthroughs with yttrium oxide are endowed.
Man unterscheidet die Molybdänfoliendurchführungen in sogenannte Quetschdich tungen und in Molybdänfolieneinschmelzungen, die mit Hilfe eines Unterdruckes im Lampengefäß hergestellt werden.A distinction is made between the molybdenum foil bushings in so-called squeeze tings and in molybdenum foil melts, which with the help of a vacuum in Lamp vessel are made.
Zur Herstellung einer Quetschdichtung wird das vorgefertigte Lampengestell, das zumindest eine Molybdänfolie und die damit verschweißten inneren und äußeren Stromzuführungen sowie das Leuchtmittel, d. h. Glühwendeln oder Entladungselekt roden, umfaßt, in das noch offene Lampengefäß eingeführt, so daß die Molybdänfo lie im zu verschließenden Lampengefäßende angeordnet ist. Anschließend wird das offene Ende des Lampengefäßes auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstem peratur des Quarzglases erhitzt und mit Hilfe eines Formwerkzeuges, beispielsweise mittels Quetschbacken, dichtgequetscht. Unmittelbar nach dem Quetschvorgang wird die Quetschdichtung durch einen Kühlgasstrom zwangsgekühlt. Die Abkühlungsrate liegt hierbei oberhalb von 100 Kelvin pro Sekunde, typi scherweise sogar oberhalb von 250 Kelvin pro Sekunde. Diese rasche Abküh lung erzeugt starke mechanische Spannungen in der Quetschdichtung.The prefabricated lamp frame, the at least one molybdenum foil and the inner and outer welded to it Power supplies and the illuminant, d. H. Incandescent filaments or discharge elect clearing, introduced into the still open lamp vessel, so that the molybdenum fo lie is arranged in the lamp vessel end to be closed. Then that will open end of the lamp vessel to a temperature above the softening temperature temperature of the quartz glass heated and using a mold, for example with squeeze jaws, squeezed tight Immediately after the crushing process the pinch seal is forced-cooled by a stream of cooling gas. The Cooling rate is above 100 Kelvin per second, typically even above 250 Kelvin per second. This rapid cooling lung creates strong mechanical stresses in the press seal.
Zur Herstellung einer Molybdänfolieneinschmelzung wird das vorgefertigte Lampengestell, das zumindest eine Molybdänfolie und die damit verbunde nen inneren und äußeren Stromzuführungen sowie das Leuchtmittel, d. h. Glühwendeln oder Entladungselektroden, umfaßt, in das noch offene Lam pengefäß eingeführt, so daß die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien vollständig im Innenraum des Lampengefäßes angeordnet sind. Anschlie ßend wird das im Bereich der Molybdänfolie befindliche Quarzglas des Lampengefäßes auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Quarzglases erhitzt, so daß das erweichte Quarzglas an die Molybdänfolie bzw. an die Molybdänfolien anfällt. Nach dem Erkalten bildet das Quarzglas des Lampengefäßes mit der Molybdänfolie bzw. mit den Molybdänfolien einen gasdichten Verbund. Das Erkalten der Molybdänfolieneinschmelzung erfolgt üblicherweise mit vergleichsweise geringer Abkühlungsrate, die un terhalb von 100 Kelvin pro Sekunde, typischerweise sogar unterhalb von 50 Kelvin pro Sekunde liegt. Wegen der vergleichsweise langsamen Abküh lung treten in der Molybdänfolieneinschmelzung geringere mechanische Spannungen auf, als in der oben beschriebenen Quetschdichtung. Eine der artige Molybdänfolieneinschmelzung ist beispielsweise in der EP 0 479 088 B2 offenbart.The prefabricated is used to produce a molybdenum foil melt Lamp frame, the at least one molybdenum foil and the associated NEN internal and external power supplies and the illuminant, d. H. Incandescent filaments or discharge electrodes, included in the still open lam Pengefäß introduced so that the molybdenum foil or the molybdenum foils are completely arranged in the interior of the lamp vessel. Then ßend is located in the area of the molybdenum foil Lamp vessel to a temperature above the softening point of the Quartz glass heated so that the softened quartz glass on the molybdenum foil or on the molybdenum foils. After cooling, the quartz glass forms the lamp vessel with the molybdenum foil or with the molybdenum foils a gas-tight composite. The cooling of the molybdenum foil melting usually takes place with a comparatively low cooling rate, the un below 100 Kelvin per second, typically even below 50 Kelvin per second. Because of the comparatively slow cooling mechanical molybdenum foil melting Tensions than in the press seal described above. One of the Molybdenum foil melting is for example in the EP 0 479 088 B2.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Lampe mit einem Lam pengefäß aus Quarzglas zu schaffen, das eine verbesserte, als Quetschdichtung ausge bildete Molybdänfoliendurchführung besitzt. It is the object of the invention to provide an electric lamp with a lam To create a pen vessel made of quartz glass, which is an improved, used as a pinch seal formed molybdenum foil bushing.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkma le des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the characteristic feature le of claim 1 solved. Particularly advantageous versions of the Invention are described in the subclaims.
Die erfindungsgemäßen elektrischen Lampen besitzen ein Lampengefäß aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, die Be standteil mindestens einer Quetschdichtung des Lampengefäßes sind. In der mindestens einen Quetschdichtung ist wenigstens eine Molybdänfolie gas dicht eingequetscht. Die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien sind erfin dungsgemäß mit alkali- und erdalkalifreien Silikaten und/oder Aluminaten und/oder Boraten eines oder mehrerer Elemente aus den Gruppen 3b und/ oder 4b des Periodensystems dotiert. Durch die erfindungsgemäße Dotie rung wird das Auftreten von Rissen in der Quetschdichtung, bedingt durch die hohen mechanischen Spannungen im Molybdän-Quarzglasverbund, verhindert. Der Anteil der erfindungsgemäßen Dotierstoffe in der Mo lybdänfolie bzw. in den Molybdänfolien beträgt 0,01-1,0 Gewichtsprozent. Als besonders vorteilhaft haben sich Dotierstoffanteile zwischen 0,2 und 0,8 Gewichtsprozent erwiesen. Der Alkali- und Erdalkalimetallgehalt ist in den erfindungsgemäßen Molybdänfolien vorteilhafterweise kleiner als 15 ppm. Insbesondere gilt das auch für den Gehalt an Kalium, das die Duktilität der Molybdänfolien erhöht. Die erfindungsgemäße Lampe kann eine Halogen glühlampe, deren Lampenkolben zumindest eine Quetschdichtung aufweist, oder eine Hochdruckentladungslampe, deren Entladungsgefäß oder deren das Entladungsgefäß umschließender Außenkolben wenigstens eine Quetschdichtung besitzt, sein.The electric lamps according to the invention have a lamp vessel made of quartz glass, which is provided with molybdenum foil bushings, which are part of at least one pinch seal of the lamp vessel. At least one molybdenum foil is squeezed in a gas-tight manner in the at least one pinch seal. The molybdenum foil or the molybdenum foils are doped according to the invention with alkali and alkaline earth metal-free silicates and / or aluminates and / or borates of one or more elements from groups 3 b and / or 4b of the periodic table. The doping according to the invention prevents the occurrence of cracks in the pinch seal, due to the high mechanical stresses in the molybdenum-quartz glass composite. The proportion of the dopants according to the invention in the Mo lybdenum foil or in the molybdenum foils is 0.01-1.0 percent by weight. Dopant fractions between 0.2 and 0.8 percent by weight have proven to be particularly advantageous. The alkali and alkaline earth metal content in the molybdenum foils according to the invention is advantageously less than 15 ppm. In particular, this also applies to the potassium content, which increases the ductility of the molybdenum foils. The lamp according to the invention can be a halogen incandescent lamp, the lamp bulb of which has at least one pinch seal, or a high-pressure discharge lamp, of which the discharge vessel or the outer bulb surrounding the discharge vessel has at least one pinch seal.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert.Below, the invention is based on two preferred embodiments tion examples explained in more detail.
Beim ersten, in der Figur abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe. In the first embodiment of the invention shown in the figure is a high-pressure discharge lamp with a base on one side.
Diese Lampe besitzt ein einseitig gequetschtes Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. In nerhalb des Entladungsgefäßes 1 sind zwei Elektroden 2, 3 angeordnet, die jeweils über eine in der Quetschdichtung des Entladunsgefäßes 1 eingebette te Molybdänfolie 4, 5 mit je einer aus dem Entladungsgefäß 1 herausragen den Stromzuführung 6, 7 elektrisch leitend verbunden sind. Das Entla dungsgefäß 1 ist, in geringem Abstand, vollständig von einem einseitig ge quetschten, gasdicht verschlossenen Hüllkolben 8 umgeben. Der Hüllkolben 8 besteht aus Quarzglas, das mit ca. 0,5 Gewichtsprozent Cer dotiert ist. In nerhalb des Hüllkolbens 8 befindet sich Stickstoffgas, das bei Raumtempera tur einen Kaltfülldruck zwischen 600 mbar bis 700 mbar aufweist. Die aus dem Entladungsgefäß herausragenden Stromzuführungen 6, 7 sind jeweils über eine im Quetschfuß des Hüllkolbens 8 eingebettete Molybdänfolie 9, 10 mit je einer aus dem Hüllkolben 8 herausgeführten Stromzuführung 11, 12 elektrisch leitend verbunden. Ein einseitig gequetschter und einseitig gesoc kelter Außenkolben 13 umschließt den Hüllkolben 8 gasdicht. Der Außen kolben 13 ist evakuiert und besteht ebenfalls aus einem mit ca. 0,5 Gewichts prozent Cer dotierten Quarzglas. Die aus dem Hüllkolben 8 herausgeführten Stromzuführungen 11, 12 sind jeweils über eine in der Quetschdichtung des Außenkolbens 13 eingebetteten Molybdänfolie 14, 15 mit je einer aus dem Außenkolben 13 herausragenden Stromzuführung 16, 17 elektrisch leitend verbunden. Die aus dem Außenkolben 13 herausgeführten Stromzuführun gen 16, 17 stehen mit den aus dem Sockel 18 herausragenden Kontaktstiften 19, 20 im elektrischen Kontakt. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwen deten Molybdänfolien sind alle mit 0,5 Gewichtsprozent Gadoliniumalumi nat dotiert.This lamp has a discharge vessel 1 made of quartz glass, which is squeezed on one side and in which an ionizable filling is enclosed in a gas-tight manner. In nerhalb of the discharge vessel 1 comprises two electrodes 2, 3 are arranged, each with a recessed bed in the press seal of the Entladunsgefäßes 1 te molybdenum foil 4, 5 with one of the discharge vessel 1 protrude the power supply 6, 7 are connected electrically conductive. The discharge vessel 1 is, at a short distance, completely surrounded by a one-sided squeezed, gastight sealed envelope flask 8 . The envelope bulb 8 is made of quartz glass, which is doped with about 0.5 weight percent cerium. Inside the envelope piston 8 is nitrogen gas, which has a cold filling pressure between 600 mbar and 700 mbar at room temperature. The current leads 6 , 7 protruding from the discharge vessel are each electrically conductively connected via a molybdenum foil 9 , 10 embedded in the pinch foot of the envelope bulb 8 to a current lead 11 , 12 each leading out of the envelope bulb 8 . An outer bulb 13, which is squeezed on one side and is sealed on one side, encloses the envelope bulb 8 in a gas-tight manner. The outer bulb 13 is evacuated and also consists of a quartz glass doped with approximately 0.5 weight percent cerium. The current leads 11 , 12 led out of the envelope piston 8 are each electrically conductively connected to a current lead 16 , 17 protruding from the outer bulb 13 via a molybdenum foil 14 , 15 embedded in the pinch seal of the outer bulb 13 . The lead out of the outer bulb 13 Stromzuführun conditions 16 , 17 are in electrical contact with the protruding from the base 18 contact pins 19 , 20 . The molybdenum foils used in this exemplary embodiment are all doped with 0.5% by weight of gadolinium aluminum.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Halogenglühlampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, der mit Hilfe einer Quetschdichtung gasdicht verschlossen ist. In der Quetschdichtung des Lampenkolbens sind zwei Molybdänfolien eingebettet. Innerhalb des Lam penkolbens befindet sich eine Glühwendel, deren Enden jeweils mit einer inneren Stromzuführung verschweißt sind. Die inneren Stromzuführungen sind jeweils mit einer der in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdän folie elektrisch leitend verbunden. Aus der Quetschdichtung ragen zwei äu ßere Stromzuführungen heraus, die mit jeweils einer der beiden Molybdän folien verbunden sind. Die beiden in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdänfolien sind mit 0,8 Gewichtsprozent Yttriumsilikat dotiert. Ihr Ka liumgehalt beträgt weniger als 15 ppm.The second embodiment of the invention is a Halogen light bulb with a lamp bulb made of quartz glass, which with the help a pinch seal is sealed gas-tight. In the pinch seal of the The lamp bulb is embedded in two molybdenum foils. Within the Lam penkolbens there is a filament, the ends of each with a inner power supply are welded. The internal power supplies are each with one of the molybdenum embedded in the press seal foil electrically connected. Two outer protrude from the pinch seal outer power leads, each with one of the two molybdenum foils are connected. The two embedded in the press seal Molybdenum foils are doped with 0.8 weight percent yttrium silicate. Your Ka lium content is less than 15 ppm.
Die Dotierstoffe werden dem Molybdänpulver, das zur Herstellung der Molybdänfolien verwendet wird, beigemischt. Anschließend wird das mit den Zusätzen versehene Molybdänpulver in bekannter Weise gepreßt und gesintert und zu Molybdänfolien gewalzt, wie beispielsweise in der DE 29 47 230 C2 beschrieben.The dopants are the molybdenum powder that is used to manufacture the Molybdenum foil is used. Then the with the additives provided molybdenum powder pressed in a known manner and sintered and rolled into molybdenum foils, such as in the DE 29 47 230 C2 described.
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