DE19701095B4 - Glas-Zusammensetzung für elektrische Lampen - Google Patents
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Abstract
Elektrische Lampe mit einem Glasfuß, durch den Stromzuführungen in das Innere der Lampe eingeführt sind, und mit einem Glaskolben, durch den Licht aus der Lampe emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas eine Zusammensetzung hat, enthaltend SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, B2O3 und ZnO sowie gegebenenfalls Li2O, CaO, MgO, SrO, Sb2O3, Fe2O3, MnO2, CeO2, TiO2 und/oder P2O5, und worin der Massen-%-Gehalt an Al2O3 0,3 bis 2, an ZnO 2,5 bis 8, an B2O3 1,5 bis 7,5 und die Gesamtmenge von Al2O3 und TiO2 mindestens 1 Massen-% beträgt, wobei die Gesamtmenge von ZnO und MgO gleich der von B2O3 ist oder diese übersteigt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Lampe mit einem Glasfuß und mit einem Glaskolben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Einige Glasteile elektrischer Lampen, wie Füße von Glüh- und Fluoreszenzlampen und deren Pumprohre sowie die Kolben einiger Fluoreszenzlampen wurden lange Zeit aus Gläsern mit relativ hohem (20 bis 29 Massen- bzw. Gew.-%) Gehalt an Bleioxid hergestellt. Dieser hohe Gehalt an Bleioxid ergibt den erwarteten, hohen elektrischen Widerstand und gleichzeitig die akzeptable Weichheit und gute Verarbeitbarkeit des Glasmaterials.
- Es ist jedoch bekannt, dass bleihaltiges Glas in Form von Abfall, der sowohl während der Lampenherstellung als auch bei den Verwendern entsteht, nachteilige Auswirkungen auf die Umgebung hat. Auf der Grundlage von Betrachtungen zum Schutze der Umwelt sind daher Anstrengungen zu unternehmen, den Bleigehalt in aus Glas hergestellten Massenprodukten zu verringern bzw. zu beseitigen. Die Europäische Patentanmeldung
EP 603 933 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glaszusammensetzung zum Einsatz in elektrischen Lampen zu schaffen, die weder giftiges PbO noch BaO enthält und in einigen Fällen auch frei von SrO ist. Gleichzeitig sollen seine Parameter, die hinsichtlich der Anwendbarkeit in elektrischen Lampen entscheidend sind, zumindest äquivalent solchen bekannter Zusammensetzungen sein, die BaO und SrO enthalten.
- Die Untersuchungen haben zu der Erkenntnis geführt, dass durch geeignete Auswahl der Komponenten der Glas-Zusammensetzung der Einsatz von BaO und, in einigen Fällen, der von SrO ohne Beeinträchtigung der Anwendungs-Parameter vermieden werden kann. Einige Anwendungs-Parameter der neuen Glas-Zusammensetzungen sind sogar günstiger als die der bekannten PbO- oder die der bekannten BaO- und SrO-haltigen Zusammensetzungen.
- Die Erfindung bezieht sich somit auf eine elektrische Lampe, deren Glas eine Glas-Zusammensetzung, mit SiO2, Al2O3, Na2O, K2O und B2O3 sowie gegebenenfalls Li2O, CaO, MgO, SrO, Sb2O3, Fe2O3, MnO2 und/oder CeO2 umfasst. Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass sie, zusätzlich zu den auf geführten Komponenten, ZnO und gegebenenfalls TiO2 und/oder P2O5 umfasst, einen Al2O3-Gehalt von 0,3 bis 2 Massen-%, einen ZnO-Gehalt von 2,5 bis 8 Massen-%, einen B2O3-Gehalt von 1,5 bis 7,5 Massen-% und einen Gesamtgehalt an Al2O3 und TiO2 von mindestens 1 Massen-% aufweist, während die Gesamtmenge von MgO und ZnO gleich oder größer als die Menge von B2O3 ist.
- Der SiO2-Gehalt der Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung kann 61 bis 73 Massen-% betragen. Innerhalb dieses Bereiches sind Zusammensetzungen mit 61 bis 67 Massen-% SiO2 besonders geeignet zur Herstellung von Gläsern für Lampenfüsse, während solche mit 68 bis 73 Massen-% SiO2 besonders geeignet sind zur Herstellung von Gläsern für Kolben für Glüh- und/oder Fluoreszenzlampen.
- In den Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung muss die Gesamtmenge von Al2O3 und TiO2 1 Masse-% erreichen oder übersteigen, d. h. Al2O3 + TiO2 ≥ 1. In Fällen, bei denen die Zusammensetzung Al2O3 in einer Menge von weniger als 1 Massen-% enthält, ist die Anwesenheit von TiO2 erforderlich, und in anderen Fällen ist sie vorteilhaft. Die Menge von TiO2 kann vorzugsweise maximal 2,5 Massen-% betragen. Zur Herstellung von Gläsern für Lampenfüße sind Zusammensetzungen mit 0,2 bis 2,2 Massen-% TiO2 besonders geeignet. Für Gläser für Kolben sind Zusammensetzungen mit maximal 0,5 Massen-% TiO2 besonders geeignet. Durch Einstellen der Gesamtmenge von Al2O3 und TiO2 gemäß dem obigen Grundsatz wird das Glas in der Struktur stabilisiert, d. h. seine Anfälligkeit gegen Kristallisation nimmt ab oder seine Liquidus-Temperat wird verringert. Glas-Zusammensetzungen, die üblicherweise in elektrischen Lampen eingesetzt werden, enthalten kein TiO2 mit der Ausnahme des TiO2-Gehaltes der Verunreinigungen, die zufällig durch die Rohmaterialien, z. B. durch den Sand, eingeführt werden.
- Ähnlicherweise ist ZnO keine übliche Komponente von Glaszusammensetzungen, die bei elektrischen Lampen eingesetzt werden. Zusätzlich zu ZnO enthält die Zusammensetzung vorzugsweise MgO in Mengen von maximal 3,7 Massen-%. Der ZnO-Gehalt von Zusammensetzungen, die für Gläser für Lampenfüße und Kolben geeignet sind, ist vorzugsweise im oberen und untere Teil des Bereiches der obigen Werte, z. B. 5 bis 8 Massen-% bzw. 3 bis 5 Massen-%, auszuwählen. Die Menge von MgO kann vorzugsweise 0,2 bis 2,5 Massen-% betragen und innerhalb dieses Bereiches 0,5 bis 2,5 Massen-% für Gläser für Lampenfüße und 0,2 bis 1 Massen-% für Gläser für Kolben.
- In den Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung muss die Menge von ZnO (und MgO, das wahlweise vorhanden ist) zumindest die von B2O3 erreichen, d. h. MgO + ZnO ≥ B2O3. Dieser Anteil ist erforderlich, um eine gute chemische Beständigkeit und günstige Bearbeitbarkeits-Parameter des Glases sicherzustellen.
- Die Menge von B2O3 kann vorzugsweise 2 bis 7 Massen-% und innerhalb dieses Bereiches 4 bis 7 Massen-% für Gläser für Lampenfüße und 2 bis 4 Massen-% für Glaser für Kolben betragen.
- Der Gesamtalkalimetall-Gehalt der Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung kann 14 bis 24 Massen-% betragen. Innerhalb dieses Bereiches können die Zusammensetzungen 6 bis 10 Massen-% Na2O, 8 bis 12,5 Massen-% K2O und gegebenenfalls maximal 1,4 Massen-% Li2O enthalten. Die Menge von K2O erreicht vorzugsweise die von Na2O oder übersteigt sie.
- In den Zusammensetzungen gemäß der Erfindung ist die Anwesenheit von CaO nicht unerlässlich, doch ist es bevorzugt, dass die für Glaskolben benutzten Zusammensetzungen CaO enthalten. Die Menge von CaO in diesen Zusammensetzungen beträgt vorzugsweise maximal 1,2 Massen-%, und es ist vorteilhaft, 0,3 bis 0,9 Massen-% auszuwählen. Es ist auch bevorzugt, wenn die Gesamtmenge von K2O (und die von CaO, das wahlweise vorhanden ist) die von Na2O erreicht oder übersteigt, d. h. CaO + K2O Na2O in den Zusammensetzungen, in erster Linie in solchen, die für Glaskolben eingesetzt werden. Als ein Ergebnis dieser Maßnahmen kann das Entweichen von Na, das zum Abfangen von Quecksilber oder zur Entfärbung des Leuchtstoffes in Fluoreszenzlampen-Kolben führt, wirksam unterdrückt werden.
- Als ein Hilfsmittel für die Struktur-Stabilisierung können die Glas-Zusammensetzungen gegebenenfalls auch P2O5 in einer Maximalmenge von 0,6 Massen-% enthalten. Der P2O5-Gehalt von Zusammensetzungen, die in Gläsern für Kolben eingesetzt werden sollen, kann, z. B., 0,1 bis 0,6 Massen-% und vorzugsweise 0,2 bis 0,45 Massen-% betragen.
- Wie oben erwähnt, erfordern die Zusammensetzungen gemäß der Erfindung allgemein nicht die Anwesenheit von SrO. Die Menge von SrO, die gelegentlich vorhanden ist, übersteigt 2 Massen-% nicht.
- Zusätzlich zu den oben detailliert beschriebenen Komponenten können die Zusammensetzungen gemäß der Erfindung zur Verringerung der UV-Emission der Lampen gegebenenfalls auch die folgenden Materialien enthalten: Sb2O3 in Mengen von maximal 0,5 Massen-%, Fe2O3 in Mengen von maximal 0,15 Massen-%, MnO2 in Mengen von maximal 0,25 Massen-% und/oder CeO2 in Mengen von maximal 0,8 Massen-%. Diese Materialien wirken in einigen Fällen auch als Läuterungsmittel. Einige der Komponenten können bereits als Verunreinigungen in der Ausgangsmischung zum Glasschmelzen vorhanden sein, was es erübrigt, sie separat hinzuzugeben.
- Die Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung können ein guter Ersatz für die derzeit eingesetzten Bleigläser hinsichtlich Wärmeausdehnung, charakteristischen Viskositätswerten für die Verarbeitung und elektrischem Widerstand sein, welche Parameter zusammen mit anderen die Einsetzbarkeit von Zusammensetzungen in elektrischen Lampen bestimmen. Diese Zusammensetzungen sind äquivalent den BaO- und SrO-haltigen Zusammensetzungen, die in der Europäischen Patentanmeldung
EP 603 933 A1 EP 603 933 A1 - Die Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung haben eine hervorragende Beständigkeit gegen chemische Korrosion, was außerordentlich gut ist, wenn man ihren hohen Alkalimetalloxid-Gehalt in Rechnung stellt. Es ist auch ein neues Merkmal, dass die Viskosität der Glas-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung die Erfordernisse der Verarbeitbarkeit für die Glas- und Lampenherstellung erfüllen, ungeachtet dessen, dass die Literatur, die die Europäische Patentanmeldung
EP 603 933 A1 - Für die Komponenten und Anwendungs-Parameter der Glaszusammensetzung gemäß der Erfindung wird das folgende Beispiel angegeben.
- BEISPIEL
- Die in Tabelle I angegebenen Glas-Zusammensetzungen wurden in 350 kg-Ansätzen bei 1400 bis 1470°C in einem intermittierend betriebenen, mit Erdgas geheizten Tankofen erschmolzen. Die in Tabelle I aufgeführten Komponenten wurden in den folgenden Formen hinzugegeben: SiO2 als Quarzsand, Al2O3 als Aluminiumoxid, B2O3 als entwässertes Borax, Erdalkalioxide als die entsprechenden Carbonate, CaO und MgO als Dolomit oder MgO, P2O5 als Ca- oder Na-Phosphat. Die weiter aufgeführten Materialien wurden in Form der entsprechenden Oxide hinzugegeben. Wo in Tabelle I 0,02 Massen-% Fe2O3 aufgeführt sind, war dieses im Quarzsand enthalten. Natriumnitrat wurde als ein Läuterungsmittel benutzt. Die Komponenten wurden ausgenommen Quarzsand, Soda, Pottasche (die beiden letzteren Materialien sind Na- bzw. K-Carbonat) und dehydratisiertes Borax, vorher in einem Laboratoriumsmischer vermischt und dann zum Vermischen mit den weiteren Komponenten in einer Mischertrommel hinzugegeben. Das Schmelzen erfolgte nach 30-minütigem Homogenisieren unter Anwendung des Verfahrens, das normalerweise in der Glasindustrie benutzt wird.
- Die Massen- bzw. Gew.-% und die Anwendungs-Parameter der Glaszusammensetzungen sind in den Tabellen I bzw. II zusammengefasst. Die Glas-Zusammensetzungen Nr. 1 und 2 sind in erster Linie geeignet zum Herstellen von Glas für Lampenfüße und die Glas-Zusammensetzung Nr. 3 zum Herstellen von Gläsern für Fluoreszenzlampen-Kolben. Zum Vergleich zeigt Tabelle II auch die entsprechenden Daten einer bekannten Glas-Zusammensetzung mit 20% PbO-Gehalt (in Tabelle II mit ”P” bezeichnet) und solche der in der Europäischen Patentanmeldung
EP 603 933 A1 - α (50–350):
- thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen 50 und 350°C (gemäß dem ISO-Standard 7991)
- Tg:
- (dilatometrische) Umwandlungs-Temperatur (gemäß ISO-Standard 7884-8)
- TL:
- Littleton-Erweichungspunkt (gemäß ISO-Standard 7884-6)
- TK100:
- die Temperatur, bei der log ρ (Ω cm) = 8 (log ρ ist der übliche Logarithmus des spezifischen Gleichstromwiderstandes)
- Tliq:
- Liquidus-Temperatur, oberhalb der das Glas (nach einer Wärmebehandlung von 24 Stunden) keine Kristallisation zeigt (”keine”: zeigt nach 24 Stunden keine Kristallisation)
- Wasser-Haltbarkeit:
- chemische Beständigkeit gegenüber destilliertem Wasser (Extraktion), gemessen an zerstoßenem Glas und charakterisiert durch die Menge an verbrauchter 0,01 N Säure für die Rücktitration (gemäss DIN-Standard 12111)
- Twork:
- Bearbeitungs-Temperatur, wo der Viskositätswert 104 dPa·s beträgt.
- Die Glas-Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann natürlich in allen Gebieten eingesetzt werden, wo die Vorteile, die durch die Eigenschaften des Glases geschaffen werden, erforderlich sind, besonders im Falle von Glasteilen von elektrischen Lampen. Die Glas-Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann in erster Linie für Lampenfüße und Pumpröhrchen von Glühlampen und Niederdruck-Entladungslampen sowie für Kolben und Pumpröhrchen von Niederdruck-Entladungslampen, vorzugsweise kompakten Fluoreszenzlampen, eingesetzt werden.
- Der Gegenstand der Erfindung schließt auch solche Glasteile elektrischer Lampen ein, deren Material aus der Glas-Zusammensetzung gemäß der Erfindung besteht.
- In den
1 bzw.2 sind beispielhaft ein Fuß einer elektrischen Lampe und der einer kompakten Fluoreszenzlampe dargestellt. - In
1 ist ein Fuß1 einer Glühlampe gezeigt, der aus einem sich erweiternden Rohr2 , Strom-Durchführungen4a und4b , einem Glühfaden5 und einem Pumpröhrchen3 besteht. - Der Glühfaden
5 ist zwischen den Enden mehrteiliger Strom-Durchführungen4a und4b befestigt. Auf dem Produktionsband werden die aufgeführten Teile durch Flammen erhitzt, und durch Quetschen des Rohres2 werden die Teile abgedichtet, so daß die Dumet (Eisen-Nickel-Legierung mit einem Kupfermantel)-Teile7a und7b der Strom-Durchführungen4a und4b innerhalb des gequetschten Teiles6 des Rohres2 angeordnet sind. Das Material des Rohres2 und des Pumpröhrchens3 ist die Glas-Zusammensetzung gemäß der Erfindung. - Das Material des (nicht gezeigten) Lampenkolbens ist ein weiches Alkali-Kalk-Silicat-Glas, umfassend die folgenden Grundkomponenten: SiO2, Na2O, K2O, CaO, MgO, Al2O3. Auf dem Produktionsband wird das Rohr
2 des Lampenfußes an seinem mit Flansch versehenen Teil in dem Lampenkolben abgedichtet. - Der Lampenfuß gemäß der Erfindung kann nicht nur ein Lampenfuß einer Glühlampe, sondern auch der einer elektrischen Lampe anderer Art sein, z. B. der einer Niederdruck-Entladungslampe, insbesondere einer linearen Fluoreszenzlampe, usw.
- In
2 ist eine kompakte Fluoreszenzlampe11 mit zwei Rohrabschnitten gezeigt. Strom-Durchführungen14a und14b der Elektrode15 und Strom-Durchführungen14c und14d der anderen (nicht gezeigten) Elektrode sowie Pumpröhrchen13a und13b sind in den Enden des Kolbens12 bei gequetschten Abschnitten16a und16b abgedichtet. Das Material der Strom-Durchführungen14a ,14b ,14c und14d ist eine 50/50%-ige Nickel-Eisen-Legierung. Das Material des Kolbens12 und der Pumpröhrchen13a ,13b ist die Glas-Zusammensetzung gemäß der Erfindung. Das Material des Kolbens12 enthält CeO2 in einer Menge von mehr als 0 Massen-%, vorzugsweise von 0,4 bis 0,6 Massen-%, um UV-Strahlung zu filtern.
Komponente | Menge in Massen% | ||
Nr. 1 | Nr. 2 | Nr. 3 | |
SiO2 | 63,98 | 66,40 | 70,15 |
Al2O3 | 0,95 | 1,55 | 1,25 |
Na2O | 7,17 | 7,57 | 8,37 |
K2O | 10,35 | 9,75 | 11,47 |
Li2O | 1,0 | 1,00 | 0 |
CaO | 0,02 | 0,02 | 0,40 |
MgO | 1,27 | 1,18 | 0,29 |
ZnO | 6,96 | 5,72 | 4,17 |
B2O3 | 6,02 | 5,02 | 3,09 |
TiO2 | 1,81 | 1,33 | 0,02 |
P2O5 | 0 | 0 | 0,30 |
Sb2O3 | 0,30 | 0,30 | 0 |
Fe2O3 | 0,02 | 0,02 | 0,03 |
MnO2 | 0,15 | 0,15 | 0 |
CeO2 | 0 | 0 | 0,46 |
Physikalischer Parameter | Glasprobe | ||||
Nr. 1 | Nr. 2 | Nr. 3 | ”P” | ”B” | |
α(50–350) × 10–7 (1/°C) | 98,6 | 98,3 | 101 | 98,9 | |
α(25–300) × 10–7 (1/°C) | 92,5 | ||||
Tα (°C) | 500 | 506 | 502 | 441 | |
TL (°C) | 667 | 668 | 693 | 630 | 675 |
Twork (°C) | 890 | 960 | 1010 | 1000 | 1020 |
TK100 (°C) | 290 | 282 | 245 | 280 | 290 |
Wasser-Haltbarkeit (ml/g) | 0,33 | 0,45 | 1,4 | 2,5 |
Physikalischer Parameter | Glasprobe | ||||
Nr. 1 | Nr. 2 | Nr. 3 | ”P” | ”B” | |
Dichte (g/cm3) | 2,584 | 2,553 | 2,506 | 2,8 | 2,62 |
Tlia (°C) | 820 | keine | 790 | 850 | 840 |
Claims (16)
- Elektrische Lampe mit einem Glasfuß, durch den Stromzuführungen in das Innere der Lampe eingeführt sind, und mit einem Glaskolben, durch den Licht aus der Lampe emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas eine Zusammensetzung hat, enthaltend SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, B2O3 und ZnO sowie gegebenenfalls Li2O, CaO, MgO, SrO, Sb2O3, Fe2O3, MnO2, CeO2, TiO2 und/oder P2O5, und worin der Massen-%-Gehalt an Al2O3 0,3 bis 2, an ZnO 2,5 bis 8, an B2O3 1,5 bis 7,5 und die Gesamtmenge von Al2O3 und TiO2 mindestens 1 Massen-% beträgt, wobei die Gesamtmenge von ZnO und MgO gleich der von B2O3 ist oder diese übersteigt.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas Na2O, K2O und Li2O in einer Gesamtmenge von 14 bis 24 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas TiO2 in einer Menge von maximal 2,5 Massen-%-enthält
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas TiO2 in einer Menge von 0,2 bis 2,2 Massen-% enthält
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas MgO in einer Menge von maximal 3,7 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas MgO in einer Menge von 0,5 bis 2,5 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ZnO in einer Menge von 5,0 bis 8 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas B2O3 in einer Menge von 4 bis 7 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Glas die Menge des K2O-Gehaltes mindestens gleich der des Na2O-Gehaltes ist.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas TiO2 in einer Menge von maximal 0,5 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas MgO in einer Menge von 0,2 bis 1 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ZnO in einer Menge von 3,0 bis 5 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas B2O3 in einer Menge von 2 bis 4 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Glas die Menge des CaO- und K2O-Gehaltes mindestens gleich der des Na2O-Gehaltes ist.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas P2O5 in einer Menge von maximal 0,6 Massen-% enthält.
- Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas P2O5 in einer Menge von 0,2 bis 0,45 Massen-% enthält.
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