DE19942696A1

DE19942696A1 - Bleifreies weiches Glas mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand

Info

Publication number: DE19942696A1
Application number: DE19942696A
Authority: DE
Inventors: Richard D Marlor
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2000-03-16
Also published as: JP2000103637A; CA2276118C; CN1148325C; US6017838A; CN1247170A; CA2276118A1

Abstract

Es ist ein universelles bleifreies Glas (ULF) entwickelt worden, das einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und mechanische Verarbeitungseigenschaften aufweist, die herkömmlichen, bei der Herstellung elektrischer Lampen verwendeten Bleigläsern ähnlich sind. Das ULF-Glas kann verwendet werden, um elektrische Lampen sowohl niedriger als auch hoher Leistung herzustellen, und insbesondere, um Wendelgestelle für derartige Anwendungen herzustellen.

Description

ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Lampen und insbesondere Lampen, die mit Glaskolben oder Glasgestellen hergestellt sind. Die vorliegende Erfin dung betrifft insbesondere eine mit einer bleifreien Glaszusammensetzung hergestellte elektrische Lampe.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Seit Jahrhunderten hat Blei eine wichtige Rolle dabei gespielt, Glas zu dem weitverbreiteten, leicht formbaren preiswerten Material werden zu lassen, das es ist. Durch Blei im Glas wird der Erweichungs- und Schmelzpunkt von Glas gesenkt, wodurch sich das Glas bei niedrigeren Temperaturen bearbeiten läßt. Die Um weltschutzbemühungen gehen nunmehr dahin, aus Produk ten, die üblicherweise durch Landauffüllung entsorgt werden, einschließlich Glasprodukten wie etwa elektri schen Lampen, das Blei zu eliminieren. Vom Konzept her ist es einfach, Blei aus Glas zu eliminieren. Es müssen lediglich das Blei aus den bestehenden Formulierungen entfernt werden und die bleifreie Formulierung bei ei ner höheren Temperatur geschmolzen und bearbeitet wer den. Dies ist leider keine praktische Lösung. So werden beispielsweise zur Herstellung elektrischer Lampen üb licherweise Bleigläser verwendet, wobei die Lampenko sten zum Großteil von den Kosten des Rohmaterials, der Geschwindigkeit, mit der das Glas geformt werden kann (Anlagennutzungsgeschwindigkeit), und den Energiekosten der Glasverarbeitung abhängen. Aus Glasformeln einfach das Blei zu entfernen, würde bedeuten, daß Fabriken um gerüstet werden müßten, um mit Gläsern höherer Tempera tur zu arbeiten, was für den Hersteller zu höheren Brennstoffkosten führen würde.

Die meisten Glasrohre, die zur Herstellung elektrischer Lampen verwendet werden, werden durch den Vello-Rohrziehprozeß hergestellt. Bleigläser wie bei spielsweise SG10 und SG12 lassen sich in dem Vello- Prozeß üblicherweise gut verarbeiten, da sie in der Re gel bei niedrigeren Temperaturen schmelzen und aufgrund der Fließfähigkeit von Bleioxid besser schmelzen als bleifreie Gläser. Der Vello-Prozeß produziert Rohre mit ausgezeichneter Maßqualität bei sehr hohen Ziehge schwindigkeiten, formt aber das Glasrohr bei relativ hohen Viskositäten. Beim Vello-Prozeß eingesetzte Glas zusammensetzungen müssen deshalb niedrige Liquidustem peraturen aufweisen. Insbesondere hat es sich herausge stellt, daß der Vello-Prozeß am besten abläuft, wenn das geformte Glas eine Viskosität von etwa 50000 Poise aufweist. Es ist weiterhin wünschenswert, wenn zwischen der Liquidustemperatufund der Arbeitstemperatur eine Temperaturdifferenz von 50°C oder darüber vorliegt. Au ßerdem muß zur Herstellung der großen Vielzahl von Glüh- und Leuchtstofflampenprodukten das Glasrohr auf einer Vielzahl von Lampenherstellungsmaschinen umgear beitet werden. Diese Ausrüstung muß vielseitig sein, da es tausende von Lampenformen gibt, die über den glei chen Prozeß hergestellt werden müssen. Das Umarbeiten des Glasrohrs, um Trichter, Gestelle und geblasene Kol ben zu formen, erfordert ein Glas mit einem langen Ar beitsbereich, das heißt einem, bei dem zwischen der Er weichungstemperatur und der Arbeitstemperatur des Gla ses eine große Temperaturdifferenz vorliegt.

Bei den meisten bekannten bleifreien Gläsern wäre es unpraktisch sie in bestehenden Lampenherstel lungsanlagen zu verwenden, da ihre Schmelz- und Erwei chungspunkte zu hoch liegen. Um diese viskoseren Mate rialien zu berücksichtigen, müßten die Glasformmaschi nen modifiziert werden, und die Vorgänge des Pressens, Biegens und Blasens müßten neu eingestellt werden. In folgedessen würde das einfache Weglassen von Blei die Herstellungskosten elektrischer Lampen erheblich in die Höhe treiben. Beispielsweise weisen die meisten Glaszu sammensetzungen ohne Blei oder mit geringem Bleigehalt kurze Arbeitsbereiche auf. Gläser mit kurzen Arbeitsbe reichen führen im allgemeinen zu Produkten mit schlech ter Maßsteuerung und vielen Glasfehlern. Ein kurzer Ar beitsbereich erfordert an sich eine sehr genaue Tempe ratursteuerung bei jeder Produktionsstation (Taktstati on) in dem Lampenherstellungsprozeß. Der Arbeits- und Geräteaufwand, der zur richtigen Überwachung des Lam penherstellungsprozesses erforderlich wäre, würde die Herstellungskosten anheben. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an einem bleifreien Glas, das fast die glei chen mechanischen Bearbeitungseigenschaften wie das be reits benutzte Bleiglas aufweist.

Zusätzlich zu den mechanischen Bearbeitungsei genschaften des Glases muß das Glas anderen Kriterien genügen, damit daraus elektrische Lampen hoher Qualität produziert werden können. Insbesondere wird von dem Lampenglas, mit dem Drahteinschmelzungen hergestellt werden, ein hoher spezifischer elektrischer Widerstand gefordert. Der hohe spezifische Widerstand verhindert während des Betriebs der Lampe eine Alkaliwanderung. Eine Alkaliwanderung, die üblicherweise auch als Elek trolyse bezeichnet wird, kann zu Glasbruch und Lampen ausfall führen. Glühlampen hoher Leistung sind für die Elektrolyse am anfälligsten, da sie in der Regel bei hohen Temperaturen und Spannungen arbeiten. Um einen Ausfall durch Elektrolyse zu verhindern, könnten Lampen zwar neu entworfen werden, doch wären die Kosten, die erforderlich sind, um alle Hochleistungslampen neu zu entwerfen, und die erforderlichen maschinellen Verände rungen zur Herstellung der neuen Lampen unannehmbar. Außerdem muß das Glas mit den Zuleitungen, die den Kol ben durchdringen, um der Lichtquelle elektrische Lei stung zuzuführen, eine Einschmelzung bilden. Große Un terschiede bei der Wärmeausdehnung können bewirken, daß das Glas reißt und die hermetische Lampenabdichtung bricht. In den Kolben kann dann Luft eindringen und die Wendel oxidieren. Es besteht infolgedessen ein Bedarf an einem bleifreien Glas mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand und einer Wärmeausdehnung, die an die der elektrischen Lampenzuleitungen angepaßt ist.

Lampenhersteller produzieren in der Regel Glüh lampen sowohl niedriger als auch hoher Leistung. Wie oben erörtert, erfordern Hochleistungslampen ein Glas, das bei hoher Temperatur einen ausgezeichneten spezifi schen elektrischen Widerstand aufweist. Im Fall von Bleiglas wird in der Regel SG12 verwendet. Der hohe Ge halt von SG12 an Blei und Kaliumoxid machen dies jedoch zu einer teureren Glasart, wodurch seine Verwendung auf Anwendungen eingeschränkt wird, die den höheren spezi fischen Widerstand erfordern. Hersteller müssen deshalb zur Herstellung von Lampenarten niedriger und hoher Leistung mehr als eine Art von Bleiglas verwenden, zum Beispiel SG10 und SG12. Dies führt wegen der Notwendig keit für mehr als eine Glasart zu erhöhten Lagerkosten und zusätzlichen Herstellungskosten, weil es erforder lich ist, den Einschmelzprozeß für jedes Glas einzu stellen. Es wäre somit vorteilhaft, ein bleifreies Glas zu haben, das gleichermaßen bei der Herstellung elek trischer Lampen niedriger und hoher Leistung verwendet werden könnte.

Beispiele des Standes der Technik werden in den folgenden Literaturstellen gezeigt.

Das an Welsh erteilte US-Patent Nr. 2,877,124 lehrt bleifreie Gläser, die nicht die hohen spezifi schen elektrischen Widerstände aufweisen, die für Lam pen erforderlich sind.

Das an Thomas et al. erteilte US-Patent Nr. 4,089,694 beschreibt Lampengläser, die als Ersatz für Blei im Glas geringe Mengen von Bariumoxid und Lithiumoxid enthalten. Die Molverhältnisse von K₂O zu Na₂O liegen recht niedrig, so daß die spezifischen elektrischen Widerstände für die meisten Glühlampenbe leuchtungsanwendungen nicht ausreichend sind. Fluor war ebenfalls erforderlich, um das Glasschmelzen und die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Fluor ist unerwünscht, da es flüchtig ist und während des Glasschmelzens eine Gefahr darstellt.

Das an DeLajarte erteilte US-Patent Nr. 3,252,812 lehrt bleifreie Gläser, die kein Lithium oxid enthalten. Die Liquidustemperatur der DeLajarte- Gläser reicht von 1070°C bis 1146°C, was zu hoch ist, und das Glas ist für den Vello-Rohrziehprozeß zu weich. Die DeLajarte-Zusammensetzungen würden deshalb entgla sen, bevor sie über den Vello-Prozeß zu Rohren geformt werden.

Das an Kawaguchi et al. erteilte ungeprüfte Pa tent mit der Nummer Sho 58[1983]-60638 betrifft blei freie Gläser, die sich zur Herstellung von Leucht stofflampenkolben eignen. Sie beanspruchen, daß ihr Glas mit BaO über 3,0 Gewichtsprozent zu der Entglasung der Zusammensetzung führt. Die für viele Glühlampen ge forderten hohen spezifischen elektrischen Widerstände drücken die BaO-Konzentrationen über dieses Niveau.

Das an Sakamoto und Hayami erteilte ungeprüfte Patent mit der Nummer Sho 57[1982]-51150 lehrt eben falls bleifreie Gläser für Leuchtstofflampenkolben. Bei ihren Zusammensetzungen führt BaO unter 10,1 Gewichts prozent zu einem beschränkteren, schlechter verarbeit baren Glas.

Aus dem an Marlor erteilten US-Patent mit der Nummer 5,391,523, auf das hiermit ausdrücklich bezug genommen wird, ist ein bleifreies Glas bekannt, nämlich SG64, das einen annehmbaren Ersatz für herkömmliche Bleigläser bei den meisten Lampenarten darstellt. Für die Gestelle in Hochleistungsglühlampen jedoch reicht der spezifische Widerstand des SG64-Glases nicht aus. Lampenhersteller müssen somit für derartige Anwendungen immer noch ein verbleites Glas mit hohem spezifischen Widerstand verwenden, zum Beispiel SG12.

In dem an Filmer erteilten US-Patent Nr. 5,470,805 werden bleifreie Gläser beschrieben, ins besondere ein Glas, das ein im Handel erhältliches bleifreies Glas ist, PH360. Obwohl die angeführten Glä ser erfolgreich eingesetzt werden können, um eine große Vielzahl von Glühlampen und Leuchtstofflampen herzu stellen, ist der spezifische elektrische Widerstand für viele Glühlampenarten mit höherer Leistung zu gering.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines bleifreien Glases, das verwen det werden kann, um elektrische Lampen sowohl geringer Leistung als auch hoher Leistung herzustellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines bleifreien Glases, das mecha nische Bearbeitungseigenschaften aufweist, die denen herkömmlicher verbleiter Gläser vergleichbar sind.

Gemäß einer Aufgabe der Erfindung wird ein uni versales bleifreies Glas bereitgestellt, das in Ge wichtsprozent folgende Zusammensetzung aufweist:

SiO₂	58 bis 69
Na₂O	3,2 bis 5,5
K₂O	8,5 bis 14,3 (vorzugsweise <12)
Li₂O	0,5 bis 2,5
BaO	6 bis 12
SrO	0 bis 4
CaO	0 bis 6 (vorzugsweise <1)
MgO	0 bis 3
Al₂O₃	2,1 bis 7,0
B₂O₃	0 bis 4 (vorzugsweise <3)

und wahlweise bis zu 0,2 Prozent Sb₂

O₃

und bis zu 3,2 Prozent ZnO,
und wobei das Molverhältnis von K₂

O zu Na₂

O min destens 1,1 beträgt.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung wird eine elektrische Lampe mit einem Glaskolben und minde stens einem Gestell vorgesehen, wobei jedes Gestell ei nen Glaskörper und mindestens eine elektrisch an ein Paar Zuleitungen angekoppelte Wendel aufweist, wobei die Zuleitungen mittlere Bereiche und äußere Enden auf weisen, wobei sich die mittleren Bereiche der Zuleitun gen durch den Glaskörper erstrecken und in diesen ein geschmolzen sind, wobei der Glaskörper zwischen der Wendel und den äußeren Enden der Zuleitungen angeordnet ist und aus einem universellen bleifreien Glas geformt ist und der Glaskolben und der Glaskörper verschmolzen sind, um ein die Wendel enthaltendes abgeschlossenes Volumen zu bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen bei der Herstellung einer Glühlampe verwendeten geblasenen Glaskolben.

Fig. 2 zeigt eine Glühlampenkapsel mit einem Glaskolben.

Fig. 3 zeigt ein bei der Herstellung einer Glühlampe verwendetes Wendelgestell.

Fig. 4 zeigt eine Glühlampe mit dem Wendelge stell.

Fig. 5 zeigt ein bei der Herstellung einer Leuchtstofflampe verwendetes Wendelgestell.

Fig. 6 zeigt eine teilweise weggebrochene Leuchtstofflampe.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Er findung zusammen mit anderen und weiteren Aufgaben, Vorteilen und Fähigkeiten dieser Erfindung wird auf die folgende Offenbarung und die beigefügten Ansprüche zu sammen mit den oben beschriebenen Zeichnungen bezug ge nommen.

Es ist ein universelles bleifreies Glas (ULF = universal lead free) entdeckt worden, das verwendet werden kann, um Bleiglas in elektrischen Lampen sowohl mit niedriger als auch hoher Leistung zu ersetzen. Das ULF-Glas kann ohne umfassende Änderungen bei Lampenher stellungsprozessen oder Lampenauslegungen verwendet werden. Das ULF-Glas besitzt mechanische Bearbeitungs eigenschaften, die sich mit denen herkömmlicher Bleig läser vergleichen lassen, wobei sie gleichzeitig einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und er wünschte Drahteinschmelzungsattribute aufweisen.

Fig. 1 zeigt einen bei der Herstellung einer Glühlampe verwendeten geblasenen Glaskolben. Der Kolben 10 besteht aus einem Glaskörper, der ein Innenvolumen im wesentlichen umgibt. Ein halsförmiger Bereich 12, der einen offenen Durchgang definiert, verbindet das Innere des Kolbens mit dem Äußeren. Wenn der Kolben 10 direkt an die Zuleitungsdrähte angeschmolzen wird, wie bei quetschgedichteten Miniaturlampen, ist es zweckmä ßig, das universelle bleifreie Glas der vorliegenden Erfindung zu verwenden, um den spezifischen elektri schen Widerstand und die Wärmeausdehnungseigenschaften der ULF-Glas-Formulierung zu nutzen. Fig. 2 zeigt bei spielsweise eine Glühlampenkapsel mit einem Glaskolben. Der Glaskolben 10 umschließt zwei Wendeln 60, die je weils von zwei Zuleitungen 62 gestützt werden. Die vier Stützzuleitungen 62 erstrecken sich jeweils durch eine Quetschdichtung 64 zu dem Äußeren der Lampenkapsel. Wenn zur Herstellung des Kolbens ULF-Glas verwendet wird, führt dies dazu, daß der Kolben und die Zuleitun gen thermisch angepaßte Ausdehnungen haben, was zwi schen dem Kolben und den Zuleitungen eine gute Ein schmelzung sicherstellt. Miniaturlampen werden gewöhn lich auf diese Art hergestellt.

Wenn der Kolben 10 an eine Gestellsstruktur an geschmolzen wird, würde der Kolben normalerweise aus einem Kalkglas hergestellt werden und nur das Gestell, wie in Fig. 3 gezeigt, würde aus dem ULF-Glas herge stellt werden. Fig. 3 zeigt ein zur Herstellung einer Glühlampe verwendetes Wendelgestell 14. Das Wendelge stell 14 umfaßt eine Wendel 16, die elektrisch an die beiden Zuleitungen 18, 20 an inneren Enden 22, 24 der Zuleitungen 18, 20 angekoppelt ist. Die Wendel 14 kann zusätzlich durch eine oder mehrere der in der Technik bekannten zahlreichen Wendelstützstrukturen gehalten werden. Die Zuleitungen 18, 20 weisen mittlere Bereiche auf, die sich durch einen Glaskörper 26 erstrecken und in diesen eingeschmolzen sind, und sich über den Glas körper 26 hinaus erstreckende äußere Enden 28, 30 zum Anschluß an einen Edison-Lampensockel oder eine andere Art von Lampensockel. Die elektrischen Zuleitungen 18, 24 können aus elektrisch leitendem Draht herge stellt sein, üblicherweise vernickeltes Kupfer oder an dere Zuleitungsdrahtmaterialien wie etwa Dumet, Nickel, Niron (Fe-Ni-Legierung) und Sylvania #4-Legierung, wie in der Beleuchtungsindustrie üblicherweise eingesetzt. Die Zuleitungsdrähte können die allgemeine Form von ge raden Zuleitungen aufweisen, die sich von Anschlußpunk ten mit der Lichtquelle im Inneren des Kolbens durch den Kolben zum Äußeren des Kolbens zu äußeren Kontakten erstrecken. Angesichts der Ähnlichkeit von Wärmeausdeh nungen zwischen bestehenden Lampengläsern und der neuen ULF-Glas-Formulierung können in einer Struktur ver schiedene Lampenkomponenten alter und neuer Formulie rungen leicht kombiniert werden. Die Integration der neuen Glasformulierung in Herstellungsprozesse kann ab laufen, ohne daß die Herstellung sehr gestört wird.

Der Glaskörper 26 kann einen scheibenförmigen oder aufgeweiteten Rand 32 enthalten, der an dem hals förmigen Bereich 12 des offenen Durchgangs des geblase nen Kolbens 10 angebracht und dann angeschmolzen werden kann, wobei die Wendel 16 im Inneren des geblasenen Kolbens 10 eingeschlossen ist und die äußeren Enden 28, 30 der Zuleitungen sich nach außen erstrecken. Fig. 4 zeigt eine aus dem geblasenen Kolben 10 und dem Glühwendelgestell 14 gebildete Glühlampe. Der geblasene Kalkglaskolben 10 und das ULF-Glas-Gestell 14 sind zu sammengeschmolzen worden, und ein mit einem Gewinde versehener Sockel 6 ist angebracht und elektrisch an die Zuleitungen 18, 20 angekoppelt worden.

Fig. 5 zeigt ein bei der Herstellung einer Leuchtstofflampe verwendetes Wendelgestell 34. Das Wen delgestell 34 umfaßt eine elektrisch an die beiden Zu leitungen 38, 40 an inneren Enden 42, 44 angekoppelte Wendel 36. Die Zuleitungen 38, 40 weisen mittlere Be reiche auf, die sich durch einen ULF-Glaskörper 46 er strecken und in diesen eingeschmolzen sind. Die äußeren Enden 48, 50 der Zuleitungen 38, 40 verlaufen zum An schluß an einen Einzelstift-, Doppelstift-, Gewinde- oder anderen Leuchstofflampensockel. Der ULF-Glaskörper 46 kann einen scheibenförmigen oder aufgeweiteten Rand 58 enthalten, der an dem offenen Durchgang einer Leuchstofflampenröhre angebracht und dann angeschmolzen sein kann. Fig. 6 zeigt eine aus einer mit einem Leuchtstoff beschichteten zylindrischen Röhre 54 und zwei Leuchtstofflampengestellen 34 gebildete Leucht stofflampe 52. Die Gestelle 34 und die Röhre 54 sind zusammengeschmolzen worden, und ein Zweistiftsockel ist an die Zuleitungen 38, 40 angebracht und elektrisch an sie angekoppelt worden. Die äußeren Kontakte im Sockel können aus leitendem Metall hergestellt sein, wie bei spielsweise Messing, damit sie die vertrauten elektri schen Kontakte aufweisen, die Lampen gemein haben, wie zum Beispiel einen Edison-Gewindesockel oder eine Zwei stift-Leuchtstofflampe. Die Lichtquelle ist dann elek trisch über die Zuleitungen an die Kontakte angekop pelt, wobei das Glasgestell bzw. der Glaskolben an die Zuleitungen angeschmolzen ist.

Der geblasene Kolben, das Glühlampengestell, das Leuchtstofflampengestell, die Leuchtstoffröhre bzw. die meisten von etwaigen anderen Glaslampenkomponenten können aus dem universellen bleifreien Glas hergestellt werden. Da die Herstellung des ULF-Glases möglicherwei se teurer ist als beispielsweise die von gewöhnlichem Kalkglas, kann es wirtschaftlich sein, nur diejenige. Glaskomponente, die den Zuleitungsdrahtteil enthält, aus dem ULF-Glas herzustellen. Die ULF-Glas-Komponente kann dann wie erforderlich mit Kalkglaskomponenten kom biniert werden. Ein ULF-Glas kann beispielsweise zu ei nem Gestell geformt werden und an einen üblichen Kalkglaskolben angeschmolzen werden, so daß die Licht quelle in einem Glaskolben eingeschlossen ist. Es ist natürlich auch möglich, die ganze Lampe aus dem ULF-Glas herzustellen.

Das universelle bleifreie Glas (ULF) der vor liegenden Erfindung weist folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten auf:

SiO₂	58 bis 69
Na₂O	3,2 bis 5,5
K₂O	8,5 bis 12
Li₂O	0,5 bis 2,5
BaO	6 bis 12
SrO	0 bis 4
CaO	1 bis 6
MgO	0 bis 3
Al₂O₃	2,1 bis 7,0
B₂O₃	0 bis 3

Um den erforderlichen spezifischen Widerstand für Hochleistungslampen zu liefern, muß das Molverhält nis von K₂O zu Na₂O mindestens 1,1 betragen. Da K₂O weitaus teurer ist als Na₂O, wird die Menge an K₂O vor zugsweise auf die begrenzt, die erforderlich ist, um elektrischen Anforderungen zu genügen. Durch K₂O wird auch die Viskosität des Glases, die gesteuert werden muß, erhöht. Das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O beträgt vorzugsweise 1,1 bis 1,4.

Der logarithmische spezifische Widerstand des Glases bei 250°C beträgt vorzugsweise mindestens 9,2 Ω cm und besonders bevorzugt mindestens 9,5 Ω cm. Die Menge an Li₂O kann ebenfalls den spezifischen elek trischen Widerstand beeinflussen. Da es sich bei Li₂O auch um ein sehr teures Alkali handelt, wird die Menge an Li₂O vorzugsweise auf die Menge begrenzt, die zum Erweichen des Glases erforderlich ist.

MgO ist als ein teilweiser Ersatz for CaO be kannt, doch wirkt sich dieser Ersatz auf den spezifi schen elektrischen Widerstand nachteilig aus. Diese Auswirkung kann zu einem gewissen Grad durch Einstellen der BaO-Komponente ausgeglichen werden. Dolomit (CaMg (CO₃)₂) ist eine preiswerte kombinierte Quelle für Ca und Mg, die verwendet und durch Einstellen von BaO aus geglichen werden kann.

In der Glasschmelze werden in der Regel Läute rungsmittel zugesetzt, um das Freisetzen von Blasen zu unterstützen. Üblicherweise verwendete Läuterungsmit tel, beispielsweise Sb₂O₃, CeO₂ und Sulfate (z. B. Na₂SO₄, BaSO₄, CaSO₄), können verwendet werden, um ULF-Gläser zu läutern. CeO₂, Sb₂O₃ und/oder Fe₂O₃ können ULF-Gläsern zugesetzt werden, um die Ultraviolettabsorption zu ver bessern, die für Anwendungen mit Leuchtstofflampen wichtig ist. Die Läuterungsmittel und Ultraviolettab sorptionsmittel werden vorzugsweise in Mengen unter 1 Gewichtsprozent zugesetzt.

Eine bevorzugte ULF-Glaszusammensetzung zur Verwendung in dem Vello-Ziehprozeß ist in Gewichtspro zenten:

SiO₂	63,2 bis 66,3
Na₂O	4,8 bis 5,3
K₂O	9,3 bis 10,1
Li₂O	1,3 bis 1,4
BaO	6 bis 8,8
SrO	0 bis 2,0
CaO	2,7 bis 3,2
MgO	0 bis 2,2
Al₂O₃	4,7 bis 5,3
B₂O₃	1,3 bis 1,8

Die Zusammensetzungen der beiden ULF-Glas- Gemenge ULF14 und ULF15, die in dem Vello-Prozeß einge setzt werden können, werden in Tabelle 1 mit Bleiglä sern SG10 und SG12 und bleifreien Gläsern SG64 und PH360 verglichen. Die spezifischen elektrischen Wider stände der Gläser werden in Tabelle 2 verglichen.

Tabelle 1

Glaszusammensetzungen

Tabelle 2

logarithmischer spezifischer Widerstand [Ω-cm]

Der spezifische elektrische Widerstand des Gla ses ULF14 ist bei 250°C mindestens sechsmal größer als SG10 und mindestens dreimal größer als SG64. Der spezi fische Widerstand des Glases ULF15 ist bei 250°C mehr als zwölfmal so groß wie von SG10 und mindestens sechs mal größer als SG64. Was noch bedeutender ist: der spe zifische Widerstand von ULF15 ist genau der gleiche wie SG12. Wie oben beschrieben, ist dies eine wichtige Ei genschaft für das in den Gestellen von Hochleistungs glühlampen verwendete Glas. Es ist weiterhin wichtig, daß das ULF-Glas ähnliche thermische Eigenschaften so wie Glasschmelz- und Bearbeitungseigenschaften auf weist. Diese Eigenschaften werden in Tabellen 3-5 ver glichen.

Mit einem Dilatometer wurde die Wärmeausdehnung von Raumtemperatur auf 300°C gemessen. Die Wärmeausdeh nung von Einschmelzgläsern muß gesteuert werden, um zu jedem Zeitpunkt während der Lebensdauer einer Lampe ei nen Glasbruch zu verhindern. Die Dichtungsspannung und -Zug zwischen den Gläsern und einem SG80 Natron-Kalk- Bezugsglas wurde unter Verwendung des Trident ichtungstests gemessen. Es wurde als Bezugsglas Natron- Kalk-Glas gewählt, da ULF-Einschmelzgläser in der Regel während der Produktion an einen Kolben oder eine Röhre aus Natron-Kalk-Glas angeschmolzen würden. Das Zeichen für einen Fehlanpassungszug in Tabelle 3 ist jeweils "compressiv" [C]. Dies bedeutet, daß das wärmebedingte Zusammenziehen des Natrön-Kalk-Glases um genau den ge messenen Fehlanpassungszug unter den ULF-Gläsern liegt. Das wärmebedingte Zusammenziehen wurde von dem Glaser starrungspunkt bis Raumtemperatur gemessen. Gute Ab dichtungen lassen sich jeweils mit einem Fehlanpas sungszug unter 500 ppm erzielen.

Tabelle 3

Thermische Ausdehnung/Abdichtung

Tabelle 4

Viskosität

Tabelle 5

Verarbeitungsparameter

Die mittlere Wärmeausdehnung für die ULF- Zusammensetzungen in Tabelle 3 beträgt über den Bereich von 23°C bis 300°C etwa 91 × 10^-7/°C, was im Vergleich zu den anderen Gläsern sehr günstig ist. Die Trident- Dichtungsdaten zeigen, daß der Fehlanpassungszug für beide ULF-Zusammensetzungen unter dem des SG10- Bleiglases liegt. Die Temperatur des ULF-Glases ist bei 1000 Poise im wesentlichen die gleiche wie bei den Glä sern SG10 und PH360, nämlich etwa 1200°C. Viskositäten innerhalb des Bereichs von 100 bis 1000 Poise sind zum Schmelzen und Läutern des Glases wichtig. Der Glasver arbeitungsbereich für die Gläser ULF14 und ULF15 von mindestens etwa 330°C gestattet schnelle Vello- Ziehgeschwindigkeiten und weniger Takte zwischen der Glasformung und der Glaskühlung auf der Hochgeschwin digkeitsproduktions-Lampenabdichtungsanlage. Die obigen Daten zeigen, daß sich das ULF-Glas in allen herkömmli chen Lampenherstellungsanwendungen, einschließlich Hochleistungsglühlampengestellen, gegen die Bleigläser SG10 und SG12 austauschen läßt. Eine bevorzugte Zusam mensetzung, nämlich ULF14, weist die gleichen Bearbei tungseigenschaften wie das im Handel erhältliche PH360- Glas auf, und als solches könnte ULF14 ohne Veränderun gen bei der Befeuerung anstatt des PH360-Glases einge setzt werden. Das universelle bleifreie Glas kann auch für Lampen sowohl niedriger als auch hoher Leistung verwendet werden. Der spezifische elektrische Wider stand von ULF14 ist fünfmal so groß wie der von PH360 bei 250°C und dreimal so groß bei 350°C. Somit kann nun eine universelle bleifreie Glaszusammensetzung herge stellt werden, die die bestehenden Einschmelzgläser und Drähte abdichtet und dabei Viskositätseigenschaften beibehält, die denen des für die Hochgeschwindigkeits lampenabdichtung verwendeten Bleiglases ähnlich sind. Es wird erwartet, daß das universelle bleifreie Glas bei Wirkungsgraden, die denen der Bleigläser SG10 und SG12 ähnlich sind, bei der Glasabdichtung genauso gut arbeitet und eine Einschmelzung mit der gleichen Quali tät produziert.

Eine weitere bevorzugte Zusammensetzung zur Verwendung in dem Danner-Rohrziehprozeß ist in Ge wichtsprozenten:

SiO₂	58 bis 66,4
Na₂O	3,3 bis 5,5
K₂O	9 bis 9,3
Li₂O	1,4 bis 2,5
BaO	8 bis 14,3
CaO	0 bis 5,2
MgO	0 bis 3
Al₂O₃	4,5 bis 4,7
B₂O₃	0 bis 4
Sb₂O₃	0 bis 0,2
ZnO	0 bis 3,2

Bei dem Danner-Röhrziehprozeß wird ein Rohr über einem sich drehenden feuerfesten Rohr gebildet. Die Viskositäten liegen beträchtlich niedriger als bei dem Vello-Prozeß, so daß ULF-Gläser mit höheren Liqui dustemperaturen effizient gezogen werden können.

Es sind zwar diejenigen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben worden, die gegenwär tig als die bevorzugten angesehen werden, doch ist es dem Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderun gen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Universelles bleifreies Glas mit einer Zusam mensetzung in Gewichtsprozenten von:
SiO₂ 58 bis 69 Na₂O 3,2 bis 5,5 K₂O 8,5 bis 12 Li₂O 0,5 bis 2,5 BaO 6 bis 14,3 SrO 0 bis 4 CaO 0 bis 6 MgO 0 bis 3 Al₂O₃ 2,1 bis 7,0 B₂O₃ 0 bis 4 Sb₂O₃ 0 bis 0,2 ZnO 0 bis 3,2

und wobei das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O mindestens 1, 1 beträgt.

2. Glas nach Anspruch 1, bei dem der Anteil von BaO, CaO und B₂O₃ in Gewichtsprozenten:
BaO 6 bis 12 CaO 1 bis 6 B₂O₃ 0 bis 3

beträgt, ohne Sb₂O₃ und ZnO.

3. Glas nach Anspruch 1, bei dem das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O zwischen 1, 1 und 1, 4 liegt.

4. Glas nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Läu terungsmittel oder einem Ultraviolettabsorbiermittel in einer Menge von unter etwa 1,0 Gewichtsprozent.

5. Glas nach Anspruch 1, bei dem das Glas bei 250°C einen logarithmischen spezifischen Widerstand von mindestens 9,2 Ω cm aufweist.

6. Glas nach Anspruch 1, bei dem das Glas bei ei ner Temperatur von etwa 1200°C eine Viskosität von 1000 Poise aufweist.

7. Glas nach Anspruch 1, bei dem das Glas einen Verarbeitungsbereich von mindestens etwa 330°C auf weist.

8. Glas nach Anspruch 1, bei dem das Glas bei 250°C einen logarithmischen spezifischen Widerstand von mindesten 9,2 W cm und im Temperaturbereich von 23°C bis 300°C eine Wärmeausdehnung von etwa 91 × 10^-7/°C aufweist.

9. Glas nach Anspruch 1 mit einer Zusammensetzung in Gewichtsprozent von:
SiO₂ 63,2 bis 66,3 Na₂O 4,8 bis 5,3 K₂O 9,3 bis 10,1 Li₂O 1,3 bis 1,4 BaO 6 bis 8,8 SrO 0 bis 2,0 CaO 2,7 bis 3,2 MgO 0 bis 2,2 Al₂O₃ 4,7 bis 5,3 B₂O₃ 1,3 bis 1,8

und wobei das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O mindestens 1,1 beträgt.

10. Universelles bleifreies Glas mit einer Zusam mensetzung in Gewichtsprozenten von:
SiO₂ 58 bis 66,4 Na₂O 3,3 bis 5,5 K₂O 9 bis 9,3 Li₂O 1,4 bis 2,5 BaO 8 bis 14,3 CaO 0 bis 5,2 MgO 0 bis 3 Al₂O₃ 4,5 bis 4,7 B₂O₃ 0 bis 4 Sb₂O₃ 0 bis 0,2 ZnO 0 bis 3,2

und wobei das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O mindestens 1,1 beträgt.

11. Elektrische Lampe, die folgendes umfaßt:
einen Glaskolben und mindestens ein Gestell;
wobei jedes Gestell einen Glaskörper und mindestens ei ne elektrisch an ein Paar Zuleitungen angekoppelte Wen del aufweist, wobei die Zuleitungen mittlere Bereiche und äußere Enden aufweisen, wobei sich die mittleren Bereiche der Zuleitungen durch den Glaskörper erstrec ken und in diesen eingeschmolzen sind, wobei der Glas körper zwischen der Wendel und den äußeren Enden der Zuleitungen angeordnet ist und aus einem universellen bleifreien Glas geformt ist, das eine Zusammensetzung in Gewichtsprozent von:
SiO₂ 58 bis 69 Na₂O 3,2 bis 5,5 K₂O 8,5 bis 12 Li₂O 0,5 bis 2,5 BaO 6 bis 12 SrO 0 bis 4 CaO 1 bis 6 MgO 0 bis 3 Al₂O₃ 2,1 bis 7,0 B₂O₃ 0 bis 3

aufweist und wobei das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O mindestens 1,1 beträgt; und
der Glaskolben und der Glaskörper verschmolzen sind, um ein die Wendel enthaltendes abgeschlossenes Volumen zu bilden.

12. Elektrische Lampe, die folgendes umfaßt:
einen Glaskolben, der eine Wand aufweist und ein abge schlossenes Volumen enthält, wobei das abgeschlossene Volumen mindestens eine elektrisch an ein Paar Zulei tungen angekoppelte Wendel enthält, wobei sich die Zu leitungen durch die Wand erstrecken und mit dieser ver schmelzen, wobei der Kolben aus einem universellen bleifreien Glas gebildet ist, das eine Zusammensetzung in Gewichtsprozent von:
SiO₂ 58 bis 69 Na₂O 3,2 bis 5,5 K₂O 8,5 bis 12 Li₂O 0,5 bis 2,5 BaO 6 bis 12 SrO 0 bis 4 CaO 1 bis 6 MgO 0 bis 3 Al₂O₃ 2,1 bis 7,0 B₂O₃ 0 bis 3

aufweist, wobei das Molverhältnis von K₂O zu Na₂O minde stens 1,1 beträgt.