DE2362528A1 - Am ende abgerundete halogenlampe mit spiralfoermigem pumprohr und verfahren zur herstellung - Google Patents
Am ende abgerundete halogenlampe mit spiralfoermigem pumprohr und verfahren zur herstellungInfo
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Description
Am Ende abgerundete Halögenlampe mit spiralförmigem'Pumprohr
\ und Verfahren 2ür Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Wölfram-Halogen-Glühla^pen mit
einer am Ende abgerundeten Umhüllung aus einem Höchtemperaturglas
und auf ein Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesonderä
betrifft die Erfindung einen Lampenaufbau, bei dem eine Spirale aus ¥olframdraht in dem abgeschmolzenen Rest eines
Pumprohres eingebettet ist, wobei, die*Spirale das Pumpröhr
vrährend der Abdichtung des Leiterdrähtes offen hält.
Ohne in irgendeiner Weise darauf beschränkt zu sein, hat die
vorliegende Erfindung eine besondere Anwendbarkeit auf Minia«
tur^ßlühlampen und wird in Verbindung mit diesen beschrieben*
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Solche Miniatur-Glüh.lampen werden insbesondere in medizinischen, und optischen Instrumenten verwendet»
Verschiedene medizinische und optische Untersuchungsinstrumente erfordern eine gleichförmige Beleuchtung, d. h. eine
von LichtVerzerrungen freie Bestrahlung. Um diese Art von
Licht zu erhalten, werden die Lampenmäntel mit -domähnliehen
abgerundeten Enden versehen und weisen in einigen Fällen Linsen auf, die integral mit dem domähnlichen Ende ausgebildet
sind. Das Erfordernis des verzerrungsfreien Lichtes engt den Lampenaufbau dahingehend ein, daß die Stelle des Pumprohres
entweder an demjenigen Ende des Kolbens, das dem abgerundeten Ende gegenüber liegt, oder in der Seite des Kolbens angeordnet
sein muß. An der Seite leergepumpte Kolben sind teuer in der Herstellung und weisen den zusätzlichen Nachteil
auf, daß sie die Größe des Instrumentes vergrößern, in dem die Lampe verwendet wird.
Die alternative Stelle ist das dem abgerundeten Ende gegenüber liegende Ende, das die hermetisch abgedichteten Leiterdrähte
enthält. Versuche, das Pumprohr im Bereich der abgedichteten Leiterdrähte anzuordnen oder zu befestigen, haben
zu Schwierigkeiten geführt, das Pumprohr offenzuhalten. In großem Umfang beruht dieses Problem auf der Tatsache, daß
die Leiterdrähte direkt mit der Umhüllung bzw. dem Lampenmantel abgedichtet sind. Eine direkte Abdichtung der Leiterdrähte
macht es erforderlich^ eine optimale Zeit-Temperatur-Erhitzung
des Glases während des Abdiehtvorganges zu verwenden, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß sich
das Pumprohr schließt.
Es ist nicht nur wünschenswert, eine Lichtverzerrung wegen
deformiertem oder gestreiftem Glas zu vermeiden» sondern andere Störungen, wie beispielsweise die Schwärzung der Kolbenwand«
die durch Wolframablagerung hervorgerufen wird, sind in
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gleicher Weise unerwünscht, Glühlampen, wie sie in der US-Patentschrift
2 883 571 beschrieben sind, vermeiden die Schwärzung der Kolbenwand durch die Verwendung eines regenerativen
Zyklus von Wolfram und Jod. Andere Halogene, wie beispielsweise Brom und Chlor, können ebenfalls für Lampen mit regenerativen Zyklus verwendet werden.
Aufgrund der Unterschiede bei den Ausdehnungskoeffizienten zwischen Quarzmänteln oder Mänteln aus geschmolzenem Siliziumdioxyd
und den Leiterdrähten in einer konventionellen Wolfram-Halogenlampe
ist es jedoch erforderlich geworden, Folienteile als Teil des Leiterdrahtes zu verwenden. Die Verwendung von
Folienteilen als Leiterdrahtkomponente erhöht die Ausdehnung der Dichtung und somit wiederum die Gesamtgröße der Lampe,
wodurch konventionelle Wolfram-Halogenlampen in zahlreichen medizinischen- und optischen Instrumenten unanwendbar gemacht
werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe mit einer minimalen Lichtverzerrung herzustellen. Eine
weitere Aufgabe besteht darin,, eine Anbringung des Pumprohres
an der Umhüllung im Bereich der Leiterdrahtdichtung ohne Verschließen des Rohres zu ermöglichen. Dabei soll eine Wolfram-Halogenlampe
ohne Foliendrahtteile hergestellt werden. Gleichzeitig soll die Halogenlampe eine kompakte Größe besitzen.
Schließlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur schnellen und wirkungsvollen Herstellung von
am Ende abgerundeten Lampen zu schaffen.
Kurz gesagt werden diese Aufgaben erfindungsgemäß durch die
Verwendung einer Wolframspirale gelöst, die in einem Pumprohr in Verbindung mit gewissen Aluminosilikat-Gläsern und
Leiterdrähten aus feuerfestem(hochwarmfestem) Metall eingebettet ist. ■·■....
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Ein vorgeformter am Ende abgerundeter Kolben aus einem bekannten·
Glas, der zwischen 59 und 70 Gew.-% SiO2, 10 bis 20 Gew.-%
AIpO, und 7,4 bis 28 Gew.-% BaO enthält und einen Erweichungspunkt
von etwa 1100° C und einen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 36 und i\0 χ 10 pro ° C aufweist,ist über einem Befestigungsstift
angeordnet, der ein Pumprohr mit einer Spirale aus feuerfestem Metall hält, wie beispielsweise Wolfram9 die
in den Innenraum des Rohres leicht eingebettet ist. Der Befestigungsstift enthält auch zwei Leiterdrähte aus feuerfestem
(hochwarmfestem) Metall, an denen eine Wolfram-Glühwendel angebracht ist.
Dem offenen Ende des Kolbens wird Wärme zugeführt, wodurch der Kolben um die Leiterdrähte herum und den äußeren Abschnitt
des Pumprohres herum zusammensinkt, das die Wolframspirale enthält. Die Lampe wird dann mit einem inerten Gas gespült,
um Verunreinigungen zu beseitigen, und mit einem Halogen enthaltenden
Gas gefüllt, wonach das Pumprohr abgeschmolzen wird.
Wenn eine Lampe mit erhöhtem Druck gewünscht wird, kann das abgerundete Ende der Lampe in ein Kühlmittel eingetaucht werden,
wie beispielsweise flüssigen Stick-stoff, und dann erneut abgeschmolzen werden, um eine unter Druck stehende Lampe
zu bilden.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen
anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 ist eine Vorderansicht von einem Ausführungsbeispiel .der erfindungsgemäßen Lampe.
Figur 2 ist eine Vorderansicht von einer erfindungsgemäßen
Lampe, die eine Linse enthält.
Figur 3 ist eine Seitenansicht der Lampe gemäß Figur 2.
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Figur M stellt die Befestigung der Wplframspirale an glern
Pumprohr· dar.
Figur 5 zeigt die Befestigung einer Glühwendel an Leite.rdrgh
ten,-
Figur 6 zeigt ein Verfahren zum Abdichten d^r erfindungsge^
mäßen Lampe,
Figur 7 stellt ein Verfahren zum Spülen^ Füllen und Abschmel
zen der erfindungsgemäßen Lampe dar.
Figur § §eigt einen zusätzlichen Abgöhmelzvepgang,
Figur 9 geigt ein Verfah-ren sum Abspalfeen ygxi |fi?hlen§|C5ff
m HalQgen-iCphlenwasserstoff =
In Figur 1 ist ein Apsführungsbeispiel einep Lappe. IQ
stellt^, die eine Umhüllung bzw? einen. Mantel 11 mit einem abgerundeten
Ende 12 aufweist. Das abgerundete Ende 12 igt vorzugsweise
frei von allen Unregelmäßigkeiten und Streifens so
daß eine minimale.Verzerrung der Strahlung der Glühwendel 13
besteht. Verzerrungsfreies Licht dieser Art ist in gewissen
Applikationen erforderIichs wie beispielsweise bei der Beleuchtung
medizinischer und optischer Untersuchungsinstrumente, da das Bestrahlungsmuster bei der Diagnose kritisch
ist.
Die Wolframwendel 13 ist an Leiterdrähten lA dadurch befestigt,
daß das eine Ende des Leiters gebogen ist, um einen Haken oder eine Klemme zu bilden, wie es an der Stelle 15 gezeigt ist.
Damit §ie dem Wolfram-Halogenzyklus widerstehen, sind die
Leiterdrähte IM aus einem hoehschmelsenden (feuerfesten)
Meta.13- hergestellt9 wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram.
Die. Ljeitgrd.rähte sind im Bereich 16 mit einer Hülle bzw, dem
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Mantel 11 abgedichtet.
Bisher konnten Leiterdrähte für Wolfram-Halogenlampen nicht direkt mit dem Mantel bzw, der Umhüllung abgedichtet werden,
da der Ausdehnungskoeffizient von einem Mantel aus Quarz oder geschmolzenem Siliziumdioxyd, der den erforderlichen Kolbenwandtemperaturen
des Wolfram-Halogenzyklus widerstehen könnte, wesentlich kleiner war, als derjenige eines Leiterdrahtes aus
hochschmelzendem Metall. Die meisten Dichtungen von Wolfram·^ Halogenlampen wurden deshalb bisher zwischen extrem dünnen
Folien oder geblätterten Abschnitten aus feuerfesten Metallen gebildet. Bei Verwendung eines Hochtemperatur-Aluminosilikatglases,
das zwischen 59 und 70 Gew.-% SiO2, 10 bis 20 Gew.-?
AIpO, und 7,4 bis 28 Gew,-% BaO enthält, wurde gefunden, daß
eine wirksame Dichtung zwischen den Leiterdrähten und der Umhüllung direkt hergestellt werden könnte, d. h. ohne die Verwendung
eines FolienIeiters. Andere Eigenschaften des Glases sind ein Schmelzpunkt von etwa 1100° C und ein Ausdehnungskoeffizient
zwischen 36 und 40 χ lÖ~f pro ° C zwischen 0 und
300 C. Die Ausdehnungskoeffizienten für Molybdän und Wolfra sind 52 bzw.. 46 χ 10~' pro ° C zwischen 0 und 300° C.
Gegenüber dem abgerundeten Ende 12 ist der Abschmelzrest 17 eines Pumprohres angeordnet. In dem Abschmelzrest 17 ist eine
Spirale 18 aus Wolframdraht enthalten, die das Pumprohr während der Abdichtung des Leiterdrahtes auf ihren vollen Innendurchmesser
geöffnet hält, so daß die Lampe 10 anschließend gespült und gefüllt werden kann.
Die Figuren 2 und 3 zeigen andere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lampe. Die Lampe 19, die der Lampe 10 gemäß
Figur 1 ähnlich ist, weist eine derart geformte Umhüllung 20 auf, daß das abgerundete Ende 21 eine integral mit der Umhüllung
ausgebildete Linse 22 enthält.
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Die Glühwendel 23 ist an den Leiterdrähten 2h durch Ausbildung
eines Hakens bei 25 befestigt. Die Spirale 26 ist in dem Abschmelzrest 27 eingebettet, um das Pumprohr während
des Dichtvorganges des .Leiterdrahtes offenzuhalten. ·
Ein Beispiel für eine Glaszusammensetzung, die für die erfindungsgemäße
Lampe verwendet werden kann, enthält in Gew.-% 62,0 % SiO2, 17,2 % Al2O3, 19,0 % BaO, 1,5 % CaO mit Spuren
ZrOp und TiO. Die Leiterdrähte dieser speziellen Lampe sind
aus Molybdän mit einem Durchmesser von 200^u (8 mil), und
das feuerfeste Metall der Spirale ist Wolfram.
Das angewendete Verfahren zur Herstellung der Lampen 10 und
19 ist in den Figuren 1J bis 8 dargestellt. Wie in Figur 4 gezeigt
ist, wird die Spirale 28 an dem einen Ende in dem Pumprohr
JO angeordnet. Die äußere Oberfläche des Pumprohres 30
wird durch Flammen 31 leicht erhitzt, um die Pumprohreinrichtung
32 zu bilden. Diese Erhitzung erweicht das Glas der Innenfläche
des Rohres, so daß eine leichte Strömung von Glas zwischen den Windungen der Spule auftritt. Es wurde gefunden,
daß, wenn die Spirale .vollständig geschlossene Windungen aufwies,
Schwierigkeiten auftraten bei Rohren mit sehr kleinem Durchmesser. Deshalb ist es vorteilhaft, wenigstens einen gewissen
Raum zwischen den Spiralwindungen zu haben.
Ein weiterer Schritt beim Zusammenbau, nämlich die Anbringung
der Befestigung, ist in Figur 5 dargestellt. Die Glühwendel ist an den Leiterdrähten 3^ durch Biegen des Leiterdrahtes
befestigt, um einen Haken zu bilden. Es ist ein Werkzeug 35 gezeigt, das das Ende des Leiterdrahtes /3^ biegt, um das eine
Ende der Glühwendel in seiner Lage zu halten. Ein ähnlicher Vorgang wird auf dem anderen Leiterdraht ausgeführt, um eine
Glühwendelbefestigung 1Il zu bilden.
Figur 6 zeigt ein Kopfstück 38, das eine öffnung 36 zum Anord-
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nen der Pumprohreinrichtung 32 und öffnungen 37 zum Anordnen
der Leiterdrähte 31J aufweist. Ein vorgeformter, am Ende abgerundeter
Kolben 40 wird über der Glühwendelbefestigung 41 und der Pumprohreinrichtung 32 angeordnet. Die Flammen 34
werden an den Kolben gehalten, um das Glas um die Leiterdrähte 34 und das Ende der Pumprohreinrichtung 32 herum zu schmelzen,
die die Wolframspirale 28 enthält.
Aufgrund der Differenzen in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Leiterdrähten, d. h. 46 oder 52 x 10~7 pro ° C für
Wolfram bzw. Molybdän, und der Umhüllung, d. h. 36 bis 40 χ
10 pro ° C, ist die direkte Abdichtung der Leiterdrähte mit
der Umhüllung ein heikles Verfahren. Die für die Abdichtung sorgenden Flammen müssen das Glas vollständig schmelzen, so
daß es fließt und eine hermetische Dichtung um die Leiterdrähte 34 und die Außenwand des Pumprohres 30 herum bildet.
Bei konventionellen Wolfram-Halogenlampen, die Foliendichtungen
verwenden, ist der Schmelzgrad der Umhüllung weniger kritisch als bei der direkten Leiterdrahtdichtung. Da der
Schmelzgrad bei Anwendung von Foliendichtungen weniger kritisch ist, ist es möglich, ein Pumprohr im Bereich der Leiterdrahtdichtung
abzudichten, ohne daß das Pumprohr geschlossen wird. Dies ist jedoch nicht der Fall bei solchen Applikationen,
die eine direkte oder gerade durchgehende Leiterdrahtdichtung aufweisen. Demzufolge ist es schwierig,eine hermetische
Dichtung zu erhalten und das Pumprohr in einem offenen Zustand zu erhalten. Flammen, die gestatten würden, daß das
Pumprohr offen bleibt, würden keine gute Dichtung bilden. Andererseits würden Flammen, die eine gute Dichtung bilden
würden, das Pumprohr verschließen. Vor und während des Dichtvorganges strömt Stickstoff aus der Leitung 43 durch den
Durchlaß 44 im Pumprohr 30 in den Kolben 40, um Lampenteile an einer Oxidierung zu hindern, wenn dem Mantel durch die
Flammen Wärme zugeführt wird.
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Innerhalb der abgedichteten Lampe' 39 wird ein zurückziehbares
Spülkapillarröhrchen 61 angeordnet, wie es in Figur 7 gezeigt
ist, und die Stickstoffströmung durch die Umhüllungutaus dem
unteren Ende 45 des Pumprohres 30 heraus setzt sich fort, bis
die Umhüllung- von Verunreinigungen frei ist. Ein Zweiwege-Ventil
46 verschließt die Stickstoffleitung 46 und öffnet die
Füllgasleitung 57» damit ein vorgewähltes Füllgas in die
Lampe 39 strömen kann. Das Füllgas, das bei der Herstellung
von einem der erfindungsgemäßen Lampentypen verwendet wird,
enthält 98,95 Vol.-% Krypton, 0,05 Vol.-Ji Sauerstoff und
1 Vol.-SS Methyljödid (CH3I).
Wenn die abgedichtete Lampe 39 mit dem gewünschten Füllgas
gefüllt ist, wird das Spülkapillarröhrchen 6l bis zu einem
Punkt unterhalb der Stelle 49 zurückgezogen, und die Abschmelzflammen
48 schmelzen das Pumprohr an einer gewünschten Stelle, wie beispielsweise bei 49, lang ab und dichten es
ab.
Die Lampe 39 kann an irgendeiner Stelle entlang dem Pumprohr
30 bis herab zum "unteren Ende 50 der Spirale 28 ab geschmolzen
werden. Die in Figur 7 gezeigte Lampe wird unter Druck gesetzt und wird deshalb bei 49 abgeschmolzen, so daß das Volumen
des in dem Pumprohr enthaltenden Fjiillgases während eines
anschließenden Kurz-Abschmelzvorganges, der in Figur 8 gezeigt
ist, in die Umhüllung transportiert werden kann.
In Figur 8 wird ein Behälter 51 mit einem Kühlmittel 52 ge-.
füllt, wie beispielsweise flüssigem Stickstoff.Die Lampe 39
wird in. das Kühlmittel 52 eingetaucht und das Füllgas aus
dem Pumprohr und dem Kolben 40 kondensiert in dem kälteren
Abschnitt 53 des Kolbens. Nach einem kurzen Zeitraum, in dem das Füllgas in dem kälteren Kolbenabschnitt kondensieren
kann, erhitzen Flämmen 54 das Pumprohr 30 an einer Stelle 55*
um das Pumprohr ein zweites Mal zu schmelzen, wodurch das
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Volumen des Pumprohres verkleinert wird. Die dabei entstehende Volumenverminderüng um eine feste Füllgasmenge erhöht den
Druck in der Lampe 39 · ...-■--.-
Wie bereits ausgeführt wurde, enthält das Füllgas Methyljodid
(CH,I). Es wurde bei gewissen Applikationen gefunden, daß,
wenn Methyljodid vor einer Verwendung der Lampe nicht aufgespalten wird, es sich dann aufspaltet, wenn die Glühwendel zum
Glühen gebracht wird, und es wird angenommen, daß sich der Kohlenstoff aus dem Methyl-Kohlenwasserstoff mit der Wolfram-Glühwendel
vereinigt> um ein Eutektikum zu bilden, das die.
Schmelztemperatur des Wolframdrahtes unter die Betriebstemperatur absenkt.
Ein Verfahren zum Abspalten des Kohlenstoffes ist in Figur 9
dargestellt. Die Lampe 39 ist nahe eines halbkreisförmigen
Gebers 47 einer nicht gezeigten. Hochfrequenzspule angeordnet,
und zwischen dem unteren Teil 59 des Leiterdrahtes 31* und dem
Geber hf wird ein Lichtbogen gebildet. Die Energie des Lichtbogens
bricht das Methyljodid auf und befreit dadurch das Jod für den Halogenzyklus. In den eingangs erwähnten meaizinischen
und optischen Applikationen ist es wichtig, daß der Lichtbogen nahe der Dichtungsfläche gezogen wird, da die Aufspaltung
einen Rest hervorruft, der die Kolbenwand verfärbt und sehr nachteilig sein würde, wenn er sich in der Nähe des
abgerundeten Endes befinden würde.
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Claims (5)
- PatentansprücheGlühlampe mit einer einabgerundetes Ende aufweisenden Umhül-lung aus Hochtemperatur^Aluminosilikatglas, das zwischen 59 und 70 Gew.-JS SiO2, 10 bis 20 Gew.-2 Al2O, und 7,4 bis 28 Gew.-% BaO enthält mit Leiterdrähten aus feuerfestem Metall, die in der Umhüllung an dem dem abgerundeten Ende gegenüber liegenden Ende hermetisch abgedichtet sind, einer Wolfram-Glühwendel,· die an beiden Enden mit den Einführungsdrahten verbunden ist, und mit einer Füllung in der Umhüllung aus einem inerten Gas und einem Halogen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (11) den abgeschmolzenen Rest (17) eines Pumprohres (30) an demjenigen Ende der Umhüllung aufweist, das dem abgerundeten Ende (12) gegenüberliegt, und der abgeschmolzene Rest (17) eine Spirale (18) aus feuerfestem (hochwarmfestern) Metall enthält, die das Pumprohr während der hermetischen Abdichtung der Einführungsdrähte (16) in der Umhüllung offen hält.
- 2. Glühlampe nach Anspruch 1, d a d u r ch gekenn zeichnet, daß das feuerfeste (hochwarmfeste) Metall der Einführungsleiter (16) Molybdän oder Wolfram und die Spirale (18) aus Wolfram ist.
- 3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das abgerundete Ende (12) der Umhüllung (11) eine Linse (22) enthält. .
- 4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichne t, daß das Halogen eine Jodmenge ist.
- 5. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Jodmenge auf der Basis der Füllung 1 Vol.-ί ist.409827/0682Verfahren zur Herstellung einer Glühlampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daßa) eine Spirale aus feuerfestem (hochwarmfestem) Metall in ein Pumprohr eingesetzt wird,b) das Äußere des Pumprohres in dem Bereich leicht erhitzt wird, wo die Spirale angeordnet ist,c) eine Glühwendel an den Leiterdrähten aus feuerfestem Metall zur Ausbildung einer Befestigung angebracht wird,d) die Befestigung über dem Pumprohr so angeordnet wird, daß die Leiterdrähte auf dem Äußeren des Pumprohres in dem Bereich der Spirale aus feuerfestem Metall sitzen,e) eine am Ende abgerundete Glasumhüllung über der Befestigung und dem Pumprohr angeordnet wird,f) die Umhüllung, die Leiterdrähte und das Pumprohr erhitzt werden, um die Leiterdrähte und den äußeren Umfang des Pumprohres an dem dem abgerundeten Ende gegenüber liegenden Ende abzudichten, so daß eine abgedichtete Lampe gebildet wird,g) die abgedichtete Lampe mit einem inerten Gas zur Beseitigung von Verunreinigungen gespült wird,h) die Lampe mit einem inerten Gas, das eine Halogenmenge enthält, gefüllt wird, undi) das Pumprohr erhitzt wird, um ein abges.chmolzenes, abgedichtetes Rohr an einer Stelle unterhalb der Spirale zu bilden, so daß eine abgedichtete, leer gepumpte Lampe gebildet wird.Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühlampe nach dem Abschmelzvorgang am abgerundeten Ende,abgekühlt wird, so daß das inerte Halogen-Füllgas in dem abgerundeten Ende, kondensiert wird, und der abgeschmolzene Rest an einer Stelle nahe dem Ende der Spirale abgeschmolzen wird, um eine unter Druck stehende, abgedichtete und leer gepumpte Lampe zu bilden.A 0 9.8 2 7/0682^Verfahren nach Anspruch 6, d a d u "r c h. ge k en η — ζ ei c h n. e t, daß das Halogen zunächst ein HaLlogen-Kohlen' wasserstoff ist und nach dem AbschmelzVorgang der Kohlenstoff von dem Halogen-Kohlenwasserstoff abgespalten wird.409827/06
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