DE2362528A1 - Am ende abgerundete halogenlampe mit spiralfoermigem pumprohr und verfahren zur herstellung - Google Patents

Am ende abgerundete halogenlampe mit spiralfoermigem pumprohr und verfahren zur herstellung

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DE2362528A1
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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)

  1. Patentansprüche
    Glühlampe 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. 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. 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. 4. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichne t, daß das Halogen eine Jodmenge ist.
  5. 5. Glühlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Jodmenge auf der Basis der Füllung 1 Vol.-ί ist.
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    Verfahren zur Herstellung einer Glühlampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) 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, und
    i) 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.
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    ^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.
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