DE2734099B2 - Gasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem rohrförmigen Glaskolben und mindestens zwei Elektrodenzuleitungen, die über jeweils ein Formteil aus Glas mit den Kolbenenden gasdicht verbunden sind.

Eine Gasentladungslampe, wie sie beispielsweise aus »Philips' Technische Rundschau« 22. Jahrgang, 1960/61, Nr. 8, S. 289 bis 303, als Entladungsblitzröhre oder kürzer als Blitzröhre bekannt ist, besteht heute im einfachsten Fall aus einem geraden Stück Glasrohr, in das an jedem Ende jeweils eine Elektrode als Anode bzw. Kathode gasdicht eingeschmolzen ist. Im allgemeinen besteht die Anode aus Wolfram oder Molybdän und die Kathode aus einem Sinterkörper mit Tränksubstanzen aus Emissionsmaterial und Gettermaterial, wie es beispielsweise in der DE-AS 2 332588 beschrieben ist. Als Füllung des Glasrohrs dient ein Edelgas, wie vorzugsweise Xenon, wegen seiner dem natürlichen Tageslicht entgegenkommenden spektralen Lichtverteilung. Eine zumeist außen angebrachte Zündelektrode dient zur Einleitung der Gasentladung.

Wegen der erforderlichen Wärmebelastbarkeit, der Lichtdurchlässigkeit und der elektrischen Isolation besteht das Glsrohr als Entladungsgefäß aus Quarzglas oder aus Hartglas mit sehr hohem Schmelzpunkt, vorzugsweise aus Borosilikatglas. Das Elektrodenmaterial oder zumindest das Material der durch den gasdichten Abschluß des Glasrohrs durchführenden metallischen Zuleitungen zu den im Innern des Glasrohrs befindlichen eigentlichen Elektroden muß so gewählt werden, daß keine unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Zuleitungsmaterial und Glasrohr zu Rissen in der gasdichten Verbindung führen können. Bei der Verwendung von Hartglas für das Glasrohr ist eine diesbezügliche Anpassung durch die Wahl von Wolfram für die Elektroden oder zumindest für die durchführenden Zuleitungen möglich bzw. die Anpassung an Wolfram ist durch entsprechend zusammengesetztes Hartglas möglich. Solche angepaßten Gläser sind im Handel erhältlich. Bei Quarzglas ist eine direkte Anpassung nicht möglich. In diesem Fall sowie iii dem Fall, wo zwar Hartglas für das Glasrohr, aber aus Preisgründen für die

ίο durchführenden Zuleitungen zu den eigentlichen Elektroden nicht teures Wolfram, sondern beispielsweise Nickel-Eisen verwendet werden, muß zur Anpassung der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ein Verbindungsteil aus Zwischenglas vorgesehen werden. Bei der gasdichten Verbindung der Zuleitungen sowohl mit einem Entladungsrohr aus Quai ζ über thermisch anpassendes Zwischenglas als auch mit einem Entladungsrohr aus bereits angepaßtem Hartglas werden Verbindungsteile aus Glas benötigt. Zur gasdichten Verbindung müssen die Gläser an den Verbindungsstellen geschmolzen werden. Neben relativ hohem Energieaufwand besteht ein Nachteil darin, daß leicht Spannungen im Glas und Glasbrüche auftreten können. Beides beeinträchtigt die Lebensdauer der Gasentladungslampe. Außerdem ist das Einstellen der Drücke im Entladungsrohr sowie das Einhalten von definierten Elektroüenabständen sehr schwierig.

Die vorliegende Erfindung geht von der Tatsache

jo aus, daß zwar Wolfram in Verbindung mit angepaßtem Hartglas gegenüber anderem Metall den Vorteil hat, daß keine Verbindungsteile aus thermisch anpassendem Zwischenpias, sondern allenfalls solche aus dem angepaßten Hartglas benötigt werden, daß aber

F> der Preis für Wolfram relativ hoch ist und daß Wolfram nicht verlötbar ist. Der Kompromiß, nur für die eigentlichen Elektroden ein thermisch hochbelastbares und teures Metall bzw. für die Kathode einen Sinterkörper zu nehmen und die durchführenden Zulei-

4<i tungen aus einem billigen Metall herzustellen, bedeutet die Notwendigkeit von thermisch anpassenden Zwischengläsern, eine ebenfalls teure Lösung, weil aufwendige Verfahrensschritte notwendig sind. Es ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS

4--> 2713 702), die Elektrodenzuleitungen jeweils durch einen Sinterglaskörper durchzuführen und mit den Sinterglaskörpern die Rohrenden zu verschließen. Der thermisch anpassende Übergang ist durch entsprechende Zusammensetzung der Sinterglaskörper

ίο leicht möglich. Solche Sinterglaskörper sind maschinell billig herzustellen. Ihre Verwendung anstelle von bekannten Zwischengläsern ersetzt teure Glasbläserarbeit. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß die Fertigung solcher Sinterglaskörper in beliebiger

■v, Form mit genauen Abmessungen möglich ist. Die Zuleitungen, die gleichzeitig die mechanischen Halterungen für die eigentlichen Elektroden sind, werden in die Sinterglaskörper eingeschmolzen. Dies kann gleichzeitig mit der Herstellung der Sinterglaskörper

Mi geschehen. Das Glasrohr hat eine von Anfang an endgültige eng tolerierte Länge. Beim Verschließen des Glasrohrs mit den Sinterglaskörpern durch maßgenaues Verlöten und/oder Verkleben erhalten die Elektroden eine eindeutig definierte Lage zueinander.

μ Dadurch ist die Brennlänge und damit ein maßgebender Faktor für die bei der Gasentladung ausgestrahlte Lichtstärke schon bei der Herstellung der Gasentladungslampe genau einstellbar. Darüber hinaus ergibt

die Verwendung von Glasrohren mit schon vor dem Verschließen endgültiger Länge den Vorteil, daß kein Glasabfall entsteht.

Aus der DE-PS 748625 ist es bekannt, das Quarzrohr einer Gasentladungslampe über vorgefertigte Quarzglasfüße zu verschließen, die in sich Elektrodenzuleitungen enthalten. Zwar ist das dort beabsichtigte Ziel erreicht, teure Glasbläseraibeit durch die maßgenaue Vorfertigung der Quarzglasfüße zu vermeiden· aber das Problem von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten stellt sich nicht. Aus diesem Grund ist die Verbindung der Quarzglasfüße mit dem Quarzrohr auch unproblematisch durch Verschmelzen bewerkstelligt. Durch die identischen Materialien gibt es bei dieser Verbindung keine thermisch bedingten Spannungen. Und bei den Elektrodenzuleitungen löst man das Problem dadurch, daß sie über eine weite Strecke nur als Metallfolie durch die Quarzglasfüße durchgeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von vorgefertigten Formteilen einen Weg zu zeigen, wie das Problem der thermisch bedingten Spannungen bei unterschiedlichen Materialien gemeistert werden kann, dabei aber die Herstellung gegenüber dem älteren Vorschlag mit den Sinterglaskörpern weiter vereinfacht wird.

Zu diesem Zweck werden bei einer Gasentladungslampe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß folgende Merkmale vorgeschlagen:

a) die Formteile erstrecken sich in die Koiuenenden, wobei sie sich im wesentlichen konisch verjüngen;

b) die Formteile sind mit den Stirnflächen des Glaskolbens über Glaslot verbunden;

c) das Glaslot ist in Form eines Glaslotrings aufgebracht, der mechanische Spannungen ausgleicht, die duich unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Formteile und des Glaskolbens verursacht sind.

Die im wesentlichen konische Form erlaubt bei der Fertigung ein Zentrieren der Formteile in dem Glaskolben, ohne daß durch einen knappen Sitz radiale Spannungen auftreten. Auch können dadurch keine Kapillarkräfte Glaslot in das Kolbeninnere ziehen. Das Verlöten an den Stirnflächen ergibt über das leichte Einhalten geometrischer Toleranzen hinaus an diesen Stirnflächen im wesentlichen nur radial wirkende Kräfte, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Elektrodenzuleitungen, Formteile und Glaskolben bedingt sind. Diese radialen Kräfte werden von dem Glaslot aufgenommen, das in der Form eines Glatlotringes aufgebracht ist. Im einfachsten Fall haben die Formteile dann eine in axiale Richtung schauende Randfläche als Lötfläche, die der Stirnfläche des Glaskolbens gegenübersteht. Radiale Verschicbungen der Haftflächen zwischen Lotring einerseits und Rand des Formteils bzw. der Stirnfläche des Glaskolbens andererseits werden vom Lotring aufgenommen, »rollen« gewissermaßen über ihn ab.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung verjüngen sich die Lötflächen der Formteile zum Kolbeninnern. Dadurch verbessert sich die Haftung der Lötflächen noch, weil radiale Verschiebungskräfte nach einem Kräfteparallelogramm aufgeteilt werden in eine unschädliche Komponente senkrecht zur Lötfläche und in eine Komponente parallel zur Lötfläche, die allein der Löthaftung entgegenwirkt.

Nach einer Ausgestaltung einer solchen Verjüngung sind die Lötflächen der Formteile zumindest teilweise und mindestens Teile von ringförmigen Hohlkehlen.

Die Glas-Formteile lassen sich noch einfacher herstellen als Sinterglaskörper. Eine Massenfertigung ist leicht möglich.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Gasentladungslampe, wie sie als Blitzröhre eingesetzt ist, mit den hier interessierenden Lampenenden, die Kathode und Anode enthalten. Das Entladungsgefäß ist im einfachsten Fall ein gerader rohrförmiger Glaskolben; er kann den jeweiligen Anforderungen entsprechend jedoch auch U-förmig oder kreisförmig gebogen sein,

Fig. 2 und 3 Varianten der für die Verbindung Glaskolben-Elektrodenzuleitung verwendeten

Formteile.

In Fig. 1 besteht ein Glaskolben 1 aus Borosilikat-Glas oder Quarz - es muß ein temperaturbelaslbares und bei der Blitzröhre durchsichtiges Glas sein -mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt. Es hat an seinen Enden kreisförmige Stirnflächen 2. auf die jweils ein Formteil 3, 4 über jeweils einen Glaslotring 5 aufgelötet ist. Die Formteile 3, 4 haben einen kreisförmigen Querschnitt mit an ihrer stärksten Stelle im wesentlichen gleichen Durchmesser wie der Glaskolben 1. Die Fig. 1 zeigt die Formteile 3, 4 im Längsschnitt. In axialer Richtung haben die Formteile 3, 4 jeweils einen konusförmigen Teil, der in das Innere des Glaskolbens 1 hineinragt.

In der jeweiligen entgegengesetzten axialen Richtung sind die Formteile 3,4 ebenfalls konisch. In ihren Achsen tragen die Formteile 3, 4 jeweils eine Elektrodenzuleitung 6 bzw. 7. Die Elektrodenzuleitung 6 trägt im Innern des Glaskolbens 1 eine Kathode 8, die Elektrodenzuleitung 7 bildet mit ihrem Ende im Innern des Glaskolbens 1 eine Anode. Die axiale Länge der Formteile 3, 4, d. h. die Länge ihrer Verbindung mit den Elektrodenzuleitungen 6, 7 beträgt zwei- bis zehnmal die Durchmessergröße der Elektrodenzuleitungen 6, 7, damit eine ausreichende Gasdichtigkeit an diesen Stellen und außerdem genügend mechanische Festigkeit der Verbindung gewährleistet ist. Die Kathode 8 besteht aus einem Sinterkörper.

Die Elektrodenzuleitungen 6, 7 bestehen aus Molybdän oder aus einer Ni-Fe-Co-Legierung mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten a,_ü3ü0 = 5,2 bzw. 5,1, wobei »20/300« bedeutet: zwischen 20° C und 300° C. Die Formteile 3, 4 sind aus einem Glas gefertigt mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten a_21W(K)=5. Das Glaslot der Glaslotringe 5 hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a_20/3u(l = 4,5, das Glas des Glaskolbens 1 ein a,₀ J₀₁₁ = 4,1. Trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Formteilen 3, 4, Glaslotringen 5 und Glaskolben 1 werden thermisch verursachte Spannungen durch die Geometrie der Formteile 3, 4 :■■> verteilt, daß die Glaslotverbindung und die Verbindung Formteil - Elektrodenzuleitung mechanisch stabil und ausreichend gasdicht bleiben.

In der Fig. 2 ist eine Ausführung eines Formteils 9 dargestellt, das auf der axialen Außenseite eine plane Oberfläche hat. Außerdem dient als Lötfläche nicht

ein Oberflächenteil eines Konus, sondern eine planparallel den Stirnseiten 2 des Glaskolbens 1 gegenüberliegende Ringfläche 10. Diese entsteht dadurch, daß geometrisch gesehen in Höhe des Glaslotringes 5 auf den in das Glaskolbeninnere hineinragenden konischen Teil des Formteiles 9 auf dessen axialer Außenseite eine Scheibe aufgesetzt ist. Außerdem ist der konische Teil auch im Glaskolbeninneren abgeflacht, so daß ein trapezförmiger Längsschnitt entsteht.

Eine weitere Ausgestaltung zeigt die Fig. 3. Dort ist zwischen der gedachten Scheibe und dem Kegelstumpfeines Formteils 11 eine ringförmige Hohlkehle 12 gebildet, die aber so groß bemessen ist, daß sie vom Glaslot nicht ausgefüllt ist. Eine umlaufende Übergangsmasse 13 zwischen Hohlkehle 12 und dem Kegelstumpf erlaubt eine bessere Zentrierung im Glaskolben 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

b) Patentansprüche:

1. Gasentladungslampe mit einem rohrförmigen Glaskolben und mindestens zwei Elektrodenzuleitungen, die über jeweils ein Formteil aus Glas mit den Kolbenenden gasdicht verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Formteile (3, 4, 9,11) erstrecken sich in die Kolbenenden, wobei sie sich im wesentlichen konisch verjüngen;
die Formteile (3,4,9,11) sind mit den Stirnflächen (2) des Glaskolbens (1) über Glaslot verbunden;

c) das Glaslot ist in Form eines Glaslotrings (5) aufgebracht, der mechanische Spannungen ausgleicht, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Formteile (3, 4, 9, 11) und des Glaskolbens (1) verursacht sind.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lötflächen der Formteile (3,4,11) zum Kolbeninnern verjüngen.

3. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötflächen (10) der Formteile (11) zumindest teilweise und mindestens Teile von ringförmigen Hohlkehlen (12) sind.