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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Lampe mit
einem vakuumdicht verschlossenen gläsernen Lampengefäß, das eine
Längsachse
aufweist;
von außen
in das Lampengefäß verlaufenden
Stromleitern;
einem elektrischen Element in dem Lampengefäß, das mit
den Stromleitern verbunden ist,
welches Lampengefäß eine Abdichtung
auf der Längsachse
hat, durch welche Abdichtung zumindest einer der Stromleiter geführt wird,
welcher
zumindest eine Stromleiter eine in die Abdichtung eingebettete und
im Wesentlichen in einer planen Ebene liegende Metallfolie umfasst,
einem
inneren Leiter, der an die genannte Metallfolie geschweißt ist,
in das Lampengefäß verläuft und
mit dem elektrischen Element verbunden ist, und einem äußeren Leiter,
der an die genannte Metallfolie geschweißt ist und aus der Abdichtung
nach außen ragt,
wobei
der innere und der äußere Leiter
je ein Ende innerhalb der Abdichtung haben und auf der Metallfolie,
in einer Richtung quer zur Längsachse
gesehen, auf Abstand voneinander liegen und durch ein und dieselbe
axiale Zone der Abdichtung laufen.
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Eine derartige Abdichtung mit einem
derartigen durch diese hindurch geführten Stromleiter ist aus GB-B-512.257
bekannt.
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Stromleiter mit Metallfolien werden
viel in Abdichtungen verwendet, wenn das Glas der Abdichtung einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat, der niedriger ist als der entsprechende Koeffizient des Metalls.
Dies ist der Fall, wenn das Glas im Hinblick auf die Betriebsbedingungen
der Lampe eine hohe Erweichungstemperatur haben muss, während das Metall
aus dem gleichen Grund, und wegen der hohen Herstellungstemperatur
der Abdichtung, einen hohen Schmelzpunkt haben muss, wie z. B. Wolfram und
Molybdän.
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Die Verwendung einer Metallfolie
bedeutet, dass der Unterschied im Ausdehnungskoeffizienten zwischen
Metall und Glas, beispielweise Hartglas oder Glas mit einem SiO2-Gehalt von zumindest 95 Gew.-%, wie z.
B. Quarzglas, die Vakuumdichtheit der Abdichtung nicht beeinträchtigt.
Eine Bedingung hierfür
ist jedoch, dass die axialen Kanten der Metallfolie scharf sind,
d. h. die Folie axiale messerförmige Kanten
hat (engt. auch "feathered
egdes" genannt: Facetten).
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Eine elektrische Lampe mit Abdichtungen,
in denen solche Folien mit geätzten
axialen Kanten eingeschlossen sind, ist beispielweise aus US-A-4.851.733
bekannt. Derartige Abdichtungen sind interessant, weil sie in einem
noch röhrenförmigen Abschnitt
eines Lampengefäßes schnell
hergestellt werden können,
indem dieser Abschnitt bis auf den Erweichungspunkt erwärmt wird
und zum Erhalt einer Quetschdichtung mit Quetschblöcken plattgedrückt wird.
Zwar können
Metalldrähte
auch in Gläsern
mit niedrigerem Ausdehnungskoeffizienten vakuumdicht eingeschlossen
werden, wie aus US-A-5.077.505 und US-A-5.159.239 bekannt ist, aber
in diesem Fall muss der Draht zuvor mit einer Glasschicht beschichtet
worden sein, die rundherum mit dem Glas der Abdichtung verschmolzen
wird.
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Solche Drähte mit Glasschichten haben
bei Verwendung als Stromleiter den Vorteil, dass sie wegen ihrer
verhältnismäßig großen Querschnittsflächen im
Gegensatz zu Metallfolien verhältnismäßig starke
Ströme
führen
können.
Andererseits können Quetschdichtungen
mit Metallfolien schneller realisiert werden.
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Trotz der Unterschiede im Wärmeausdehnungskoeffizienten
können
Metallfolien in Abdichtungen vakuumdicht eingeschlossen werden,
vorausgesetzt, dass sie verhältnismäßig dünn sind,
ein verhältnismäßig großes Breiten/Dickenverhältnis aufweisen
und scharfe axiale Kanten haben. Die scharfen axialen Kanten sind
notwendig, um zu erreichen, dass das Glas, das bei Herstellen der
Abdichtung verhältnismäßig viskos
ist, rundum die Achse herum in Kontakt mit der Folie gelangt. Ohne
scharfe axiale Kanten würde
entlang den axialen Kanten der Folie ein kapillarer Kanal gebildet,
der entlang den Querkanten und um den inneren und den äußeren Leiter herum
immer auftritt, was bedeuten würde,
dass das Lampengefäß von Beginn
an 1eck ist.
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Um die Stromdichte in einer Metallfolie
möglichst
klein zu machen, kann die Folie die größtmögliche Querabmessung erhalten,
aber breite Folien können
die Widerstandsfähigkeit
gegen Druck des Lampengefäßes verringern,
weil die Haftung zwischen Glas und Metall gewöhnlich kleiner ist als die Haftung
zwischen Glas und Glas. Bei der elektrischen Lampe von DE-UM-1 975
290 sind verhältnismäßig breite
Metallfolien, die entlang ihrer axialen Seiten messerförmige Kanten
aufweisen, wobei mehrere innere Leiter an das eine axiale Ende geschweißt sind,
zu diesem Zweck mit einem Perforierungsmuster versehen. Das Glas
an der einen Seite der Folien wird mit dem Glas an der anderen Seite durch
die Löcher
in den Folien verschmolzen. Die mechanische Stärke und die Druckbeständigkeit
der Abdichtung werden dadurch erhöht.
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Die Stromdichte in der Metallfolie
der Lampe gemäß der zitierten
DE-UM ist für
einen gegebenen Strom infolge der Breite der Folie verhältnismäßig klein,
und der Strom wird wegen der Vielzahl innerer und äußerer Leiter über ihre
gesamte Breite in die Folie und aus ihr heraus geführt, aber
der Strompfad durch die Folie, der in axialer Lampenrichtung verläuft, ist
verhältnismäßig lang,
sodass die Folie noch immer einen verhältnismäßig hohen Widerstand hat.
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In der elektrischen Lampe von GB-A-489.626
sind mehrere Metallfolien nebeneinander in einer planen Ebene in
einer axialen Zone jeder Abdichtung angeordnet. Dies führt zu einer
mechanisch starken Abdichtung, weil das Glas zu beiden Seiten der
Folien verschmilzt, aber gleichzeitig ist die Stromdichte in den
Folien größer, als
wenn eine einzige Folie die Breite einnehmen müsste, die jetzt von den in
der Zeichnung gezeigten Folien eingenommen wird. Zusätzlich ist
der in axialer Richtung durch die Folien verlaufende Strompfad verhältnismäßig lang.
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Bei der eingangs beschriebenen Abdichtung, die
der erwähnten
GB-B-512.257 entspricht,
durchläuft
sowohl der äußere als
auch der innere Leiter im Wesentlichen die gesamte Länge der
Metallfolie, bei einander gegenüber
liegenden Seiten davon, sodass sie einander in einem Abstand über einen
axialen Längsabschnitt
der Abdichtung überlappen.
Daher verlaufen die Strompfade durch die Folie quer zur Längsrichtung
der Folie. Ein günstiger
Aspekt dieser Geometrie ist, dass es einen kurzen und einen breiten
Strompfad durch die Folie gibt, sodass der Widerstand der Folie
und die Stromdichte in der Folie verhältnismäßig klein sind. Ein großer Nachteil
ist jedoch, dass diese Geometrie äußerst kritisch ist und ein
großes
Risiko einer leckenden Abdichtung beinhaltet.
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Metallfolien werden hergestellt,
indem von einer Länge
eines Bandes mit scharfen Seitenkanten Stücke abgeschnitten werden. Die
Schnittkanten sind daher nicht messerförmig und scharf. Das Glas der
Abdichtung geht nicht direkt auf die Schnittkanten über, sondern
lässt einen
kapillaren Kanal frei, der quer entlang der Folie in der Abdichtung
verläuft.
Der innere oder äußere Leiter
verläuft über die
betreffende Schnittkante bis auf die Folie. Ein kapillarer Kanal erstreckt
sich um den inneren und um den äußeren Leiter
bis außerhalb
der Abdichtung herum, weil diese Leiter eine verhältnismäßig große Dicke
von mehreren, beispielweise, 7 oder mehr Zehntel Millimeter aufweisen
(im Gegensatz zu Me tallfolien in Abdichtungen, die gewöhnlich eine
Dicke von 10 bis 120 um haben), und weil sie nach der Herstellung
der Abdichtung stärker
schrumpfen als das umgebende Glas. Diese Kanäle enden erst vorbei an den
in der Abdichtung liegenden Enden der betreffenden Leiter.
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Die Geometrie dieses Aufbaus enthält das große Risiko,
dass einer oder mehrere der kapillaren axialen Kanäle um die
Stromleiter herum mit den zwei kapillaren Querkanälen entlang
den Schnittkanten der Metallfolie in offener Verbindung stehen.
In diesem Fall leckt die Abdichtung. Zudem ist es ungünstig, dass
die Leiter entlang den axialen, scharfen Kanten der Folie geschweißt werden,
wo die Folie dünn
ist und eine Schweißung
daher mechanisch sehr schwach ist, was die Hantiermöglichkeiten
für den
Stromleiter während
des Zusammenbaus der Lampe stark begrenzt. Ein anderer Nachteil
ist, dass die Leiter bei dem bekannten Stromleiter zu beiden Seiten
der Metallfolie geschweißt
sind. Dies kompliziert die Herstellung des Stromleiters.
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Die in der genannten BG-B-512.257
gezeigte Abdichtung, bei der der innere Leiter, die Metallfolie
und der äußere Leiter
in einer axialen Ebene quer zur Abdichtung gestapelt sind, ist nutzlos,
da sie ein sehr großes
Leckrisiko beinhaltet. Beim Herstellen von Schweißverbindungen
zwischen diesen Metallteilen kann nämlich leicht ein Loch in der
Metallfolie auftreten, das infolge der Geometrie den Zugang zu jedem
der der kapillaren Kanäle
um die zwei Leiter gewährt.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine
elektrische Lampe der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, die
einen einfachen und zuverlässigen
Aufbau hat.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zumindest zwei axial auf Abstand voneinander liegende Metallfolien
quer in der Abdichtung untergebracht sind, wobei die Folien an ihren Querseiten
messerförmige
Kanten aufweisen, und dass die Leiter je mit jeder Folie verbunden
sind.
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Die Abdichtung der erfindungsgemäßen elektrischen
Lampe weist mehrere Metallfolien in dem Stromleiter auf. Der äußere Leiter
leitet Strom in jede der Folien, und der innere Leiter führt dieses Strom
ab. Die Folien leiten je einen proportionalen Teil des Stroms durch
den Stromleiter, sodass die Stromdichte in den genannten Folien
klein ist, ebenso wie die Wärmeentwicklung
darin. Herkömmliche Folien
von herkömmlicher
Breite können
zum Leiten starker Ströme
durch die Abdichtung verwendet werden. Anders als die Abdichtung
gemäß der erwähnten GB-B-512.257
leiten die Folien den Strom in ihrer Längsrichtung, was bedeutet,
dass, im Gegensatz zum bekannten Stromleiter, die Querschnittsflächen der
Folien quer zur Richtung des Stroms konstant oder nahezu konstant
sind.
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Die Abdichtung ist mechanisch stark
und daher beständig
gegen verhältnismäßig hohe
Drücke im
Lampengefäß, weil
das Glas in axialen Zonen zwischen den Folien massiv und nicht mit
Folien laminiert ist.
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Die Konstruktion der Abdichtung ist
nicht sehr kritisch, wie weiter unten auch anhand der Zeichnung
näher erläutert werden
soll. Die Leiter dürfen
jeder über
die Folie hinaus enden, die am weitesten von dem betreffenden Leiter
entfernt liegt, vorausgesetzt, sie enden in der Abdichtung, ohne
dass die Vakuumdichtheit der Abdichtung gefährdet wird. Sie können dann,
aber brauchen nicht, nahe der axialen Kanten, der Schnittkanten,
der Folien geschweißt
sein. Die Leiter können
nämlich
an Stellen in einem zentralen Bereich an die Folien geschweißt werden,
auf Abstand von den messerförmigen
Querkanten der Folien, wo letztere verhältnismäßig dick sind. Der Stromleiter
ist daher mechanisch verhältnismäßig stark
und kann leicht hantiert werden.
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Der transversale Raum zwischen dem
inneren und dem äußeren Leiter
braucht nur so klein zu sein, beispielweise einige Millimeter, dass
sich zwischen diesen Leitern sicher eine vakuumdichte transversale
Zone befindet und über
die Folien verläuft. Für viele
Typen von Lampen wird in der Abdichtung ein transversaler Raum zur
Verfügung
stehen, um dem inneren und/oder äußeren Leiter
einen Mehrfachaufbau zu geben. Für
eine einfache Konstruktion der Lampe ist es häufig vorteilhaft, einen mehrfachen äußeren Leiter
vorzusehen, beispielweise einen Doppelleiter. Der innere Leiter
wird dann zwischen den Abschnitten des äußeren Leiters positioniert,
wodurch die Stromdichte in den Folien halbiert wird.
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Die Lampe kann gegenüber der
oben besprochenen Abdichtung eine zweite Abdichtung haben, durch
die der zweite Stromleiter eintritt. Dieser zweite Stromleiter kann
beispielweise ein mit einer Glasschicht beschichteter Draht sein.
Auch kann die Konstruktion der zweiten Abdichtung die gleiche sein wie
die der ersten. Die Abdichtung ist in manchen Lampen so breit, dass
ein zweiter Stromleiter der gleichen An in dieser ersten Abdichtung
untergebracht wird.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lampe ist,
dass der innere und der äußere Stromleiter
an der gleichen Seite oder an unterschiedlichen Seiten der Metallfolien
platziert werden können,
ohne die Qualität
der Lampe zu beeinflussen. Dies ist günstig, weil es die Möglichkeit
bietet, die Leiter an ein und derselben Seite der Folien zu positionieren,
was für
die Herstellung des Stromleiters bequem ist, der jetzt in kurzer
Zeit gefertigt werden kann.
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Die Anzahl nebeneinander zu platzierender Folien
kann in Abhängigkeit
von dem Strom gewählt werden,
der durch die Lampe geleitet werden soll; im Allgemeinen werden
vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 10 A in einem Strompfad
durch eine einzige Folie geleitet werden und vorzugsweise weniger.
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Das elektrische Element der erfindungsgemäßen Lampe
kann ein Paar Elektroden in einem ionisierbaren Medium sein, wie
z. B. Wolframelektroden in einem Edelgas, eventuell mit Metallhalogenid und/oder
Quecksilber. Auch kann das elektrische Element ein Glühkörper sein,
beispielweise in einem Inertgas, beispielweise ein Inertgas mit
einem Halogen oder einer Halogenverbindung wie z. B. Bromwasserstoff.
Das elektrische Element kann in einer inneren Umhüllung eingeschlossen
sein. Für
den inneren Leiter wird häufig
Wolfram gewählt,
beispielweise wegen seiner chemischen Beständigkeit, während für die Metallfolie und den äußeren Leiter
häufig Molybdän vorgezogen
wird, beispielweise wegen der Dehnbarkeit dieses Metalls. Die elektrische
Lampe kann auf Wunsch einen oder zwei Lampensockel haben.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen
Lampe ist in der Zeichnung in Seitenansicht dargestellt.
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In der Figur hat die elektrische
Lampe ein vakuumdicht verschlossenes gläsernes Lampengefäß 1,
in der Figur Quarzglas, das eine Längsachse 2 aufweist.
Stromleiter 10, 10' verlaufen
von außen
in das Lampengefäß 1.
Ein elektrisches Element 3, in der Figur ein Paar Wolframelektroden
in einem ionisierbaren Gas, wie z. B. Quecksilber, Edelgas und Metallhalogenid,
ist innerhalb des Lampengefäßes positioniert
und mit den Stromleitern 10, 10' verbunden. Das Lampengefäß 1 hat
eine Abdichtung 4 auf der Längsachse 2, durch
welche Abdichtung zumindest einer der Stromleiter 10, 10' geführt wird.
Dieser Stromleiter 10 umfasst eine Metallfolie 11,
die im Wesentlichen in einer planen Ebene liegt und in der Abdichtung 4 eingebettet
ist: An diese Metallfolie 11, aus Molybdän in der
Figur, ist ein innerer Leiter 12 geschweißt, wobei
dieser innere Leiter in der Figur aus Wolfram hergestellt ist, sich
in das Lampengefäß 1 erstreckt
und mit dem elektrischen Element 3 verbunden ist, und auch
ein äußerer Leiter 13,
in der Figur aus Molybdän,
der von der Abdichtung
4 nach außen ragt, ist an die Folie
geschweißt.
Der innere 12 und der äußere Leiter 13 haben
je ein Ende 14 innerhalb der Abdichtung 4. Auf
der Metallfolie 11 (i) liegen sie, in einer Richtung quer
zur Längsachse 2 gesehen,
auf Abstand voneinander und (ü)
durchlaufen ein und dieselbe axiale Zone 5 der Abdichtung 4.
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Zumindest zwei Metallfolien 11,
in der Figur drei, sind quer in der Abdichtung 4 enthalten,
axial auf Abstand voneinander mit messerförmigen Kanten an ihren Querseiten 15,
beispielweise durch Ätzen
erhalten. Die Leiter 12, 13 sind je mit jeder
der Folien 11 verbunden. Der äußere 13 und der innere Leiter 12 sind
an die Metallfolien 11 auf Abstand von deren Querkanten 15 geschweißt. Die
Schweißstellen
sind mit Kreuzen angedeutet. Ein aus dem inneren Leiter 12 und
dem äußeren Leiter 13 ausgewählter Leiter 12, 13 hat
einen Mehrfachaufbau, in der Figur ist dies der äußere Leiter 13.
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Der innere Leiter 12 ist
so platziert, dass er zu beiden Seiten vom äußeren Leiter 13 flankiert wird.
Dies hat den Vorteil, dass die Elektrode 3 in einfacher
Weise eine zentrale Position haben kann, ohne komplizierte Konstruktion
innerhalb der Lampe, während
der äußere Leiter 13 in
einfacher Weise in Form einer Haarnadel bei dem Fertigungsprozess zugeführt worden
sein kann und diese Haarnadelform sogar behalten haben kann.
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Gegenüber der Abdichtung 4 liegt
eine zweite, auch durch Quetschen erhaltene Abdichtung 4', in der ein
Stromleiter 10' mit
gleicher Geometrie wie in der Abdichtung 4 vorhanden ist.
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Der innere 12 und äußere Leiter 13 sind
an eine gleiche Seite der Metallfolien 11 geschweißt, was
die Herstellung des Stromleiters 10 und damit der Lampe
erleichtert.
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In der Figur ist der Abschnitt, der
eine vakuumdichte Barriere zwischen dem Entladungsraum und der Umgebung
der Lampe bildet, in der Abdichtung 4' schraffiert dargestellt. Sowohl
entlang dem äußeren Leiter 13 als
auch entlang dem inneren Leiter 12 erstreckt sich ein kapillarer
Raum von außen bzw.
vom Entladungsraum bis kurz, über
das betreffende Ende 14 in der Abdichtung 4' hinaus. In
den Verlängerungen
des äußeren 13
und inneren Leiters 12 liegende Bereiche 4'a und 4'b der Abdichtung 4' sind jedoch
vakuumdicht. Bereiche 4'c,
die in die Bereiche 4'a
und 4'b übergehen,
sind dank den messerförmigen
Querkanten 15 der Metallfolien sowohl am Ort der als auch
nahe den sowie zwischen den Metallfolien 11 vakuumdicht.
Daher ist die Abdichtung 4' über ihre
gesamte Breite vakuumdicht. Aus der Figur ist ersichtlich, dass
die Konstruktion der Abdichtungen 4, 4' und somit der
Lampe, nicht kritisch ist. Es ist unwesentlich, ob die Enden 14 des
inneren 12 und des äußeren Leiters 13 auf
einer oder über
eine Metallfolie 11 hinaus liegen. Ebenso wenig ist es
für die Vakuumdichtheit
der Abdichtung wichtig, ob beim Schweißen in den Metallfolien Löcher entstanden sind
oder nicht.
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Die Lampe der abgebildeten Art nimmt
in stabilem Betrieb eine Leistung von ungefähr 4000 bis ungefähr 6000
W bei einem Strom von beispielweise ungefähr 20– 30 A auf. Der Sfrom durchläuft die
Abdichtung 4 vom äußeren 13
zum inneren Leiter 12 in ihrer Querrichtung, aber gleichzeitig
in Längsrichtung der
Metallfolien 11, parallel zu deren messerförmigen Querkanten 15.
Sechs elektrisch parallele Strompfade von zumindest nahezu dem gleichen
elektrischen Widerstand befinden sich bei der abgebildeten Lampe
zwischen dem inneren 12 und dem äußeren Leiter 13,
sodass die Stromdichte in jeder der Metallfolien 11 ungefähr ein Sechstel
der Stromdichte in der Metallfolie einer herkömmlichen Lampe beträgt.
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Der Aufbau der Lampe ist einfach,
kann in einfacher Weise erhalten werden, ist effektiv und nicht
sehr kritisch und außerdem
mechanisch stark.