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Verfahren zur Herstellung von Hochdruckentladungslampen aus Quarzglas
Bei der Herstellung von Hochdruckentladungslampen aus Quarzglas, insbesondere von
Quecksilberdampflampen mit Betriebsdriicken von mehr als 2o Atm. bis ioo Atm. und
darüber, werden in der Regel in die offenen Endteile eines gegebenenfalls am Mittelteil
kugelförmig erweiterten Ouarzglasrohres für sich hergestellte, zylindrische Quarzglasfüße
eingeschoben, die den Einschmelzleiter vakuumdicht einschließen und den damit verbundenen
Elektrodenkörper tragen. Wenngleich man dabei meist darauf bedacht ist, den Durchmesser
der Quarzglasfüße möglichst der lichten Weite der Rohrenden anzupassen, so verbleiben
noch immer erhebliche Spalte zwischen den beiden Körpern, weil bei der üblichen
Herstellung der Quarzglasfüße weder der angestrebte Durchmesser noch die zylindrische
Gestalt mit der gewünschten Genauigkeit erzielt werden können. Beim anschließenden
Verschmelzen der Rohrenden mit den eingeschobenen Ouarzglasfüßen läßt -sich daher
trotz Einleiten eines Schutzgases in das Quarzglasrohr und trotz sorgfältigster
Arbeit eines kunstfertigen Glasbläsers kaum eine Beschädigung .der Elektrodenkörper
durch die Brennerflammen mit. der erforderlichen Sicherheit vermeiden. Infolgedessen
ist man gezwungen, in umständlicher Weise zuerst den zuzuschmelzenden Ringspalt
gegenüber der Außenluft und den Brennerflammen durch ein am äußeren Ende geschlossenes
Schutzrohr völlig abzuschließen. Zu diesem Zweck wird auf das nuarzrohrende ein
langes Schutzrohr dicht aufgeschmolzen. und nach dem Einschieben des Ouarzg lasfußes
am äußeren Ende zugeschmolzen. Ein solches später wieder zu beseitigendes Schutzrohr
erscheint dabei auch deswegen erforderlich, weil der zu große Ringspalt ein Auffallen
der Wandung des Ouarzrohrendes auf `,den eingeschobenen Ouarzglasfuß notwendig macht
und zu diesem Zweck der Ringspalt unter Zuhilfenahme des Schutzrohres evakuiert
werden muß. Besonders schwierig ist dabei außer der genauen Einhaltung der geforderten
Abmessungen des oft sehr kleinen Rohrkörpers die genaue Zentrierung der Elektroden
und die Einstellung des meist sehr kleinen Elektrodenabstandes, der bei hohen Betriebsdrücken
bis auf Zehntelmillimeter genau stimmen muß.
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Das Verfahren nach der Erfindung bringt eine wesentliche Verbesserung,
Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung solcher
Hochdruckentladungslampen
aus Quarzglas, insbesondere solcher mit sehr kleinen Gefäßabmessungen und Betriebsdrücken
von mehr als 2o Atm. mit sich.
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Bei dem Verfahren nach .der Erfindung werden in die Endteile eines
auf genaue Länge geschnittenen starkwandigen Ouarzglasrohres zwei durch mechanische
Bearbeitung, z. B. Schleifen, paßrecht hergestellte, pfropfenartige . Füße mit seitlich
vortretender Schulterfläche eingeschoben, deren verdickte Außenteile sich gegen
paßrecht geschliffene Endflächen oder Absatzflächen des Rohres dicht anlegen; darauf
«-erden die äußeren Ringfugen zwischen dem Ouarzglasrolir und den verdickten Außenteilen
der Füße ringsherum deicht zugeschmolzeii und sodann nach Entlüften des Ouarzglasrohres
und gegebenenfalls Einführen eines Schutzgases die Quarzrohrenden und -fuße schrittweise
längs des Rohres, und zwar von innen nach außen oder umgekehrt, so hoch erhitzt,
daß sie an allen Berührungsflächen vollständig miteinander verschmelzen; darauf
wird endlich das gebildete Quarzglasgefäß in üblicher Weise durch das Entlüftungsrohr
hindurchgefüllt und dann abgeschmolzen.
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Bei dein neuen Verfahren werden demgemäß sowohl die Quarzglaßfüße
als auch die damit zu verschmelzenden Endteile des Quarzglasrohres durch mechanische
Bearbeitung genau inaßlialtig gemacht, so daß einerseits die Berührungsflächen der
beiden Körper satt aufeinanderliegen und andererseits der Elektrodenabstand genau
festliegt. Infolge der genauen Anpassung und insbesondere der Abwinkelungder Berührungsflächen
der beiden Körper wird eine Beschädigung der Elektroden durch Einwirkung der Brennerflammen
vermieden und ferner noch dadurch mit großer Sicherheit ausgeschlossen, daß zuerst
nur die Ringfuge außen herum zur Verschmelzung kommt. Mit Vorteil wird dabei ein
feiner Quarzglasfaden unter Drehung des Glasrohrkörpers aufgeschmolzen und .damit
die Ringfuge außen dicht abgedeckt. Es genügt aber auch, die erhitzten Ränder der
Ringfuge anein.anderzudrücken. Ein wesentlicher Vorteil tles neuen Verfahrens liegt
ferner in der Verwendung eines massiven Einschmelzfußes, dessen Pfropfendurchmesser
den Durchmesser des Elektrod.enkörpers meistens nur wenig überschreitet, also äußerst
gering ist, und vielfach nur einige Millimeter beträgt. Die zu verschmelzenden Oberflächen
sind demgemäß auch bei gegebenenfalls erheblicher Pfropfenlänge äußerst klein. Dazu
kommt, daß das neue Herstellungsverfahren keine besondere glasbläserische Fertigkeit
mehr verlangt und ohne Schwierigkeiten maschinell durchgeführt werden kann.
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Die zusätzliche Verwendung eines dicht abschließenden Schutzrohres
ist bei dein neuen Verfahren nicht mehr notwendig. Es genügt, wenn in schwierigen
Fällen, z. B. bei geringer Pfropfenlänge, beim Zuschmelzen der Ringfuge in das Innere
des Quarzglasrohres ein Schutzgas eingeführt wird, z. B. durch eine» in üblicher
Weise am Mittelteil des Quarzglasrohres angebrachten Entlüftungsstutzen. Um einen
Abschmelzstutzen am Entladung,-gefäß selbst zu vermeiden, wird zweckmällig am einen
Ende des Quarzglasrohres ini Pfropfenteil des Fußes und in seiner Schulterfläche
bzw. in der Stirnfläche des Ouarzglasrohres eine feine Entlüftungsnut ausgespart
und an ihrer Austrittsstelle beim Randverschmelzen der Ringnut das Entlüftungsrohr
angescliinolzen. Beim Fertigverschmelzen der Quarzglasfüße mit dem Quarzglasrohr
empfiehlt es sich, den Innenraum des 0-uarzglasrolires zii evakuieren, so daß der
äußere Luftdruck zu einer Preßverschmelzung führt. Es können auch an beiden Enden
Entlüftungsrohre angeschmolzen werden, um beim Fertigstellen der Lampe mit Gasen
zu spülen.
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Das neue Verfahren wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert,
die drei Ausführungsbeispiele von Quecksilberhochdruckentladungslampen aus Quarzglas
oder Hartglas in zwei- bis dreifacher Vergrößerung darstellt.
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Bei der Lampe nach den Abb. i und i a ist der Mittelteil des Ouarzglasrohres
i zu einem ellipsoidischen- Entladungsgefäß aufgeblasen und an dieses ein übliches
En.tlüftungsrolir angeschmolzen. Die auf genaue Länge geschnittenen Rohrenden sind
durch das bei gewöhnlichen Gläsern bekannte Aufpressen bzw. Auffallenlassen auf
einen eingeschobenen, hitzebeständigen Dorn mit genauem Innendurchmesser hergestellt.
In diese Rohrenden sind. die beiden. Ouarzglasfüße 3 eingesteckt, deren pfropfenartige
Vorderteile .I durch mechanische Bearbeitung, z: B. Abdrehen. Abschleifen, oder
gegebenenfalls durch hres.seu in einer Preßform derart genau in ihrem Durchmesser
der lichten Weite der Quarzrohrenden angepaßt sind, daß sie satt au der Innenwandung
der Rohrenden anliegen. Die verdickten Außenteile der Oua i-zgl2tsfiil.le, deren
Querschnitt Abb. ra zeigt, liegen finit ihren seitl@icli vortretenden geschliffenen
Seliulterflächen 5 .dicht auf den Stirnflächen der Rohrenden. Infolge der genauen
-Maßhaltigkeit 1ä ßt sich dabei leicht erreichen, daß die auf den Stromzuführungen
6 befestigten Elektrodenkörper 7 den gewünschten Abstand voneinander aufweisen.
Die Länge der pfropfenartigen Teile .I entspricht der Länge der Rohrenden, so daß
die Vorderflächen der pfropfenartigen Teile .I die Innenwandung des Entladungsgefäßes
eben abschließen. In den
Quarzglasfüßen 3 sind Molybdänfolien 8
v akuumdicht eingeschmolzen, die mit den Stromzuführungen 6 und 6' in, Verbindung
stehen. Nach dem Einsetzender Qtiarzglasfüße 3 in die Rohrenden werden gegebenenfalls
unter Einblasen eines. Schutzgases in das Innere des Entladungsgefäßes die Stirnflächen
des Ouarzglasrohres mit den bündig anliegenden Schulterflächen des Fußes zuerst
nur am äußeren Rande ringsherum dicht verschmolzen. Zweckmäßig wird dabei ein feiner
Ouarzglasfaden auf die Ringfuge zwischen beiden unter Drehen des Quarzglasrohres
aufgeschmolzen. Darauf werden zweckmäßig unter Evakuieren des Entladungsgefäßes
die Ouarzrobrenden und -fuße so hoch erhitzt, daß sie an allen Berührungsflächen
vollkommen miteinander verschmelzen. Schließlich, und zwar zrveclcmäßig im unmittelbaren
Anschluß an das Verschmelzen der Berührungsflächen wird das so entstandene Ouerzglas-Gefäß
in üblicher Weise durch das Entlüftungsrohr 2 hindurch gefüllt und dann abgeschmolzen.
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In Abb. 2 ist die Herstellung eines rohrförmigen, aus Quarzglas oder
Hartglas bestehenden Entladungsgefäßes, unter Vermeidung eines Entlüftungsstutzens
am Gefäßteil selbst veranschaulicht. In der Schulterfläche 5 und am Pfropfenteil
4 des links gezeichneten Quarzglasfußes 3 sind in .diesem Falle Kanäle 9 ausgespart,
die nach dem Einschieben des Quarzglasfußes in das Rohrende eine Verbindung von
außen zum Entladungsraum herbeiführen. Bei .der Herstellung der Lampe wird zuerst
der links gezeichnete Quarzglasfuß 3 in das Rohrende eingesteckt und die Ringfuge
zwischen: seiner Schulterfläche und der Stirnflächedes Quarzglasrohres am äußeren
Rande- ringsherum bis zu der Stelle zugeschmolzen, an der der Entlüftungskanal 9
ausmündet. An dieser Stelle schmilzt man dann (las Entlüftungsrohr 2 auf. Dabei
wird: zweckmäßig durch das andere, noch offene Ende des Ouarzglasrohres i hindurch
Schutzgas eingeführt. Darauf wird der rechte QuarzglasfUß 3 in das Rohrende eingeschoben
und seine Schulterfläche außen herum mit der Stirnfläche dies Quarzglasrohres verschmolzen.
Der Vorteil dieser Herstellungsweise besteht u. a. darin, daß bei der fertigen Lampe
der Aufschmelzstutzen des. Pumprohres 2 weit hinter den Elektroden liegt und die
Lichtauestrahlung nicht stört. Die pfropfenartigen Vorderteile 4 können statt zylindrisch
auch konisch ausgebildet sein.
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Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei .der sich die verdickten Außenteile
der Füße auf Absatzflächen io im Innern der Rohrenden stützen und bei der das Entlüftungsrohr
2 in axialer Richtung an der Stelle des ausmündenden Entlüftungskanals: 9 an den
Rohrkörper angeschmolzen wird. Die Absatzflächen io und die ihnen angepaßten Schulterflächen
des Fußes können statt eben auch konisch ausgebildet sein,.