EP0245734B1 - Elektrische Lampe - Google Patents

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EP0245734B1
EP0245734B1 EP87106402A EP87106402A EP0245734B1 EP 0245734 B1 EP0245734 B1 EP 0245734B1 EP 87106402 A EP87106402 A EP 87106402A EP 87106402 A EP87106402 A EP 87106402A EP 0245734 B1 EP0245734 B1 EP 0245734B1
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glass
molybdenum
electric lamp
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Werner Dr. Weiss
Ewald Pösl
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Osram GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/38—Seals for leading-in conductors

Definitions

  • the invention relates to an electric lamp according to the preamble of claim 1.
  • a vacuum-tight electrical supply line is usually achieved by means of the film melting technique.
  • thermally highly stressed lamp types temperatures of more than 350 ° C occur in the area of the film melting.
  • the foils would be exposed to increased corrosion at these temperatures, which is why these cavities are sealed by a low-melting solder glass.
  • lead borate glasses to which ZnO and SiO2 are often added (eg US Pat. No. 2,889,952).
  • solder glasses based on antimony borate glass have been developed (for example US Pat. No. 3,588,315) which have no corrosive effect on molybdenum wire.
  • a use of these solder glasses is now however, no longer desirable due to the associated great health risk.
  • the object of the invention is to provide a solder glass which does not have a corrosive effect on molybdenum wire, has satisfactory flow properties in the temperature range from 350 ° C. to 500 ° C. and does not lead to any serious health risks associated with the processing of antimony.
  • solder glass contains lead borate and bismuth oxide in the following composition: 3-10 mol% Bi2O3, 25-40 mol% B2O3, the rest consisting essentially of PbO and possibly other additives.
  • BaO with a proportion of up to 15 mol% is possible as an additive.
  • a bismuth-lead borate solder glass with the composition 4-6 mol% Bi2O3, 33-37 mol% B2O3, the rest PbO is particularly advantageous.
  • the bismuth lead borate solder glasses according to the invention combine the advantages of the lead borate glasses (eg low melting and softening temperature, good wetting ability in the quartz glass-molybdenum system) with those of the antimony borate glasses (no corrosive effect on molybdenum).
  • the bismuth lead borate solder glasses are particularly difficult to reduce than the known lead borate glasses and therefore allow the use of the usual molybdenum wires.
  • the composition according to the invention in particular ensures good flow properties which enable the solder glass to penetrate into the capillary cavities.
  • the viscosity can be regulated by adding BaO.
  • the low tendency to crystallize should also be emphasized.
  • the figure shows a halogen lamp 1, pinched on one side, with high power (250 W).
  • the piston 2 is made of quartz glass; however, it would also be possible to use doped quartz glass or quartz-like glass (Vycor) with a high content (> 96%) of silica (SiO2).
  • the filling 3 contains inert gases (eg Kr or Xe) and halogen-containing additives (eg hydrogen halides, halogenated hydrocarbons).
  • a filament 4 made of tungsten is held in the bulb 2 by a pair of internal power leads 5 made of molybdenum.
  • the inner power supply lines 5 are each attached to the ends of thin, rectangular molybdenum foils 6, which are melted into the pinch seal 7.
  • the pinch seal 7 is heated to approximately 800 ° C., generally during lamp manufacture.
  • the point at which the external power leads 8 emerge from the pinch seal 7 is now dabbed with the solder glass drawn into a thin rod. Due to the high temperature, the solder glass melts and penetrates into the capillary cavities 9, as a result of which the foils 6 are sealed off from the outside.
  • a first embodiment of the solder glass (I) according to the invention can be melted from lead oxide, boron oxide and bismuth oxide in a hard porcelain crucible at temperatures of approximately 900 ° C. in a Simon-Müller furnace.
  • composition of the solder glass I is (in mol%) 35% B2O3, 5% Bi2O3, 60% PbO.
  • solder glass II has the composition 30% B2O3, 8% Bi2O3, 10% BaO, 52% PbO.
  • the composition of the solder glass III is similar: 35% B2O3, 5% Bi2O3, 10% BaO, 50% PbO. (The data are in mol%).
  • the solder glasses I - III show small differences in the crystallization behavior and in the temperature dependence of the viscosity. Their melting temperatures (corresponding to a viscosity of 102 dPas) are approx. 575 ° C, their softening temperatures (corresponding to a viscosity of 107 dPas) approx. 430 ° C.
  • the coefficient of thermal expansion is about 10 x 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 (0-300 ° C), the transformation temperature about 320 ° C, the density about 6.29 g / cm3.
  • the field of application of the individual solder glass depends on the parameters of the respective lamp type.
  • the invention is not restricted to use with incandescent halogen lamps.
  • incandescent halogen lamps in which the technology of film melting is also used, temperatures can occur in the area of the pinch seal which make it necessary to use the solder glasses according to the invention.

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  • Glass Compositions (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Liquid Developers In Electrophotography (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Lampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei elektrischen Lampen mit Halogenfüllung, z.B. Halogenglühlampen und Metallhalogenidentladungslampen, wird üblicherweise eine vakuumdichte elektrische Zuleitung durch die Technik der Folieneinschmelzung erreicht. Bei thermisch hochbelasteten Lampentypen treten im Bereich der Folieneinschmelzung Temperaturen von mehr als 350 °C auf. Infolge des Eindringens von atmosphärischem Sauerstoff durch kapillare Hohlräume in der Umgebung der äußeren Stromzuführungen wären bei diesen Temperaturen die Folien einer erhöhten Korrosion ausgesetzt, weshalb diese Hohlräume durch ein niedrigschmelzendes Lotglas abgedichtet werden. Üblicherweise handelt es sich dabei um Bleiboratgläser, denen häufig ZnO und SiO₂ beigefügt ist (z.B. US-PS 2 889 952). Nachteilig bei diesen bekannten Bleiboratgläsern ist, daß sie zu einer erhöhten Korrosion der üblichen Stromzuführungen aus Molybdändraht führen und daß sie unbefriedigende Fließeigenschaften im Bereich von 350 °C bis 500 °C aufweisen. Deshalb wurden Lotgläser auf der Basis von Antimonboratglas entwickelt (z.B. US-PS 3 588 315), die keine korrodierende Wirkung auf Molybdändraht haben. Eine Verwendung dieser Lotgläser ist mittlerweile jedoch wegen des damit verbundenen großen gesundheitlichen Risikos nicht mehr erwünscht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lotglas zu schaffen, das nicht korrodierend auf Molybdändraht wirkt, befriedigende Fließeigenschaftem im Temperaturbereich 350 °C - 500 °C aufweist und zu keiner starken gesundheitlichen Gefährdung führt, wie sie mit der Verarbeitung von Antimon verbunden ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lotglas Bleiborat sowie Wismutoxid in folgender Zusammensetzung enthält: 3-10 Mol-% Bi₂O₃, 25-40 Mol-% B₂O₃, wobei der Rest im wesentlichen aus PbO und ggf. weiteren Zusätzen besteht. Insbesondere ist als Zusatz BaO mit einem Anteil bis zu 15 Mol-% möglich. Besonders vorteilhaft ist ein Wismut-Bleiborat-Lotglas mit der Zusammensetzung 4-6 Mol-% Bi₂O₃, 33-37 Mol-% B₂O₃, Rest PbO.
  • Die erfindungsgemäßen Wismut-Bleiborat-Lotgläser kombinieren die Vorteile der Bleiboratgläser (z.B. niedrige Schmelz- und Erweichungstemperatur, gutes Benetzungsvermögen im System Quarzglas-Molybdän) mit denen der Antimonboratgläser (keine korrodierende Wirkung auf Molybdän). Die Wismut-Bleiborat-Lotgläser lassen sich insbesondere schwieriger reduzieren als die bekannten Bleiboratgläser und erlauben deshalb die Verwendung der üblichen Molybdändrähte. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung sichert insbesondere gute Fließeigenschaften, die das Lotglas befähigen, in die kapillaren Hohlräume einzudringen. Die Viskosität läßt sich durch den BaO-Zusatz regeln. Hervorzuheben ist weiterhin die geringe Neigung zur Kristallisation.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden näher erläutert werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
  • Die Figur zeigt eine einseitig gequetschte Halogenglühlampe 1 mit hoher Leistung (250 W). Der Kolben 2 besteht aus Quarzglas; es wäre jedoch auch die Verwendung von dotiertem Quarzglas oder quarzähnlichem Glas (Vycor) mit einem hohen Gehalt (>96 %) an Kieselsäure (SiO₂) möglich. Die Füllung 3 enthält Inertgase (z.B. Kr oder Xe) und halogenhaltige Zusätze (z.B. Halogenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe). Ein Leuchtkörper 4 aus Wolfram wird im Kolben 2 von einem Paar innerer Stromzuführungen 5 aus Molybdän gehaltert. Die inneren Stromzuführungen 5 sind jeweils an den Enden von dünnen, rechteckigen Molybdänfolien 6 befestigt, die in die Quetschdichtung 7 eingeschmolzen sind. An den entgegengesetzten Enden der Molybdänfolien 6 sind jeweils äußere Stromzuführungen 8, ebenfalls aus Molybdän, befestigt, die aus der Quetschdichtung 7 heraus nach außen geführt sind. Durch den Prozeß der Quetschung bedingt und wegen der nicht angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Molybdän und Quarz bilden sich in der Umgebung der Stromzuführungen 5, 8 im Kolbenglas kapillare Hohlräume 9 aus, die im Fall der äußeren Stromzuführungen 8 das Eindringen von Luftsauerstoff bis hin zu den Folien 6 ermöglichen. Bei Lampen, die im Bereich der Quetschdichtung 7 hohe Betriebstemperaturen (ca. 400 °C) aufgrund einer hohen Lampenleistung aufweisen, würde die Oxidation der Folien 6 wesentlich schneller (entsprechend einer exponentiellen Abhängigkeit) fortschreiten als bei Lampen, die im Bereich der Quetschdichtung eine relativ niedrige Betriebstemperatur aufweisen. Diese schnellere Oxidation läßt sich dadurch vermeiden, daß die kapillaren Hohlräume 9, die die äußeren Stromzuführungen 8 umgeben, mit einem Lotglas 10 gefüllt werden.
  • Zu diesem Zweck wird die Quetschdichtung 7 - im allgemeinen während der Lampen-Herstellung - auf etwa 800 °C erwärmt. Die Stelle, an der die äußeren Stromzuführungen 8 aus der Quetschdichtung 7 austreten, wird nun mit dem zu einem dünnen Stäbchen gezogenen Lotglas betupft. Aufgrund der hohen Temperatur schmilzt das Lotglas und dringt in die kapillaren Hohlräume 9 ein, wodurch eine Abdichtung der Folien 6 nach außen hin erfolgt.
  • Im normalen Betrieb der Lampe treten dagegen nur mehr Temperaturen von 400 °C an der Quetschdichtung auf; dabei erweicht das Lotglas und bildet eine zähe Schmelze. Eine kristalline Struktur des Lotglases unter Betriebsbedingungen wäre dagegen unerwünscht, da an den Kristallgrenzen sich unvermeidlich Diffusionsspalte für den Luftsauerstoff bilden könnten. Dagegen ist die Bildung von Rissen im Lotglas nach dem Abschalten der Lampe unkritisch, da aufgrund der dann vorliegenden niedrigen Temperaturen dann auch das Oxidationsvermögen des Sauerstoffs herabgesetzt ist.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lotglases (I) läßt sich aus Bleioxid, Boroxid und Wismutoxid in einem Hartporzellantiegel bei Temperaturen von ca. 900 °C im Simon-Müller-Ofen erschmelzen.
  • Die Zusammensetzung des Lotglases I beträgt (in Mol-%) 35 % B₂O₃, 5 % Bi₂O₃, 60 % PbO.
  • Mit der gleichen Technik und ähnlichen Grundsubstanzen - außer den Oxiden des ersten Ausführungsbeispiels wird zusätzlich Bariumcarbonat verwendet - lassen sich zwei weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lotglases (II und III) herstellen. Lotglas II hat die Zusammensetzung 30 % B₂O₃, 8 % Bi₂O₃, 10 % BaO, 52 % PbO. Ähnlich ist die Zusammensetzung des Lotglases III: 35 % B₂O₃, 5 % Bi₂O₃, 10 % BaO, 50 % PbO. (Die Angaben verstehen sich in Mol-%).
  • Die Lotgläser I - III zeigen kleine Unterschiede im Kristallisationsverhalten und in der Temperaturabhängigkeit der Viskosität. Ihre Schmelztemperaturen (entsprechend einer Viskosität von 10² dPas) liegen bei ca. 575 °C, ihre Erweichungstemperaturen (entsprechend einer Viskosität von 10⁷ dPas) bei ca. 430 °C. Der thermische Ausdehnungskoeffizient beträgt etwa 10 x 10⁻⁶ K⁻¹ (0-300 °C), die Transformationstemperatur etwa 320 °C, die Dichte etwa 6,29 g/cm³. Der Anwendungsbereich des einzelnen Lotglases hängt von den Parametern des jeweiligen Lampentyps ab.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Halogenglühlampen beschränkt. Insbesondere bei kompakten Hochdruckentladungslampen mit Metallhalogenidfüllung, bei denen ebenfalls die Technik der Folieneinschmelzung verwendet wird, können im Bereich der Quetschdichtung Temperaturen auftreten, die den Einsatz der erfindungsgemäßen Lotgläser notwendig machen.

Claims (3)

  1. Elektrische Lampe mit einem Kolben (2) aus hochkieselsäurehaltigem Glas, der einen Leuchtkörper (4) oder Elektroden sowie eine Füllung mit halogenhaltigem Zusatz enthält und in den über mindestens eine Quetschdichtung (7) vakuumdicht elektrische Zuleitungen eingeführt sind, die aus einem Paar mittels einer Folieneinschmelzung miteinander verbundener innerer und äußerer Stromzuführungen bestehen, wobei die Quetschdichtung (7) in der Umgebung der äußeren Stromzuführungen (8) kapillare Hohlräume (9) aufweist, die mit einem niedrigschmelzenden Lotglas (10) aus Bleiborat gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Lotglas (10) zusätzlich Wismutoxid enthält und dabei folgende Zusammensetzung (in Mol-%) aufweist:
    3 - 10 % Bi₂O₃
    25 - 40 % B₂O₃
    Rest PbO und ggf. weitere Zusätze
  2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotglas (10) folgende Zusammensetzung (in Mol-%) aufweist:
    4 - 6 % Bi₂O₃
    33 - 37 % B₂O₃
    Rest PbO
  3. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotglas (10) als weiteren Zusatz bis zu 15 Mol-% Bariumoxide (BaO) enthält.
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