ES2259053T3 - Lampara electrica de color ambar sin plomo. - Google Patents

Abstract

Una lámpara eléctrica con una funda de vidrio, estando la pared del vidrio libre de plomo, libre de cadmio y coloreada en ámbar, comprendiendo la composición del vidrio de la pared molibdeno en forma oxídica desde 0, 01% en peso hasta 1% en peso y SO3 de 0, 1% en peso hasta 2, 5% en peso.

Description

Lámpara eléctrica de color ámbar sin plomo.

La invención se refiere a lámparas eléctricas. Esta invención en particular se refiere a una lámpara eléctrica con una funda de vidrio, siendo la pared de vidrio de color ámbar.

La invención es aplicable a lámparas incandescentes y, más especialmente, a lámparas de señalización para vehículos a motor, por ej., intermitentes.

La patente estadounidense US 5 470 805 describe una composición de vidrio libre de plomo para su utilización en lámparas eléctricas.

Es un objeto de la invención proporcionar una lámpara eléctrica con una funda de vidrio, siendo la pared del vidrio de color ámbar y estando la composición del vidrio libre de plomo.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una lámpara eléctrica con una funda de vidrio, siendo las paredes del vidrio de color ámbar y no comprendiendo la composición del vidrio ningún componente tóxico o prohibido que pudiera resultar nocivo para el medioambiente, tal como óxido de plomo, óxido de antimonio, selenio o cadmio. En Europa, la utilización del cadmio se restringe a las lámparas para vehículos a motor.

Según la invención, estos objetos se consiguen mediante una lámpara eléctrica, tal y como se menciona en el párrafo inicial, comprendiendo la composición del vidrio de la pared hasta 1% en peso de molibdeno en forma oxídica y hasta 2,5% en peso de SO_{3}.

La lámpara eléctrica posee una pared del vidrio con una composición del vidrio libre de plomo, libre de cadmio, refinado con sulfato que comprende óxido de molibdeno y SO_{3}.

Las ventajas de la lámpara eléctrica según la invención se refieren a los siguientes aspectos. El vidrio de las lámparas de color de la técnica anterior, tales como lámparas de señalización para vehículos a motor, normalmente contiene un barniz o esmalte de color. Una desventaja de las lámparas de la técnica anterior es que el esmalte o barniz puede degradarse y separarse finalmente de la pared de la funda de la lámpara. Otra desventaja de las lámparas de la técnica anterior es que es necesario realizar pasos adicionales durante el proceso de fabricación de la lámpara para limpiar y esmaltar la funda de la lámpara. Estos pasos adicionales aumentan los costes de fabricación.

Durante la producción de una lámpara eléctrica según la invención, no es necesario realizar ningún paso adicional de fabricación, puesto que el punto de color específico de la funda de vidrio se obtiene por la composición particular del vidrio. Al menos los pasos de limpieza y barnizado resultan innecesarios. Debido a su composición específica, el vidrio puede tener un punto de color ámbar o naranja adecuado para las lámparas de señalización para vehículos a motor según definen las normativas internacionales de tráfico.

Además, el vidrio coloreado obtenido al utilizar esta composición de vidrio, proporciona un vidrio de mayor calidad, puesto que el color ámbar o naranja obtenido por la composición del vidrio permanece para siempre, lo cual no es el caso de los vidrios barnizados.

La invención y sus características adicionales, que podrán utilizarse opcionalmente para implementar la invención, resultarán evidentes y se ilustrarán en relación con las realizaciones descritas a continuación.

La Fig. 1 muestra un plano esquemático en el que se ilustra un ejemplo de una lámpara eléctrica según la invención.

La Fig. 2 muestra un diagrama de cromaticidad en el que se muestran las características del triángulo de color de los vidrios de color ámbar o naranja según la invención.

La Fig. 1 muestra una lámpara eléctrica de señalización para vehículos a motor 1, también llamada intermitente, que comprende:

una funda de lámpara o bombilla 2 fabricada a partir de vidrio de color ámbar, con un espesor de entre, por ejemplo, 0,3 mm y 1,1 mm,

un soporte 3, que comprende dos alambres de plomo 3a y 3b sujetos por una perla 4 montada en el interior de la bombilla de vidrio 2 para sostener un filamento bobinado 5,

un tubo de evacuación 7, calentado y sellado con el soporte 3 y la bombilla 2, formando de ese modo un estrechamiento hermético para evacuar los gases de la funda 2 de la lámpara y para introducir gas inerte en la funda de la lámpara durante el proceso de fabricación de la lámpara,

un contacto eléctrico 8 conectado al soporte 3 que permite que la lámpara reciba energía a través de los circuitos eléctricos del coche,

una tapa metálica 9 para encajarla en un casquillo del conjunto de la lámpara.

Según la invención, la bombilla 2 de la lámpara está fabricada a partir de un vidrio de color ámbar de refinado con sulfato, libre de plomo y, libre de cadmio.

Tal y como se describe en la citada patente US 5 470 805, los materiales de partida utilizados son arena de cuarzo, espodumeno, dolomita y los carbonados de Li, Na, K, Sr y Ba. Puede utilizarse sulfato sódico (Na_{2}SO_{4}) como agente refinador.

Una lámpara eléctrica según una primera realización preferida de la invención posee una bombilla de vidrio cuya composición comprende los constituyentes descritos en la Tabla 1.

TABLA 1 Composición del vidrio según una primera realización de la invención

Constituyente	| Composición (% en peso)
SiO_{2}	60-75
Al_{2}O_{3}	0,1-7
Li_{2}O	0,1-2,5
Na_{2}O	5-12
K_{2}O	2-9
MgO	0,1-3
CaO	0,1-5
SrO	0,1-10
BaO	5-15
MoO_{3}	0,01-1
SO_{3}	0,25-2,5

SiO_{2} sirve como formador de red en el vidrio. El contenido en SiO_{2} se limita a 60-75% en peso, el cual conduce, en combinación con los otros constituyentes, a un vidrio fácilmente fundible. Al_{2}O_{3} mejora la resistencia química y la resistencia a la corrosión del vidrio. Los óxidos de metales alcalinos Li_{2}O, Na_{2}O y K_{2}O se utilizan como agentes de fusión y reducen la viscosidad del vidrio. Si se utilizan los tres óxidos de metales alcalinos en la composición indicada, la resistencia eléctrica será lo suficientemente elevada (efecto de mezcla de metales alcalinos). BaO posee la favorable propiedad de aumentar la resistencia eléctrica del vidrio y de reducir la temperatura de reblandecimiento del vidrio (T_{reblandecimiento}). Los óxidos de metales alcalinotérreos SO_{3}, MgO y CaO poseen la propiedad favorable de reducir la temperatura de licuefacción y la temperatura de fusión del vidrio.

El vidrio de color ámbar libre de plomo, libre de cadmio, refinado con sulfato con una composición según la Tabla 1 ha sido refinado con Na_{2}SO_{4} y comprende preferiblemente 0,25-2,5% en peso de SO_{3}. El vidrio puede contener adicionalmente cierta cantidad de Fe_{2}O_{3} como impureza procedente de las materias primas utilizadas.

En comparación con el vidrio de origen libre de plomo de las lámparas eléctricas conocidas, el vidrio de color ámbar o naranja según la invención se obtiene añadiendo hasta un 1% en peso de MoO_{3} y un agente reductor, por ej. carbono o carbón, vegetal a la composición del vidrio y una mayor cantidad de agente refinador, p. ej. sulfato, a la atmósfera reductora, de modo que la composición del vidrio puede comprender hasta 2,5% en peso de SO_{3}. La atmósfera reductora se provoca mediante la presencia del agente reductor. MoO_{3} disuelto en el vidrio reduce la transmisión, especialmente en la región de 290-380 nm. En presencia de sulfuro de MoO_{3} los vidrios de silicato se colorean en naranja, lo cual se explica por la posible formación de tiomolibdato. La solubilidad de MoO_{3} en vidrio es relativamente pobre.

Una lámpara eléctrica según una primera realización más preferida de la invención, posee una bombilla de vidrio cuya composición comprende los constituyentes indicados en la Tabla 2.

TABLA 2 Composición del vidrio según una primera realización preferida de la invención

Constituyente	Composición (% en peso)
SiO_{2}	60-72
Al_{2}O_{3}	1-7
Li_{2}O	0,5-2,5
Na_{2}O	5-12
K_{2}O	2-9
MgO	1-3
CaO	1-5
SrO	1-10
BaO	5-15
MoO_{3}	0,025-0,5
SO_{3}	0,25-2,5
B_{2}O_{3}	0-3
Fe_{2}O_{3}	0-0,5
CeO_{2}	0-0,2

En relación con los elementos cuyo porcentaje en peso posee un límite inferior igual a cero, debe tenerse en cuenta que estos elementos no pueden añadirse como materias primas, aunque pueden seguir estando presentes en el vidrio acabado como resultado de la contaminación de las materias primas.

Los vidrios fabricados con los constituyentes tal como están listados en la Tabla 2 poseen las características mostradas en la Tabla 3.

TABLA 3 Propiedades físicas de los vidrios con una composición según la primera realización de la invención según la invención

Propiedad física	Valor
T_{strain}	455ºC
T_{anneal}	490ºC
T_{soft}	675ºC
T_{melt}	1490ºC
Masa específica	2,62 x 10^{3} kg\cdotm^{3}
Resistencia específica	7,9 x 10^{6} ohmios\cdotm
Coeficiente de expansión lineal (25-300ºC)	9,1 x 10^{-6}/ºC

Una lámpara eléctrica según una segunda realización preferida de la invención, tiene una bombilla de vidrio con una composición del vidrio que comprende los constituyentes tal como están listados en la Tabla 4.

TABLA 4 Composición del vidrio según una segunda realización de la invención

Constituyente	Composición (% en peso)
SiO_{2}	70-75
Al_{2}O_{3}	1-3
Na_{2}O	15-20
K_{2}O	0-2
MgO	1-5
CaO	1-7
MoO_{3}	0,01-0,5
SO_{3}	0,1-2,5

Vidrios con los constituyentes tal como están listados en la Tabla 4 son vidrios relativamente baratos en comparación con los vidrios de los constituyentes enumerados en la Tabla 1 y en la Tabla 2. K_{2}O puede estar ausente en los vidrios tal como están listados en la Tabla 4. Abandonar los constituyentes relativamente caros que son responsables de la elevada resistividad eléctrica de la primera realización tiene como resultado un vidrio significativamente más barato. Se trata de un tipo de vidrio al que se hace referencia normalmente como vidrio sodo-cálcico.

Los vidrios fabricados con los constituyentes tal como están listados en la Tabla 4 poseen las características mostradas en la Tabla 5.

TABLA 5 Propiedades físicas de los vidrios con una composición según la segunda realización de la invención

Propiedad física	Valor
T_{esfuerzo}	490ºC
T_{recocido}	520ºC
T_{reblandecimiento}	690ºC
T_{fusión}	1445ºC
Masa específica	2,48 x 10^{3} kg\cdotm^{3}
Resistencia específica	2,5 x 10^{6} ohmios\cdotm
Coeficiente de expansión lineal (25-300ºC)	9,7 x 10^{-6}/ºC

A continuación se describe el proceso de fabricación del vidrio. Se prepara un lote pesando y mezclando todos los componentes oxídicos mencionados anteriormente. Se alimenta el lote a un depósito de fusión continua convencional. Se pueden realizar ajustes a la receta añadiendo ingredientes por separado al sistema de alimentación para mejorar la coloración. Las condiciones de fusión, entre las que se incluye la temperatura y la atmósfera de gas, se ajustan para obtener unas condiciones de procesamiento estables para la fusión, refinado y estabilización del color. Preferiblemente se utiliza Na_{2}SO_{4} como agente refinador. El proceso de refinado tiene lugar por la formación de oxígeno a partir del componente SO_{4}. En series de reacciones complejas, los gases sobrantes, entre los que se incluye CO_{2} y N_{2}, se eliminan de la colada de vidrio para evitar líneas de aire en los tubos formados. La atmósfera del horno se oxida por el proceso de refinado. Preferiblemente, el agente refinador está parcialmente incorporado en el vidrio como un polisulfuro y SO_{3}. El resto se realiza en los gases de combustión. Los tubos de vidrio se fabrican al final del proceso de fabricación del vidrio utilizando en la fábrica el bien conocido proceso Danner. No obstante, también puede aplicarse el bien conocido proceso Vello. Parte del tubo se calienta para crear ampollas de lámpara.

Determinadas cantidades de azufre hacen que la mezcla se vuelva amarilla o parda. El azufre está presente en la mayoría de los vidrios en forma de polisulfuro o sulfuro bajo condiciones reductoras. Los vidrios ámbar requieren una cantidad de un agente reductor, tal como por ejemplo carbono o carbón vegetal, para reducir el sulfato a sulfuro y polisulfuro. Sin embargo, puede utilizarse cualquier otro agente reductor, incluidos Cr, Mn, V, etc.

El color amarillo de los vidrios ámbar está provocado por polisulfuros alcalinos, junto con sulfuros de metales pesados, particularmente Fe. La formación de S^{2-} que se incorpora por el cromóforo Fe_{2}O_{3}, determina el color ámbar o naranja. En combinación con carbón vegetal como agente reductor, se produce la formación de Fe^{2+}. Tan solo trazas de Fe_{2}O_{3} en combinación con azufre bajo condiciones de reducción pesada, en las que se forman Fe^{2+} y Fe^{3+} (mayormente como Fe^{2+}), puede determinar el color ámbar. No tiene que añadirse necesariamente Fe_{2}O_{3} a la receta de la composición del vidrio. Tal y como se ha indicado anteriormente, puede obtenerse la cantidad de Fe a través de las materias primas utilizadas.

Sin deseo de vincularla a ninguna teoría particular, la coloración de los vidrios puede explicarse por la formación de un cromóforo, que está compuesto por un átomo central de Fe^{3+}, rodeado por tres átomos de oxígeno en una coordinación tetraédrica. En el cromóforo el S tan solo puede unirse al átomo de Fe^{3+}, o por puenteo con Fe^{3+} y Fe^{4+}. Se ha demostrado la dependencia de la coloración del vidrio ámbar de la cantidad de álcalis. Cuanto más alcalino sea el vidrio, más profunda y oscura será la coloración y la absorción pasa a longitudes de onda mayores. La formación de polisulfuros superiores ocurre más rápidamente cuanto mayor sea el radio iónico de los metales alcalinos monovalentes. Cuanto mayor sea la forma del polisulfuro y más larga la cadena de S, más rojo y más intenso será el color. K_{2}O mejora e intensifica el color del vidrio ámbar.

El complejo de sulfoferrato de sodio NaFeS_{2} se caracteriza por un intenso color rojo. La concentración de sulfoferratos disminuye cuanto mayor sea la acidez del vidrio. En vidrios de carácter ácidos la mayoría de los polisulfuros se descomponen en H_{2}S y S y el color se vuelve un verde sucio. A temperaturas elevadas, el agua también presenta un efecto ácido, que conduce a la descomposición hidrolítica de los polisulfuros.

En presencia de silicato de molibdeno el vidrio se colorea de naranja, lo cual se explica por la formación de tiomolibdato. En particular, el óxido de molibdeno reduce la transmisión en particular en la región 290-380 nm.

Al fundir vidrios ámbar es necesario evitar la formación de FeS. La coloración amarilla depende del historial térmico del vidrio. La curva de transmisión muestra absorción en las regiones UV y azul hasta 500 nm, mientras que el amarillo, el rojo y el infrarrojo se transmiten sin obstáculos. La intensidad de los colores naranja a rojo ámbar requiere la presencia de pequeñas cantidades de Fe.

La Fig. 2 muestra una diversidad de puntos de color de vidrio de color ámbar para su utilización en la funda de vidrio de lámparas de señalización según las normativas internacionales de tráfico, en relación con coordenadas X e Y del diagrama de cromaticidad. Dichos puntos de color pueden conseguirse con composiciones de vidrio según la invención descritas anteriormente. Cabe destacar que la composición exacta del vidrio que proporciona el punto de color depende de la producción del vidrio, particularmente del estado de reducción y del curado tras el soplado de la bombilla.

En Europa, el punto de color ámbar para intermitentes para vehículos a motor se define en la normativa ECE 37, conocida por los expertos en la técnica. Corresponde al área mostrada en las líneas continuas resaltadas de la Fig. 2. La región ámbar ECE 37 se determina según las siguientes coordenadas de color (0,571, 0,429), 0,564, 0,429), (0,595, 0,398) y (0,602, 0,398).

La comisión del GTB (Groupe de Travail de Bruxelles) ha propuesto un nuevo área de mayor tamaño que se espera en los próximos 2 ó 3 años, mostrada mediante las líneas discontinuas de la Fig. 2. Este mayor área corresponde a los requisitos de la SAE (Society of Aumotive Engineers). Las coordenadas de color de la región ámbar SAE se determinan por (0,560, 0,440), (0,545, 0,425), (0,597, 0,390) y (0,610, 0,390).

Se han preparado diversos lotes de vidrio según la primera y la segunda realizaciones de la invención. En la Fig. 2, los triángulos, los rombos y los cuadrados corresponden a tres composiciones diferentes de los vidrios según la primera realización de la invención, los círculos corresponden a un vidrio con una composición según la segunda realización de la invención.

En la Fig. 2, los triángulos se encuentran dentro de los intervalos definidos por la normativa ECE 37 como límites para lámparas indicadoras para vehículos a motor. Los rombos están próximos al borde de la región ECE 37 y los cuadrados están justo fuera de la región ECE 37 preferida, pero dentro de la región SAE. En comparación con los otros vidrios, la composición del vidrio que corresponde al punto de color representado por los triángulos de la Fig. 2 poseía un contenido en Fe relativamente bajo. El espesor de la pared de dicho vidrio fue aproximadamente de 0,6 mm con una transmisión en el intervalo de 400 a 700 nm de aproximadamente un 60%.

En la Fig. 2, los círculos que representan puntos de color de vidrios según la segunda realización de la invención, cumplen los requisitos según se define en la normativa ECE 37. Las composiciones del vidrio representadas por los círculos de la Fig. 2 poseen un contenido en Fe inferior a 0,03% en peso.

Los dibujos y sus descripciones ilustran la invención sin limitarla. Resultará evidente que existen numerosas alternativas que tienen cabida dentro del alcance de las reivindicaciones anejas. A este respecto, se realizan las siguientes notas de cierre.

Cualquier signo de referencia en una reivindicación no debe interpretarse como que limita la reivindicación. La palabra "comprende" no excluye la presencia de elementos o pasos diferentes a los indicados en una reivindicación. La palabra "un" o "una" delante de un elemento o paso no excluye la presencia de una pluralidad de dichos elementos o pasos.

Claims (7)

1. Una lámpara eléctrica con una funda de vidrio,

estando la pared del vidrio libre de plomo, libre de cadmio y coloreada en ámbar, comprendiendo la composición del vidrio de la pared molibdeno en forma oxídica desde 0,01% en peso hasta 1% en peso y SO_{3} de 0,1% en peso hasta 2,5% en peso.

2. Una lámpara eléctrica con una funda de vidrio, estando la pared de vidrio libre de plomo, libre de cadmio y coloreada en ámbar,

comprendiendo la composición del vidrio de la pared molibdeno en forma oxídica desde 0,01% en peso hasta 1% en peso y estando refinado el vidrio con sulfato como agente refinador en una atmósfera reductora de modo que la composición del vidrio puede contener de 0,1% en peso hasta 2,5% en peso de SO_{3}.

3. Una lámpara eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, en donde la composición del vidrio, expresada en porcentaje en peso, comprende:

SiO_{2} 60-75 Al_{2}O_{3} 0,1-7 Li_{2}O 0,1-2,5 Na_{2}O 5-12 K_{2}O 2-9 MgO 0,1-3 CaO 0,1-5 SrO 0,1-10 BaO 5-15 MoO_{3} 0,01-1 SO_{3} 0,25-2,5

4. Una lámpara eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, en donde la composición de vidrio, expresada en porcentaje en peso, comprende:

SiO_{2} 70-75 Al_{2}O_{3} 1-3 Na_{2}O 15-20 K_{2}O 0-2 MgO 1-5 CaO 1-7 MoO_{3} 0.01-0,5 SO_{3} 0,1-2,5

5. Una lámpara eléctrica según las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, en donde la composición del vidrio comprende trazas de B_{2}O_{3} hasta 3% en peso.

6. Una lámpara eléctrica según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, en donde la composición del vidrio comprende trazas de Fe_{2}O_{3} hasta 0,5% en peso.

7. Una lámpara eléctrica según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, en donde la composición del vidrio comprende trazas de CeO_{2} hasta 0,2% en peso.