LAMPARA DE VIDRIO DE BARIO-SILICE QUE TIENE HILOS DE CONDUCCIÓN TÉRMICAMENTE EQUILIBRADOS
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con bombillas de alumbrar incandescentes utilizadas para aplicaciones automotrices. La Patente Norteamericana 6,469,443 describe una bombilla de alumbrar incandescente para uso en aplicaciones intermitentes automotrices, en las que los elementos emisores de luz están sellados en el interior de una cubierta de vidrio y están acoplados eléctricamente por hilos de conducción que pasan a través de la cubierta hacia el exterior de la misma para conexión con una fuente de energía eléctrica. La cubierta de vidrio es de vidrio con base en bario-sílice que está esencialmente libre de cadmio e incluye una cierta cantidad de estroncio para dar al vidrio un color ámbar. A pesar de que tal material de la cubierta ha mostrado ser útil para el propósito pretendido, se encontró que el material de vidrio generalmente es incompatible con muchos de los materiales de los hilos de conducción existentes tal que en el curso de ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento del ensamble de lámpara, se provoca la separación de los hilos de conducción y después reconectar el material de la cubierta como para inducir una acumulación de fatiga, fractura y/o falla de la cubierta de vidrio en la interfaz de los hilos de conducción y la cubierta. Es un objeto de la presente invención superar o minimizar en gran medida las desventajas asociadas con el empleo de cubiertas de vidrio de bario-sílice para tales aplicaciones de alumbrado . ün ensamble de lámpara construida de acuerdo con la presente invención que comprende una cubierta sellada de vidrio en la que un elemento emisor de luz está alojado y eléctricamente acoplado a por lo menos un hilo de conducción que pasa a través de la cubierta. El hilo de conducción tiene un coeficiente predeterminado de expansión térmica sobre un margen de temperatura de ambiente a 520°C. La cubierta de vidrio está fabricada de vidrio bario-sílice que está esencialmente libre de cadmio y que tiene un coeficiente de expansión térmica sobre el mismo margen de temperatura que es aproximadamente el mismo que del hilo de conducción para prevenir una acumulación de fatiga, separación, fractura o falla en la interfaz de los hilos de conducción y la cubierta durante ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento del ensamble de lámpara. La invención proporciona así la ventaja de una cubierta de vidrio de bario-sílice que es esencialmente libre de cadmio que hace juego con hilos de conducción cuyo coeficiente de expansión térmica iguala estrechamente con el material de la cubierta de vidrio sobre el margen de temperatura para expandirse y contraerse junto con el material de la cubierta de vidrio para minimizar la fatiga y posible falla para coeficientes incompatibles de expansión térmica entre los dos. De acuerdo con una ventaja adicional de la invención, y a un aspecto particular adicional de la invención, se encontró que un material de aleación base de níquel-cromo-hierro para los hilos de conducción es compatible en sus características térmicas a las del material de la cubierta de vidrio y, de acuerdo a un aspecto particular adicional, una aleación cuya composición contiene aproximadamente 42.5% en peso de níquel, 5.75% en peso de cromo, 0.5% en peso de manganeso, 0.25% silicón, 0.07% en peso máximo de carbón y el resto de hierro. Tal material sobre el margen de temperatura muestra esencialmente las mismas características de coeficiente térmico que las de material de vidrio sobre el margen de temperatura. A la extensión existe desviación, esto no es suficiente para causar problemas de rendimiento. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Éstas y otras características y ventajas de la presente invención se aprecian más fácilmente cuando se consideran en relación con la descripción detallada siguiente y dibujos anexos, donde: La Figura 1 es una vista elevada frontal de una lámpara automotriz construida de acuerdo con una modalidad actualmente preferida de la invención; la Figura 2 es una vista elevada lateral de la lámpara de la Figura 1; la Figura 3 es una vista en corte transversal amplificada tomada a lo largo de las líneas 3-3 de la Figura i; y la Figura 4 es una gráfica que representa la curva de expansión térmica del material de la cubierta de vidrio sobre un margen de temperatura. Con referencia a las Figuras 1 y 2, se muestra una lámpara 10 que, en general, comprende una cubierta 12 de vidrio sellada que contiene un ensamble 14 de filamento y soporta un manguito 16 externa. Esta lámpara 10 se usa típicamente en aplicaciones vehiculares, y más particularmente en vehículos automotores. Como tal, el término "lámpara automotriz" se refiere a una lámpara que cumple una o más regulaciones automotrices o normas para la lámpara. Tales regulaciones y normas son bien conocidas por aquellos con experiencia en la técnica. La cubierta 12 está formada por vidrio e incluye una porción 18 inferior sellada y una porción 20 superior que tiene una región 22 interior sellada en la que se proporciona un relleno 24 de gas inerte. El ensamble 14 de filamento incluye un par de filamentos 26, 28, un número de hilos 30-32 de conducción o de soporte y un puente 34 de vidrio que mantiene aislamiento eléctrico de los hilos de conducción mientras que proporciona soporte estructural adicional para el ensamble 14 de filamento completo. Los dos filamentos 26, 28 están separados entre sí dentro de la región 22 interior y puede operarse independientemente y pueden ser usados para proporcionar dos diferentes niveles de iluminación de lámpara, como es bien conocido. El filamento 26 inferior está soportado por hilos 30 de conducción que se extienden de forma descendente desde el filamento 26, a través del puente 34 y hacia adentro de la porción 18 inferior sellada que tiene forma de una base de cuña. Estos hilos 30 de conducción se extienden a través de la base 18 de cuña a una ubicación expuesta en la superficie 36 exterior de la cubierta 12 de vidrio. En particular, salen de la base de cuña en su borde más inferior y están tendidos ascendentemente a lo largo de la superficie 36 externa, terminan en una ubicación protegida por debajo del manguito 16 externo. Esta construcción proporciona una porción expuesta de los hilos para la conexión eléctrica de la lámpara en un circuito, y el final de los hilos de conducción 30 por debajo del manguito externo ayuda a impedir que la porción expuesta de los hilos se doble hacia fuera inadvertidamente fuera de la base 18 de cuña. El manguito 16 externo es una pieza de plástico flexible que permite que la lámpara 10 esté conectada firmemente, pero removible, a un tomacorriente convencional (no mostrado) con el manguito plástico que contribuye con el sujetador del tomacorriente convencional para retener la lámpara dentro del tomacorriente de manera conocida. Un tomacorriente apropiado diseñado para la lámpara 10 se describe en la Patente Norteamericana No. 5,486,991, los contenidos completos de los cuales se incorporan en la presente para referencia, pero los cuales no son esenciales para la invención. El filamento 28 superior está soportado por hilos 31 de conducción que están curvados lateralmente como se muestra en la Figura 2 para mantener espaciamiento adecuado desde el filamento 26, pero que de otra manera se extiende hacia abajo a través de la cubierta 12 y a una ubicación expuesta en la superficie 36 exterior de la misma manera como los hilos 30. La configuración de los hilos 30 y 31 de conducción que salen de la base 18 de cuña se muestran más específicamente en corte transversal en la Figura 3. En referencia nuevamente a la Figura 1, el filamento 28 superior está también soportado por un tercer hilo 32 de soporte que proporciona soporte mecánico para el filamento en su centro. Este hilo 32 se extiende descendentemente a través del puente 34 y hacia dentro de la base 18 de cuña, pero es terminado ahí y no se extiende hacia el exterior de la cubierta ya que no es usado para proporcionar potencia de servicio al filamento.
El vidrio que se usa para la cubierta se fabrica de vidrio con base de bario-sílice que incluye al menos alguna cantidad de óxido de bario. La composición del vidrio puede incluir otros aditivos, tales como agentes colorantes, si se desea. Por ejemplo, el vidrio puede contener una cierta cantidad de óxido de estroncio para dar un color ámbar al vidrio si se desea. El vidrio puede contener, por ejemplo, el vidrio de base de bario-sílice esencialmente libre de cadmio que incluye aproximadamente 2 a 2.3% en peso de óxido de bario y 5 a 6% en peso de óxido de estroncio, y puede contener otros constituyentes igualmente. Ejemplos particulares de algunos miembros de familia adecuados se encuentran en la Patente Norteamericana 6,469,443, la descripción de la cual está incorporada en la presente para referencia. Para fabricar tal lámpara, el vidrio se forma inicialmente en un tubo alargado, con el tubo de vidrio después cortado en segmentos de longitud adecuada para fabricar bombillas individuales, ün extremo del segmento del tubo de vidrio se ablanda usando calor y después se sopla en un globo y después se corta para hacer una bombilla individual. Esto puede hacerse usando un molde en el que el tubo se expande con presión de aire mientras se suaviza para formar la porción 20 superior alargada mostrada en las Figuras 1 y 2. Después, el ensamble 14 de filamento se inserta en el otro extremo del tubo de vidrio. Este filamento se prefabrica usando el puente 34 para sostener los hilos de conducción y filamentos juntos como una unidad individual. A continuación, se forma una cubierta sellada conteniendo el elemento emisor de luz y esto se hace al calentar y suavizar el extremo abierto de la cubierta a través del cual los hilos de conducción se extienden y después sellando el extremo abierto cerrado presionando el extremo abierto suavizado cerrado de manera tal que el elemento emisor de luz está contenido dentro del ambiente protector sellado. Esta selladura puede hacerse usando una prensa para sellar el vidrio junto y formar la porción 18 inferior con forma de cuña. Para los propósitos de trabajar con el vidrio, su punto de ablandamiento es alrededor de 690 °C y puede trabajarse en aproximadamente 1150 °C. Una vez formado, el ensamble de lámpara se templa mediante calentado del ensamble a aproximadamente 482-520°C (por debajo del punto de ablandamiento) y después se enfría el ensamble a una velocidad controlada para liberar la tensión en la bombilla de vidrio. La presente invención reconoce que la familia del vidrio bario-sílice contemplada en la presente invención tiene ciertas características de expansión térmicas que son peculiares a esta familia de vidrio. Durante la fabricación y templado y hasta cierto límite durante la operación, mientras el vidrio se enfría se contrae a una velocidad variable por encima del margen de temperatura máximo (es decir, de temperaturas de ambientes a la temperatura de trabajo de 1150°C) . Es reconocido aún más que los hilos 30, 31 de conducción, que están incorporados en la cuña 18 de base igualmente se expanden y contraen con cambios en la temperatura. Mientras que, desde un punto de vista de conductividad eléctrica, un número de materiales puede ser adecuado como material de hilo de conducción, se encontró que una aleación con base níquel-cromo-hierro particular que tienen características de expansión térmica que estrechamente igualan las del vidrio de bario-sílice por encima del margen de temperatura de ambiente al máximo de temperatura de templado de 520 °C. La Figura 4 ilustra una curva de expansión para el vidrio sílice-bario. El material para los hilos 30, 31 de conducción tienen aproximadamente la misma curva de expansión, aunque las líneas pueden no ser idénticas sobre todo el margen de temperatura, pero son esencialmente idénticas sobre el margen de la temperatura de templado hacia la temperatura, de ambiente. La composición para los hilos de conducción incluye aproximadamente 42.5% en peso de níquel, 5.75% en peso de cromo, 0.5% en peso de manganeso, 0.25% en peso de silicón, 0.07% en peso máximo de carbón, con el resto siendo hierro. Tal material para los hilos de conducción está disponible comercialmente en Carpentry Technology Corporation bajo la designación comercial "Car Tech 42-6". Con las características del coeficiente de expansión térmica del vidrio e hilos de conducción siendo esencialmente los mismos, los materiales se expanden y contraen juntos esencialmente a la misma velocidad sobre el margen de temperatura, por lo tanto elimina o minimiza en gran medida cualquier tensión inducida al vidrio en las regiones de los hilos de conducción debido a desajustes en los coeficientes durante el calentamiento y enfriamiento. Como tal, no existe tendencia en el vidrio a ser arrancado de los hilos de conducción, como puede ocurrir cuando las características de expansión térmica están desajustadas, lo que puede ocasionar una acumulación de tensión, fractura y posible riesgo del ambiente sellado de la bombilla. Como consecuencia, la invención contempla una bombilla de lámpara de bario-sílice que tiene hilos de conducción con coeficiente de características de expansión térmica que estrechamente iguala la del vidrio tal que los dos son compatibles para impedir la acumulación de tensión, fractura y falla en la interfaz entre el vidrio y los hilos de conducción durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento . El material preferido para los hilos de conducción está disponible comercialmente en Carpentry Technology Corporation bajo la designación comercial "Car Tech 42-6".
Obviamente, muchas modificaciones y variaciones de la presente invención son posibles en la claridad de las enseñanzas anteriores. Debe, por lo tanto, entenderse que dentro del alcance de las reivindicaciones anexas, la invención puede practicarse de otra manera que la descrita específicamente .