DE19603300C2 - Elektrische Lampe mit Molybdänfoliendurchführungen für ein Lampengefäß aus Quarzglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit einem Lampengefäß aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Lampengefäße aus Quarzglas besitzen üblicherweise mindestens zwei Mo­ lybdänfoliendurchführungen, die erstens einen gasdichten Verschluß des Lampengefäßes gewährleisten und zweitens die elektrische Spannungsver­ sorgung des im Innenraum des Lampengefäßes angeordneten Leuchtmittels ermöglichen. Da sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas und Molybdän sehr stark unterscheiden (α_Quarz = 0,5 . 10⁶ K^-1, α_Molybdän = 5,8 . 10⁶ K^-1), kann ein beständiger gasdichter Verbund dieser beiden Materialien nur bei bestimmten Geometrien des Molybdänquarzglasver­ bundes erzielt werden. Üblicherweise werden für die Molybdänfoliendurch­ führungen in Lampengefäßen aus Quarzglas dünne Molybdänfolien, deren Dicke ca. 15 µm bis 100 µm beträgt, verwendet. In der Breite und der Länge messen diese Molybdänfolien mehrere Millimeter oder sogar Zentimeter. Wegen der geringen Dicke der Molybdänfolien ist deren Schrumpfung senk­ recht zur Folienebene in der dem Einschmelzungsprozeß folgenden Abküh­ lungsphase vernachlässigbar gering. In Längs- und Querrichtung schrump­ fen die Molybdänfolien während der Abkühlungsphase allerdings wesent­ lich stärker als das sie umschließende Quarzglas, so daß in dem Molybdän- Quarzglas-Verbund enorme mechanische Spannungen auftreten, die bei un­ genügender Duktilität des Molybdäns zum Zerreißen der Molybdänfolien führen können. Die ausreichende Duktilität des Molybdäns wird üblicherweise durch eine Dotierung der Molybdänfolien mit Kalium und Silizium gewährleistet. Um eine gute Haftung zwischen Molybdänfolie und Quarzglas zu erzielen, wird die Oberfläche der Molybdänfolie in der Regel durch Ätzen oder Sandstrahlen aufgerauht. Außerdem sind zu diesem Zweck die Molybdänfolien im Querschnitt lanzettförmig ausgebildet.

Die DE 40 02 973 A1 beschreibt Molybdänmaterial, insbeson­ dere für die Lampenherstellung, das eine Reinheit von mindestens 99,97 Gewichts­ prozent und als alleiniges Dotiermaterial Aluminium aufweist.

Die DE 40 02 974 A1 offenbart Molybdänmaterial, insbesonde­ re für die Lampenherstellung, das mit Kalium, Silizium und Aluminium dotiert ist, wobei der Aluminiumgehalt, bezogen auf das Gewicht, zwischen 80 und 600 ppm beträgt.

Eine ausführliche Beschreibung von Molybdänfoliendurchführungen in Lampenge­ fäßen aus Quarzglas findet man in der Dissertation von Wolfgang Thouret "Kon­ struktion und Technologie der Hochdruckentladungslampen", Technische Hochschu­ le Karlsruhe, Fakultät für Maschinenwesen, aus dem Jahr 1952. Das Ätzen und Sandstrahlen sowie der lanzettförmige Querschnitt der Molybdänfolien sind auch in der US 4,587,454 offenbart. Die DE 29 47 230 C2 beschreibt Molybdänfolien, die zur Verbesserung der Stromdurchführungen mit Yttriumoxid dotiert sind.

Man unterscheidet die Molybdänfoliendurchführungen in sogenannte Quetschdich­ tungen und in Molybdänfolieneinschmelzungen, die mit Hilfe eines Unterdruckes im Lampengefäß hergestellt werden.

Zur Herstellung einer Quetschdichtung wird das vorgefertigte Lampengestell, das zumindest eine Molybdänfolie und die damit verschweißten inneren und äußeren Stromzuführungen sowie das Leuchtmittel, d. h. Glühwendeln oder Entladungselekt­ roden, umfaßt, in das noch offene Lampengefäß eingeführt, so daß die Molybdänfo­ lie im zu verschließenden Lampengefäßende angeordnet ist. Anschließend wird das offene Ende des Lampengefäßes auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstem­ peratur des Quarzglases erhitzt und mit Hilfe eines Formwerkzeuges, beispielsweise mittels Quetschbacken, dichtgequetscht. Unmittelbar nach dem Quetschvorgang wird die Quetschdichtung durch einen Kühlgasstrom zwangsgekühlt. Die Abkühlungsrate liegt hierbei oberhalb von 100 Kelvin pro Sekunde, typi­ scherweise sogar oberhalb von 250 Kelvin pro Sekunde. Diese rasche Abküh­ lung erzeugt starke mechanische Spannungen in der Quetschdichtung.

Zur Herstellung einer Molybdänfolieneinschmelzung wird das vorgefertigte Lampengestell, das zumindest eine Molybdänfolie und die damit verbunde­ nen inneren und äußeren Stromzuführungen sowie das Leuchtmittel, d. h. Glühwendeln oder Entladungselektroden, umfaßt, in das noch offene Lam­ pengefäß eingeführt, so daß die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien vollständig im Innenraum des Lampengefäßes angeordnet sind. Anschlie­ ßend wird das im Bereich der Molybdänfolie befindliche Quarzglas des Lampengefäßes auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Quarzglases erhitzt, so daß das erweichte Quarzglas an die Molybdänfolie bzw. an die Molybdänfolien anfällt. Nach dem Erkalten bildet das Quarzglas des Lampengefäßes mit der Molybdänfolie bzw. mit den Molybdänfolien einen gasdichten Verbund. Das Erkalten der Molybdänfolieneinschmelzung erfolgt üblicherweise mit vergleichsweise geringer Abkühlungsrate, die un­ terhalb von 100 Kelvin pro Sekunde, typischerweise sogar unterhalb von 50 Kelvin pro Sekunde liegt. Wegen der vergleichsweise langsamen Abküh­ lung treten in der Molybdänfolieneinschmelzung geringere mechanische Spannungen auf, als in der oben beschriebenen Quetschdichtung. Eine der­ artige Molybdänfolieneinschmelzung ist beispielsweise in der EP 0 479 088 B2 offenbart.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Lampe mit einem Lam­ pengefäß aus Quarzglas zu schaffen, das eine verbesserte, als Quetschdichtung ausge­ bildete Molybdänfoliendurchführung besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkma­ le des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäßen elektrischen Lampen besitzen ein Lampengefäß aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, die Be­ standteil mindestens einer Quetschdichtung des Lampengefäßes sind. In der mindestens einen Quetschdichtung ist wenigstens eine Molybdänfolie gas­ dicht eingequetscht. Die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien sind erfin­ dungsgemäß mit alkali- und erdalkalifreien Silikaten und/oder Aluminaten und/oder Boraten eines oder mehrerer Elemente aus den Gruppen 3b und/ oder 4b des Periodensystems dotiert. Durch die erfindungsgemäße Dotie­ rung wird das Auftreten von Rissen in der Quetschdichtung, bedingt durch die hohen mechanischen Spannungen im Molybdän-Quarzglasverbund, verhindert. Der Anteil der erfindungsgemäßen Dotierstoffe in der Mo­ lybdänfolie bzw. in den Molybdänfolien beträgt 0,01-1,0 Gewichtsprozent. Als besonders vorteilhaft haben sich Dotierstoffanteile zwischen 0,2 und 0,8 Gewichtsprozent erwiesen. Der Alkali- und Erdalkalimetallgehalt ist in den erfindungsgemäßen Molybdänfolien vorteilhafterweise kleiner als 15 ppm. Insbesondere gilt das auch für den Gehalt an Kalium, das die Duktilität der Molybdänfolien erhöht. Die erfindungsgemäße Lampe kann eine Halogen­ glühlampe, deren Lampenkolben zumindest eine Quetschdichtung aufweist, oder eine Hochdruckentladungslampe, deren Entladungsgefäß oder deren das Entladungsgefäß umschließender Außenkolben wenigstens eine Quetschdichtung besitzt, sein.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert.

Beim ersten, in der Figur abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe.

Diese Lampe besitzt ein einseitig gequetschtes Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. In­ nerhalb des Entladungsgefäßes 1 sind zwei Elektroden 2, 3 angeordnet, die jeweils über eine in der Quetschdichtung des Entladunsgefäßes 1 eingebette­ te Molybdänfolie 4, 5 mit je einer aus dem Entladungsgefäß 1 herausragen­ den Stromzuführung 6, 7 elektrisch leitend verbunden sind. Das Entla­ dungsgefäß 1 ist, in geringem Abstand, vollständig von einem einseitig ge­ quetschten, gasdicht verschlossenen Hüllkolben 8 umgeben. Der Hüllkolben 8 besteht aus Quarzglas, das mit ca. 0,5 Gewichtsprozent Cer dotiert ist. In­ nerhalb des Hüllkolbens 8 befindet sich Stickstoffgas, das bei Raumtempera­ tur einen Kaltfülldruck zwischen 600 mbar bis 700 mbar aufweist. Die aus dem Entladungsgefäß herausragenden Stromzuführungen 6, 7 sind jeweils über eine im Quetschfuß des Hüllkolbens 8 eingebettete Molybdänfolie 9, 10 mit je einer aus dem Hüllkolben 8 herausgeführten Stromzuführung 11, 12 elektrisch leitend verbunden. Ein einseitig gequetschter und einseitig gesoc­ kelter Außenkolben 13 umschließt den Hüllkolben 8 gasdicht. Der Außen­ kolben 13 ist evakuiert und besteht ebenfalls aus einem mit ca. 0,5 Gewichts­ prozent Cer dotierten Quarzglas. Die aus dem Hüllkolben 8 herausgeführten Stromzuführungen 11, 12 sind jeweils über eine in der Quetschdichtung des Außenkolbens 13 eingebetteten Molybdänfolie 14, 15 mit je einer aus dem Außenkolben 13 herausragenden Stromzuführung 16, 17 elektrisch leitend verbunden. Die aus dem Außenkolben 13 herausgeführten Stromzuführun­ gen 16, 17 stehen mit den aus dem Sockel 18 herausragenden Kontaktstiften 19, 20 im elektrischen Kontakt. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwen­ deten Molybdänfolien sind alle mit 0,5 Gewichtsprozent Gadoliniumalumi­ nat dotiert.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Halogenglühlampe mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, der mit Hilfe einer Quetschdichtung gasdicht verschlossen ist. In der Quetschdichtung des Lampenkolbens sind zwei Molybdänfolien eingebettet. Innerhalb des Lam­ penkolbens befindet sich eine Glühwendel, deren Enden jeweils mit einer inneren Stromzuführung verschweißt sind. Die inneren Stromzuführungen sind jeweils mit einer der in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdän­ folie elektrisch leitend verbunden. Aus der Quetschdichtung ragen zwei äu­ ßere Stromzuführungen heraus, die mit jeweils einer der beiden Molybdän­ folien verbunden sind. Die beiden in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdänfolien sind mit 0,8 Gewichtsprozent Yttriumsilikat dotiert. Ihr Ka­ liumgehalt beträgt weniger als 15 ppm.

Die Dotierstoffe werden dem Molybdänpulver, das zur Herstellung der Molybdänfolien verwendet wird, beigemischt. Anschließend wird das mit den Zusätzen versehene Molybdänpulver in bekannter Weise gepreßt und gesintert und zu Molybdänfolien gewalzt, wie beispielsweise in der DE 29 47 230 C2 beschrieben.

Claims (6)

1. Elektrische Lampe mit einem Lampengefäß aus Quarzglas (1; 8; 13), das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, wobei die Molybdänfoliendurchführungen Bestand­ teil mindestens einer Quetschdichtung des Lampengefäßes (1; 8; 13) sind, und wobei in der mindestens einen Quetschdichtung wenigstens eine Molybdänfolie (4, 5; 9, 10; 14, 15) gasdicht eingequetscht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänfolie bzw. die Molybdän­ folien (4, 5; 9, 10; 14, 15) mit alkali- und erdalkalifreien Silikaten und/ oder Aluminaten und/oder Boraten eines oder mehrerer Elemente aus den Gruppen 3b und/oder 4b des Periodensystems dotiert ist bzw. sind.

2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Dotierstoffe in der bzw. in den Molybdänfolien (4, 5; 9, 10; 14, 15) 0,01-1,0 Gewichtsprozent beträgt.

3. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Dotierstoffe in der bzw. in den Molybdänfolien (4, 5; 9, 10; 14, 15) 0,2-0,8 Gewichtsprozent beträgt.

4. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkali- und der Erdalkalimetallgehalt in der Molybdänfolie bzw. in den Molybdänfolien (4, 5; 9, 10; 14, 15) kleiner als 15 ppm ist.

5. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Halogenglühlampe ist, deren Lampenkolben zumindest eine mittels Formwerkzeugen hergestellte Quetschdichtung aufweist.

6. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Hochdruckentladungslampe und das Lampengefäß das Entladungsgefäß (1) oder ein das Entladungsgefäß (1) umschließender Außenkolben (8; 13) ist, wobei das Entladungsgefäß (1) oder der Au­ ßenkolben (8; 13) zumindest eine mittels Formwerkzeugen hergestellte Quetschdichtung aufweist.