DE2821162A1 - Elektrische lampe - Google Patents
Elektrische lampeInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
- H01K1/00—Details
- H01K1/38—Seals for leading-in conductors
Landscapes
- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Description
PHN. 8796.
- "Γ - DEEN / WJM.
14-1-1978.
"Elektrische Lampe",
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit einem Glaskolben, durch dessen Wand Stromdurchführungen
mit einem Durchmesser D vakuumdicht zu einem im Lampenkolben befindlichen elektrischen Element
durchgeführt sind, wobei jede Stromdurchführung mit einer ersten Glashülle mit einer Schichtdicke d
versehen ist, auf der zwischen ihren Enden eine zweite Glashülle geringerer Länge angeordnet ist, mit welcher
die Wand des Lampenkolbens verschmolzen ist, wobei die Oberflächen der Stromdurchführung und der ersten Hülle,
der ersten Hülle und der zweiten Hülle und der zweiten Hülle und der Wand des Lampenkolbens an ihren jeweili-
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gen Berührungsstellen einen ¥inkel von mindestens 90
einschliessen.
Eine derartige Lampe ist aus der NL-PS 61573 bekannt.
Bei der bekannten Lampe befindet sich auf der Wolframstromdurchführung eine erste Hülle aus
Quarzglas, deren Dicke d höchstens 2hO /um bei Stromdurchführungen
mit einem Durchmesser D unter 6OO /um beträgt und deren Dicke bei dickeren Stromdurchführungen
der Formel d - 240 /um +(D- 600) χ 0,16 mm
entspricht.
Auf der ersten Glashülle aus Quarzglas ist nach dieser Patentschrift mindestens eine zweite
Hülle aus Quarzglas oder aus einer Glasart angeordnet, die an das Glas der Wand des LampenicoIbens angepasst
ist.
Bei der Konstruktion des,Durchgangs einer
Stromdurchführung durch die Wand eines Lampenkolbens, taucht immer wieder das Problem auf, dass die Ausdehnungskoeffizienten
von Metall und Glass grosse Unterschiede aufweisen. Diese Unterschiede vergrössern sich
stark, wenn im Hinblick auf die chemische und thermische Festigkeit als Metall Wolfram (Ausdehnungskoeffizient
(Ak) k5 χ 10~'°K~1) und als Glas ein solches
mit einem sehr hohen Siliziunidioxidgehalt (Ausdehnungskoeffizient im gleichen Temperaturbereich in der GröSsen-
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- .T
Ordnung von 1Ox 10 K ), wie Quarzglas (Ausdehnungskoeffizient
7 χ 10 °K~ ), gewählt werden muss. Diese Unterschiede spielen eine grosse Rolle, weil die Lampen
bei sehr hohen Temperaturen angefertigt, bei Raumtemperatur gelagert und bei hoher Temperatur betrieben
werden. Unter Betriebsbedingungen herrscht in Lampen ein hoher Druck, der einige zehn Atmosphären betragen
kann. Die Durchführung muss diesen Druck nicht nur aushalten, sondern auch bei hoher und niedriger Temperatur
gasdicht sein.
Trotz der bekannten Konstruktion nach
der erwähnten niederländischen Patentschrift werden in
der Praxis nahezu ausschliesslich Durchführungskonstruktionen
verwendet, wie sie aus der deutschen Auslegeschrift 1 489 ^72 bekannt sind, wobei zwischen der
Stromdurchführung und der Wand des Lampenkolbens mehrere Zwischengläser mit abnehmenden Ausdehnungskoeffizienten
angebracht sind. Derartige aufwendige Konstruktionen werden in speziellen hochbelasteten Halogenglühlampen
und in Kurzbogen-Hochdruck-Entladungslampen verwendet.
Im allgemeinen wird in Halogenglühlampen und in Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen mit
einem Lampenkolben aus Quarzglas eine Konstruktion verwendet, bei der in die Quetschungen des Lampenkol—
bens eine dünne Molybdänfolie aufgenommen ist, an die an beiden Seiten ein (Wolfram-)Stromleiter angeschweisst
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-Jr-
ist (siehe beispielsweise die DE-AS 25 21 784. Bei
diesem Aufbau befindet sich die Vakuumabdichtung auf der Folie zwischen den beiden angeschweissten Stromleitern,
trotz des hohen Ausdehnungskoeffizienten des Molybdäns, aber dank der Form der Folie und der hohen
Duktilität des Molybdäns. Die Unterschiede im Ausdehnungskoeffizienten
zwischen den Stromleitern und dem Quarzglas verursachen jedoch Kapillarkanäle um
den Stromleiter. Durch diese Kapillarkanäle hindurch können agressive Gase die Molybdänfolie erreichen und
angreifen. Hierdurch kann Sprung entstehen.
Dass diese beiden Andeutungen der Aufbau mit Zwischengläsern und der Aufbau mit Molybdänfolie,
immer noch allgemeine Verwendung finden, hat seine Ursache darin, dass der Aufbau nach der NL-PS in der
Praxis in vielen Fällen nicht genügt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Lampen mit einem einfachen, starken und
zuverlässigen Durchführungsaufbau zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei elektrischen Lampen der eingangs erwähnten Art dadurch
gelöst, dass die Wand des Lampenkolbens und die beiden Glashüllen der Stromdurchführungen zu über
95 Gew.$ aus Siliziumdioxyd bestehen, dass das Verhältnis
D/ (Ω + 2d) mindestens 0,7 beträgt und dass die Oberfläche der zweiten GlashUlle an beiden Seiten
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der Verschmelzung mit der Wand des Lampenkolbens parallel zur Oberfläche der Stromdurchführung verläuft.
Gläser mit einem Siliziumdioxydgehalt
über 95 Gew.?o, wie Quarzglas und "Vycor", kommen wegen
ihrer hohen Erweichungspunkte und hoher chemischen Resistenz für Verwendung bei Halogenglühlampen (bei
denen das im Lampenkolben befindliche elektrische Element ein Glühkörper ist) und bei Hochdruckentladungslampen
(bei denen das elektrische Element durch die Elektroden gebildet wird) in Betracht, wie Hochdruck
quecksilberdampfentladungslampen möglicherweise mit einem Halogenidzusatz.
Es hat sich herausgestellt, dass bei er-
findungsgemässen Lampen in der Umgebung der Stromdurchführung
im Glas an ihrer Grenzfläche, an der Aussenseite
mit dem umgebenden Gas , an der Innenseite mit dem Inhalt des Lampenkolbens, nur sehr geringe Zugspannungen
vorhanden sind. Dadurch sind die Lampen mechanisch äusserst fest. Sie halten hohe Stromdichten
und grosse Temperaturwechsel aus. Eine erfindungsgemässe
Lampe wurde in einigem Abstand von der Stelle, an der die Stromdurchführung durch die Wand hindurchgeführt
worden war, durchgesägt. Die Stromdurchführung mit dem daran befestigten Teil des Lampenkolbens wurde
in horizontale Stellung niedergelegt, nur unterstützt an einer ausserhalb des Lampenkolbens und an einer im
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Lampenkolben liegenden Stelle. Nahe dem Sägeschnitt wurde um den Lampenkolben ein Stahldraht gewickelt,
der mit Gewichten immer weiter belastet wurde, bis im Lampenteil Bruch auftrat. Es stellte sich überras
chenderweise heraus, dass die Durchführungsstelle
der Stromdurchführung durch die Wand des Lampenkolbens völlig unbeschädigt war, als dieser Bruch in der Wolframs
tr omdur chf ührung an einer Stelle ausserhalb der Glashülle aufgetreten war.
Diese Festigkeit des Aufbaus wird nicht nur von der ersten Glashülle der Stromdurchführung
bestimmt, sondern auch durch die Geometrie der Einschmelzung. Dabei besteht jedoch eine ausreichende
Toleranz.
Das Verhältnis zwischen der Länge der ersten und der zweiten Hülle ist nicht wesentlich.
Wichtig ist jedoch, dass die zweite Hülle kürzer als die erste ist und zwischen den Enden der ersten liegt,
d.h. die erste Hülle ragt an beiden Seiten über die zweite hinaus. Um dies bei der Herstellung mit ausreichender
Sicherheit und unter Vermeidung von Ausfall zu verwirklichen, wird die erste Hülle vorzugsweise
um mindestens einige, beispielsweise h, Millimeter
länger als die zweite gewählt. :
Hinsichtlich der Länge der zweiten Hülle ist es wichtig, dass sie so gross ist, dass an beiden
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Seiten ihrer Verschmelzung mit der Wand des Lampenkolbens
eine Umhüllungsoberfläche parallel zur Oberfläche der
Stromdurchführung erhalten wird. In der Regel wählt man die Länge dieser Hülle gleich k- bis 7-mal der
Wanddicke des Lampenkolbens.
Die Dicke der zweiten Hülle wird derart gewählt, dass beim Verschmelzen der Wand des Lampenkolbens
mit der zweiten Hülle durch die dabei benutzte Wärmequelle keine Beschädigung der Hüllen auftreten
kann. Zum anderen darf die Dicke der zweiten Hülle nicht so gross sein, dass hinsichtlich des Innendurchmessers
des Lampenkolbens kein glatter Übergang der Oberflächen von der Wand des Lampenkolbens zur Oberfläche
der zweiten Hülle möglich ist. In der Regel beträgt die Dicke der zweiten Hülle I/3 des Durchmessers
der Stromdurchführung.
Es sei bemerkt, dass in der Beschreibung der erwähnten niederländischen Patentschrift auf
Physics ^ 38^ - ^Ok verwiesen wird, aus welchem Artikel
bekannt sein sollte, dass - um beim Einschmelzen von Wolframdraht in Quarzglas niedrige Zugspannungen zu
bekommen - die Dicke der Hülle nicht mehr als 1-J^ des
Durchmessers des Wolframdrahts betragen darf. Diese Lehre lässt sich jedoch in der Regel nicht praktisch
verwirklichen, da dies äusserst dünne Hüllen erfordern würde. Die Zugspannungen, auf die in diesem Artikel
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- Vr-
abgezielt wird, sind die Zugspannungen, die an der Grenzfläche des umhüllten Drahtes und des umhüllten
Glases auftreten. Angenommen wurde, dass diese Zugspannungen für die Güte der Einschmelzung bestimmend
sein.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass für die Festigkeit einer Einschmelzung
gegen Sprung nicht die Zugspannungen an der Grenzfläche Metall/Glas, sondern die an den Grenzflächen Glas/Gas,
d.h. die an der Grenzfläche Glas/Gas-in-der-Umgebung
und die an der Grenzfläche Glas/Gas-im-Lampenkolben
von Bedeutung sind.
Im Gegensatz zum Artikel in "Physics", der nur einen Metalldraht mit einer an allen Stellen gleich
dünnen GlashUlle behandelt, bezieht sich die Erfindung auf einem Wolframdraht, der in die Wand eines Glaskolbens
mit äusserst niedrigem Ausdehnungskoeffizienten eingeschmolzen ist. Die in "Physics" gegebene Lehre
einer in der Praxis in vielen Fällen nicht verwirklichbaren äusserst dünnen Hülle führt an sich nicht zu
derartigen sprungfesten Einschmelzungen. Dazu ist die ganze Geometrie der Einschmelzung bestimmend.
Vorzugsweise wird die Dicke der ersten Glashülle derart gewählt, dass das Verhältnis D/
(Ω + 2d)_^ 0,85 ist. Es hat sich herausgestellt, dass
unter übrigens gleichen Bedingungen die erwähnten Zug-
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spannungen um die Einschmelzung der Durchführung in der Röhrenwand herum noch weiter abnehmen, je mehr
sich das Verhältnis υ/ίο + 2d) dem Wert 1 nähert. Hohe
Verhältniswerte sind dadurch erreichbar, dass die erste Hülle möglichst dünn gewählt wird, beispielsweise ^O /um.
Bei der Verwirklichung eines hohen Verhältniswertes hilft dem Lampenkonstrukteur noch die Tatsache, dass
man häufig verhältnismässig dicke Stromzuleiter wählt. Dies geschieht wegen der hohen Stromstärken, die häufig
in Stromdurchführungen auftreten oder wegen einer grossen mechanischen Festigkeit, die man den Stromdurchführungen
geben muss, um schwere Elektroden tragen zu können, um eine zulässige Schwingungsfestigkeit zu
bekommen oder um den Stromdurchführungen Festigkeit zu geben, um sie als Kontaktstifte zum Anschliessen
der Lampe an Kontaktklemmen benützen zu können. In der Regel beträgt der Durchmesser mindestens 500 mm. In
vielen Lampen werden Stromleiter von 700 /um benutzt, während bei sehr hoch belasteten Lampen eine Dicke von
einigen Millimetern keine Ausnahme bildet. Mit einer ersten Hülle von ^tO /um Dicke sind daher für Stromdurchführungen
mit einer Dicke beispielsweise von 500, 700 und 6000 /um Verhältniswerte von 0,86, 0,89 bzw.
0,98 verwirklichbar.
Gemäss der genannten niederländischen Patentschrift muss die Wand des Lampenkolbens in uninit-
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telbarer Nähe der Einschmelzung senkrecht auf der Stromdurchführung
stehen. Erfindungsgemäss darf die Wand
des Lampenkolbens jedoch in unmittelbarer Nähe der Einschmelzung schräg auf der Stromdurchführung stehen.
Dies gibt den Vorteil einer Vereinfachung bei der Herstellung der Lampen. Um die Wand des Lampenkolbens einen
Winkel von weniger als 90 mit der umhüllten Stromdurchführung
bilden zu lassen, ist eine geringere Glasverlagerung erforderlich. Das Verschmelzen der Wand des
Lampenkolbens mit der zweiten GlashUlle ist weiterhin leichter besonders insofern es sich um im Lampenkolben
liegendes Glas handelt.
Die erfindungsgemässe Lampen lassen sich
u.a. mit Hilfe an sich bekannter Techniken herstellen. Die Glashüllen um die Stromdurchführungen herum können
mit Hilfe des Verfahrens nach DE-OS 25 29 Οθ4 angebracht
werden. Es hat sich gezeigt, dass die erste Glashülle direkt auf der Wolframoberfläche eines gezogenen Drahtes
angebracht werden kann, ohne dass der Dreht zuvor poliert werden muss.
Erfindungsgemässe Lampen können Kurzbogen—
entladungslampen oder wandstabilisierte Hochdruckentladungslampen sein, wie Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen
möglicherweise mit Halogenidzusätzen zur Gasfüllung. Die Lampen können jedoch auch Glühlampen
sein, beispielsweise Halogenglühlampen, Flutlichtlampen,
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Al
Infrarotlampen, Photolampen, Projektionslampen und
Glühlampen für andere Anwendungen.
Ausführungsbeispiele einiger erfindungsgemässer Lampen werden an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Kurzbogenentladungslampe,
Pig. 2 eine Glühlampe,
Pig. 3 eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe,
Pig. 4 einen Teilschnitt durch eine jeder der Fig. 1 bis 3.
In Fig. 1 ist 1 der Quarzglaslampenkolben einer Kurzbogenentladungslampe. Stromdurchführungen 2
sind mit einer ersten Quarzglashülle 3 versehen, zwischen deren Enden eine kürzere und dickere zweite
Quarzglashülle k angebracht ist, mit der die Wand des Lampenkolbens 1 verschmolzen ist. Die Stromdurchführungen
2 tragen je eine Elektrode 5· Quarzglasperlen 6 stützen die Stromdurchführungen 2 am Lampenkolben 1
ab-, ■
In Fig. 2 bezeichnen gleiche Ziffern entsprechende Teile. Die Figur zeigt eine Flutlichtlampe,
bei der die Stromdurchführungen 2 mit einem Wolframglühkörper 7 verbunden sind, der von Drahtstützen 8
zentriert wird. Der aus dem Lampenkolben 1 herausragende Teil der Stromdurchführungen 2 ist mit einem
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Metall, wie Aluminium, Zink, Chrom, Platin oder Gold, bedeckt, um Korrosion während der Lagerung unter
feuchten Bedingungen zu vermeiden.
Jn Fig. 3 ist eine Hochdaruckquecksilberdampflampe
dargestellt, bei der sich der Lampenkolben 1 in einem Aussenkolben 9 befindet. Mit den Stromdurchführungen
2 sind Poldrähte 10 verbunden, die zum Lampensockel 11 führen. Der längere Poldraht 10 ist von
einer keramischen Hülle 12 umgeben.
In Fig. h ist die Einschmelzung einer
Stromdurchführung 2 in einen Quarzglaslampenkolben 1 im Schnitt dargestellt. An einem Wolframdraht 2 mit
Durchmesser D ist eine erste Quarzglashülle 3 mit einer Dicke d angeschmolzen. Die Hülle 3 ist mit einer
kürzeren zweiten Quarzglashülle mit der Dicke d2 verschmolzen.
Die erste Hülle 3 hat eine Länge 1., die
zweite Hülle k eine Länge Ip. Die Wand des Quarzglaslampenkolbens
1 hat eine Dicke d„.
Der Deutlichkeit halber sind in der Figur die Winkel durch die Berichtungsoberflächen der Stromdurchführung
und der ersten Hülle, der ersten Hülle und der zweiten Hülle bzw. der zweiten Hülle und der
Wand des Lampenkolbens mit oC und oC· ß und β · bzw.
Q und %" bezeichnet.
Es wurden mehrere Einschmelzungen mit Stromdurchführungen in Quarzglaslampenkolben hergestellt:
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| D | mm | d | * | mm | A | 79 | f | d | „mm | d | „mm | 282 | 1162 | l2mm | |
| ο, | 6 | 0, | 08 | D/(D+2d) | 89 | 0 | ,25 | 1 | ,3 | PHN. | . 8796. | 8 | |||
| 1, | 25 | 0, | 08 | ο, | 91 | 0 | ,3 | 1 | ,3 | 14-1-1978. | 9 | ||||
| 3, | 4 | 0, | 17 | 0, | 86 | 0 | ,3 | 3 | ,0 | 1 .mm | 15 | ||||
| 1 | 1, | 0 | 0, | 08 | ο, | 84 | 0 | ,35 | 1 | .4 | 15 | 8 | |||
| 2 | 1, | 25 | 0, | 12 | ο, | 0 | ,3 | 1 | ,3 | 18 | 9 | ||||
| 3 | BEISPIEL | ο, | 20 | ||||||||||||
| 4 | 17 | ||||||||||||||
| 5 | 18 | ||||||||||||||
An einem Wolframdraht von 6OO /um Durchmesser
wurde eine erste Quarzglashülle von 80 /um Wanddicke und I5 mm Länge angebracht. Dazu wurde ein
Quarzglasrohr über den Wolframdraht geschoben, wonach das Ganze in einer Stickstoffatmosphäre unter Hindurchführung
durch eine Hochfrequenzspule erhitzt wurde. Das Hochfrequenzfeld erhitzte dabei den Wolframdraht, der
Wärme auf die Innenseite des Quarzglasrohrs übertrug.
In der Hochfrequenzspule befand sich ein nicht kurzgeschlossener schraubenlinienförmiger Draht,
der ebenfalls vom Hochfrequenzfeld erhitzt wurde und
Wärme auf die Aussenseite des von den Windungen dieses Drahtes geführten Quarzrohres übertrug. Dieses Quarzrohr
erweichte dabei und heftete sich an den Wolframdraht .
Anschliessend wurde zwischen den Enden
der auf diese Weise gewonnenen Hülle des Wolframdrahts
eine zweite Hülle mit einer Wanddicke von 250 mm und
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einer Länge von 8 mm angebracht, indem über die erste
Hülle ein eng passendes Quarzglasrohr geschoben und oben beschriebene Vorgang wiederholt wurde. Dabei
würde eine Verschmelzung des zweiten Quarzglasrohres mit der ersten Quarzglashülle erhalten.
Zwei auf diese Weise mit Hüllen versehene Wolframdrähte wurden an den Enden eines Glühkörpers
befestigt. Über diese Einheit wurde ein Quarzglasrohr mit einer Wanddicke von 1,3 mm geschoben, das mit einem
seitlich angeordneten Quarzglasrohr als Pumpstengel versehen war. Die Enden des Rohres wurden mit je einer
zweiten Hülle eines Wolframdrahtes in einer Stickstoffatmosphäre verschmolzen. Während des weichen Zustandes
des Glases an den Stellen der Verschmelzung wurde durch Aufbauen eines höheren Druckes im erhaltenen Lampenkolben
über den Pumpenstengel das Glas an den Stellen der Verschmelzung mit Stickstoff ausgeblasen, um die
Oberfläche des Glases der zweiten Hüllen der Wolframdrähte und die Oberfläche des Glases des Lampenkolbens
unter einem Winkel über 90 aneinander anschliessen zu
lassen.
Der erhaltenen Lampenkolben wurde evakuiert und mit Füllgas versehen, wonach der Pumpstengel
abgeschmolzen wurde.
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Claims (2)
1. Elektrische Lampe mit einem Glaskolben,
durch dessen Wand Wolframstromdurchführungen mit einem Durchmesser D vakuumdicht nach einem im Lampenkolben
befindlichen elektrischen Element durchgeführt sind, wobei jede Stromdurchführung mit einer ersten Glashülle
mit einer Schichtdicke d versehen ist, auf der zwischen ihren Enden eine zweite Glashülle geringerer
Länge angebracht ist, mit welcher die Wand des Lampenkolbens verschmolzen ist, wobei die Oberflächen der
Stromdurchführung und der ersten Hülle, der ersten Hülle und der zweiten Hülle und der zweiten Hülle und
der Wand des Lampenkolbens an ihren jeweiligen Berichtungsstellen
einen Winkel von mindestens 90 einschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des
Lampenkolbens (i) und die beiden Glashüllen (3>^0 der
Stromdurchführungen (2) zu über 95 Gew.^ aus Siliziumdioxyd
bestehen, dass das Verhältnis υ/ίο + 2d) mindestens
0,7 beträgt und dass die Oberfläche der zweiten Glashülle (4) an beiden Seiten der Verschmelzung
mit der Wand des Lampenkolbens parallel zur Oberfläche der Stromdurchführung verläuft.
2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis D/(D + 2d)
mindestens 0,85 beträgt.
809848/0748 notrs
ORDINAL INSPECTED
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