DE871034C

DE871034C - Conductor melting for vessels made of quartz glass or similar high-melting glasses, especially for high-load electrical mercury overpressure vapor lamps

Info

Publication number: DE871034C
Application number: DEP3198D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl-Ing Lutterbeck
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1944-03-12
Filing date: 1944-03-12
Publication date: 1953-03-19

Description

Stromleitereinschmelzung für Gefäße aus Quarzglas oder ähnlichen hochschmelzenden Gläsern, insbesondere für hochbelastete elektrische Quecksilberüberdruckdampflampen Bei der Herstellung von Stromleitereinschmelzungen in Quarzglas und ähnliche hochschm-eIzende Gläser, insbesondere für die Oluarzglaskolben- von elektrischen Quecksilberüberdruckdampflampen, verwendet man bekanntlich Stromleiter aus Molybdän, Wolfram oder deren Leaierungen in Form von Hülsen, Folien oder Drähten. Auf die aus dem Quarzglas in das Gefäßlinnere vorragenden Teile der Stromleiter werden vielfach Elektrodenkörper u. dgl. befestigt. Im Vergleich zu dem Einschmelzen, von Stromleitern in gewöhnliche, schon bei Temperaturen von etwa 5oo bis 700' erweichende Gläser ist die Erzielung zuverlässig vakuumdichter und druckfester Einschmelzung-en beim Arbeiten mit Ouarzglas wegen seiner sehr hohen Erweichungstemperatur von, über 1700' und weggen Z3 seiner überaus kleinen Wärmedehnungszahl, die weit unterhalb der des Stromleiters liegt, wesentlich schwieriger.Current conductor melt-down for vessels made of quartz glass or similar high-melting glasses, in particular for highly stressed electrical mercury overpressure vapor lamps In the production of current conductor melt-downs in quartz glass and similar high-melting glasses, in particular for the oluarz glass bulbs of electrical mercury overpressure vapor lamps, in tungsten or their molybdenum conductors, it is known that current conductors are used In the form of sleeves, foils or wires. Electrode bodies and the like are often attached to the parts of the current conductors protruding from the quartz glass into the interior of the vessel. Compared to the melting of current conductors in ordinary glasses which already soften at temperatures of around 500 to 700 ' , the achievement of reliably vacuum-tight and pressure-resistant melts when working with Ouarzglas is due to its very high softening temperature of, over 1700' and away from Z3 extremely small coefficient of thermal expansion, which is far below that of the conductor, is much more difficult.

In der Praxis wird der Stromleiter meist in. ein enges Ouarzglasrohr bzw. in einen Rohrstutzen des Quarzglaslamp,effk-olbens eingeschoben, und dieser dann durch äußere Brennerflammen bis zum Erweichen erhitzt und auf den durch eine Schutz,-asatmo, sphäre gegen Oxydätion -*geschützten Stromleiter mit großem Druck aufgepreßt. Verschiedene Anzeichen deuten darauf hin, daß die hohe Einschmelztemperatur auf den Stro.inleiter einen nachteiligen Einfluß ausübt, der die vakuumdichte, druckfeste Metallquarzglasverbindung gefährdet und -auch dazu -beiträgt, tdaß beispielsweise bei Quecksilberüampf lampen mit derartigen Einschmelzungen oft schon, verhältnismäßig geringe Erschütterungen zum Abbrechen des aus dem Quar.zglas herausragenden Strom'leiters führen.Die näheren, 'Untersuchungen derartiger Fälle hab-en jeden,falls gezeigt, daß der Stromleiter nicht etwa bei dem oft mit sehr großem D.ruck durchgeführten Aufpressen des Quarzglases beschädigt worden war. Aus der Erkenntnis des nachteiligen Temperatureinflusses auf den Strornleiter hat man daher zur Vermeidung empfindlicher Ausschußverluste, insbesondere- durch das gerade bei großen und kostspieligen Quarzgl-aslampen häufigere Ab- brechen der Einschmelzstromleiter bei noch vollkommen neuen Lampen, einerseits beim Einschmelzprozeß mit möglichst niedrigen Temperaturen gearbeitet, also das Quarzglas bei beginnender Erweichung sofort auf den Stromleiter gepreßt, und anderseits nach bekannten Vorschlägen zwischen dem Stromleiter und dem auf ihm befestigten Elektrodenkörper ein elastisches, Erschütterungen dämpfendes Zwischenglied vorgesehen, vorzugsweise auf das Stromleiterende eine Wolfraindrahtwendel aufgebracht, deren vordere federnde Windungen den Elektrodenkörper frei tragen. Die Erfindung gibt ein. wesentlich einfacheres und wirksameres Mittel an, das unter anderem nicht nur mit gutem Erfolg das Abbrechen. -der Elektroden verhindert, sondern auch erlaubt, das Quarzglas beim Einschmelzvorgang wesentlich stärker zu erhitzen, was an sich die innige Verhindung des Stromleiters mit dem Quarzglas begünstigt.In practice, the current conductor is usually inserted into a narrow ouarz glass tube or into a pipe socket of the quartz glass lamp, effk-bulb, and this is then heated by external burner flames until it softens and on which a protection, -asatmo, sphere against oxidation - * Protected conductor pressed on with great pressure. Various signs indicate that the high melting temperature has a disadvantageous influence on the current conductor, which endangers the vacuum-tight, pressure-resistant metal quartz glass connection and also contributes to the fact that, for example, in the case of mercury vapor lamps with such melt-downs, relatively slight vibrations can break off The more detailed investigations of such cases have shown that the current conductor was not damaged when the quartz glass was pressed on, often with very high pressure. From the knowledge of the adverse influence of temperature on the Strornleiter has therefore sensitive to avoid committee losses insbesondere- by, especially for large and costly Quarzgl-aslampen frequent waste of Einschmelzstromleiter break at even completely new lamps, on the one hand worked the melting process with the lowest possible temperatures So the quartz glass is immediately pressed onto the conductor when it begins to soften, and on the other hand, according to known proposals, an elastic, vibration-damping intermediate member is provided between the conductor and the electrode body attached to it, preferably a tungsten wire helix applied to the conductor end, the front resilient coils of which carry the electrode body freely . The invention inputs. Much simpler and more effective means, which among other things not only with good success, the cancellation. -the electrodes prevents, but also allows the quartz glass to be heated much more strongly during the melting process, which in itself favors the intimate connection of the current conductor with the quartz glass.

Dieses Mittel besteht darin# daß dem in bekannter Weise aus Molybdän, Wolfrain oder deren Legierungen bestehenden Stronileiter nach der Erfindung solche schwer verdampfende Metalloxyde in feiner Verteilung einverleibt werden, die die Rekristallisationstemperatur erhöhen. Die Menge der einverleibten Metalloxyde beträgt meist o,ooi bis höchstens 2,5 1/o, vorzugsweise bis höchstens 1 %. Gute Ergebnisse wer-den beispielsweise durch Zusätze von Allkalioxyden, Thoriumoxyd, Zirkonoxyd, Hafniumroxyd, Kieselsäure, Aluminiumoxyd usw. einzeln oder in Gemischen oder in Verbindungen miteinander, etwa als Silicate, erzielt. - Durch derartige, bei der Herstellung des Stromleiters den Ausgangspulverstoffen beigemischte, praktisch mit Molybdän bzw. Wolfram chemisch nicht reagierende Zusätze läßt sich die Rekristallisationstemperatur ohne weiter-es um mehrere ioo', beispielsweise von i5oo auf i8oo' und darüber erhöhen. Dies hat zur Folge, daß beim üblichen Einschmelzen in, das durch äußere Brennerflammen erhitzte Quarzglastohr der eingeschobene Stromleiter nicht mehr wie bisher zu einer grobpolygonalen Struktur mit nur geringer Korngrenzenfestigkeit rekristallisiert, was als Ursache der erwähnten, bisher aufgetretenen Störungen erkannt wur-de. Der neuartige Einschmelzstromleiter behält beim Einschmelzen. vielmehr seine geschmeidige-Faserstruktur bei, bzw. es bildet sich bei der nunmehr ohne Nachteil möglichen höheren Erhitzung des Quarzglases oder bei Anwendung längerer Einschnielzzeiten im Stromleiter statt einer brüchigen Polygonalstruktur jetzt eine duktile Langkristallstruktur mit einander überlappenden und gut ineinander verzahnten Längskristallen aus. Um bei Anwendung von über der Rekristallisationstemperatur liegenden Einschmelztemperaturen beim Einschmelzen die Ausbildung der erwähnten Langkristallstruktur izu fördern, so daß sich die sog. Stapelkristallstruktur ergibt, empfiehlt es sich, gegebenenfalls den mit Oxyden versetzten Stromleiter vor seinem Einschmelzen zuerst in an sich bekannter Weise einer Zwischenglühung- mit- anschließender Deforraation zu unterwerfen. Vielfach er-weist es sich auch als vorteilhaft, im Stromleiter bereits vor seinem Einschmelzen eine ausgesprüchene Stapellkristallstruktur zu erzeugen, indem man ihn in einem besonderen Arbeitsgang auf eine sehr hohe, über der Rekristallisationstemperatur liegenden Temperatur erhitzt.This means consists in the fact that in the known manner of molybdenum, Wolfrain or their alloys, according to the invention, those hard-to-evaporate metal oxides are incorporated in fine distribution which increase the recrystallization temperature. The amount of incorporated metal oxides is usually from 0.01 to a maximum of 2.5 1 / o, preferably up to a maximum of 1 %. Good results are achieved, for example, by adding alkali oxides, thorium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, silica, aluminum oxide, etc., individually or in mixtures or in compounds with one another, for example as silicates. - By means of such in the manufacture of the current conductor admixed to the starting powder materials, practically with molybdenum or tungsten chemically non-reactive additives, the recrystallization temperature can be without further-it several ioo ', for example of i5oo on i8oo' and increase it. As a result, during the usual melting into the quartz glass tube heated by external burner flames, the inserted conductor no longer recrystallizes into a coarse polygonal structure with only low grain boundary strength, which was recognized as the cause of the previously mentioned disturbances. The new type of fuse-link conductor retains when it is melted down. rather, its supple fiber structure, or rather a ductile long crystal structure with overlapping and well interlocking longitudinal crystals is formed with the higher heating of the quartz glass, which is now possible without any disadvantage, or when using longer constriction times in the conductor instead of a brittle polygonal structure. In order to promote the formation of the above-mentioned long crystal structure when melting down when melting temperatures above the recrystallization temperature, so that the so-called stacked crystal structure results, it is advisable, if necessary, to first carry out intermediate annealing in the known manner before melting the current conductor mixed with oxides. with subsequent deforration. In many cases it has also proven to be advantageous to produce a pronounced stack crystal structure in the conductor before it is melted down by heating it in a special operation to a very high temperature above the recrystallization temperature.

Derartige Metalloxydzusätze hat man bei der Herstellung- von. elektrischen Glühlampen schon zur Erhöhung der Formbeständigkeit der Leuchtkörperwendel benutzt, die im Betrieb weit oberhalb der Rekristalfisationstemperatur, nämlich bei! etwa 23oo bis 3ooo' brennt.Such metal oxide additives are used in the manufacture of. electrical Incandescent lamps already used to increase the dimensional stability of the filament filament, which in operation far above the recrystallization temperature, namely at! approximately 23oo to 3ooo 'burns.

Bei der neuartigen Anwendung von Einschmelzstromleitern mit solchen, Oxydzusätzen wird die bisher bei Verwendung von dünnen Folien gelegentlich immer wieder auftretende Gefahr vermieden, daß #die Folie beim Aufpressen des zähflüssigen Ouarzglases mit großem Druck trotz größter Sirgfalt mehr oder weniger einreißt oder so,gar auseinanderreißt. Man kann bei Bedarf jetzt ohne weiteres dünnere Folien als bisher oder besonders leicht zerreißende, gelochte Folien zuverlässig einschmelzen.In the new application of fuse-link conductors with such, Oxide additives are occasionally always used up to now when using thin foils Recurring danger avoided that # the film when pressing the viscous Ouarzglass with great pressure more or less tears in spite of the greatest Sirgfalt or so, even tear apart. If necessary, you can now easily use thinner foils Reliably melt down perforated foils that were previously or particularly easily torn.

Es zeigt sich ferner, daß, infolge der größeren Geschmeidigkeit des Stronileiters bzw. weil infolge des Metalloxydgehaltes die Folie besser an dem ,ebenfalls aus Metalloxyden bestehenden Quarzglas haftet, derartige Einschmelzungen auch bei dickeren Folien mit größerer Sicherheit auch bei großen Temperatur- und Druckbeanspruchungen vakuumdicht halten. Dazu kommt, daß auch der von. der Quarzglaseinschmelzung gehaltene, aus ihr hervor-.ragende Teil des Stromleiters bei dem Geraderichten und Aufschweißen der EI-ektrodenkörper oder bei rauher Behandlung der Lampe im Betrieb nicht mehr so# leicht abbricht.It also shows that, due to the greater flexibility of the Stroni conductor or because, due to the metal oxide content, the film is better at that, too Quartz glass made of metal oxides adheres, as do such fusions thicker foils with greater security even under high temperature and pressure loads keep vacuum-tight. In addition, that of. held by the quartz glass seal, part of the conductor protruding from it during straightening and welding the EI electrode body or if the lamp is handled roughly during operation so # breaks off easily.

Die Erfindung läßt sich natürlich sowohl bei einteillgen als auch bei mehrteiligen Einschmelizstromleitern verwirklichen, z. B. wenn der Stromleiter aus einer Folie mit beiderseits an-geschweißten oder angelöteten Anschlußdrähten besteht, die in das Quarzglas mit eingeschmolzen werden. Die einzelnen Stromleiterteile können dabei aus verschiedenen Metallen bzw. Legierungen bestehen, verschiedenartige Oxydzusätze aufweisen oder nur teilweise mit Oxydzusätzen versehen sein, beispielsweise nur die Anschlußdrähte oder nur die Folie.The invention can of course be used both with one part and realize in multi-part melt-in current conductors, z. B. if the conductor made of a foil with connecting wires welded or soldered on both sides consists that be melted into the quartz glass. The single ones Conductor parts can consist of different metals or alloys, have various types of oxide additives or only partially provided with oxide additives be, for example only the connecting wires or only the foil.

Für den Fall, daß das Quarzglas beim Einschmelzvorgang sehr hoch erhitzt und dennoch mit Sicherheit die ursprüngliche Faserstruktur des mit Oxyden versehenen Stronileiters beibehalten werden soll, kann eine aflizu starke Aufheizung des Stromleiters beim Hocherhitzen des Quarzglasrohres entweder durch einen den Stromleiter und die Innenrohrwandung kühlenden Gasstrom oder auch dadurch verhindert werden, daß man den kalten oder für sich nur wenig vorgeheizten Stromleiter erst nach dem Hocherhitzen des Quarzglasrohres in dieses einführt und dann das Quarzglas schnell darauf aufpreßt.In the event that the quartz glass is heated to a very high temperature during the melting process and yet with certainty the original fiber structure of the one provided with oxides If the current conductor is to be retained, the current conductor can overheat when heating up the quartz glass tube either through the conductor and the Inner pipe wall cooling gas flow or can be prevented by one the cold or only slightly preheated conductor only after high heating of the quartz glass tube into this and then quickly presses the quartz glass onto it.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine lIochdruckquecksilberdampflampe mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Stronileitereinschmelzung im Schnitt dargestellt.The drawing shows a high pressure mercury vapor lamp as an exemplary embodiment with a stroni conductor seal formed according to the invention in section shown.

Das dickwandige, für einen Betriebsdruck von ,etwa 35 Atin. bemessene Quarzglasgefäß i enthält eine Edelgasgrundfüllung und etwas Quecksilber sowie zwei aus Wolframsinterkörpern bestehende Glühelektroden, 2, 3, die von den in das Quarzglas des Gefäßstutzens i' mit eingebetteten Anschlußdrähten 4, 5 der- vakuumdicht in den Quarzglasstutzen i' eingeschmolzenen Folien 6, 7 getragen ,verden. Die äußeren Anschlußdrühte 8, 9 der Folien 6, 7 dienen zur Verbindung mit den Kontalkten, des nicht dargestellten Sockels. Sowohl den aus Molybdän, bestehenden Folien. 6, 7 als auch den meist aus Wolfram bestehenden Anschlußdrähten 4, 5, 8, 9 sind Alkalimetalloxyde und Siliciumoxyd in, einer Gesamtmenge von etwa o,oi % einverleibt. Sie weisen daher noch die auch vor dem Einschmelzen in ihnen vorhandene geschmeidige Faserstruktur auf, sofern beim Einschmelzen verhältnismäßig niedrige Quarzglastemperaturen bzw. besondere Mittel zur Folienkü.hlung angewendet wurden, oder sie weisen infolge sehr hoher Einschmelzternperaturen eine ebenfalls geschmeidige Langkristallstruktur bzw. eine so.-. Stapelkristallstruktur auf. In beiden Fällen zeichnet sich die dargestellte Lampe durch eine hohe Stoßfestigkeit sowie dadurch aus, daß die Einschmelzung auch bei hohen Druck- und Temperaturbeanspruchungen zuverlässig vakuumdicht hält.The thick-walled, for an operating pressure of, about 35 Atin. sized quartz glass vessel i contains a noble gas basic filling and some mercury as well as two glow electrodes consisting of tungsten sintered bodies, 2, 3, which are carried by the foils 6, 7 which are fused in the quartz glass of the vessel nozzle i 'with connecting wires 4, 5 of the vacuum-tight in the quartz glass nozzle i' , verden. The outer connection wires 8, 9 of the foils 6, 7 are used to connect to the contacts of the base, not shown. Both the foils made of molybdenum. 6, 7 as well as the connecting wires 4, 5, 8, 9, which are mostly made of tungsten, are incorporated with alkali metal oxides and silicon oxide in a total amount of about oi%. They therefore still have the pliable fiber structure that was present in them before they were melted, provided that relatively low quartz glass temperatures or special means for film cooling were used during melting, or they have a smooth long crystal structure or such a long crystal structure as a result of very high melting temperatures. . Stacked crystal structure. In both cases, the lamp shown is characterized by a high level of shock resistance and by the fact that the seal is reliably vacuum-tight even under high pressure and temperature loads.

Claims

PATENT CLAIMS: i.

Current conductor seal for vessels made of quartz glass or similar high-melting glasses, especially for highly stressed electrical Mercury overpressure vapor lamps, characterized in that in a known manner Conductors made of molybdenum, tungsten or their alloys are difficult vaporizing metal oxides. are incorporated in fine distribution, which is the recrystallization temperature raise. : 2.

Current conductor seal according to claim i, characterized in that the amount of metal oxide incorporated is from 0.0 to at most: 2.5%, preferably to at most i 1 / o. 3. Current conductor meltdown according to claim i and: 2, characterized in that the current conductor has a stacked crystal structure with overlapping and well interlocked longitudinal crystals generated either before it is melted into the quartz glass or when it is melted down.