DE1194975B - Hochdruckentladungslampe mit einem Quarzglaskolben - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIj

Deutsche Kl.: 2If-82/04

Nummer: 1194 975

Aktenzeichen: P 29182 VIII c/21f

Anmeldetag: 13. April 1962

Auslegetag: 16. Juni 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckentladungslampe mit einem Quarzglaskolben und mit einer in Quarzglas eingequetschten Stromdurchführung. Diese besteht in bekannter Weise aus einer Reihenanordnung von Stromzuführungsstift, Durchführangsfolie und Elektrodenstab.

Es ist bei Hochdruckentladungslampen bekannt, daß beim Einschmelzen von Stromdurchführungen größeren Querschnittes besondere, aufwendige Maßnahmen, z. B. durch Unterteilungen einer Molybdänfolie oder durch Anordnung einer unter Gasdruck stehenden Druckzone, getroffen werden müssen, um gasdichte, von Rissen freie Stromdurchführungen zu erhalten.

Die Schwierigkeiten bei der Herstellung einer einwandfreien Stromdurchführung erhöhen sich noch, wenn statt einer Einschmelzung eine Einquetschung der Durchführung in ein Quarzglasrohr vorgenommen werden soll. Es sind auch Durchführungen be-

Hochdruckentladungslampe mit einem
Quarzglaskolben

Anmelder:

Patent-Treuhand-Gesellschaft
für elektrische Glühlampen m. b. H.,
München 2, Windenmacherstr. 6

Als Erfinder benannt:
Rudolf Buchwald, Berlin

von mehr als 10 at eine zuverlässige Foliendurchführung zu erhalten.

Diese aufgezeigten Mängel werden bei Hochdruckentladungslampen gemäß der Erfindung dadurch verkannt, bei denen die Folie, der Elektrodenstab und 20 mieden, daß die für die Stromstärken von mehr als die Stromzuführung in ein Quarzglasrohr einge- 30 A bemessene Folie mehr als 30 μΐη, vorzugsweise quetscht wurden, dessen Durchmesser wesentlich mehr als 50 μπι, stark ist und der Elektrodenstab größer als die größte Breite der Molybdänfolie war. einen Durchmesser von mehr als 1,5 mm aufweist Auch ist es nicht mehr neu, einen rohrförmigen KoI- und daß das an die Folie und den Elektrodenstab ben von größerem Durchmesser als die Folienbreite 25 anzuquetschende Kolbenfuß-Quarzglasrohr derart durch Vorpressen auf eine der Stromdurchführung entsprechend vorgeformt ist, daß es den Elektrodenangepaßte Form vorzuformen. Hierbei bleibt aber stab bereits vor dessen Einquetschung in einem dickder größere Kolbenrohrdurchmesser am Beginn der wandigen Quarzglasrohr mit sehr geringem Spiel Einquetschung und damit auch der hohe Innendruck führt und nach der Einquetschung am Übergang der Lampe auf die Einquetschung bestehen. Endlich 30 zwischen Folie und Elektrodenstab keine oder höchhat man bereits vorgeschlagen, eine Foliendurchfüh- stens kapillare Hohlräume aufweist,
rung in der Weise herzustellen, daß in die Enden des Vorzugsweise ist die Foliendurchführung derart

Quarzglasrohres, in das die Folie eingequetscht wer- ausgebildet, daß das anzuquetschende Kolbenfußrohr den soll, je ein die Anschlußdrähte nahezu eng um- aus einem Quarzglasrohrstück größeren Innendurchschließendes Stutzenröhrchen hineingesteckt wurde, 35 messers zur Aufnahme der Folie und des Stromzudas beim Quetschen nicht zusammengepreßt wurde. führungsstiftes sowie aus einem engeren, dickwandi-Die Stutzenröhrchen wurden lediglich mit dem um
die Folie gequetschten Quarzglasrohr an dessen rohrförmigen Enden vakuumdicht verschmolzen. Die

Stromzuführungen wurden aber in dem engeren 40 schmolzen sind. Vorteilhaft ist der Außendurch-Stutzenrohr nicht eingequetscht. Bei allen diesen messer des der Elektrode zugewandten zylindrischen Foliendurchführungen erfolgt die Quetschung der
Stromzuführungen bzw. des Elektrodenstabes in der
Breite der Folieneinquetschung, d. h. die Druckbeanspruchung der Stromzuführungseinquetschungen er- 45 halses. Es kann dann eine vakuumdichte Verschmelstreckt sich über den ganzen Querschnitt der Folien- zung zwischen Quetschfußrohr und Lampenkolbeneinquetschung bzw. des Kolbenrohrdurchmessers, so hals durch einfaches Auffallenlassen des Kolbendaß bei höherem Innendruck der Lampe, Vorzugs- halses leicht erfolgen. Bei Durchführungen für weise bei 15 at und mehr, die Quetschung zuerst auf- höhere Stromstärken kann eine besonders gute mereißen und undicht werden kann. Es ist daher das 50 chanische und elektrisch leitende Verbindung zwi-Ziel der Erfindung, bei Gas- oder Dampfentladungs- sehen der Durchführungsfolie und dem Elektrodenlampen hoher Leistung und/oder mit Betriebsdrücken stab bzw. dem Stromzuführungsstift durch Anord-

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gen, den Elektrodenstab nahezu umschließenden Rohrstück besteht und daß die beiden Rohrstücke mit ihren Wandungsquerschnitten miteinander verEndes des angequetschten Kolbenfußrohres — des Quetschfußrohres — nur wenig geringer als die lichte Weite des aufzuschmelzenden Lampenkolben-

nung eines eingelegten Verbindungsplättchens aus einem Metall der VIII. Gruppe des Periodischen Systems oder aus Chrom, Rhenium, Titan, Zirkon oder aus einer Legierung dieser Metalle erzielt werden. Als sehr günstig hat sich ein Verbindungsplättchen aus Nickel gezeigt. Das Verbindungsplättchen bildet mit dem Metall des Elektrodenstabes bzw. der Stromzuführung, die z. B. aus Wolfram, Molybdän, Niob und Tantal bestehen können, einerseits und der Molybdänfolie andererseits eine Art Lötschweißverschmelzung. Diese Verschweißung erfolgt zweckmäßig unter Schutzgasspülung mit Formiergas oder einem inerten Gas bzw. im Vakuum durch Stromdurchgang, wobei zunächst mit einem geringeren Strom eine Vorheizung der Schweißstelle erfolgt. Die entstehende Legierung muß dabei einen höheren Schmelzpunkt als die einhüllende Quarzschicht aufweisen. Ferner ist es vorteilhaft, die Stirnseiten der Quetschfüße an der Sockelseite mit einer Abdichtungsmasse, vorteilhaft mit einem glasartigen, im Betriebszustand der Lampe flüssigen Oxydgemisch oder einem temperaturbeständigen Silikonharz abzuschließen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt einen Quarzrohr-Fußkörper;

F i g. 2 und 3 stellen in zwei Ansichten eine in den Fußkörper eingequetschte Stromdurchführung dar;

F i g. 4 zeigt eine teilweise fertig zusammengebaute Hochdruckentladungslampe.

Der Fußkörper besteht aus einem dickwandigen Quarzglasrohr 1 und einem Quarzglasrohr 2 größeren Innendurchmessers, die bei 3 miteinander verschmolzen sind. Das Quarzglasrohr 1 ist an einem Ende auf die lichte Weite des Quarzglasrohres 2 aufgetrieben und an diesem Ende, wie bei 3 gezeigt, mit dem Quarzglasrohr 2 verschmolzen. Die Stromdurchführung besteht aus einer Reihenanordnung eines zur Befestigung einer Elektrode vorgesehenen Wolfram-Elektrodenstabes 4, einer Molybdän-Durchführungsfolie 5 und eines Wolfram-Stromzuführungsstiftes 6. Eine gute mechanische und elektrische Verbindung der Folie 5 mit dem Elektrodenstab 4 bzw. dem Stromzuführungsstift 6 erfolgt durch einen elektrischen Schweiß-Löt-Vorgang, bei dem zwischen Folie und dem abgeflachten Ende des Elektrodenstabes bzw. des Stromzuführungsstiftes je ein etwa 30 μΐη dickes Nickelplättchen gelegt worden ist. Eine gute Verbindung einer Molybdänfolie von etwa 60 bis 100 um mit einem Wolframelektrodenstab von 2 bis 5 mm Durchmesser wird vorteilhaft in der Weise hergestellt, daß die zu verbindenden Teile mit einem Druck der Schweißelektroden von etwa 5 kg aufeinandergedrückt und dann unter Schutzgasspülung mit Formiergas oder einem inerten Gas bzw. im Vakuum durch Stromdurchgang bei 300 bis 400 A vorgeheizt und danach durch eine kurzzeitige Stromerhöhung auf 600 bis 1000 A verschmolzen werden. An dem Stromzuführungsstift 6 ist dann zweckmäßigerweise eine Stromzuführungslitze 7 unter Verwendung einer Nickelhülse 8 stumpf angeschweißt. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist die Stromzuführung derart in den Fußkörper 1, 2 eingequetscht, daß der in dem Quarzglasrohr 1 mit geringem Spiel geführte Elektrodenstab 4 ebenso wie die Folie S und der Stromzuführungsstift 6 in das Quarzglasrohr 2 von größerer lichter Weite hineinragen. Die Quetschung erfolgt dabei derart, daß auch noch der Übergang des Quarzglasrohres 1 auf den Elektrodenstab 4 aufgequetscht ist. So wird erreicht, daß nach dem Quetschen an den Elektrodenstab 4 in der Einbettung kein Totraum entsteht. Dadurch, daß das dickwandige Quarzglasrohr 1 den Elektrodenstab 4 bereits vor der Quetschung mit sehr geringem Spiel führt, erstreckt sich in der unter hohem Dampf- oder Gasdruck von mehr als 10 at stehenden Lampe die

ίο Druckbeanspruchung nur über eine sehr kurze Quetschfuge. Das bedeutet, daß an einer kurzen Kerblänge nur eine geringe Kerbbeanspruchung auftreten kann, wodurch das Zerspringen der Quetschung bei den bei Hochdrucklampen auftretenden hohen Drücken vermieden wird. Nach dem Zusammenbau des Elektrodenkörpers 9, der hier aus einer doppelt und gegenläufig gewickelten Wendel besteht, und nach dem Aufsetzen der Führungsscheibe 10 aus Quarzglas erfolgt das Einschmelzen der Quarzglasquetschfüße. Diese werden in den Lampenkolben 11 so weit eingeführt, daß das Quarzglasrohr 1 in dem Kolbenhals 12 die richtige Lage einnimmt. Durch Erhitzen fällt der Kolbenhals dann auf das Quarzglasrohr 1 des Quetschfußes vakuumdicht auf.

Die Quetschung selbst soll dabei vollkommen frei liegen und die Aufschmelzstelle nicht bis auf den Elektrodenstab 4 durchgeschmolzen sein. Nach dem Einschmelzen der Quetschfüße 1, 2 wird der Kolbenhals auf die durch einen Messingrohrniet 17 fixierte Führungsscheibe 10 aufgeschmolzen und so der Fuß der Elektrode festgelegt. Was vorstehend über die Herstellung und den Aufbau einer Stromdurchführung bzw. eines Quetschfußes dargestellt und beschrieben ist, gilt selbstverständlich in gleicher Weise für die andere Stromdurchführung bzw. deren Quetschfuß. Das Wirbeln, Ausheizen, Pumpen und Füllen der Lampe erfolgt in bekannter Weise. In der Fig.4 ist zum Zwecke der besseren Übersicht nur an einem Ende der Lampe ein Sockel 13 mit Stiftkappen 14 und eine Verspiegelung 15 eines Lampenschaftes dargestellt, wobei diese den einwandfreien Anlauf der Lampe gewährleisten sollen.

Die Stirnkanten der Einquetschung sind an der Sockelseite mit einem glasartigen Oxydgemisch oder einem temperaturbeständigen Silikonharz 16 abgedichtet, um ein Oxydieren der Molybdänfolie und damit eine sich später ergebende Undichtigkeit zu vermeiden. Das Oxydgemisch 16 ist im Betriebszustand flüssig und braucht auch nicht den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Quarzglas zu haben.

Die Folien-Stromdurchführung gemäß der Erfindung gestattet die Verwendung von mehr als 60 μΐη starken und mehr als 15 mm breiten Molybdänfolien und von Elektrodenstäben von mehr als 5 mm Durchmesser, wodurch eine einwandfreie Durchführung für Ströme von mehr als 50 A durch eine einzige Folie erreicht wird. Sie erlaubt ihre maschinelle Herstellung wie auch die maschinelle Formung des Lampenkolbens, wodurch eine zuverlässige, druckfeste Einschmelzung der Stromzuführung in den Lampenkolben und die Herstellung der Lampe selbst schneller, billiger und mit einem geringeren Aufwand an Fachkraft-Arbeitsstunden als bisher ermöglicht wird.

Das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Quecksilber-Hochdrucklampe. Die Erfindung ist ebenso bei anderen

Dampf- oder Gasentladungslampen, z. B. Xenon-Hochdruckentladungslampen für hohe Stromstärken anwendbar.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Quarzglaskolben und mit einer in Quarzglas eingequetschten Stromdurchführung, die aus einer Reihenanordnung von Stromzuführungsstift, Durchführungsfolie und Elektrodenstab besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die für Stromstärken von mehr als 30 A bemessene Folie mehr als 30 μπι, vorzugsweise mehr als 50 μΐη stark ist und der Elektrodenstab einen Durchmesser von mehr als 1,5 mm aufweist und daß das an die Folie und den Elektrodenstab anzuquetschende Kolbenfuß-Quarzglasrohr derart entsprechend vorgeformt ist, daß es den Elektrodenstab bereits vor dessen Einquetschung in einem dickwandigen Quarzglasrohr mit sehr geringem Spiel führt und nach der Einquetschung am Übergang zwischen Folie und Elektrodenstab keine oder höchstens kapillare Hohlräume aufweist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anzuquetschende Kolbenfußrohr aus einem Rohrstück (2) größeren Innendurchmessers zur Aufnahme der Folie und des Stromzuführungsstiftes sowie einem engeren, dickwandigen, den Elektrodenstab nahezu umschließenden Rohrstück (1) besteht und daß die beiden Rohrstücke mit ihren Wandungsquerschnitten (3-3) miteinander verschmolzen sind.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Elektrode zugewandte zylindrische Ende des angequetschten Kolbenfuß-Quarzglasrohres (1) des Quetschfußrohres mit dem Lampenkolbenhals (11) leicht vakuumdicht verschmelzbar ist.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des der Elektrode zugewandten zylindrischen Endes des Quetschfußrohres (1) nur wenig geringer als die lichte Weite des aufzuschmelzenden Lampenkolbenhalses ist, derart, daß dieser durch Auffallenlassen auf das Quetschfußrohr vakuumdicht verschmelzbar ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckentladungslampe mit Folien-Stromdurchführung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vor der Quetschung hergestellte Stromdurchführung, bestehend aus dem miteinander und hintereinander verschweißten Elektrodenstab (4), der Elektrodenfolie (5) und dem Elektrodenstromzuführungsstift (6), so weit in die miteinander verschmolzenen Rohrstücke (1, 2) eingeführt wird, daß Elektrodenstab (4) und Elektrodenstromzuführung (6) noch einige Millimeter in das Rohrstück (2) größeren Bohrungsdurchmessers hineinragen und der Elektrodenstab (4) bei der Quetschung des Kolbenmaterials sowohl von dem weiteren (2) als auch von dem engeren Kolbenrohrstück (1) auf einer Länge von einigen Millimetern umpreßt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 862 192, 762 619;
USA.-Patentschrift Nr. 1 922 535.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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