DE1589184A1 - Elektrische Lampe und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y.,USA Elektrische Lampe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte elektrische Lampen und ähnliche Vorrichtungen mit Glühfaden, Insbesondere auf Anordnungen, bei denen ein sehr dünner Glühfaden direkt durch die Enden eines Quarzkolbens hindurch eingeschmolzen wird. Dieses Einschmelzen wird durch sorgsames Einhalten des Drahtdurchmessers, der Draht tempera tür, der Quarztempera.tur während des Einschmelzens und der Bedingungen der Umgebungsluft, in der das Einschmelzen erfolgt, ermöglicht. Auf diese Weise erhält man eine innige Bindung des Quarzes mit dem Glühfaden in Form eines dichten Verschlusses, der bei oder nach Betrieb der Lampe bei Temperatüren bis maximal 1000°C keine Sprünge oder Haarrisse aufweist, oder eich löst*

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Lange Zeit war die Glühlampe die normale Beleuchtungsqnelle insbesondere für Verwendung bei niedriger Leistung, aber «it guter Farbwiedergabe. Leider sind die theoretischen und praktischen maximalen Wirkungsgrade einer GlUhbape verhältnismäßig niedrig, da die Strahlung eines Glühfadens praktisch !Schwarzkörperstrahlung ist und nur ein geringer Bruchteil der Strahlung innerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, während der größte T_eil der Strahlung in Form von Wärme abgegeben wird. Die Glühlampe konnte sich jedoch wegen ihrer verhältnismäßig geringen Abmessungen und ihrer niedrigen Kosten gegenüber anderen Beleuchtungsquellon im Niederspannungsabnehmerkreis behaupten. Die Bemühungen na einen verbesserten Wirkungsgrad bei Glühlampen wurden jedoch fortgesetzt. Als Beispiel für die zur Zeit im Handel erhaltlichen Glühfadenlampen mit gegenwärtig bestem Wirkungsgrad seien die von General Electric Company, DSA hergestellten, als "Quarz-Linie-GlUhlampen" vertriebenen Larapen gemäß DAS 1 246 874 erwähnt.

Im allgemeinen haben solche"Quarz-Linie-Lampen" ein dünnes zylindrisches Rohr aus Quarz mit einem verhältnismäßig langen, zu dem Rohr konzentrisch angeordneten Wolfram-Glühfaden, dessen Durchmesser einen erheblichen Teil des Innendurchmessers des Quarzrohres ausmacht, so daß die Innenwand des Quarzrohres bei verhältnismäßig hoher Temperatur betrieben wird. Verschlechterung des heißen Wolfram-Glühfadens wird durch die Anwesenheit von Jod mit niedrigem Teildruck in einen Schutzgas im Quarzrohr verhindert. Dieses Jod gewährleistet bei der Betriebstemperatur des Glühfadens

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einen Jodregonerierungsayklus, der Ablagerung des Wolframs vom Glühfaden auf den Innenwänden des Lampenkolben« verhindert. Solche Ablagerung hat Ewei Kachteiles einmal setzt sie die Durchlässigkeit der Wände herab, und zum anderen führt sie sum Verbrauch des Wolfrarafadens. Durch den Jcdregenerierungszyklus vird das Wolfram auf den Lampenwänden wieder mit dem Jod zu einer Wolfram-Jod-Verbindung verbunden, die zu dem heißen Glühfaden wandert und dort zersetzt wird, wobei das Wolfram wieder auf dem Glühfaden abgelagert wird.

Obwohl die oben erwähnten Lampen zu den Lampen mit höchstem Wirkungsgrad und längster Lebensdauer zählen, wie sie zur Zeit erhältlich sind, und obwohl sie durchaus mit -anderen Beleuchtungsauellen konkurrieren können, führen die zur Erzielung hohen Wirkungsgrads und langer Lebensdauer derartiger Lampen erforderlichen Maßnahmen zu Fertigungskosten, die unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten unerwünscht sind. Die hohen Fertigungskosten entstehen einmal durch das kosispielige doppelte Verschweißen des Glühfadens mit einer Hoiybdänfolie, die dann mit dem Quarz verschmolzen wird. Außerdem muß ein starker und haltbarer Leiter am anderen Ende der Molybdänfolie angeschweißt werden. Die Herstellung dieser Lampen erfordert also vier Schweißungen und die Verwendung zerbrechlicher Molybdänfolie. Außerdem wird für derartige Lampen eine übermäßige Menge Quarz benötigt, was ebenfalls unwirtschaftlich ist.

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Sin Ziel der Erfindung besteht somit darin, Glühlampen mit hohem Wirkungsgrad au schaffen, die einfache , wirtschaftliche und wirksame Mittel aufweisen, *am den Glühfaden hermetisch durch die Sndwände des Quarzrohres einzuschmelzen, und zwar auf mechanisch stabile Weise, so daß bei Betriebsbedingungen keine Sprünge oder Haarrisse entstehen.

P Gemäß der Erfindung wird bei Glühlampen mit einem Quarz- oder quarzartigen Kolben und einem hitzebeständigen Glühfaden der Glühfaden direkt und ohne irgendein Kinschmelz-Zwischenteil in die Wand des Lampenkolbens eingeschmolzen. Per Glühfaden kann ohne weiteres direkt in den Quarzlampenkolben eingeschmolzen werden, wenn man den Glühfaden dünner als 40 Mil (1,016 mm) macht, ihn vor und während des Einschmelzens entgast, um das Vorhandensein vom am Glühfaden adsorbiertem Gas auszuschließen und Glühfaden und Quarz während des Einschmelzens ständig spült, um zu verhindern, daß molekulare oder gasförmige Unreinheiten, die während des Erhitzens von dem Glühfaden oder dem Quarz abgegeben werden, zwischen diesen beiden Teilen in der Schmelzverbindung eingelagert werden.

Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben werden.

Figur 1 ist ein Schnitt durch eine Glühlampe gemäß der Erfindung.

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Figur 2 1st ein Schnitt durch eine Alternativausbildung zu der Glühlampe nach der Figur 1. I

Figur 3 ist ein Schnitt durch eine andersAlternativausbildung . der Glühlampe nach der Figur ,1.

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Seit Quarz für Lampenkolben benutzt wurde, hat man mit verschiedenen Methoden versucht, Zuführungen eu dem Glühfaden durch den Quarzkolben einzuschmelzen. Da sich der Ausdehnungskoeffizient des Quarzes bei Temperaturänderungen von dem der meisten Metalle und insbesondere dem der hochhitzebeständigen Metalle wesentlich unterscheidet, entstanden erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere in den Fällen, wo die Schmelzstell® hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Wie bereits erwähnt, sind die gegenwärtig besten Glühlampen derart ausgebildet, daß der Quarz ein schließlich des die eingeschmolzenen Zuleitungen tragenden Teiles während des normalen Betriebes einer Temperatur ausgesetzt ist, die erheblich über Raumtemperatur liegt. Aus diesem Grund führt der Unterschied in den Temperaturausdehnungskoeffizienten, wenn er nicht irgendwie ausgeglichen oder anderweitig vermieden wird, zu einer Verschlechterung der Verschmelzung durch Lösung des Metalles von dem Quarz, wenn die Schmelzverbindung großen Tempera tür änderungen unterworfen wird, so daß die luftdichte Verbindung des Glühfadens mit dem Quarz nicht verloren geht. Wegen der Zerbrechlichkeit der meisten Glühfäden hat man nie versucht, den Glühfaden direkt in den Quafrzkolben eic-

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zuschmelzen. Stattdessen ist man bisher allgemein davon ausgegangen, ein den Strom durch den Quarz führendes Zwischenstück, das einerseits an den Glühfaden und andererseits an die Zuleitung angeschlossen wird, in den Quarzkolben einzuschmelzen. Wie oben erwähnt, ist dies eine kostspielige, komplizierte und unzweckmäßige Lösung, da hierbei vier Schweißungen und ein Zwischenstück erforderlich sind, da das verschiedenartig ausgebildete Zwischenstück im allgemeinen schwierig zu handhaben und recht kostspielig ist. Gemäß einem bereits bekannten Vorschlag wird eine Halterung aus hitzebeständigem Material mit abgeflachtem Snde zur Erstellung der Einschmelzung verwendet und der Glühfaden wird an das abgeflachte Ende der Zuleitung angeschweißt. Bei einem anderen Lösungeversuch für das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnung sind ein oder mehrere Bauteil vorgesehen, deren einer Abschnitt in einer Querrichtung sehr klein, aber in der anderen Querrichtung sehr groß ist, beispielsweise ein Abschnitt eines Drahtes, der au einem Band abgeflacht ist; dabei bleibt der Gesamtquerschnitt erhalten, aber mindestens eine Abmessung ist sehr klein. Bei einem weiteren bekannten Vorschlag erfolgt die Einschmelzung mittels eines dünnen Zwischenstücks, das in ein Quarzröhrchen eingeschmolzen und mit Verbindungen au Minen Enden versehen wird. In einem anderen Fall hat man verfocht, das Problem der unterschiedlichen Wär&eausdehnung dadurch su lösen, daß ein Wolframleiter mit einem Belag versehen und in einen Quan&eil eingeschmolzen wurde. Zur Lösung eines ähnlichen Problems unterschiedlicher Wärmeausdehung wurde in einem anderen

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Fall ein Zwischenstück, das einen dünnen, in ein feines Glasröhrehen eingeschmolzenen Wolfraradraht enthielt, für den Einbau in ein hermetisch abschließendes Glasgefäß vorgesehen. Man hat dazu einen dünnen Wolframdraht in einem zylindrischen Glasröhrchen angeordnet und das Glasröhrchen an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Während die Vakuumpumpe dann den Druck in dem Glasröhr chen reduziert ', werden bestimmte Teile des Röhrchens erhitzt, so daß sie um den Draht herum zusammenfallen und einen dichten Abschluß bilden. Eines der Enden des geschmolzenen Teils des Glases wird dann abgeschnitten und ergibt einen Teil, der aus einem dünnen Stückchen Glas besteht, in das ein feiner Wolframdraht hermetisch eingeschmolzen ist. Dieser Glasteil kann dann als Verschluß für Glasgefäße für verschiedenartige Anwendungsfälle verwendet werden.

Gemäß der Erfindung werden diese äußerst komplizierten und aufwendigen bekannten Verfahren auf einfache Weise dadurch vermieden, daß man den Glühfaden direkt in den Quarzkolben einschmilzt, und zwar derart, daß ein starker, wärmebeständiger Abschluß entsteht, der sich bei Betriebeteaperaturen von beispielsweise bis 1000° C weder verschlechtert noch von dem Draht löst.

Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der ein luftdicht abgeschlossener Kolben 1 einen hohlen zylindrischen Teil 2 mit zwei geschlossenen rohrförmigen Enden 3 aufweist. Sin Glühfaden 4 ist konzentrisch zu der Achse de« Kolbens 1 ange-

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ordnet und geht ohne Unterbrechung oder Äfosöiiluß du^ch ά±® rohrförmigen Enden S hindurch.

Wie in Figur 1 gezeigt, hört di® Wendel des Glühfadens auf und ^ der Glühfaden mimmt die Form ©ines geraden Drahtes an, sobald er den Kolben 1 verläßt. Biese Ausbildung ist jedoch nicht nötig und der Glühfaden kann auch beim Verlassen d©g Kolbens 1 ebenso ausgebildet sein wie innerhalb des zylindrischen Teile 2 des Kolbens 1, oder als gerader Draht, wie es in der Figur 3. geneigt ist. Obwohl der Glühfaden, gemäß d©r Figur 1„ fötus Einern einzigen Draht besteht, der in seinem Mittelteil schraubenförmig angeordnet ist„ kann er auch beliebig ausgebildet werden, sofern der Ausgangs» draht, aus dem der Glühfaden hergestellt wird, den hi@r genannten Abraesstmgsbedinguagen entspricht.
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Man hat gefunden, daß zwischen einem Wolframglühfaden und einem Quarzkolben eine feste, wirksame Verbindung geschaffen werden kann, wenn der Ausgangsdraht für den Glühfaden einen Durchmesser von we-

UZ niger als 40 Mil.(1,016 Km) hat, wenn dgr Draht vor und während des

-> Einschmelzens weißglühend gemacht wird, so daß eventuell adsor-

^ bierte Gase entweichen können, und wenn Mittel vorgesehen werden, (0 um alle während des Erhitssens des Glühfadens von ihm abgegebenen Stoffe zu entfernen, um^u verhindern, daß von dem Quarz abgegebenes Material vor oder während u®s Einschmelzens zn dem Glühfaden wandert und ihn verunreinigt. Der Glühfaden 4 kann aus ir-

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wichtig* well ,wie bereits erwähnt, eine wesentlich© Aufgabe des Spülgas©® dariii Itasföirfc „ dem Wolframglühfaden gegen Veruareinigimgea afosusch&nBSSBsdie während des Erlsit.sens bei den Schmalz« K ßea Qii&rs freigesetzt werden.

Weian Quars auf seinen Erweichungspunkt erhitzt wird, so daß ©r erwartungsgemäß um den Wolframgltihfaden schrumpft und ihn einschmilzt., !beispielsweise auf 1750 bis 2200° C_s setzt der Quarz Wasserdampf farei, Wasserdampf in Gegenwart eines heißen Wclfram~ fadesas kann einen schädlichen Zyklus ec^icbeln, bei dem die WasseiaaolisMil© su dem Wolfram wandern, dort zerlegt werden und .Wolframoxyd und ein® Wolframverbindung bilden* die zu dem Quarz surückwand©rt uad ffolfram u-on dem Glühfaden abträgt. Bjßser Syklus 1st für ?folfraaiglüfefäd®ö sehr sehädli.^ mad deshalb ist ®m außerordentlich wichtig, daß beim Erhitzen des Quarzes zurEildung der Einsehraelsstelle der von dem Quarz freigesetzte Wasserdampf nicht an den Wolframglühfaden gelangt. Dies kann man dadurch erreichen, daß man Gas mit hoher Geschwindigkeit zwischen dem Quarz und dem Glühfaden hindurchleitet, selbst wenn das Spülgas unter niedrigem Druck, beispielsweise lern Quecksilbersäule) steht. Das gleiche Siel kann auch mit niedrigeren Sptilgeschwindigkeiten erreicht werden oder selbst, wenn die Geschwindigkeit des Gases zwischen dem Quarz und dem Wolfram kurzfristig praktisch Null ist, beispielsweise kurz vor der engültigen Einschmelzung in einem geschlossenen System, falle nicht eine andere Öffnung vorhanden ist, durch die das Spülgas geleitet werden kann. In diesem Falle ist.

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es s<sfor erwünscht, daß ©in sehr hoher Druck @iK@S: inaktiven. Gases oder Edelgases von hohem Molekulargewicht» beispielsweise Argon odej? Krypton-, vorhanden ist* so-daß die mittler© fraie Weglänge der Wassermoleküle sehr kus?s im Vergleich su 'dem Äb~. . stand swischen dsm Quarz und d©m Wolfram ist.

Als Beispiel für die Beziehung sswischen Druck und Abstand, dl© dieser mittleren freien Weglänge-Anforderung genügt, sei erwähnt, daß bei einem 0,502 ram Draht in einem Quarzrohr mit 1,016 mm Innendurchmesser ein Druck des Spülg&ses oder des zwischenge~ gehobenen Gases, selbst wenn nicht gespült wird, von annähernd 10 mm' Quecksilber ausreichend ist. Bei dieser Unordnung ergibt sich eine mittlere freie Weglänge des Wassermoleküls von circa 0,127 miss, so daß es höchst unwahrscheinlich ist, daß irgendein Wassermolekül den Wolframglühfaden erreicht.

Xn Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist ohne weiteres einzusehen, daß es nicht zweckmäßig oder erwtiascht ist, bu verßuefeen_c Dichtungen swischeis dom Wolfram und Qm&zz nach dies€»m oder einem anderen Verfahren herzustellen ubö dabei eine iriiaktive Gasatmosphöre durch ein Vakuum rau ersetzen» das auf verwandten Gebieten häufig als gleichwertig betrachtet wird.. Wenn nämlich in der £on@ zwischen dem Glühfaden und dem Quarz ein Vakuum hergestellt wird und der Quars sum Erweichen erhitzt wird, wird unter Vakuumbedingungen die mittler© frei© Wegläng«»-

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.des aus dem Quarz austretenden Wasserdampfes überaus groß, und es wird sehr wahrscheinlich, daß das Wasser d©n Wolfrauaglühfaden erreicht und ein Wasserzyklus entsteht, der zur Absetzung der Wolframoxydschicht auf dem Wolfraiaglühfadanführt. Ss wäre deshalb unsinnig, bei der Bildung solcher Einschmelzstelless die Evakuierung der Zone zwischen dem Wolfram und dem Quarz während des ;Einschmelzvorganges in Betracht zu ziehen.

Bei der Herstellung von Lampenmch der Erfindung benutzt man zweckrafößigerweise ein Quarzrohr naehper Figur 1 der Zeichnung mit einem'Außendurchmesser von ca. 10 mm und einem Innendurchmesser von ca. 8 mm mit zwei "eingeschnürten" Endabschnitten, deren Außendurchmesser ca. 8 mm und der®» Innendurchmesser ca. 2 mm beträgt. Es ist zweckmäßig, den Sön©nd«rchm©3ssr deseingeschnürten Abschnittes an mindestens einem der Enden des Quarzrohres so groß auszulegen, daß er den Außendurchmesser der Wendel des Glühfadens aufnehmen kann. Da der Glühfaden nur an einem Ende eingeführt zu warden braucht, gilt diese Anforderung nur für das Ende, durch das der. Glühfaden eingesetzt v/ird.

Außerdem ist es zweckmäßig, das Quarzrohr in der Mitte mit einem Sntlüftungsröhrchen zu versehen, durch das das bei Herstellung der weiten Einschmelzstelle verwendete Spülgas Strumen kann, nachdem die erste Einschmelzstelle bereits fertiggestellt ist, und das auch dazu dient, den Raum innerhalb des Lampenkolbens zu evakuieren oder beispielsweise mit Jod von niedrigem Druck zu füllen oder etwa

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gewtinschten£all3 den Druck des FUllgasas zu erhöhen oSer au senken. Nachdem die beiden Endein des Lampenkolben durch Ein-EJchmelzstsllen verschlossen worden sind und all® etwaigen anderea Schritte mit Hilfe dieses Entlüftungsröhreheßs durchgeführt worden sind, wird das EntlÜftungsröhrchen abgeschlossen, und ea bleibt ein Nippel oder Pumpstutzen zurück, der die hermetische Abdichtung des Lampenkolbens vervollständigt. Es sei hier noch be-

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ψ merkt, daß dieses EntlÜftungsröhrchen und der verbleibende Nippel nur einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen und daß erflndungsgeraäße Lampen auch ohne dieses Röhrchen hergestellt werden können.

Bei Verwendung eines Röhrchens lana die Lampe gemäß tier Figur 1 in folgender Weise hergestellt werden. Das Quarsrohr weist, wie oben bereits ausgeführt, einen zweckmäßig gewandelten oder doppelt· gewandelten,spiralförmig angeordneten Glühfaden mit oder ohne geiadegerichtete Enden auf.-Aus Gründen der Einfachheit wird jedoch angenommen, daß der Glühfaden, wie in der Figur 1 gezeigt, geradegelichtete Enden hat.- Der Glühfaden wird durch den Bndabschnitt 3 mit der großen öffnung eingesetzt, und das geradegerichtete Ende θ des Glühfadens veranlaßt, durch den anderen Endabschnitt 3 des Kolbens auszutreten. Der Quarzkolben wird dann in eine Hontagevorrichtung eingesetzt, und beispielsweise ein Argonstrahl mit einem Druck von beispielsweise IO mm Quecksilber , wird in die öffnung in dem einen Bndabschnitt 3 gelenkt, um das ganze Innere des Lampenkolben^ mit Argon zu spülen. Durch eine Saugvorrichtung

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"der Spillgaastroa und dei° niedrige Snüendruck-aufrecht-··- erhalten. Bisses Gas wird dadurch erwiirait, daß man außen ata Lara-ραΏ&οϊΙϊβΒ θ:Ιώθκ Breianes¹ ansetsst od@sr den Quays auf andere Weis® , ■ derart, daß eich die Temperatur des Glühfadens auf ©inen

Wert zwischen 1750 und 2200° C erhöht. Bei Temperaturen unter 1750° C ist die Entgasung und das Entfernen von an der Oberfläche adsorbiertenGasteilchen nicht ausreichend und die Herstellung von gutöis Sinschmelastellen schwierig. Andererseits sind bei T©mpöratui^o©a über 2200°C di© Wirkungen auf den Quarskalben derart, daß seine Starrheit verloren geht. Es wurde festgestellt, daß es sowohl im Hinblick auf die bestmögliche Entgasung der Wolfraaiobsrf 2.äcii©n als auch iia Hinblick auf di·?; 'Erhaltung der Starrheit des Sxatßpsiikolbsiis während des ¥©rschra©l:sens ata'güustigsten' ist, dl© Erwärmung durch das Ges den Glühfaden auf ©ine 1!@mp©ratur

1800 und 2600⁰C erhitat. Kachdera d©r Glühfaden dies» Teniperatur erreicht hat, die mit einem optischen Pyrometer gemessen wird, wird der Quarss stärker erhitst, beispielsweise durch einen zweiten ihn· umspülenden Strahl stark erhitzten Gases, bei~ Sv. lsweise mittels einer am Umfang angeordnetes Düse oder durch ©ine- um-den -Abschnitt. 3 gelogte ringförmige Widere ta&ösfasisu&g, oder durch einen Plasmabrenner oder eine fokussiert® Las©rh®issung. Hißrtteeh wird die Temperatur des Quarses auf über 2200° C erhöht und der Quarz fällt dadurch um den Wolframglühfaden heruia S5usam~ meat und bildet mit ihm eine hermetische Einsclimelzsteile.

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Es kann auch eine einschnürende Kraft angewendet werden» damit der Quarz um den Glühfaden zusammenfällt und mit ihm eine Ein~ schtaelserkinduBg herstellt. Eine derartige Kraft kann beispielsweise durch einen Differenzdruck von beispielsweise mehreren Pfund pro Quadratzoll (einigen Hundert Torr) ausgeübt werden, indem man das Spülgas aus dem Quarzkolben durch den oben erwähnten Nippel 5 herauspumpt, so daß der Druck innerhalb des Kolbens etwas gerirtw . ger als der Druck außerhalb des Kolbens ist. Stattdessen kann das Ende 3 auch mittels geeigneter Vorrichtung mechanisch zusammengequetscht werden. Nachdem ein Ende des KoBsns 1 mit der Einschmelze verbindung versehen worden ist, wird der Vorgang an dem anderen Ende wiederholt, wobei nun das erhitzte Gas durch den Endabscfanitt S mit der kleineren öffnung eingeführt wird und durch das Röhrchen in der Mitte des Kolbens ausströmt, so daß der Lampenkolben völlig durchspült werden kann. Nachdem der Quarz des zweiten Endabschnittes um den Wolframglühfaden zusammengefallen 1st, und eine hermetische Abdichtung entstanden ist, wird das Röhrchen in der Mitte des Kolbens abgeschmolzen,und zwar nachdem man den Kolben nach Belieben durch das Röhrchen mit Gas gefüllt oder den Gasdruck verändert hat, und es bleibt der Nippel 5. Damit ist die Fabrikation der Glühlampe beendet«

Nach einer anderen Aueftthrungeforn der Erfindung wird praktisch . das gleiche Verfahren wie oben beschrieben angewandt, nur wird kein Röhrchen in der Mitte des Lampenkolbens vorgesehen, und die

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-zweite Einschmelzsteile wird bei höherem Inert gasdruck, bei«* spielsweise ca. 1 Atmosphäre, erstellt. Dabei bewirkt der hohe. Druck der Iner^aamoleküle in der Nähe des Glühfadens und des mit ihn zu verschmelzenden Quarzes eine Herabsetzung der mittleren freien Weglänge des von den Quarz entwickelten Wassers und verhindert damit die Bildung eines Wasserzyklus und die Ablagerung von Wolframoxyd auf dem Wolframglühfaden.

Bei dar Beschreibung der Herstellung von Lampen geaäß der Erfindung wurde angedeutet, daß Inextgasg zum Spülen des Quarzrohres und zum Erhitzen des Wolframdrahtes bevorzugt werden. Trotzdem kann bei der Herstellung von Lampen gemäß der Erfindung auch Um- -. gebnngsluf t von niedrigem Druck für diese Zwecke verwendet werden. In einem solchen Fall kann sich, wenn der Luftdruck niedrig? genug ist, beispielsweise IO bis 100 mm Quecksilber, nur recht wenig Oxyd auf <?,©r Ob^s'fi&§he des Wolframfadens bilden. Selbst wenn sich eine seh? gering* Menge Oxyd, beispielsweise eine Einfachschicht, bildet, ist die Löslichkeit von Wolframoxyd in Quarz derart, daß ein sehr geringer Oxydbetrag in dem Quarz adsorbiert wird, sobald es damit in Berührung kommt, so daß ein inniger Kontakt zwischen denn Quarz und dem metallischen Wolfram des Glühfadens zustande kommt, der die Bildung guter Einschmelzstellen gemäß der Erfindung erleichtert.

Die im vorstehenden beschriebenen,verbesserten Glühlampen mit hoehhitzebeständigtn, metallischen Glühfäden können einfach,

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leicht und zu niedrigen Kosten hergestellt werden, wobei ein Metallglühfaden aus hochhitzebeständigem Material mit einem Metalldrahtdurchmesser von nicht mehr als 40 Mil (1,016 mm) direkt, ohne eingelegtes Zwischenstück oder irgendwelche Schweißverbindungen damit, direkt durch die Quarzkolbenwandung eingeschmolzen wird. Diese Binschnelzverbindung wird erreicht durch Erhitzen des hitzebeständigen Glühfadens auf Weißglut von 1750 bis 2200°C und Spülen mit heißem Gas zum Entfernen von Verunreinigungen, oder wahlweise in Gegenwart eines unter hohe» Druck stehenden Gases, so daß sich Verunreinigungen, . die sich aus dem Wolfram oder dem Quarz entwickelt haben, nicht auf dem Wolfram ablagern und unerwünschte Beläge darauf bilden.

Sine erfindungsgemäße Lampe wurde aus einem Quarzrohr von 3 Zoll (76,2 mm) Länge, Q25 Zoll (6,35 ram) Außendurchmesser und 0,15 Zoll (3,81 ram) Innendurchmesser hergestellt, das in der Mitte der Längsseite ein Entluftungsröhrchen von 0,1 Zoll (2,54 mm) Außeadurchmesser aufwies. Aus einem Wolframdraht mit 20 Mil (0,508mm) Durch messer wurde eine spiralförmige Wendel mit 0,05 Zoll (1,27 mm) Durchmesser und 1 Zoll (25,4 mm)Länge gebildet, die entlang der Längsachse des Quarzrohres angeordnet wurde und sich über die ganze Rohrlänge erstreckte. Ein Ende des Rohres wurde mit einem O-Ring und einer Endklemme verschlossen; das andere Ende des Rohres wurde zeitweise mit einem Behälter verbunden, in dem sich trockener Stickstoff bei 10 mm Quecksilberdruck befand. Eine mechanische Vorpumpe wurde an das Entlttftungsröhrchen angeschlossen und saugte den Stick-

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stoff durch ein Ende des Quarzkolbens mit einer Durchflußleistung ab, die 1 cc pro Sekunde bei normalen Temperatur- und Druckverhältnissen entsprach. Mit Hilfe von zwei Knallgasbrennern wurde der Quärzkolben in etwa 1 Zoll (2 1/2 cm) Entfernung von seinem Ende so langsam erhitzt, daß sich der Wolframdraht auf 1800⁰C erwärmte, bevor sich der Quarz verformte. Dies erreichte man mit einem 2-minütigen Erwärmungszyklus. Nach 2-minütiger Erwärmung wurde der erweichte Quarz durch den Differenzdruck in Berührung mit dem Wolframdraht gebracht und so die Einschmelzstelle gebildet. Um die zweite Einschmelzstelle herzustellen, wurde dieses Verfahren wiederh olt, wobei jedoch die Stickstoffquelle mit dem anderen Ende des Quarzkolbens verbunden war. Dann wurde das Entlüftungsrdhrchen erwärmt, bis es erweichte, und vollständig abgeschmolzen. Die auf diese Weise hergestellte Lampe ist in der Figur 1 gezeigt.

Die Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der der glühfähige Faden 4 konzentrisch durch den Kolben 1 verläuft und an den Stellen 7 und 7» direkt in den Kolben eingeschmolzen ist. Das aus der Einschmelzstelle 7 hervorstehende Ende 8 des Glühfadens 4 tritt in eine¹»hohle, zugespitzte öffnung in dem verjüngten, rohrförmigen Teil 3 des Kolbens 1 ein, der mit einer nach innen spitz zulaufenden Stelle abschließt, die den Punkt umgibt an den das Ende des Glühfadens 8 aus der Einschmelzstelle 7 heraustritt. Die gesamte, spitz zulaufende öffnung 9 um den Austrittspunkt herum ist mit einer verfestigten Masse 10 aus Metall oder einer Metallegierung gefüllt, die mit dem Endabschnitt 8 des Glühfadens 4

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mechanisch und elektrisch fest verbunden ist.. Außerdem ist eine. · Lampenzuleitung 11 in die metallische Masse 10 eingebettet, um zum Betrieb der Lampe diese einer Stromquelle elektrisch und .mecftnisch zu verbinden. Die erstarrte Metallmasse 10 füllt das innere Ende der spitz zulaufenden Öffnung 9 in dem rohrförmigen Teil 3 des Kolbens 1 bei ihrer Herstellung völlig aus, wenn sie als Flüssigkeit in der öffnung 9 vorhanden ist. Da die Masse 10 | beim Abkühlen erstarrt und sich zusammenzieht, löst sie sich in jeder Richtung etwas, und zwar um einige Angström-Einheiten, von der Innenwand der Öffnung 9. Obwohl durch dieses Ablösen nun keine hermetische Abdichtung zwischen der Metallfüllmasse, beispielsweise Nickel,und dem Quarz mehr besteht, ist dieses Ablösen nicht so erheblich, daß es die mechanische Stabilität beeinträchtigt; daher trägt die Zuleitung Ii zu der Elektrode die Lampe sicher, und es werden keinerlei mechanische Belastungen auf den Endabschnitt 8 des Glühfadens 4 übertragen. Eine ähnliche metallische Ilasse 10 wird in die gegenüberliegende Öffnung in dem verjüngten Abschnitt 3° des Kolbens 1 am anderen Ende eingefüllt und eine ähnliche Elektrodenzuleitung 11 wird darin eingebettet. Die metallische Masse 10 besteht aus einem Metall oder einer Metall· legierung, deren Schmelzpunkt zwischen ca. 600 und 1500° C liegt. Wenn der Schmelzpunkt unter 600⁰C liegt, kann die Masse 10 bei der Betriebstemperatur der Lampe zu weich werden, denn das Ende der Lampe kann diese Temperatur nahezu erreichen, obwohl der Glühfaden selbst eine Temperatur von beispielsweise 1000° C haben kann. Wenn der Schmelzpunkt der metallischen Masse 10 über ca. 1500° C

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liegt, kann das Kieselerdemetterial des Kolbens In unerwünschterweise beim Schmelzen des Metalls oder der Metallegierung, die die Masse 10 bilden, erweicht oder verformt werden. Pie metallische Masse 10 kann außer aus Nickel, aus Blei, Zinn oder einem Lötmittel oder einer Legierung aus Blei, Zinn oder Nickel bestehen, deren Schmelzpunkt innerhalb des erwähnten Temperaturbereiches liegt. '

Die Nickelmasse 10 stellt nicht nur eine gute mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Endabschnitt 8 des Glühfadens und der Lampenzuleitung 11 dar und befreit nicht nur den Endabschnitt 8 von jeglichen mechanischen Beanspruchungen, die sich aus der Halterung der Lampe durch die Zuleitung 11 ergeten* sondern sie erfüllt noch eine zusätzliche, sehr wichtige Aufgabe. Sa der Endabschnitt 8 des Glühfadens 4 außerhalb des Quarzkolbens liegt und von demselben Strom erhitzt wird, der die in den Quarz eingebetteten Teile des Glühdrahtes und die in dem hohlen Lampenkolben 1 eingeschlossenen Teile soweit erhitzt, daß sie glühend werden und Licht und Wärme abgeben, neigt such der Endabschnitt 8 dazu, sehr heiß zu werden. Falls ein derartiger Temperaturanstieg des Endabschnittes 8 gelassen wurde, würde der Endabschnitt 8 bald soweit oxydieren, daß er zerstört würde. Die Teile des Glühfadens, die innerhalb des Quarzkolbens 1 und seines hohlen Teils eingeschlossen sind, sind durch die Einschließung gegen Oxydierung geschützt. Der Endabechnltt 8 andererseits ist nicht gegen Oxydierung geschützt.

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Da er nicht gegen die Umgebungsluft abgeschirmt ist, mud man die mit dem Glühen verbundenen, übermäßig hohen Temperaturen fernhalten, um eine Zerstörung durch Oxydieren zu vermeiden. Der Widerstand, den der Endabschnitt 8 dem elektrischen Strom bietet und der seine Temperatur erhöhen könnte, muß auch die Temperatur der Hasse 10. aus Nickel erhöhen, die in inniger thermischer Berührung mit ihm steht. Daher stellt die Masse 10 eine hervorragende Wärmesenke dar, die vermeidet, daß der Sndabschnitt 8 des Glühfadens 4 derart hoch erhitzt wird» daß er oxydiert und anschließend zerstört wird.

Die Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der in Figur 1 gezeigten Erfindung. Zn der Figur 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Der Kolben 1 «eist einen rohrförmigen

Abschnitt 2 und zwei Endabschnitte 3 und 3" auf, durch . - ein

in dem Lampenkolben konzentrisch angeordneter

Glühfaden 4 mit geringem Abstand von den Innenwänden t«s Kolbens

hindurchgeht. Der glühfähige Faden 4 ist bei 7 und 7^r hermetisch durch das den Kolben 1 bildende Quarz hindurchgeführt, und ein Endabschnitt 8 des Glühfadens 4 erstreckt sich außerhalb der hermetischen Abdichtung in eine zugespitzte Öffnung in dem Quarzkolben Die öffnung ist mit einer Masse 10 aus elementarem Nickel gefüllt, die mit dem Endabschnitt 8 in inniger mechanischer und elektrischer Berührung steht und das Volumen der Endöffnung 9 vollständig ausfüllt. Ein becherförmig ausgebildetes metallisches Endstück 12 umgibt das Ende des Quarzkolbens 1 und wird mit der Nickelmasse 10 beispielsweise durch Schweißen, Verlötung oder geeignete mechanisch· Mittel verbunden, um mit ihr einen innigen mechanischen, elek-

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trischen und thermischen Kontakt zu bilden. Zu« elektrischen Anschließest der Lampe werden die Elektroden 12, die an den gegentiberllegenden End©»des Kolbens 1 vorgesehen sind, alt Kontakten verbunden.

Bei der Herstellung der in den Figuren 2 und 3 gezeigten elektrischen Lampen werden die Zonen 7 und 7* hergestellt, wie es im Zusammenhang mit der Lampe nach der Figur 1 beschrieben worden 1st. Nachdem der Glühfaden an beiden Enden des Ruarzkolbens eingeschmolzen worden ist, wird der Lampenkolben vorzugsweise senkrecht gehalten, und ein zugespitzter Nickelstab wird oben in die öffnung 9 gedruckt, wo das Ende 8 des Glühfadens aus dem Quarz der Verschmelzungsstelle 7 heraustritt. Eine Schutzgasatmosphäre, die vorzugsweise aus Wasserstoff oder Stickstoff besteht, wird auf die Austrittestelle des Glühfadenendes 8 gerichtet, und diese Stelle wird so erhitzt, daß zwar das Nickel schmilzt, daß aber der Quarz nicht so weich wird, daß entweder die Eigenschaften der Quarz-Wolf ram-Verschmel zung oder die Ausbildung der Zone, wo das Ende des Glühfadens aus der Schaelzstelle 7 des Kolbens 1 herausragt,

beeinträchtigt wird. Nachdea die öffnung 0 soweit gefüllt worden ist, daß eine ausreichende mechanische, elektrisch· und thermische Verbindung mit dem Endabschnitt 8 des Glühfadens besteht, wird die Lampenzuleitung 11, die gleichseitig als Halterung dient, in das ge- _: schmolzene Nickel eingesetzt, und die Wärmequelle, die aus überhitztem Gas oder einer elektrischen Widerstandsspule bestehen kann, wird entfernt, eo daß die Mas·· 10 erstarren kann. Um beispiels-

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weise eine öffnung von(O,15 Zoll) 3,81 ram Durchmesser auereichend zu fttllen, verwendet man 1 bis 5 g Nickel. Nachdem das Nickel erstarrt ist, wird die Lampe umgedreht und das gleiche Verfahren am anderen Ende der Lampe angewandt. Damit ist die Herstellung der Einschmelzverbindung abgeschlossen,

Nach Fertigstellen der Einschmelzungen kann man einen zusätzlichen

des Glühfadenendes 8 Schutz gegen mögliche Zerstörung/durch Eindringen von Luft in den nur einige Angström-Einheiten betragenden Spalt zwischen der Nickel· mass® 10 und dem Rohr aus Quarz oder dem guarzähnlichen Material dadurch erhalten, daß man ein thermoplastisches Harz in diesen Spalt gießt. Dieses thermoplastische Harz reicht aus, um den Spalt frei von Luft zu halten und behält dennoch bei Betriebstemperaturen seine Luftundurchlässigkeit und seine Festigkeit.

Obwohl die erfindungsgemäßen Verbesserungen für "Quarzlinie-Glühlampen" mit Jod» oder Halogenregenerierungezyklus besonders wichtig sind, kann die Erfindung bei der Herstellung von in großen Zügen umrissenen Lampenkolben aus Quarz und quarzähnlichen Material Anwendung finden und ist nicht auf Lampenkolben mit einer speziellen Gasfüllung beschränkt. In gleicher Weise ist die Erfindung, obwohl sie der Einfachheit halber in Verbindung mit Lampenkolben aus reinem Quarz beschrieben 1st, auf anderes lichtdurchlässiges, glasartiges, überwiegend Kieselerde aufweisendes Material anwendbar, beispielsweise auf Vycor (98% 810), das überwiegend aus Hsselerde

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besteht und einen qutrzähnlichen, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, wodurch die Durchführung der elektrischen Zuleitungen aus Metall Schwierigkeiten der oben erwähnten Größe mit eich bringt, die aber nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung überwunden werden können.

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Claims (14)

Ansprache

1. Elektrische Oltthlampe Mit abgedichtete» Kolben aus Quarzglas und mit einem im Kolben angeordneten Glühfaden aus hochhitzebeständigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (4) einen Durchmesser ssviscben 5 und 40 Mil (0,127 mm und 1,016 mm) hat und daß die mit ihm (4) aus einem Stück bestehenden und durch den Kolben (1) hindurchtretenden Enden (β;8) direkt in zusammengedrückte Endabschnitte (3, 3° Figur 1; 3/7, 3»/7· Figur 2 und 3) des Lampenkolben (1) hermetisch eingeschmolzen sind.

2. Elektrische Glühlampe nach Anspsi ch l_t dadurch gekennzeichnet , daß der Lampenkolben (1) die Form eines länglichen, zylindrischen Rohres aufweist und daß der Glühfaden (4) als axiale, gewendelte Spirale ausgebildet ist.

3. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das durch die Abschmelzeteile hindurchgeführte Drahtende (8) von einer die Durchtrittsstelle überdeckenden Metallmasse (10) umgeben ist.

4. Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich der zusammengedrückte Sndabechnitt (3/7; 3· fr·) des Lampenkolben« (1) über das durch die hermetisch abgeschlossene Einschmelzstelle (7,7») hindurchragende

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Ende (8) d<ss Glühfadendrahtes (4) hinaus und darum herum erstreckt, und ein metallisches¹ Anschlußteil (10) von größerem Querschnitt als der Glühfadendraht (4) elektrisch mit dem Ende (8) des Drahtes (4) verbunden und in den verengten Endabschnitt (3,3») des Kolbens (1) fest eingebettet ist, ohne jedoch darin hermetisch verschmolzen zu sein (Figure^ 2 und 3).

ι .

5. Elektrische Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anschlußteil (10) eine elektrische Zuleitung enthält, die mit dem he?ausragendon Ende (S) des Glühdrahtes (4) elektrisch verbunden und in dem zusammengedrückten Lampenkolbenend© (3,3°) eingebettet ist.

6. Elektrische Glühlampe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anschlußteil (10) eine erstarrte Metallmasse ist, die eine gute Verbindung mit dem hervorstehenden Ende des Wolframdrahtes darstellt und in den verengten Abschnitt des Lampenkol-

bene eingebettet ist.

7. Elektrische Glühlampe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anschlußteil (IQ) eine elektrische Zuleitung (11) ent hält , die mit der lletallmasse verbunden ist.

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8. Elektrische Glühlampe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hetalltnasse (10) in einer spitz anlaufenden Öffnung (9) angeordnet ist, deren einwärts gerichtete Spitze an der Stelle liegt, an der der Wolfraiadraht (4) aus der hermetisch verschlossenen Einschmelzstelle (7) heraustritt.

9. Elektrische Glühlampe nach einem der Ansprüche S bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall· masse (10) aus Metall oder einer Metallegierung besteht und daß ihre Erweichungstemperatur oberhalb der Betriebstemperatur des Lampenkolbens (1) und ihr Schmelzpunkt unterhalb des Erweichungspunktes des Lampenkolben^ (1) liegt und vorzugsweise aus Nickel, Blei, Zinn oder deren Legierungen mit einem Schmelzpunkt zwischen 600°C und ISOO⁰C besteht.

10. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Glühlampe, dad urch gekennzeichnet, daß ein Glühfaden (4) aus hochhitzeheständigem Draht von 5-40 UiI (0,127 bis 1,016 mm) Durchmesser in einem Kolben (2) aus Quarzglas angeordnet xaLrd, wobei ein Glühfadenende (6; 8) durch eine verengte Zone eines offenen Endes des Lampenkolbens heraus· tritt, daß der Glühfaden in einer Inertgasatmosphäre auf 1750°C bis 2200°C zum Entgasen der Glühfadenoberfläche erhitzt wird, und daß das Ende (3;7) des Lampenkolbens über seine Erweichungstemperatur hinaus erhitzt wird und hermetisch mit einem Teil des .Glühfadenendes verschmolzen wird, während die hohe Temperatur des Glühfadens aufrechterhalten wird.

11. Vorfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Glühfaden durch einen Strom erhitzton Inertgases mit einem Druck von mehr als 10 mm Quecksilber erhitzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 odei¹ 11, dadurch gekennzeichnet , daß Metallisches Material (10) in einer Höhlung (9) in dem offenen Eude des Lampenkolbens gehalten

wird, wobei es c'.as Ende des Glühfadens (4) umgibt, das aus der hermetisch verschlosssenen EinschmeJzstelle (7) ha rausragt, daß das Ende de» Lampenkolbens auf eiru Temperatur erhitzt wird, derart, daß das raetnllischefifaterial schmilzt und das Glühfadenende innerhalb des Kolbenendes in die geahmtIzene Masse eingebettet wird, und daß das geschmolzene Material in Jerührung mit dem Glühfadenende zum Erstarren gebracht wire.

13. Verfahren nach eineni der Anspiüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß ferner eine Zuleitung (11) in die geschmolzene. Metallmasse eingebettet wird, bevor sie erstarrt.

14. verf^'en. nach einem der Ansprücae 10 bis 13 gekennzeichnet durca Ausfüllen des zwischen

dar erstarrten Metallmasse (10) und dem sie umschließenden Ende des QuarzkolbBns (1) entstehenden Hanrapaltes Kit einen thernof>la»tischen Material.

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