DE1908458C3 - Verwendung von bleifreien Borsilikat gläsern fur Blitzlichtlampen - Google Patents
Verwendung von bleifreien Borsilikat gläsern fur BlitzlichtlampenInfo
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Description
Si°2 60 bis 65 Gewichtsprozent (deutsche Auslegeschrift 1 237 433).
B2O;, 19 bis 23 Gewichtsprozent An einer nur für Laboratoriumszwecke geeigneten
Al-Ai-
8 bis 9 Gewichtsprozent Lampe wurde festgestellt, daß der Bruch des Glas-
Alkalioxide.. 4,5 bis 5,5 Gewichtsprozent 10 kolbens bei höherem Sauerstoffdruck und einer ent-Ba0
2 bis 4 Gewichtsprozent sprechenden, etwa stöchiometrischen Menge des brenn
baren Metalls (Aluminium) weder durch eine Innen-
in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus oder Außenbeschichtung noch durch die Verwendung
Legierungen der Zusammensetzung von Quarzgläsern an Stelle der üblichen Kalk- oder
15 Bleigläser verhindert werden kann, und deshalb vor-
Ni 27bis32°/0 geschlagen. Phi · ^blitzlampen mit einem Doppel-
Co 14 bis 19°/0 mantel aus Quai jlas zu versehen (USA.-Patentschrift
Mn, weniger als 1 °/0 2 865 186). Diese Losung ist aus Material- und Fer-
Rest Eisen tigungsgründen viel zu aufwendig, um auf kommer·
20 zielle Photoblitzlampen übertragbar zu sein. Sowohl
für die Glashülle von Ganzglas-Zwergblitzlicht- Quarzglas als auch andere Gläser mit hohem Siliciumlampen
und einer Füllung von Sauerstoff unter dioxydgehalt sind infolge ihrer hohen Erweichungseinem
Druck von über 8 at und brennbaren Me- temperaturen und anderer Eigenschaften schwer zu
lallen, deren Oxide einen Schmelzpunkt über bearbeiten. Sie erfordern Zuleitungen aus Molybdän
C haben. 25 oder Wolfram, die infolge ihrer Starrheit, Sprödigkeit
2. Verwendung von an sich bekannten Gläsern und erforderlicher Vorbehandlungen für Ph -toblit/-der
Zusammensetzung lampen unerwünscht sind. Ferner ist bekannt, die
Zündmittel so weit in das Gefäßende zu verlegen, daß
SiOo 68 bis 73 Gewichtsprozeni wenigstens 75 "/„ des Kolbenvolumens nur Sauerstoff
B2O;, 13 bis 17 Gewichtsprozent 30 und feinverteiltes brennbares Material enthalten
AI2O.., 2 bis 4,5 Gewichtsprozeni (deutsche Auslegeschrift 1 189 852). Diesem Vorschlag
Alkalioxide... 7 bis 9 Gewichtsprozent war in der Praxis kein Erfolg beschieden, weil eine
BaO O bis 2 Gewichtsprozeni Verkleinerung der Zündmittel auf fertigungstechni
schen Grenzen nur in beschränktem Umfang möglieh
in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus 35 ist und zudem hinsichtlich der Lichtausbeute nur eine
Legierungen der Zusammensetzung geringfügige Verbesserung brachte.
Mit den handelsmäßig unter der Bezeichnung AG-I.
Ni 27bis32"/„ AG-3 und Würfelblitzlampen bekannten Produkten
Co 14 bis 19'V11 wurde bezüglich Lichtausbeute pro Volumeinheit ein
Mn, weniger als ... .. 1 "/„ 40 Leistungsniveau erreicht, das seit mehr als 10 Jahren
Rest Eisen nicht überschritten wurde. Die Zwergblitzlichtlampe
AG-I wird in der deutschen Patentschrift 1 146 364
für die Glashülle von Ganzglas-Zwergblitzlicht- und die Lampe AG-3 in der USA.-Patentschrift
lampen und einer Füllung von Sauerstoff unter 3 304 750 beschrieben. Diese Lampen sind aus Bleiglas
einem Druck von über 8 at und brennbaren Me- 45 hergestellt und haben Zuleitungen aus einer Legierung
lallen, deren Oxide einen Schmelzpunkt über mit 54",„ Fe und 46" 0 Ni mit einem Kupferüberzug.
C haben. Obwohl frühere Untersuchungen /x\ Voraussagen ge
führt haben, dahingehend, daß es möglich sein würde,
Photoblitzlampen herzustellen mit einer Fähigkeit zur
50 Lichterzeugung, die beträchtlich über den etwa
6500 Im sek/cem inneren Volumens der Photoblitz-
Dic vorliegende Erfindung bezieht sich auf die lampe Type AG-I. 8800 lim sec,ecm der Würfelblitz-
\ erwendung an sieh bekannter Gläser für die Glas- lampe und 9000 Im see ecm der Photoblitzlampe Type
hülle von Zwerg- oder Minialur-Photoblitzlichtlampen AG-3 liegt, haben diese Forschungen bisher noch keine
des Ganzglas-Typs. 55 F-üchte bei kommerziell brauchbaren Lampen ge-
Es ist bekannt, daß die Liehtausbeuie einer Photo- tragen.
blitzlampe pro Volumeinheit durch eine größere Es wurde ferner angenommen, daß die gegen-
Dichte des Füllmaterial, d. h. eine höhere Beschickung wärtigen Photobliizlampen nicht, wesentlich verbessert
mit einem brennbaren Metall und eine entsprechende werden können, weil sie nahe der maximalen theo-Steigerung
der Sauerstoffmenge in der Lampe erhöhl 60 retischen Farbtemperatur für die Verbrennung \on
werden kann. Eine Vergrößerung der Sauerstoffmenge Zirkonium und für angenäherte schwarze Körper als
hai bei vorgegebenem lichten Kolbenvolumen eine Strahler arbeiten.
Erhöhung des Sauerstoffdrucks zur Folge. Diesem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
muli der Glaskolben statisch und auch beim Abblitzen bekannten Ganzglas-Zwergblilzlichllampen ungeachtet
gewachsen sein. 65 dieses Vorurteils und der bekannten Schwierigkeiten
Im Laufe der Jahre wurden Erhöhungen der Gesamt- hinsichtlich der Lichlleistiing weiter zu verbessern und
lichlabgabe pro Volumeinheit dos Lampcnmanlels erforderlichenfalls noch weiter zu verkleinern. Es
durch Verwendung stärkerer Lampcnmänlel, stärkerer wurde gefunden, daß dies bei Verwendung von Gläsern
3 *
4
möglich ist, die sich hinsichtlich ihres Verhaltens beim Tatsächlich ist eine Blitzlampe, die fadenförmiges
Abblitzen grundlegend von den für Zwergblitzlicht- brennbaren Material verwendet, solange kein einem
lampen bisher verwendeten Bleigläsern unterscheiden, schwarzen Körper vollständig entsprechender Strahler,
weil sie beim Auftreffen von Verbrennungsrückstän- wie das brennbare Material nicht den ganzen schein-
den, wie glühendem Metall- oder Metalloxydteilchen 5 baren Querschnitt der Lampe anfüllt, während es sich
nicht zerspringen, sondern schichtförmig absplittern auf seiner Höchsttemperatur befindet. Diese Bedingung
bzw. »schiefern« und dadurch die Ausbildung und ist in den bekannten kommerziellen Lampen von einer
Fortpflanzung von Sprüngen in der Glashülle und Realisierung noch weit entfernt. Daher war die theo-
durch sie hindurch verringern und verzögern. retische Obergrenze in der Lichtausgangsleistung pro
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von io Volumeinheit bei den vorbekannten Blitzlichtlampen
an sich bekannten Gläsern der Zusammensetzung tatsächlich noch nicht erreicht.
Die anspruchsgemäß zu verwendenden bleifreien
SiO2 60 bis 65 Gewichtsprozent Borsilikatgiäser ergeben in Verbindung mit elektri-
B2O:1 19 bis 23 Gewichtsprozent sehen Zuleitungen a.is handelsüblichen Eisen-Nickel-
A12O:, 8 bis 9 Gewichtsprozent \i Kobalt-Legierungen mit weniger alc 1 "/„, vorzugs-
Aikalioxide 4,5 bis 5,5 Gewichtsprozent weise weniger als 0,5°/0 Mangan, auf den üblichen mit
BaO 2 Dis 4 Gewichtsprozent großer Geschwindigkeit laufenden Maschinen verarbeitet
werden können, und zuverlässige spannungs-
in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus Le- freie Abdichtungen an der Fußquetschung,
gierungen der Zusammensetzung 20 Eine spezifische Glaszusammensetzung für die=Glas-
hülle enthält angenähert: 21% B.,O„ 8,4°/„ AUO11,
Ni 27 bis 32U/O 3°/0 BaO, 2,3u/0 Na2O, 2,4°/0 K,o", Ö,5°/9 Li2O und
Co 14 bis 19°/u der Rest SiO2 hat ein »alpha« von 47 und ist handels-
Mn, weniger als 1 "/„ mäßig als 7052-Glas bekannt. Eine andere spezifische
Rest,Eisen 25 Zusammensetzline enthält 15"/0 B,O„ 3,51V0 AI2O1,
7 bis 7,5°/0 Na,O, l,2°/0 K2O, l*\a BaO, 0,3°/0 F,
für die Glashülle von Ganzglas-Zwergblitzlichtlampen 0,3 % Sb.,O:1 und der Rest SiO2 und hat ein »alpha«
und einer Füllung von Sauerstoff unter einem Druck von etwa 51 und ist als 706xl-Glas bekannt.
von über 8 at und brennbaren Metallen, deren Oxide Die vorzugsweise in Verbindung mit den genannten
einen Schmelzprnkt über 2200'C haben. 30 harten Borsilikatgläsern zu verwendenden elektrischen
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung Zuleitungen bestehen aus Legierungen der allgemeinen
von an sich bekannten Gläsern der Zusammensetzung Zusammensetzung: 27 bis 32°/o Ni, 14 bis 191V0 Co.
weniger als 1% Mn, Rest Eisen mit Ausnahme von
SiO., 68 bis 73 Gewichtsprozent ursprünglichen Verunreinigungen. Die Zusammen-
B o" 13 bis 17 Gewichtsprozent 35 selzun8 eines besonders geeigneten Lcitungsmatenals
Al.,0' Υ.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 2 bis 4,5 Gewichtsprozent ist etwa 540O Ke- 29»/e Ni, 17«/» Co weniger als
Alkaloide 7 bis 9 Gewichtsprozent 0^o Mn, weniger als 0.2 »/„ S. und weniger als
BaO O bis 2 Gewichtsprozent 'V-L0I-I. ,· .■ . . r , w ■ r-
Obgleich die vorliegende Erfindung Vorteile fur mil
4° mäßigem Druck belastete Lampen hat, werden ihre
in Verbindung mit elektrischen Zuleitungen aus l.e- größten Vorteile bei hochbelasteten Lampen realisiert,
Vierlingen der Zusammensetzung wie solchen mit Saiiersioffdrücken von mindestens
8 at und vorzugsweise 8 bis 20 at. Das brennbare
Ni 27 bis 32",',, Material ist auch bei denerlindungsgemäß hergestellten
Co 14 bis 19".'o 45 Lampen ein fadenförmiges brennbares Metall odei
Mn, weniger als 1 "'„ eine Legierung, welche ein Oxid mit einem Schmelz-Rest
Eisen punkt oberhalb 2200 C haben, vorzugsweise Zirkon in
Mengen von mindestens 45 mg/cm3 des l.ampen-
fiir die Glashülle von Ganzglas-Zwergblitzlichtlampen volumens. Die Lampen enthalten vorzugsweise das
und einer Füllung von Sauerstoff unter einem Druck 5<- fadenförmige Brennmaterial in einer Menge »on min-
von über 8 at und brennbaren Metallen, deren Oxide destens 80 Molprozent der Menge, die für die Bildung
einen Schmelzpunkt über 2200 C haben. einer stabilen stöchiometrischen Verbindung mit dem
Mit der Erfindung hat sich gezeigt, daß das Zer- Sauerstoff erforderlich ist. Mit den erfinduniisgemäß
platzen der vorbekannten Zweirgblitzlichtlampen aus zu verwendenden Gläsern können Lampen mit einer
Bleiglas weniger auf den sogenannten Spitzendruck 55 Lichtausgangsleistiing von mindestens 12 500 Im s cm1
beim Abblitzen als vielmehr auf das Zersplittern durch hergestellt werden. Durch die Auswahl des Glases
das erwähnte Auftreffen glühender Partikel zurück- gelingt es auch bei großtechnischer Herstellung den
zuführen ist. Tatsächlich erreicht der Spitzendruck Sauerstoffdruck und die Lichlausheule gegenüber
nicht, wie angenommen (deutsche Auslegeschrift den bekannten AG-3 Lampen zu verdreifachen. ,
Γ237 433), ein Vielfaches des ursprünglichen statischen 6u Die Herstellung der Ganzglas:Zw'ergblhzliclitlampeii
Drucks der Sauerstoffüllung, sondern ist bei einem aus den hierfür beanspruchten Materialien erfolgt
etwa stöchiometrischen Verhältnis von O2: Zr nur vorzugsweise nach dem in derdeutschen .Patentschrift
etwa 50"/0 höher. Es hat sich gezeigt, daß die Theorie, 1 146 364 beschriebenen Verfahren. Andere Verfahren
demzufolge die vorbekannten Photoblitzlampen nicht können ebenfalls für die Herstellung solcher Lampen
wesentlich verbessert werden konnten, weil sie nahe 65 geeignet sein.
der maximalen theoretischen Farbtemperalur für die Wie schon erwärmt, werden wahrend des Vei ·
Verbrennung von Zirkonium und für angenäherte bieniumgsvorgangs winzige Partikel der Yerbremuiiigs-
schwarze Körner als Strahler arbeiten, nicht zutrifft. rückstände, einschließlich Metalloxide und gesehmol-
zenes Metall, wie Zirkoniumoxid und Zirkoniummetall, gegen die inneren Oberflächen der Lampenwand
geschleudert. Der daraus resultierende Wärmeschock und mechanische Schock führen normalerweise
zu einem allgemein sich seitwärts fortsetzenden Bruch, welcher die Glaswände von röhrenförmigen
Allglas-Pholoblilzlampen der Typen AG-I, AG-3 und Würfellampen nach dem Stand der Technik
durchdringt. Risse in dem Abdichtungsbereich können der Arbeitsweise der Lampe noch abträglicher sein.
Brennbares Material aus Zirkonium und das Zirkoniumoxid (ZrO2) sind noch ernster und schädlicher
für die Glashüllen als Aluminium und Aluminiumtrioxid (AI2O3) wegen des höheren Schmelzpunktes
und der geringeren Verdampfbarkeit von Zirkondioxid. Das gleiche trifft allgc nein für andere Oxide
zu, welche bei Temperaturen wesentlich über dem Schmelzpunkt von Aluminiumoxid, beispielsweise
oberhalb 22(X) C, schmelzen.
Dieerfindungsgemäß zu verwendenden ausgewählten Borsilikatgläser führen zu einem anderen Typ des
vorherrschenden Bruchmechanismus des Glases als das normalerweise für die Allglas-Photoblitzlampen
nach dem Stand der Technik verwendete 001 -Bleiglas.
Scheinbar ist bei dem Aufprall der Teilchen der heißen Verbrennungsprodukte auf das Glas die Wärmeleitfähigkeit
des Glases nach der vorliegenden Erfindung niedrig genug und der Elastizitätsmodul und der
Wärmeausdehnungskoeffizient sind groß genug, um eine beträchtliche Menge von Abschälung, Absplitterung
oder »Abschieferung« der inneren Oberfläche der
Lampe an den Aufprallpunkten zu verursachen und damit die thermischen und die mechanischen Spannungen
in dem Glas zu mindern. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist jedoch nicht so hoch, daß er eine übermäßige
schädliche Fortpflanzung des Risses durch die Lampenwand hindurch verursacht. Wenn d:e Wärmeleitfähigkeit
zu hoch wäre, könnte die Wärme in die Glaswand hinein diffundieren, bevor das Abblättern
mit der einhergelisnden Minderung der Spannung eintreten könnte. Die Wärmeübergangscharakteristiken
der Wände von Photoblitzlampen sind ziemlich komplex,
da sie sowohl von der Wärmeleitung als auch von der Wärmestrahlung beeinflußt werden und das
momentane Tempeniturprofil längs der Dicke einer Lampenwand kann nicht mit Genauigkeit vorhergesagt
werden, besonders wenn lokalisierte Effekte
von Tröpfchen geschmolzenen Oxids in Betracht gezogen werden müssen. Der Elastizitätsmodul bestimmt
die Spannung, die durch eine gegebene, von der Wärmeausdehnung des Glases verursachte Beanspruchung
aufgebaut wird. Wenn die Spannung hoch genug ist,
wird sie einen Bruch des Glases verursachen und vorzugsweise einen überwie' rnden oder beträchtlichen
Anteil eines Bruches nach Art der Abschälung im Gegensatz zur Art der Kraquelierung.
Es wurden Prüfungen durchgeführt an Proben von Photoblitzlampen, welche nach der vorliegenden
Lrfindung unter Verwendung von Glas Typ 7052 für die Lampenhülle, gemäß den Angaben auf Tabelle 1,
hergestellt wurden. Die Lichtausbeuten für diese Lampen betrugen 14 700 und 13 000 Im s/cm3. Diese
Ausgangsleistungen liegen in einem Bereich zwischen 180 und 190 u/0 in Im s/cm3 relativ zu den höchsten
vorherigen Werten von kommerziellen Blitzwürfellampen.
Tabelle I Lampenkonstruktion
Parameter | Halbwürfellampe | Hochleistungswürfellampe |
Folienmaterial (Gew. in mg) Streifenabmessungen in mm Außendurchmesser, rnm Innendurchmesser, mm Wandstärke, mm Inneres Volumen (cm3) Gesamtlänge, cm Sauersloffüllung (cm:l) (bezogen auf 00C und 760 Torr) |
Zirkonium 22 0,0203 · 0,0317 · 102 6,42 4,95 0,762 0,36 2,54 5,65 |
Zirkonium 36 0,0203 · 0,0317 · 102 8,64 7,11 0,762 0,70 2,54 7,62 |
Diese Lampen verwendeten einen Standardzünder mit 64 Gewichtsprozent Zirkoniumpulver, 28 Gewichtsprozent
Kaliumperchlorat und 8 Gewichtsprozent Magnesiumpulver bei einer Menge von etwa
0,002 g pro Lampe und verwendeten einen Wolfram-3%-Rhenium-Heizdraht mit einem Durchmesser von
0,0178 mm und einem Absland von etwa 1,4 mm zwischen den elektrischen Zuleitungen.
Die Lampen wurden mit einer ttwa 0,229 mm dicken Schicht aus Celluloseacetat versehen. Der
Sauerstoffgehalt, ausgedrückt als prozentualer Anteil der slöchiometrisch erforderlichen Menge zur Verbindung
mit dem gesamten vorhandenen Zirkonium, betrug l(K)"/„ Skr die Halbwürfcllampe und 80"/0
für die Hoghlcislungswürfcllampe.
Aus dem 7<)52~(ilas wurden Hoehleistungswürfcllamncn
üblicher iiauarl und neue sogenannte I IaIbwürfellampen
hergestellt, die bei der gleichen Länge, wie die bekannten Würfelblilzlampen, nur die halbe
Querschnittsfläche, aber eine etwa gleiche Leistungsfähigkeit besitzen. Beim Abblitzen blieben diese
Lampen sämtlichst heil. Bei der Herstellung aus 001-Bleig!as zerbrachen 10% der Halbwiirfellampen
und 25c/a der Hochleistungslampen. Daran zeigt
sich die Bedeutung der Wahl der für die Glashülle von Lampen mit hoher Beladung verwendeten Glassorten.
Das Glas Type 7740, welches normalerweise als Pyrex-Glar bezeichnet wird, und andere ähnliche
Gläser ergeben nichl ein alczepüerbares Produkt,
wenn man aus ihnen Photobülzlampen der hier beschriebenen Art macht, wegen des nicht zulässigen
hohen Anteils von Brüchen in den Abdichtungsbcrdchcn,
welche sich aus den Spannungen ergeben, die
durch eine schlechte Anpassung von Giasmaterialien
und Materialien für die elektrischen Zuleitungen verursacht werden. Ebenso reagieren Gläser, welche
beträchtliche Mengen von PbO enthalten, mit den eisenhaltigen Zuleitungsdrähten während des Abdichtungsvorgangs
und erzeugen Blasen und nicht zulässige undichte Dichtverbindungen.
Dies bestätigen auch Vergleichsversuche mit Blitzlichtlampen
mit Hüllen aus verschiedenen Glassorten:
1. Pyrex als Vertreter der Quarzgläser,
2. das Glas 001 mit 20,8 °/0 PbO als Vertreter von
Bleigläsern mit hohem Bleigehalt,
3. das Glas 7720 als Vertreter von bleihaltigen Borsilikatgläsern (6,6% PbO) und schließlich
4. das Glas Nr. 7052 als Vertreter eines erfindungsgemäß zu verwendenden Borsilikatglases.
Einige Dutzend Blitzlampen wurden unter Verwendung jeder der vier vertretenen Glassorten her- ao
gestellt. Bei diesen Lampen handelte es sich zur Hälfte um solche des Halbwiirfeltyps, die die folgenden
Merkmale aufwiesen:
Zugeführte Zirkoniummenge ... 22 mg
Birnenvolumen 0,36 ecm
Wandstärke der Birne 0,75 mm
Zugeführte Menge O1 5,65 ecm
Stöchiometrische Menge O,: Zr 100 °/0
Die andere Hälfte der Lampen waren solche des würfelförmigen Hochleislungstyps, die die folgenden
Merkmale aufwiesen:
Zugeführle Zirkoniummenge ... 36 mg
Birnenvolumen 0,70 ecm
Wandstärke der Birne 0,75 mm
Zugeführte Menge O2 7,52 ecm
Stöchiometrische Menge O2: Zr 80%
ίο Alle Lampen hatten einen Standard-Initialzünder,
einen W-Re-Faden und eine äußere Cellulosebeschichtung von 0,2 mm Stärke.
Die Photoblitzlampcn aus Bleiglas 001 mußten Zuleitungen aus einer mit Kupfer überzogenen Eisen-Nickel-Legierung
haben. Die Lampen aus Pyrex, 7720- und 7052-Glas haben Zuleitungen ans einer
erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung. Zuerst wurde das Verhalten der
Lampen aus Bleiglas auf ihre Haltbarkeit beim Abblitzen untersucht und festgestellt, daß 10 bzw.
25 % der Lampen nicht dem Druck gewachsen waren und zerknallten. Die Lampen aus 7720-Glas konnten
nicht geprüft werden, weil sie schon undicht aus der Maschine kamen und den Sauerstoffdruck nicht hielten.
»5 Die Plitzlichtlampen aus Pyrex waren zwar zunächst
noch dicht, gingen aber beim Abblitzen fast alle zu Bruch. Nur die Lampen aus 7052-Glas blieben sämtlichst
heil. Die Ergebnisse der vier repräsentativer Glasaften sind nachstehend tabellarisch aufgeführt.
PVREX
Blei
7720
7052
Zuleitungen
Halbwürfellampen
Würfellampe
Würfellampe
Fe-Ni-Co-Legierung
Zerknall Zerknall
Fe-Ni-Legierung mit Cu-Überzug
10% Zerknall
25% Zerknall Fe-Ni-Co-Legierung
undicht und unbrauchbar
undicht und unbrauchbar
Fe-Ni-Co-Legierung
100% stabil
100% stabil
100% stabil
Somit erbrachte nur das Glas 7052 als Vertreter der erfindungsgemäß für Blitzlichtlampen zu ver
wendenden Gläser ausgezeichnete Ergebnisse.
Claims (1)
1. Verwendung von an sich bekannten Gläsern die Menge des Zirkoniums wurden so hoch gewählt,
der Zu ammensetzung 5 wie es die Druckfestigkeit der Kolben gegenüber dem
beim abbrennenden auftretenden Spitzendruck zuließ
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