DE2651643A1 - Halogengluehlampe - Google Patents

Description

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Va/FF/ROOD

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N. V. PhiHos¹ OlotVlampenfabrieken

"Halogenglühlampe"

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Halogenglühlampe mit einem Kolben aus hochschmelzendem halogenbeständigem lichtdurchlässigem Material, in dem zwischen mindestens drei inneren Stromleitern aus Molybdän mindestens zwei Wolframglühkörper ausgespannt sind und der eine vakuumdichte Abdichtung aufweist, in die Stromdurchführungsleiter aufgenommen sind, die je einerseits mit einem der inneren Stromleiter und andererseits mit einem aus
dem Kolben herausragenden äusseren Stromleiter verbunden sind, wobei der Kolben mit.einem halogenhaltigen inerten Gas gefüllt ist.

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Derartige Lampen sind u.a. aus der deutschen Offenlegungsschrift 2.113-288 bekannt; sie können z.B. in Kraftfahrzeugscheinwerfern verwendet werden. Bei den bekannten Lampen besteht der Kolben aus Quarzglas oder · aus Gläsern mit einem SiOp-Gehalt von mehr als 96 °/o. Obgleich diese Materialien teuer sind, ist man doch auf ihre Verwendung angewiesen, weil eine Halogenlampe einen Kolben erfordert, der sowohl gegen hohe Temperatüren als auch gegen Halogen beständig ist.

Aussei" ihrem hohen Selbstkostenpreis weisen die verwendeten Gläser den Nachteil auf, dass keine hochschmelzenden Metalle verfügbar sind, die einen eben so niedrigen Ausdehnungskoeffizienten wie diese Gläser aufweisen. Um dennoch Stromleiter vakuumdicht durch die Wand eines Lampenkolbens aus einem derartigen Glas hindurchführen zu können, hat man Molybdänfolien verwenden müssen, die in die Quetschabdichtung aufgenommen werden und die trotz des grossen Unterschiedes zwischen den Ausdehnungskoeffizienten von Molybdän und dem Glas durch ihre Form und durch die Duktilität Λ^Γοτι Molybdän eine vakuumdichte Abdichtung ermöglichen.

Die Anwendung von Molybdänfolien bringt aber mit sich, dass für eine Lampe mit zwei Glühkörpern sechs Verbindungen hergestellt werden müssen, um die Folien einerseits mit inneren und andererseits mit äusseren Stromleitern zu verbinden. Diese Schweissverbindungen müssen vor dem Einschmelzen des Gestells in den Kolben auf ihre Güte geprüft werden. Die Herstellung und Prüfung'

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der Schweissverbindungen, die Fertigung der zu schweissenden Teile und die Zufuhr dieser Teile zu der Schweissmaschine bilden ebenfalls wichtige, den Selbstkostenpreis erhöhende Faktoren.

Die Erfindung bezweckt, Halogenglühlampen zu schaffen, die zu niedrigeren Kosten hergestellt werden können, insbesondere indem billigere Gläser verwendet und Schwelssverbindungen in und nahe bei der Abdichtung des Lampenkolbens vermieden werden.

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf eine Halogenglühlampe der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben aus einem Alkalialuminoborosilikatglas mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 31 - 37 χ 10~⁷°C~¹ bei 0 - 300°C besteht, während die inneren Stromleiter jeweils mit einem Stromdurchführungsleiter und einem äusseren Stromleiter einen Molybdändraht mit einem Mindestdurchmesser von 4θΟ /um bilden und wenigstens derjenige Teil jedes der Molybdändrähte, der sich in der vakuumdichten Abdichtung des Kolbens erstreckt, vakuumdicht von einer Glasperle umgeben ist, die aus einer Glasart besteht, zu der das Larapenkolbenmaterial gehört, wobei das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Molybdändrähte, und der Wandstärke der Perlen grosser als 2 ist und der Winkel, unter dem das Glas der Kolbenabdichtung das Glas der Perlen berührt, durch Glas gemessen,höchstens 90 beträgt.

Ueberraschenderweise hat es sich als möglich earwiesen, eine vakuumdichte, gegen starke Temperatur¹-

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schwankungen beständige Abdichtung der Stromleiter aus Molybdändraht in dem Glas des Lampenlcolbens zu erhalten. Dies ist bemerkenswert, weil der Ausdehnungskoeffizient von Molybdän (54 χ 10 C _ vielhöher als der der Gläser ist, die wegen ihrer hohen Erweichungstemperatur ( y£r 500 c) und ihrer Ilalog-enbeständigkeit für Anwendung als Lampenkolbenmaterial geeignet sind*

Dies ist umso bemerkenswerter, weil hier eine temperaturbeständige vakuumdichte Verbindung zwischen Glas und Drähten hergestellt ist, die - im Gegensatz zu den bei Einschmelzungen in Quarzglas und in Glas mit einem SiOp-Gehalt von mehr als 96 °/o verwendeten Folien (Dicke etwa 30/um) - verhältnismässig sehr dick sind, und weil bei Anwendung von Drähten die Duktilität von Molybdän nicht optimal ausgenutzt werden kann was bei Anwendung von Folien der Fall ist.

Es ist zwar aus der deutschen Patentschrift 884073 bekannt, dass vakuumdichte Verbindungen zwischen Molybdändraht und "Pyrex"-Glas dadurch erhalten werden können, dass ein Rohr aus diesem Glas um den Draht geschoben und dann das Rohr evakuiert und mit dem Metall verschmolzen wird, aber dabei wird ein Erzeugnis mit drehsymmetrischer Geometrie erhalten, wobei die Spannungen im Material in allen Richtungen eines Querschnittes gleich sind.

Bei der Lampe nach der Erfindung ist dagegen von einer drehsymrne tr i sehen Geometrie um einen eingeschmolzenen Molybdäiidraht herum nicht die Rede. In diesem

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Falle sind mindestens drei Molybdändrähte durch, die Abdichtung des Lampenkolbens hindurchgeführt. Nicht nur weist keiner der Drähte eine drehsymmetr.ische Einschmel— zung auf, sondern auch ist die Geometrie der Einschmelzung im allgemeinen nicht für jeden der Drähte gleich.

Iraallgemeinen weist der Kolben eine zylindrische Form mit am einen Ende einer Pumpstengelabschmelzung und am anderen Ende der vakuumdichten Abdichtung auf, durch die die Molybdändrähte hindurchgeführt sind. Diese Drähte werden in der Abdichtung nahezu" in einer flachen Ebene liegen. Die Geometrie der Einschmelzung der äusseren Drähte ist dabei nahezu gleich; die inneren Drähte weisen jedoch eine ganz andere„Geometrie auf.

Gerade Lampen wie die erfindungsgemässen, bei denen die Lampenkonstruktion grossen Temperaturänderungen ausgesetzt ist,wird eine möglichst grosse symmetrische Geometrie angestrebt, um Materialspannungen, die zur Bildung von Rissen und damit zu Gasleckage und der Unbräuchbarkeit der Lampen führen, zu verhindern.

Bei Lampen nach der Erfindung soll der Kolben beim Betrieb eine derart hohe Temperatur aufweisen, dass die Wolfram-Halogenverbindungen an der Wand flüchtig sind. Wenn es sich um eine H-4-Kraftfahrzeuglampe handelt, nehmen die Glühkörper nach den jetzigen Vorschriften beim Betrieb bei Nennspannung je eine Leistung von bis 60 W auf, während die Lampen für gleichzeitigen Betrieb der beiden Glühkörper eingerichtet sein müssen.

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Für Lampen mit einer Betriebsspannung von 6 V bedeutet dies einen Stromdurchgang von 20 A, bei Zündung der Lampe sogar noch höher.

Trotz der asymmetrischen Geometrie der Drahteinschmelzungen und ihrer hohen thermischen Belastung haben sich die Lampen nach der Erfindung als besonders zuverlässig erwiesen.

Es wurde gefunden, dass der Winkel, unter dem das Glas des Lampenkolbens das Glas der Perlen auf den Molybdändrähten berührt, für die Haltbarkeit der Kolbenabdichtung von Bedeutung ist. Namentlich für den innerhalb des Kolbens liegenden Winkel ( Oc in Fig. 2) ist ein möglichst kleiner Wert wesentlich. Vorzugsweise ist dieser Winkel 4-5 oder kleiner.

Die Länge der Perlen auf den Molybdändrähten wird in der Praxis derart gewählt, dass bei der Herstellung an Lampen kein Ausschuss auftritt infolge der Tatsache, dass nicht umhüllte Teile der Drähte in der Abdichtung zu liegen kommen. In der Regel werden die Perlen denn auch bis zu mindestens 1 mm aus der Abdichtung herausragen.

Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser eines Molybdändrahtes und der Wandstärke der Perle ist grosser als 2. Je grosser dieser Wert ist, Je geringer sind die in der Abdichtung auftretenden Spannungen. Aus technologischen Gründen wird das Verhältnis aber in der Praxis meistens zwischen 2 und 15 liegen.

Als Glasmaterial für den Lampenkolben haben

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sich. Gläser, die im wesentlichen aus 77 - 81 p

12-15 Gew.ji ^B2°3' ³ " ⁵>5 Gew.# Na₃O und 1,5 - 2,5 Gew.5ε AIpO,-. bestehen, als besonders geeignet erwiesen.

Auch, die Glasperle um die Molybdändx-ähte

kann aus diesem Material bestehen. Die Perle kann dadurch angebracht werden, dass entgaste Molybdändrähte, nachdem ein Glasrohr um sie herum geschoben ist, in einer neutralen oder reduzierenden Gasatmosphäre oberhalb der Erweichungstemperatur des Glases erhitzt werden.

Die Glasperlen können auch dadurch erhalten werden, dass die Molybdändrähte örtlich mit einem Glasemail überzogen werden.

Obgleich es empfehlenswert ist, ist es nicht notwendig, dass die Oberfläche der umhüllten Drahtteile frei von Oxid ist.

Die Molybdändrähte weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 6OO bis 800 , /um auf, um eine genügende Starrheit zu erhalten, damit die Glühkörper erschütterungsfrei angeordnet werden können, ohne dass die Drähte noch von der Wand des Kolbens abgestützt werden. Der Durchmesser kann zwar grosser, z.B. gleich 1 mm, gewählt werden, aber in der Regel ergibt dies keine mechanischen Vorteile.

Obgleich bemerkt wurde, dass der Lampenkolben im allgemeinen eine zylindrische Form aufweist, sei erwähnt, dass die Wand des Lampenkolbens örtlich sphärisch gestaltet sein kann, um störende Reflexionen zu verhindern (siehe z.B. die Dt-OS 21 45 128).

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. ΐ einen Längsschnitt durch eine Lampe nach der Erfindung zur Anwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfer und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie U-II dui'ch die Abdichtung des Lampenkolbens senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1.

In Fig. 1 ist der Lampenkolben 1 mit einer

vakuumdiehren Abdichtung 2 versehen, durch die Stromleiter 3, 4 und 5 aus Molybdändraht hindurchgeführt sind. Diese Leiter sind mit Glasperlen 6 versehen. Innerhalb des Kolbensverbindet ein Glasbalken 7 die Stromleiter miteinander. Eine Glühwendel 8 für Fernlicht ist zwischen den Leitern· 4 imd 3 und eine Glühwendel 9 für Abbiendlich zwischen den Leitern 5 und 3 und der mit diesen verbunden Abblendkappe 10 ausgespannt. Die Abblendkappe 10 trägt einen Getter 11. Der abgeschmolzene Pumpstengel ist mit 12 bezeichnet.

In Fig. 2 sind die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 angewandt. Die angegebenen ¥inkel oc und ft> verdeutlichen den Ausdruck "der Winkel, unter dem das Glas gemessen", wobei oC der innerhalb des Lampenkolbens 1 liegende Winkel ist..
Beispiel 1.

Molybdändrähte 3, h und 5 (Fig. 1) mit einem Durchmesser von 6OO /um wurden in einem Quarzglasbalken 7 befestigt und dann bei 100°C in einer reduzierenden

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Atmosphäre (90 vol.°/ο N„, 10 YoI.fo H„) entgast. Glaskapillaren 6 (innendurchmesser 620/um, Aussendurchmesser 800 /um) wurden um die Drähte herum geschoben, wonach das Glas in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1000 C um die Drähte verschmolzen wurde - Eine Molybdänabblendkappe 10 wurde mit einem Stück einer Tantalfo'lie (2x1 mm) versehen und auf dem Leiter 3 festgeschweisst. Danach wurden die Glühwendeln 8 und 9 angebracht. Das Ganze wurde in

einen zylindrischen Lampenkolben 1 eingebracht, dessen-Glas, ebenso wie das der Kapillaren 6, im wesentlichen aus 80,5 Gew.% SiO₂, 13 Gew.°/o B₃O , 3,5 Gew.°/o..Na₂O, 0,7 Gew. ⁰Jo KO und 2,3 Gew.^'AlpO« bestand und das unter . dem Handelwarenzeichen "Pyrex" erhältlich ist. Der Lampenkolben wies einen Aussendurchmesser von 18 mm, eine -¥attdstäi\ke von 1,3.mm und eine Länge von 45 >nm auf, war an einem Ende nahezu sphärisch gestaltet und trug dort einen Pumpstengel. · - "

Während über den Pumpstengel ein Schutzgas

(90 Vol.56 N , 10 Vo 1.$ H₂) hindurchgeleitet wurde, wurde das offene Ende des LampenkoIbens' bis oberhalb des Erweichungspunktes des Glases erhitzt, wobei sein Glas mit dem Glas der Umhüllung der Molybdändrähte verschmolzen wurde. Mit Quetschblöcken wurde das Glas dann in einer Abdichtung 2 modelliert

Die Perlen 6 der Molybdändrähte erstreckten sich einerseits bis zu etwa 1 mm ausserhalb der Kolbenabdichtixng und andererseits, bi s zu dem Quarzglasbalken 7 · Der Kolben wurde anschliessend über den Pump—

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Stengel evakuiert, mit 5 Atm. Krypton und 5 Torr· CII„Br„ .(Drücke bei 20 C) gefüllt und der Pumpstengel dann abgeschmölzeη.
Beispiel 2.

Eine gleiche Lampe wurde hergestellt-, mit dem Unterschied, dass die Molybdändrähte örtlich mit einer Suspension eines Pulvers überzogen wurden, die im wesentlichen aus 80,3 Ge\f.°Jo SxO₂, 12,9 Gew.$ ^B ₂°V 3 > ? Na₂O, 0,8 Gew.?i K'O und 2,3 Gew.^ Al₂O,, in Aethanol bestand. Die Suspension wurde getrocknet, wonach der Rückstand in einem Stickstoff/Wasserstoffgemisch (9 verschmolzen wurde.

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Claims (1)

1. ENTANSPRTJECHE:

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   1 . I Halogenglühlampe mit einem Kolben aus hochschmelzendem halogenbeständigem durchläs-sigem 'Material, in dem zwischen mindestens drei inneren Stromleitern aus Molybdän mindestens zwei ¥olframglühkörper ausgespannt sind und der eine vakuumdichte Abdichtung· aufweist, in die Stromdurchführungsleiter aufgenommen, sind, die je
   einerseits mit einem der inneren Stromleiter und andererseits mit einem aus dem Kolben herausragenden äusseren Stromleiter verbunden sind, wobei der Kolben mit einem halogen-haltigen Inertgas gefüllt ist, dadui-ch gekennzeichnet, dass der Kolen (i) aus einem Alkalialuminoborosilikatglas mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 31 - 37 χ 10~⁷ °C~¹ bei 0 - 300°C bestellt, während die inneren Stromleiter jeweils mit einem Stromdurchfülmmgsleiter und einem äusseren Stromleiter einen Molybdändraht (3, h, 5) mit einem MLndestdurchrnesser von ^00 /um bilden und wenigstens derjenige Teil jedes der Molybdändrähte, der sich in der vakuumdichten Abdichtung (2) des Kolbens erstreckt, vakuumdicht von einer· Glasperle (6) umgeben ist, die aus der Glasart besteht, zu der das Lampenkolbenmaterial gehört, wobei das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Molybdändrähte und der Wandstärke der Glasperlen grosser als 2 ist und der Winkel, unter dem das Glas der Kolbenabdichtung das Glas der Perlen berührt, durch Glass gemessen, höchstens 90 beträgt.
   2. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch ge-

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   ORIGINAL

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   kennzeichnet, dass das Glas des Kolbens (i) im wesentlichen ans 77-81 Gew.$ SiO₂, 12-15 Gew. ^ B_?0 , 3-5,5 Gew.$ Na 0 und 1,5-2,5 Gev.°/> AlgO besteht. 3# Halogenglühlampe nach Ansprach 2, dadurch

   gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem DuX¹Chmesser der Molybdändrähte (3, 4, 5) und der Dicke der Glasperle (6) dieser Drähte zwischen 2 und I5 liegt. h. Halogenglühlampe nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass dex¹ innerhalb des Lampenkolbens (1) liegende "Winkel ( CC ) , unter dem das Glas des Kolbens das Glas der Perlen der Molybdändrsihte berührt, höchstens 45 ist.

   5. Halogenglühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g^-ekersnzelehnet, dass die Molybdändrähte (3, 4, 5) einen Durclimesser von 600 bis 800 /um aufweisen.

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