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CN1175467C - 白炽电灯 - Google Patents

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Abstract

一种白炽电灯具有一烧结玻璃板(1)，电流导体(2)和金属管(3)穿过该板而延伸。白炽体(4)与所述电流导体(2)相连，并被相对于成形玻璃板(1)而对准。玻璃泡壳(5)设置在白炽体(4)上方，通过搪瓷(6)气密地固定到成形玻璃板(1)上，烧结玻璃板和泡壳在各玻璃的应变点以下的温度范围内具有最多相差0.7*10-6K-1的热膨胀系数。在泡壳(5)内存在水吸气剂(20)和压强提高的致密气体(heavygas)。该灯可消耗相对较高的功率，并可以消耗相对较小的功率，但仍然具有相对较长的寿命。

Description

白炽电灯
技术领域
本发明涉及一种白炽电灯，包括：
成形玻璃板，该板以气密方式与穿过该板而延伸的电流导体和金属管相连；
白炽体，相对于成形板处于一个预定的位置，并与电流导体相连；
玻璃泡壳，包围白炽体，以气密方式通过搪瓷与成形板相连；
填充气体，在泡壳内具有至少为1巴的压强；
所述金属管具有位于泡壳外的气密的密封部。
背景技术
由FR-B-913579可获知这种白炽电灯。
已知的灯具有模制或压制的玻璃板，该板具有圆环形的边缘，其上有一定位栓柱。灯被设计成便于以其泡壳在前面的方式穿过反射器中的开孔，并且便于被推压到底，使板的边缘抵靠着所述开口的界面。带有灯的反射器可以被用作机动车辆的大灯，用于产生通行光束和驾驶光束。
已知电灯的一个缺点是只能以宽的尺寸公差来制造成形玻璃板。这意味着白炽体的位置确定性也较差。
希望在白炽灯的其他应用中，例如在诸如汽车这样的车辆后部，可获得这样的白炽电灯，它可以被向后移动，即，使灯头或灯座在前面，使之抵靠支座，这样其白炽体相对于该支座处于一个精确确定的位置，同时泡壳背对支座。这种灯可以用于停止灯、尾灯、倒车灯、后雾灯、指示灯等。
用于这些功能的已知白炽电灯带有灯头。其白炽体的位置相对于所述灯头只是在一个宽的范围内被确定，并且灯具有较短的寿命。此外，由于灯的泄漏，有较高的早期故障率。
发明内容
本发明的目的是提供开篇中所述类型的白炽电灯，该灯使得可以相对于成形玻璃板进行白炽体的精确的预先定位，并有紧凑的结构。
根据本发明，该目的是这样实现的，即，成形玻璃板是由第一种玻璃制成的烧结体，而泡壳由第二种玻璃制成，第一种玻璃和第二种玻璃在各玻璃的应变点以下的温度范围内具有最多相差0.7*10-6K-1的热膨胀系数。
烧结玻璃板可以被制造成具有高的尺寸精度。电流导体和金属管可以从一开始就存在，并且在这种情况下可以以气密的方式穿过玻璃。烧结玻璃板进一步的优点是，它具有浅色，例如白或浅灰色，从而可反射入射光。由此避免了入射到其上的光在可以由反射器形成的光束中损失。
在烧结玻璃板和玻璃泡壳接合后，它们被冷却到这样的温度，在该温度以下它们容易聚积永久应力，该温度是通常已知的应变点，例如对于具有约10*10-6K-1的线性热膨胀系数的软玻璃来说，一般的应变点约为500℃。第一种玻璃和第二种玻璃的线性热膨胀系数的相应性，即至少在各玻璃的应变点以下的温度范围内这些系数相对较小的差别，避免了高的永久应力的聚积。大的差别可能不可避免地在烧结玻璃板和玻璃泡壳中都导致高的永久应力，这是由于这两种被接合的玻璃部分的不同的绝对收缩造成的。这种高的永久应力增加了在玻璃中形成裂缝以及随之而来的灯早期损坏的危险。因此，一般本领域技术人员可接受的线性热膨胀系数差值的极限为0.7*10-6K-1。最好差值小于0.5*10-6K-1。
为使灯容易制造，两种玻璃应具有相应的软化点，即玻璃在其自身重力作用下变形的温度。软化点应足够高，使得当利用搪瓷连接烧结玻璃板和泡壳时二者都能保持它们的形状。
由于填充气压高于1巴，灯具有较长的寿命。最好选择在室温下填充气体的压强在2-15之间，通常在2-8巴之间，例如在3-5巴之间。当填充气体包括Xe、Kr或例如比例为它们在空气中存在的比例即6体积％的Xe的其混合物时，对于灯的寿命以及对于抵消由于泡壳变黑造成的灯发光流明的降低更加有利，其中灯泡变黑是由于从白炽体蒸发的钨的沉积引起的。钨的蒸发被这些气体的高分子量以及它们的压强强有力地阻碍，从而有可能使用相对较小的泡壳，而同时获得高的发光保持性。这使得可以给灯提供非常小的结构高度，从而装有该灯的发光体可以较为扁平。灯例如具有从烧结玻璃板的外侧到泡壳的顶部少于2cm的尺寸。
例如在点火电压相对较高，例如为24V或更高的情况下，为防止损坏，填充气体包括少量体积百分比的N2是有利的。向填充气体中加入卤素或卤素化合物也是有利的，从而可防止泡壳变黑。
在一个优选实施例中，在泡壳中存在水蒸气吸气剂。可以在烧结玻璃板上或抵靠着电流导体设置水蒸气吸气剂，但一种特别方便的吸气剂是借助于至少一个电流导体上的涂层实现的。水蒸气吸气剂使得可以将泡壳和烧结板加热到较高的温度，并从而在较小的泡壳中消耗较高的功率。因此在所述的小尺寸情况下灯能够消耗高达约25W的功率。从玻璃中释放的水蒸气被吸气剂结合，从而防止在灯中产生水蒸气循环，将钨从白炽体运送到烧结板和泡壳壁上。
如果金属管的封闭物是固化的熔融金属则是有吸引力的。在这种情况下有可能在干净的环境下，例如在气密的箱里，例如利用激光将灯密封。另一种可能的方案是沉积金属例如钨的液滴，由此例如获得TIG焊接部。提供气密封接部的这些方法的优点是它们可以快速地实现并且非常可靠。金属管的优点是它和它的密封部不太易损坏，并且可以在避免应变的同时将管密封。
在一个优选实施例中，利用固化的熔融金属将白炽体连接到电流导体上。该实施例不仅具有优于其它实施方式例如挤压或电阻焊接的优点，即，可以快速实现并且可靠，而且还很精确。在这种情况下可以将白炽体精确地放入相对于烧结板、最好是相对于其背对泡壳的外表面预先确定的位置中，将白炽体的端部移动到电流导体的附近，并且不必抵靠着它们。在后一种情况下，熔融金属将电流导体和白炽体的端部之间的缝隙桥接起来，通过它的固化将二者互连。例如通过投放器，在所谓的液滴沉积步骤中可以从外部提供熔融金属，例如钼，但另一方面可以例如借助于激光使电流导体本身熔化到从烧结板的方向看去超过白炽体的端部范围。
在一个优选实施例中，电流导体各有一个位于烧结板附近的第一导体部分和第二部分之间的焊接部，该第一导体部分由第一金属制成，并穿过烧结板进入泡壳，该第二部分由第二金属制成，朝着白炽体延伸。该实施例具有可在已制造烧结板后，例如借助于对头焊接设置第二部分的优点。在这种情况下，该第二部分不暴露在制造烧结板所需的温度下，并因此如果具有同样的厚度，则可具有比第一部分更大的硬度，因为它没有被软化退火。其重要的优点是，该实施例提供在第二部分的例如直径和导电材料的类型方面宽的选择自由度。因此，可以例如选择第二部分使之具有较小的直径，从而防止该部分在所产生的光束中形成阴影。
当泡壳有一具有曲率中心并借助于搪瓷经由圆柱形部分而与烧结板相连的球形端部，同时白炽体包围该曲率中心时是有利的。白炽体通常被横向于烧结板设置在泡壳的中心线上。在一个优选实施例中，圆柱形部分以及端部的邻接部分具有白的漫散射涂层。该实施例有这样的优点，即涂层沿离开烧结板的方向反射所产生的光，以及保持灯的支座可以由低热阻的材料制造，因为涂层也反射热辐射。
另一方面，泡壳具有一个形状不同的部分例如剖物面部分或椭球形部分也是可能的。泡壳可以具有一镜面涂层，或者另一方面，例如是IR反射涂层，用于将IR辐射投射回白炽体上。
当烧结板具有凸出到泡壳以外的非圆形边缘时是有利的。这样该边缘可起允许灯的支持件将灯卡紧的作用，该支持件例如是一个支座，灯被抵靠着该支座而设置。在这种情况下该边缘的非圆形形状指示着电流导体从烧结板伸到外部的地方。非圆形边缘也可以起沿平行于烧结板的方向相对于所述边缘将白炽体定位的作用。当边缘具有彼此相对的平直侧边时是有利的。这种平直侧边对于上述目的非常有效，并且还可以以简单的方式实现。它们还可以起防止例如抵靠着支座而安装的灯可能相对于该支座旋转的作用。
当第一玻璃和第二玻璃都至少基本上不含铅时对于保护环境是有利的。例如由US-A-5470805可获知适合于烧结板的无铅玻璃，该无铅玻璃基本具有以下成分：SiO2 60-72；Al2O3 1-5；Li2O 0.5-1.5；Na2O 5-9；K2O 3-7；MgO 1-2；CaO 1-3；SrO 1-5；BaO 7-11；其余占＜0.5％重量。这种玻璃具有约11*10-6K-1的在25和480EC之间的线性热膨胀系数，约为460℃的应变点和约680℃的软化点。该玻璃非常适合于与电流导体和例如镍铁合金的金属管结合使用。用于泡壳的相应的无铅玻璃基本具有以下成分：SiO2 68-74；Al2O3 1-2.5；Na2O 12-18；K2O 0.7-1.2；MgO 3-4.5；CaO 6-8；其余占＜0.5％重量。这种玻璃具有约11*10-6K-1的在25和520EC之间的线性热膨胀系数，约为500℃的应变点和约700℃的软化点。另一方面，泡壳和烧结板可以由硬玻璃或石英玻璃制成，特别是如果填充气体包括卤素或卤素化合物的话。
当烧结板在其背对泡壳的表面处为平面时是有利的。该表面可以抵靠着支持件例如支座而安装，并因此是用于起白炽体位置的基准作用的合适表面。在一个优选实施例中，面对白炽体的烧结板表面具有一中心升高部，在灯制造期间该表面起相对于烧结板将泡壳对中的作用，但它对于将先前成形的搪瓷材料环定位也是有用的。
在一个优选实施例中，烧结玻璃板面对泡壳的表面比背对泡壳的表面宽。这样烧结玻璃板有一锥形的侧面，并因此当灯被放入支持件时可以自定位。
根据本发明的白炽电灯一般消耗约3-25W的功率。一般灯的电压在6-30V的范围内，例如13.5或24V。对于18lm/W的发光效率，灯可以具有至少2000h的有用寿命。
附图说明
根据本发明的白炽电灯的实施例示于附图中，其中：
图1示出了灯的侧视图；
图2以放大的比例示出了没有涂层的灯的侧视图；
图3示出了沿图2的III线看去的烧结板；以及
图4示出了灯的发光亮度分布。
具体实施方式
在图1和2中，白炽电灯具有玻璃制的烧结板1，该板1以气密方式与穿过所述板的电流导体2和金属管3相连。白炽体4与电流导体2相连，并处于相对于烧结板1预先确定的位置上。玻璃泡壳5设置在白炽体4上方，并通过搪瓷6以气密方式与烧结板相连。在泡壳5中存在压强至少为1巴的填充气体。金属管3具有在泡壳5外的气密密封部30。
烧结板1由第一种玻璃制成，该玻璃具有与泡壳5的第二种玻璃的线性热膨胀系数相应的线性热膨胀系数，第一种和第二种玻璃具有11*10-6K-1的线性热膨胀系数。在附图中，烧结板1的玻璃成分基本上为：SiO2 67.59；Al2O3 3.56；Li2O 1.27；Na2O 7.38；K2O 4.88；MgO 1.24；CaO 1.89；SrO 3.04；BaO 8.81；CeO2 0.12；SO3 0.17；其余占0.05％重量。该玻璃的应变点和软化点分别为455℃和675℃。泡壳的玻璃成分基本上为：SiO2 71.07；Al2O3 1.75；Na2O 15.42；K2O 0.91；MgO 3.68；CaO 6.90；Fe2O3 0.08；TiO2 0.08；SO3 0.08；其余占0.03％重量。该玻璃的应变点和软化点分别为505℃和705℃。泡壳5的玻璃和烧结板1的玻璃至少基本上是不含铅的。
填充气体的压强在室温下为2-15巴，一般为2-8巴，特别地可以为3-5巴的压强，并且包括Xe、Kr或其混合物，在图中氪达到5巴的压强。填充气体可以包括少量体积百分比的N2，并且可以有卤素或卤素化合物。
水蒸气吸气剂20在附图中以两个电流导体2上的涂层形式存在于泡壳5中。吸气剂由ZrAl的粉末涂层形成，但另一方面它可以是包括例如ZrPd的涂层。
金属管3的密封部30是被固化的熔融金属，在图中为来源于由放电电弧熔化的管3的一端的液滴。
在图2中因为利用激光使电流导体2的第二部分23局部融化，从而白炽体4通过固化的熔融金属21与电流导体2相连，。
在附图中，电流导体2各有一位于烧结板1附近的导体的第一部分22和第二部分23之间的焊接部，该第一部分22由第一金属制成，例如镍-铁-铬合金，并穿过烧结板1进入泡壳5，该第二部分23由第二金属制成，并朝着白炽体4延伸。在图2中，第二部分由Mo制成，但另一方面它可以由例如MnNi制成。通过对头焊接该两部分接合在一起。
泡壳5有一具有曲率中心51并借助于搪瓷6经由圆柱形部分52而与烧结板1相连的球形端部50。白炽体4围绕该曲率中心51，并被垂直于烧结板1而定位，使之与泡壳5的轴54重合。
图1中，圆柱形部分52以及泡壳5的球形端部50的邻接部分具有白涂层53。在图中该涂层是通过涂覆TiO2的浆液或者替换地通过涂覆ZrO2的浆液而获得的。
还可参见图3，烧结板1具有凸出到泡壳5以外的非圆形的边缘10。该边缘10有彼此相对的平直侧边11。烧结板在其面对泡壳5的表面13上有一将泡壳5对中的中心升高部12。烧结板1背对泡壳5的表面14比表面13窄，从而使烧结板1具有圆锥形的侧表面，并且当灯被放置在支持件中或抵靠着支座而放置时可以自定位。白炽体相对于烧结板1的背对泡壳5的表面14而被垂直地对准，并且沿着与烧结板1平行的方向相对于平直侧边11而被对准。
就精确性、寿命和流明保持性，以及就高可靠的气密性而言，该灯是高质量的。此外，它非常紧凑，最大直径约为16mm，并且从泡壳到烧结板外侧的距离少于20mm。
在图4中，曲线a代表具有透明泡壳的15W灯的光亮度分布，曲线b代表同一灯的光亮度分布，但在外部设置了如图1中所示的漫反射ZrO2层。在测量期间灯位于所示出的位置，使白炽体位于图的中心。
曲线a显示出具有透明泡壳的灯向前斜射的光与向后斜射的光几乎同样多，而向后斜射的光通常是没有用的。在正前方向上灯只具有约为4cd的低发光亮度这一点也很明显。
从曲线b显然可以看出进行了涂覆的灯在涂层的范围内基本上不再向后辐射光。几乎所有的光被倾斜地向前辐射，其中特别是那些沿着更向前的方向的光辐射是依靠涂层获得的。在正前方向上亮度提高到12cd。

Claims (12)

1.一种白炽电灯，包括：
成形玻璃板(1)，该板以气密方式与穿过该板而延伸的电流导体(2)和金属管(3)相连；
白炽体(4)，相对于成形玻璃板(1)处于一个预定的位置，并与电流导体(2)相连；
玻璃泡壳(5)，包围白炽体(4)，以气密方式通过搪瓷(6)与成形玻璃板(1)相连；
填充气体，在泡壳(5)内具有至少为1巴的压强；
所述金属管(3)具有位于泡壳(5)外的气密密封部(30)，
其特征在于，成形玻璃板(1)是由第一种玻璃制成的烧结体，而泡壳(5)由第二种玻璃制成，第一种玻璃和第二种玻璃在各玻璃的应变点以下的温度范围内具有最多相差0.7*10-6K-1的热膨胀系数。
2.如权利要求1所述的白炽电灯，其特征在于，填充气体在室温下具有2到15巴的压强，并包括选自由Xe、Kr、Xe-Kr、Xe-N2、Kr-N2、和Xe-Kr-N2组成的组的气体。
3.如权利要求2所述的白炽电灯，其特征在于，在泡壳(5)中存在水蒸气吸气剂(20)。
4.如权利要求3所述的白炽电灯，其特征在于，水蒸气吸气剂(20)是在至少一个电流导体(2)上的涂层。
5.如权利要求1、2或3所述的白炽电灯，其特征在于，金属管(3)的密封部(30)是固化的熔融金属。
6.如权利要求1、2或3所述的白炽电灯，其特征在于，白炽体(4)借助于固化的熔融金属(21)与电流导体(2)相连。
7.如权利要求6所述的白炽电灯，其特征在于，电流导体(2)各有一个位于成形玻璃板(1)附近的第一导体部分(22)和第二部分(23)之间的焊接部，该第一导体部分(22)由第一种金属制成，并穿过成形玻璃板(1)进入泡壳(5)，该第二部分(23)由第二种金属制成，并朝着白炽体(4)延伸。
8.如权利要求1、2或3所述的白炽电灯，其特征在于，泡壳有一具有曲率中心(51)并借助于搪瓷(6)经由一圆柱形部分(52)而与成形玻璃板(1)相连的球形端部(50)，白炽体(4)围绕该曲率中心(51)。
9.如权利要求8所述的白炽电灯，其特征在于，圆柱形部分(52)以及端部(50)的邻接部分具有白涂层(53)。
10.如权利要求1、2或3所述的白炽电灯，其特征在于，成形玻璃板(1)具有凸出到泡壳(5)以外的非圆形边缘(10)。
11.如权利要求10所述的白炽电灯，其特征在于，该边缘(10)具有彼此相对的平直侧边(11)。
12.如权利要求10所述的白炽电灯，其特征在于，成形玻璃板(1)面对泡壳(5)的表面(13)比背对泡壳(5)的表面(14)宽。
13.如权利要求1所述的白炽电灯，其特征在于，泡壳(5)和成形玻璃板(1)的玻璃至少基本上不含铅。
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