DE1589309C3 - Quarzglas-Metalleinschmelzung bei Stromzuführungen für Hochdruckentladungslampen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Quarzglas-Metallein-Schmelzung bei Stromzuführungen für Hochdruckentladungslampen, die eine am offenen Ende mit schneidenartigem Rand versehene Kappe aus schwer schmelzbarem Metall aufweist. Dabei ist das offene Ende der Kappe dem Lampeninnern zugewandt und das geschlossene Ende um eine stabförmige Stromzuführung vakuumdicht angebracht. Die innere Mantelfläche der Kappe verläuft konisch zum schneidenartigen Rand.

Es ist bekannt, bei Entladungslampen, die mit hohen Stromstärken von 20 A bis zu einigen hundert Ampere betrieben werden, statt der für Lampen kleinerer Stromstärken verwendeten Quetscheinschmelzungen mit Molybdänfolie die Einschmelzung eines verhältnismäßig dicken Stromzuführungsstabes aus Wolfram mit Hilfe von Übergangsgläsern vorzunehmen. Es werden dabei ein oder mehrere Übergangsgläser, deren Ausdehnungskoeffizient verschieden ist und zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten des Quarzglases des Entladungsgefäßes und dem des Wolframs liegt, verwendet (DT-PS 11 32 242). Weiterhin sind Ein-Schmelzungen unter Verwendung von Molybdän-Zwischenfolien bekannt, bei denen der Wolframstab zunächst mit einer Kappe aus Molybdän vakuumdicht verbunden und dann die Kappe, deren offenes Ende einen schneidenartigen Rand hat, in das Quarzglas eingeschmolzen wird, indem das Quarzglas innen und außen um den Rand der Kappe angeschmolzen wird. Dabei kann die Kappenöffnung dem Lampeninnern abgewandt (US-PS 25 04 522) oder dem Lampeninnern zugewandt (FR-PS 14 57 739, FR-PS 14 57 741) sein.

Damit das Quarzglas außer an dem durch konischen Verlauf der inneren Mantelfläche schneidenartigen Rand nicht am Metall haften bleibt, werden mehrere an ihren Enden nicht schneidenartig verlaufende Zwi-

schenfolien aus Molybdän zwischen dem Metall und dem Quarzglas angebracht. Damit soll vermieden werden, daß bei Temperaturänderungen die Verbindung an Stellen größeren Metallquerschnittes unsauber und das Quarzglas rissig wird. Außerdem soll durch die Folien ein unnötiger Spielraum zwischen Metall und Quarzglas vermieden werden. Die vakuumfeste Dichtungszone liegt ausschließlich an dem schneidenartigen Kappenrand und nicht an den Folien, da diese keinen schneidenartigen Rand haben und auch nicht beidseitig von angeschmolzenem Quarzglas umgeben sind. Alle diese Einschmelzungen haben aber den großen Nachteil, daß sich bei ihnen ein verhältnismäßig großer Totraum, das heißt ein vom Entladungsgefäß getrennter, aber dagegen nicht vakuumdicht abgeschlossener Raum nicht vermeiden läßt. Dieser zwischen vakuumdichter Durchführung und Stabunterstützungsstelle liegende Raum kann nur sehr langsam oder gar nicht evakuiert werden, was eine laufende Nachdiffusion der Luft aus dem Totraum in den Entladungsraum oder des Gases vom Entladungsraum in den Totraum bei der fertigen Lampe zur Folge hat.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Quarzglas-Metalleinschmelzung bei Stromzuführungen für Hochdruckentladungslampen zu schaffen, die annähernd totraumfrei, für hohe Strombelastbarkeit ausgelegt und bei verhältnismäßig geringer Länge mechanisch druckentlastet und stabil ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Quarzglas-Metalleinschmelzung bei Stromzuführungen für Hochdruckentladungslampen, die eine am offenen Ende mit schneidenartigem Rand versehene Kappe aus schwer schmelzbarem Metall aufweist, wobei das offene Ende der Kappe dem Lampeninnern zugewandt und das geschlossene Ende um eine stabförmige Stromzuführung vakuumdicht angebracht ist und die innere Mantelfläche der Kappe konisch zum schneidenartigen Rand verläuft, dadurch gelöst, daß auch die äußere Mantelfläche der Kappe konisch bis zu Folienstärke zum schneidenartigen Rand hin verläuft, die Kappe mit ihrer inneren konischen Fläche auf einer eingeschobenen, an ihrem Ende mit derselben Steigung konisch geformten Quarzglaskapillare aufsitzt, wobei das Kapillarrohrende den inneren Kappenboden nicht berührt, und die äußere konische Mantelfläche von einem nach Erhitzen auf Erweichungstemperatur aufgefallenen, mit der Kapillare verschmolzenen Quarzglasrohr unmittelbar, ohne zwischengelegte Folie umhüllt ist, derart, daß eine vakuumdichte Verbindung zwischen Kapillare und Kappe sowie Kappe und Außenrohr besteht, wobei sich die vakuumdichte Verschmelzzone an der Innenmantelfläche der Kappe und über einen verhältnismäßig langen Bereich am schneidenartigen äußeren Kappenrand erstreckt und die gesamte Einschmelzung annähernd totraumfrei ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Tiefe der Kappenöffnung mindestens so groß wie der Durchmesser der Kappe, vorzugsweise etwa gleich groß, ist. Wichtig ist der Verlauf des Querschnitts des Kappenmantels, das heißt die Steigung des inneren und äußeren Konus und die Stärke des oberen Kappenrandes. Die Steigung des inneren und die des äußeren Konus sollen sich gemäß der Erfindung um 0,5° unterscheiden.

In den Fig. la und Ib, 2 und 3a bis 3c sind f»5 verschiedene Ausführungsbeispiele der Quarzglas-Metalleinschmelzung nach der Erfindung, teilweise in schematischer Darstellung, wiedergegeben.

Die Fig. la und Ib zeigen die Ausführung eines Lampenfußes. In der F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Kappe dargestellt. Die Fig.3a bis 3c zeigen die Einschmelzung in Verbindung mit einer Entladungslampe. . .

Die Fig. la zeigt einen Längsschnitt durch die Quarzglas-Metalleinschmelzung vor dem Zusammenschmelzen der einzelnen Teile miteinander. Die stabförmige Stromzuführung 1 aus Wolfram ist mit der Kappe 2 aus einem tiefgezogenen Molybdänblechnäpfchen im Kappenhals vakuumdicht verbunden, vorzugsweise durch Lichtbogenschweißung. Die über den Wolframstab 1 geschobene Quarzglaskapillare 3 ist an ihrem der Kappenöffnung zugewandten Ende derart konisch geformt, daß sie straff sitzend in die ebenfalls innen konische Kappe 2 mit einer Schlupftiefe von etwa 3 bis 4 mm geschoben werden kann. Die am Kappenhals befindliche Außenfläche 4 weist zum Abfangen von Zug- und Drehkräften Verformungen wie Nuten, Dellen, Kerben oder Facetten auf.. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem abgeschlossenen evakuierten Quarzglasrohr 5. In der Fig. Ib ist die fertige Quarzglas-Metalleinschmeizung dargestellt. Beim Erhitzen der in Fi g. 1 a dargestellten Einzelteile in vertikaler Stellung bis zum Glühbeginn der Metallteile hat sich die Metallkappe 2 so ausgedehnt, daß sich die Quarzglaskapillare 3 in die Kappe 2 hineingeschoben bzw. sich die Kappe 2 auf die Quarzglaskapillare 3 aufgeschoben hat. Beim Abkühlen legt sich die Kappe an die Quarzglaskapillare fest an. Durch die Steigung der konischen Flächen von Kapillare 3 und Kappe 2 wird dabei eine nicht erwünschte Berührung von dem Kapillarende mit dem Kappenboden verhindert. Das beim Erhitzen erweichte Quarzglasrohr 5 ist mit der Kapillare 3 verschmolzen und auf die äußere Kappenfläche aufgefallen. Zur Fertigstellung des Fußes wird das Quarzglasrohr an den Stellen 6 und 7 abgetrennt Die Dichtungszone liegt an den mit Pfeilen bezeichneten Stellen, das heißt also an dem oberen äußeren Kappenrand und an der gesamten inneren Mantelfläche der Kappe. Die äußere Zone ist 5 bis 7 mm, die innere Dichtungszone etwa 18 mm lang. Die große Länge der inneren Dichtungszone wird dadurch erreicht, daß das mit demselben Konus wie die innere Mantelfläche der Kappe verlaufende Ende der Quarzglaskapillare beim Einschieben eng an die Kappe angepreßt wird und das Kappeninnere vollständig ausfüllt.

In der F i g. 2 ist eine besondere Ausführung der Kappe 2 dargestellt. Diese Kappe ist im Gegensatz zu der in den Fig. la und Ib dargestellten aus einem geschlossenen, vorzugsweise gewalzten Molybdänkörper gearbeitet; der Kappenhals 8 ist verlängert und innen ausgebohrt, so daß der Stromzuführungsstab 1 von der offenen Kappenseite her in den Kappenhals eingeführt, vorzugsweise eingepreßt, und vom Kappenhals gehalten wird. Die Bohrung kann auch mit einem Gewinde zum Einschrauben des Stromzuführungsstabes versehen sein. Die Mantelfläche 9 des offenen Kappenendes verläuft beidseitig zum Außenrand hin konisch. Der obere Rand ist nach dem Schleifen und Ätzen der Flächen nur noch 8 bis ΙΟμηι stark. Die Länge der gesamten Kappe richtet sich nach dem Kappendurchmesser und der Art der Verbindung mit dem Anschlußkabel, vorzugsweise beträgt die gesamte Kappenlänge etwa 30 bis 100 mm, die Tiefe der Kappenöffnung ist ungefähr 20 mm, der Durchmesser der Kappe etwa 17 bis 18 mm. Die Länge des auf Folienstärke abgeätzten Kappenrandes 10 beträgt etwa

10 mm. Die Differenz der Steigung des inneren und des äußeren Konus der Kappenmantelfläche beträgt 0,5°. Das geschlossene, verlängerte Kappenende 11 ist mit einem Außengewinde versehen, so daß das mit der Stromquelle verbundene Anschlußkabel direkt an die Kappe angeschraubt werden kann.

In der Fig.3a ist der fertig montierte, mit der Elektrode 12 versehene Lampenfuß dargestellt, wobei die Quarzglaskapillare 3 an ihrem der Kappe 2 abgewandten Ende abgeschrägt ist. F i g. 3b zeigt den bis zum Anliegen des Kapillarendes an die Gefäßwand in den Kolbenhals 13 des Entladungsgefäßes 14 eingeschobenen Lampenfuß. Bei 15 beginnt der Anschmelzvorgang. F i g. 3c zeigt die fertige Einschmelzung. Eventuell wird vor dem Erweichen und Auffallenlassen des Kolbenhalses 13 noch ein Quarzglas-Rohrstück auf den Kappenhals 8 aufgeschoben, so daß sich die Einschmelzung an dieser Stelle nicht verjüngt, sondern gleichmäßig zylindrisch verläuft.

Die Quarzglas-Metalleinschmelzung gemäß der Erfindung ist auch für sehr hohe Strombelastungen, beispielsweise von 200 A und mehr geeignet. Eine Foliendurchführung ist bei so hohen Stromstärken nicht mehr diskutabel. Stabdurchführungen mit Zwischengläsern sind bei den für solche Stromstärken erforderlichen Stabdurchmessern von 6 mm und mehr kompliziert in ihrer Herstellung. Ein weiterer Vorteil gegenüber den bisher verwendeten Einschmelzungen liegt darin, daß der Lampenfuß bei vergleichbaren Strombelastungen merkbar kürzer gehalten werden kann.

Durch die besondere Ausbildung und die Herstellungsmethode der Kappe wird es ermöglicht, ohne jegliche Zwischenfolie das Quarzglas mit dem Metall sicher zu verschmelzen. Durch Wegfall der Folie wird vermieden, daß Gas aus der Lampe unter die Folie gelangt und dort schädliche Druckeinwirkungen ausüben kann. Außerdem wird durch den Wegfall der Zwischenfolie bei der erfindungsgemäßen Quarzglas-Metalleinschmelzung die Dichtungszone wesentlich

ίο vergrößert. Selbst eine geringfügige Gasmenge, die entlang dem Stromzuführungsstab diffundieren könnte, würde sich bei der erfindungsgemäßen Einschmelzung nicht schädlich auswirken, da der Druck gegen die Kapillare gerichtet wäre und diese gegen die Kappe drücken würde. Dadurch, daß die Kappe im wesentlichen vom Quarzglas ausgefüllt ist, ist der Totraum bei der Einschmelzung vernachlässigbar klein.

Mit der Erfindung liegt eine Einschmelzung vor, die außer den obengenannten Vorteilen der hohen Strombelastbarkeit, des vernachlässigbar kleinen Totraumes, der verhältnismäßig geringen Länge mechanisch druckentlastet und stabil ist. Durch den Wegfall von Lötstellen werden die bei hohen Temperaturen an den Lötstellen oft austretenden Schäden vermieden. Infolge der Möglichkeit, das Anschlußkabel direkt an die Kappe oder den Stromzuführungsstab anzuschrauben, also ohne Verwendung eines Sockels, wird jeglicher Wärmestau beim Betrieb der Lampe verhindert. Die Einschmelzung gemäß der Erfindung eignet sich auch für maschinelle Herstellungsverfahren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Quarzglas-Metalleinschmelzung bei Stromzuführungen für Hochdruckentladungslampen, die eine am offenen Ende mit schneidenartigem Rand versehene Kappe aus schwer schmelzbarem Metall aufweist, wobei das offene Ende der Kappe dem Lampeninnern zugewandt und das geschlossene Ende um eine stabförmige Stromzuführung vakuumdicht angebracht ist und die innere Mantelfläche der Kappe konisch zum schneidenartigen Rand verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß auch die äußere Mantelfläche (9) der Kappe (2) konisch bis zu Folienstärke zum schneidenartigen Rand (10) hin verläuft, die Kappe (2) mit ihrer inneren konischen Fläche auf einer eingeschobenen, an ihrem Ende mit derselben Steigung konisch geformten Quarzglaskapillare (3) aufsitzt, wobei das Kapillarrohrende den inneren Kappenboden nicht berührt, und die äußere konische Mantelfläche (9) von einem nach Erhitzen auf Erweichungstemperatur aufgefallenen, mit der Kapillare (3) verschmolzenenen Quarzglasrohr unmittelbar, ohne zwischengelegte Folie umhüllt ist, derart, daß eine vakuumdichte Verbindung zwischen Kapillare (3) und Kappe (2) sowie Kappe (2) und Außenrohr (5) besteht, wobei sich die vakuumdichte Verschmelzzone an der Innenmantelfläche' der Kappe (2) und über einen verhältnismäßig langen Bereich am schneidenartigen äußeren Kappenrand (10) erstreckt und die gesamte Einschmelzung annähernd totraumfrei ist.

2. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kappenöffnung mindestens so groß wie der Durchmesser der Kappe ist.

3. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kappenöffnung etwa gleich groß wie der Durchmesser der Kappe ist. ·.· .

4. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des inneren Konus und die des äußeren Konus des Kappenmantels (9) sich um 0,5° unterscheiden.

5. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (2) aus einem tiefgezogenen Molybdänblechnäpfchen besteht.

6. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsstab (1) aus Wolfram mit der Kappe (2) lichtbogenverschweißt ist.

7. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (2) aus einem geschlossenen Molybdänkörper gearbeitet und der Stromzuführungsstab (1) von der offenen Kappenseite her in den Kappenhals (8) eingeführt und vom Kappenhals (8) gehalten ist.

8. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene, verlängerte Kappenende (11) mit einem Außengewinde versehen ist und als Schraubanschluß für das Anschlußkabel dient.

9. Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (4) des Kappenhalses (8) Verformungen, vorzugsweise Nuten, Dellen, Kerben, Facetten aufweist.

10. Verfahren zur Herstellung der Quarzglas-Metalleinschmelzung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (9) der Kappe (2) beidseitig durch Schleifen konisch geformt und die Flächen innen und außen zusätzlich geätzt werden, der Stromzuführungsstab (1) aus Wolfram mit der Kappe (2) vakuumdicht verbunden wird, eine an ihrem einen Ende mit derselben Steigung wie die Kappe (2) konisch" geformte Quarzglaskapillare (3) über den Stromzuführungsstab (1) in die Kappe (2) straff sitzend und diese teilweise ausfüllend eingeschoben wird, der gesamte Aufbau in den Kolbenhals (13) eines Entladungsgefäßes (14) aus Quarzglas geschoben, die Anordnung evakuiert und anschließend in vertikaler Stellung erhitzt wird, bis der Metallaufbau zu glühen anfängt, die Kapillare (3) sich in die sich ausdehnende Molybdänkappe (2) vorschiebt bzw. sich die Molybdänkappe (2) auf die Kapillare (3) weiter aufschiebt, ohne daß eine Berührung von Kapillarende und Kappenboden stattfindet, der Wolframstab (1) sich ausdehnt, das bis zur Erweichung erhitzte Quarzglasaußenrohr (13) gegen die Molybdänkappe (2) anfällt und mit der Quarzglaskapillare (3) verschmilzt, so daß sich die Dichtungszone über den schneidenartigen äußeren Kappenrand (10) und über die Innenfläche des Kappenmantels (9) erstreckt, und das Außenrohr (13) an der oder den entsprechenden Stellen (15) abgetrennt wird.