DE19603301C2 - Elektrische Lampe mit Molybdänfoliendurchführungen für ein Lampengefäß aus Quarzglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit einem Lampengefäß aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Lampengefäße aus Quarzglas besitzen üblicherweise mindestens zwei Mo­ lybdänfoliendurchführungen, die erstens einen gasdichten Verschluß des Lampengefäßes gewährleisten und zweitens die elektrische Spannungsver­ sorgung des im Innenraum des Lampengefäßes angeordneten Leuchtmittels ermöglichen. Da sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas und Molybdän sehr stark unterscheiden (a_Quarz = 0,5 . 10⁶ K^-1, a_Molybdän = 5,8 . 10⁶ K^-1), kann ein beständiger gasdichter Verbund dieser beiden Materialien nur bei bestimmten Geometrien des Molybdänquarzglasver­ bundes erzielt werden. Üblicherweise werden für die Molybdänfoliendurch­ führungen in Lampengefäßen aus Quarzglas dünne Molybdänfolien, deren Dicke ca. 15 µm bis 100 µm beträgt, verwendet. In der Breite und der Länge messen diese Molybdänfolien mehrere Millimeter oder sogar Zentimeter. Wegen der geringen Dicke der Molybdänfolien ist deren Schrumpfung senk­ recht zur Folienebene in der dem Einschmelzungsprozeß folgenden Abküh­ lungsphase vernachlässigbar gering. In Längs- und Querrichtung schrump­ fen die Molybdänfolien während der Abkühlungsphase allerdings wesent­ lich stärker als das sie umschließende Quarzglas, so daß in dem Molybdän- Quarzglas-Verbund enorme mechanische Spannungen auftreten, die bei un­ genügender Duktilität des Molybdäns zum Zerreißen der Molybdänfolien führen können. Die ausreichende Duktilität des Molybdäns wird üblicherweise durch eine Dotierung der Molybdänfolien mit Kalium und Silizium gewährleistet. Um eine gute Haftung zwischen Molybdänfolie und Quarzglas zu erzielen, wird die Oberfläche der Molybdänfolie in der Regel durch Ätzen oder Sandstrahlen aufgerauht. Außerdem sind zu diesem Zweck die Molybdänfolien im Querschnitt lanzettförmig ausgebildet.

Die DE 40 02 973 A1 beschreibt Molybdänmaterial, insbeson­ dere für die Lampenherstellung, das eine Reinheit von mindestens 99,97 Gewichts­ prozent und als alleiniges Dotiermaterial Aluminium aufweist.

Die DE 40 02 974 A1 offenbart Molybdänmaterial, insbesonde­ re für die Lampenherstellung, das mit Kalium, Silizium und Aluminium dotiert ist, wobei der Aluminiumgehalt, bezogen auf das Gewicht, zwischen 80 und 600 ppm beträgt.

Eine ausführliche Beschreibung von Molybdänfoliendurchführungen in Lampenge­ fäßen aus Quarzglas findet man in der Dissertation von Wolfgang Thouret "Kon­ struktion und Technologie der Hochdruckentladungslampen", Technische Hochschu­ le Karlsruhe, Fakultät für Maschinenwesen, aus dem Jahr 1952. Das Ätzen und Sandstrahlen sowie der lanzettförmige Querschnitt der Molybdänfolien sind auch in der US 4,587,454 offenbart. Die DE 29 47 230 C2 beschreibt Molybdänfolien, die zur Verbesserung der Stromdurchführungen mit Yttriumoxid dotiert sind.

Man unterscheidet die Molybdänfoliendurchführungen in sogenannte Quetschdich­ tungen und in Molybdänfolieneinschmelzungen.

Zur Herstellung einer Quetschdichtung wird das vorgefertigte Lampengestell, das zumindest eine Molybdänfolie und die damit verschweißten inneren und äußeren Stromzuführungen sowie das Leuchtmittel, d. h. Glühwendeln oder Entladungselekt­ roden, umfaßt, in das noch offene Lampengefäß eingeführt, so daß die Molybdänfo­ lie im zu verschließenden Lampengefäßende angeordnet ist. Anschließend wird das offene Ende des Lampengefäßes auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstem­ peratur des Quarzglases erhitzt und mit Hilfe eines Formwerkzeuges, beispielsweise mittels Quetschbacken, dichtgequetscht. Unmittelbar nach dem Quetschvorgang wird die Quetschdichtung durch einen Kühlgasstrom zwangsgekühlt. Die Abkühlungsräte liegt hierbei oberhalb von 100 Kelvin pro Sekunde, typi­ scherweise sogar oberhalb von 250 Kelvin pro Sekunde. Diese rasche Abküh­ lung erzeugt starke mechanische Spannungen in der Quetschdichtung.

Zur Herstellung einer Molybdänfolieneinschmelzung wird das vorgefertigte Lampengestell, das zumindest eine Molybdänfolie und die damit verbunde­ nen inneren und äußeren Stromzuführungen sowie das Leuchtmittel, d. h. Glühwendeln oder Entladungselektroden, umfaßt, in das noch offene Lam­ pengefäß eingeführt, so daß die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien vollständig im Innenraum des Lampengefäßes angeordnet sind. Anschlie­ ßend wird das im Bereich der Molybdänfolie befindliche Quarzglas des Lampengefäßes auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Quarzglases erhitzt, so daß das erweichte Quarzglas an die Molybdänfolie bzw. an die Molybdänfolien anfällt. Nach dem Erkalten bildet das Quarzglas des Lampengefäßes mit der Molybdänfolie bzw. mit den Molybdänfolien einen gasdichten Verbund. Das Erkalten der Molybdänfolieneinschmelzung erfolgt üblicherweise mit vergleichsweise geringer Abkühlungsrate, die un­ terhalb von 100 Kelvin pro Sekunde, typischerweise sogar unterhalb von 50 Kelvin pro Sekunde liegt. Wegen der vergleichsweise langsamen Abküh­ lung treten in der Molybdänfolieneinschmelzung geringere mechanische Spannungen auf, als in der oben beschriebenen Quetschdichtung. Eine der­ artige Molybdänfolieneinschmelzung ist beispielsweise in der EP 0 479 088 B2 offenbart.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Lampe mit einem Lam­ pengefäß aus Quarzglas zu schaffen, das eine verbesserte, als Molybdänfolieneinschmel­ zung ausgebildete Molybdänfoliendurchführung besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkma­ le des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäßen elektrischen Lampen besitzen ein Lampengefäß aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, die Be­ standteil mindestens einer Abdichtung des Lampengefäßes sind. In der mindestens einen Abdichtung ist wenigstens eine Molybdänfolie gasdicht eingeschmolzen. Die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien sind erfin­ dungsgemäß mit Silikaten und/oder Aluminaten und/oder Boraten der Alkali- und/oder Erdalkalielemente sowie mit Silikaten und/oder Alumi­ naten und/oder Boraten eines oder mehrerer Elemente der Gruppen 3b und/oder 4b des Periodensystems der Elemente dotiert. Durch die erfin­ dungsgemäße Dotierung wird das Auftreten von Rissen in der Quetsch­ dichtung, bedingt durch die hohen mechanischen Spannungen im Mo­ lybdän-Quarzglasverbund, verhindert. Der Anteil der Silikate, Aluminate und/ oder Borate der Elemente der Gruppen 3b oder 4b des Periodensy­ stems in der Molybdänfolie bzw. in den Molybdänfolien beträgt 0,01- 1,0 Gewichtsprozent. Als besonders vorteilhaft haben sich Anteile zwischen 0,2 und 0,4 Gewichtsprozent erwiesen. Der Anteil der Alkali- und/oder Er­ dalkalimetalle in der Molybdänfolie bzw. in den Molybdänfolien beträgt vorteilhafterweise 15-150 ppm. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Alkali- und/oder Erdalkalimetallgehalt zwischen 30 ppm und 90 ppm erwiesen. Die derart dotierten Molybdänfolien gewährleisten eine besonders gut halt­ bare Molybdänfolieneinschmelzung in Quarzglas. Die Erfindung kann vor­ teilhafterweise bei Hochdruckentladungslampen mit einem zweiseitig ab­ gedichteten Entladungsgefäß, das zwei angeformte zylindrische Schäfte mit darin eingeschmolzenen Molybdänfolien aufweist, angewendet werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

Bei dem bevorzugten, in der Figur schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiel der Erfindung handelt es sich um eine Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 24000 W. Diese Lampe besitzt ein aus Quarzglas bestehendes Entladungsgefäß 1. Das Entladungs­ gefäß 1 weist einen Entladungsraum 2 und zwei auf einander gegenüberlie­ genden Seiten des Entladungsraumes 2 angeordnete, zylindrische Kolben­ schäfte 3 auf, von denen in der Figur nur einer ausschnittweise und geschnit­ ten abgebildet ist. Zwei Elektroden 4 aus Wolfram erstrecken sich jeweils vom Entladungsraum 2 in einen der Kolbenschäfte 3 und sind dort jeweils mit einer kreisscheibenförmigen Molybdänscheibe 7 verlötet. Mit der Mo­ lybdänscheibe 7 sind vier Molybdänfolien 5 verschweißt, die gleichmäßig entlang der Mantelfläche eines hohlen Quarzglasstabes 8 angeordnet sind. Der hohle Quarzglasstab 8 wurde zusammen mit den Molybdänfolien 5 in das Innere des hohlen Kolbenschaftes 3 eingeführt. Die Molybdänfolien 5 bilden mit dem Quarzglas des Kolbenschaftes 3 und dem Quarzglas des hoh­ len Quarzglasstabes 8 eine gasdichte Einschmelzung. Die im Quarzglas ein­ geschmolzenen Molybdänfolien 5 weisen einen Gehalt an Kaliumsilikat von ca. 70 ppm auf. Die Elektrode 4 ist im Bereich des Kolbenschaftes 3 mit einer Molybdänfolie 6 umwickelt, die aber nicht im Quarzglas eingeschmolzen ist.

Claims (6)

1. Elektrische Lampe mit einem Lampengefäß (1) aus Quarzglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen (3, 5, 8) versehen ist, wobei die Mo­ lybdänfoliendurchführungen (3, 5, 8) Bestandteil zumindest einer Ab­ dichtung (3) des Lampengefäßes (1) sind, und wobei die zumindest ei­ ne Abdichtung (3) wenigstens eine gasdicht darin eingeschmolzene Molybdänfolie (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänfolie bzw. die Molybdän­ folien (5) mit Silikaten und/oder Aluminaten und/oder Boraten der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle sowie mit Silikaten und/oder Aluminaten und/oder Boraten eines oder mehrerer Elemente der Gruppen 3b und/oder 4b des Periodensystems der Elemente dotiert ist bzw. dotiert sind.

2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Alkali- und/oder Erdalkalielemente 15-150 ppm beträgt.

3. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Alkali- und/oder Erdalkalielemente 30-90 ppm beträgt.

4. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Silikate und/oder Aluminate und/oder Borate der Elemen­ te der Gruppen 3b und/oder 4b des Periodensystems der Elemente in der bzw. in den Molybdänfolien (5) 0,01-1,0 Gewichtsprozent beträgt.

5. Elektrische Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Silikate und/oder Aluminate und/oder Borate der Elemen­ te der Gruppen 3b und/oder 4b des Periodensystems der Elemente in der bzw. in den Molybdänfolien (5) 0,2-0,4 Gewichtsprozent beträgt.

6. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Hochdruckentladungslampe ist, deren Entladungsgefäß (1) zumindest eine Molybdänfoliendurchführung (3, 5, 8) aufweist.