CN1005599B - 高压气体放电灯 - Google Patents

Abstract

根据本发明的高压气体放电灯包括有电极，电极包括主要为钨的棒２４，和在棒的顶端附近的主要为钨的螺旋线圈（２６）。该线圈有第一层线圈（２７、３７），该第一层和第二层线圈（２８，３８）为一整体。线圈（３８）是以导线有带扭曲的情况下缠绕在线圈（３７）上的，线圈（３７）也同样以导线有扭曲的情况下而绕成的。线圈（３７、３８）中的导线的扭曲方向与线圈（３７，３８）绕棒２４延伸的方向相同。其结果，这些线圈（３７、３８）被牢固地绕在它们的基体上（分别为２４和２４、３７），从而使线圈（２６）固定。

Description

高压气体放电灯

本发明涉及一种高压气体放电灯，它包括一半透明灯管，该灯管用真空密封方式进行密封，充有可电离的气体，并有伸入到灯管内的电极，这些电极被连接到供电导体，供电导体通过灯管的壁延伸到外部，这些电极的每一个都包括一根主要为钨的棒，在该棒伸入到灯管内部的顶端附近有一主要为钨的导线的螺旋形线圈，线圈的第一层为围绕在钨棒四周围，它的第二层围绕着第一层，该线圈被固定在钨棒上，并且线圈的导线具有带端面的端头。

从美国专利3，170，081中可以知道这种类型的电灯。

绕在电极棒上的线圈，完全是为了达到在电极上得到一满意的温度变化的目的，另外还用以保持电子发射材料。

在大多数情况下，为了将线圈固定在电极棒上，需要在热状态下使线圈的一圈变形，或保证该圈线圈被卡在电极棒上，或将线圈焊在棒上。

在根据上面所述的美国专利3，170，081中的电灯中，线圈的第一层为一整体，它以与电极棒的四周围之间有一定间隙下套在其上并固定在其上，而线圈的另一层是一分离体，它可滑动地围绕在第一层的周围。为了固定线圈的第二层，线圈的第一层在其离电极棒所述顶端的较远的一端有一凸出的导线部分，线圈的另一层在其相应的一端有一向电极棒弯曲的导线部分。这种电极结构使制造该电极和灯变得困难。

本发明的目的是为了提供一种本文开头所提及的那种类型的高压气体放电灯，它的电极有一简单的结构，因此它可以容易地制造出来，然而，其线圈仍然牢固地固定在电极棒上。

根据本发明，在本文开始段落所叙述的那种高压气体放电灯中，这个目的是通过以下方法来实现的，即线圈的第一层与线圈的第二层是一整体，线圈的第二层在其导线被扭曲的情况下绕在第一线圈的四周围，而该第一层线圈也以同样方式带扭曲地缠绕;并且每一圈有扭曲的导线中的扭曲方向与有关线圈绕电极棒延伸的方向相同。

与由分离制造的实体组装而成的美国专利3，170，081中的电极形成对照，根据本发明的灯的电极，是通过以电极棒本身作为缠绕芯棒，在电极棒上缠绕线圈制造而成的。在电极的制造过程中，组装步骤因而被省略了，当电极棒和线圈又小又脆弱的情况下，就省去装配步骤而言，就有它特殊的优越性了。此外，一个用于固定线圈的单独的步骤也被省略。尽管如此，该电极的线圈仍可以牢固地被固定。

下面说明电极棒上线圈的固定。当一根导线绕着一芯棒（电极棒）缠绕时，该导线的线圈倾向于有一较大的直径，在圆形芯棒的情况下，这种较大的线圈直径的得到，其实是由于导线会沿着芯棒切向移动。如果第二层线圈缠绕的方向与第一层相同，则这种情况同样适用于位于在第一层线圈上面的第二层线圈。在这种情况下，第一层绕于其上的电极棒和第一层一起所形成的“芯棒”也是圆形的。当线圈的第二层以与第一层相反的方向缠绕时，该“芯棒”就不是一个完好的圆形，这是因为这第二层线圈的线匝每次必须跳过第一层的线匝，但是“芯棒”的非圆性是很小的。该圆度偏差只有导线直径的几分之一的大小，而“芯棒”的直径相比之下是很大的，即等于线圈绕于其上的电极棒的直径再加上两个导线直径。由于是这种很小的非圆性，在这种情况下的导线也有会有切向移动的倾向，其结果是导致线圈有一较大的直径以及各层线圈成为分离的。

本发明是基于认识到这一事实，即如果第二层是绷的很紧地绕在第一层上面时，被第一层线圈所围绕的棒的“非圆性”对于以与第一层线圈相反的方向缠绕在第一层线圈上的第二线圈来说，已大到足以用来防止导线切向的移动。当线圈的第一层是绷紧地绕在电极棒上并与线圈的第二层构成一整体时，绕在电极棒上的线圈就被固定在这个棒上。那时被第二层线圈所围绕的第一层线圈，事实上并不能由于切向移动而脱开。然而，为了能够如此绷紧地缠绕线圈而达到这样的一个固定作用，在导线上要加以很大的缠绕力，其结果在缠绕期间导线易发生断开。

本发明还基于认识到这样的事实的，即假如在缠绕中，导线以正确的方向扭曲，则在导线中可用一大大小于使导线断开的力的拉力来缠绕，而将线圈固定在电极棒上。

在导线中有扭曲的情况下，缠绕之后的导线会以一种使扭应力减小的方式变形。在以正确的方向扭曲的情况下，这种变形将导致线圈有一较大的相对距离，使得那些线圈更绷紧地围绕在“线圈芯棒”上。对于线圈的第一层来说，“线圈芯棒”是电极棒，而对于线圈的第二层来说，该芯棒是电极棒加上第一层线圈。

在绕制线圈过程中和绕制之后，假如某一圈的导线中的扭曲方向与有关的线圈绕电极棒延伸的方向相同，则此时导线中的扭曲方向为正确的方向，这些术语将在下面加以解释。

线圈绕电极棒延伸的方向是通过沿着电极棒的中心轴观察一层中，第一圈到该层中的最后一圈来确定的。因此线圈的一圈（导线）可以顺时针方向（向右）弯曲或者以逆时针方向（向左）弯曲绕在棒上。

在缠绕过程中（和之后）导线的扭曲方向是通过沿着导线的轴线到电极棒观察来决定的。于是导线可以围绕其轴以顺时针方向（向右）或逆时针方向（向左）扭曲接近观察者。由于实际上主要为钨的导线是由一较粗的导线通过拉模拉制而得到的，这种导线在它的表面上有拉制槽纹，这些拉制槽纹沿导线的轴向延伸。在扭曲了的导线的情况下，拉制槽纹与导线的轴向成一个角度延伸。在导线的扭曲为顺时针方向的情况下，拉制槽纹以逆时针方向离开所述的观察导线扭曲的观察者而去。

本发明的电灯电极除了有不需要由易损零件来组装，和在制造过程中，无需一单独的固定步骤的优点以外，本电极还有优点为：在电极棒和它的线圈之间有一良好的和可重复的热接触。

在导线内产生的扭曲的程度与把线圈固定在电极棒上所施加的要求有关。然而，在特殊情况下，少量实验中可以容易地确定所述的扭曲程度。需要注意的是，假如给于线圈的第一层的每一圈一较小的扭曲，那么在线圈的第二层内，每个圈的扭曲稍微大一点是较理想的，这是因为第二层是比第一层缠绕在一个更大一些的“芯棒”上的。

假如电极棒的线圈导线端有一拉断面，则该电极以及该高压气体放电灯可以更容易地制造。这种拉断面是这样获得的，即在完成螺旋形地缠绕线圈之后，将没有螺旋形缠绕的剩余导线部分从线圈上拉扯下来，于是导线就在与电极棒脱离接触的区域处被拉断。

拉断面有一明显特征，结果使那些本技术领域里的技术人员能很容易地识别出来。他们有一粗糙表面，该表面由于其粗糙所以是钝的。而且他们还没有例如由切割、夹断、剪切或磨削工具在分离表面内或分离表面处留下的槽纹或者毛刺那样的痕迹。

当拉断时，导线受到一个使其产生一塑性变形的力。在拉断面附近导线直径通常减小。当导线在缠绕以前，为了拉直的目的而在一个高的温度，例如在800到850℃中处理过，那么导线直径在断面处比其他地方要小的程度要大些。塑性变形的另一结果是该导线至少基本上随着它所缠绕“芯棒”的表面一直缠绕到拉断面为止，并且该导线不会或基本上不会突出于线圈的外廓。

在电极棒上缠绕线圈的制作过程中，用夹子卡住导线开头部分;一旦缠绕完毕，该开头部分则可用将它从线圈上拉断等相应的方法予以处理。

具有至少在第二层线圈的导线末端带有一拉断面的线圈的电极，有一优点，即易于制造而无需使用任何工具去剪断、夹断、磨削或切断，在这些操作中常常要形成毛刺。况且用这些工具不能很接近电极，如果线圈不应当被损坏的话更是如此，因此在夹断、剪断、磨削或切剪中，线圈端头就突出于线圈外廓之外。这可以说是一缺点。

根据本发明的灯，可以是具有例如为（多晶）氧化铝或（单晶）兰宝石陶瓷灯管的高压钠灯，或一含有金属卤化物以及包括一陶瓷或石英玻璃灯管的高压汞放电灯。

应当注意，英国专利说明书2，043，331（GE1982年10月1日）公开了一种用于放电灯的电极，该电极棒有一单层的螺旋线圈。线圈由比较粗的钨导线做成，在较粗的钨导线本身上又以较大间距缠绕有较细的钨丝导线。细导线被用作为粗导线圈相互间的分隔器，又起粗导线和电极棒之间的隔离作用。因此得到一相当松疏的线圈。对于这种电极，线圈先单独制造，然后拧旋在电极棒上。

所述已知电极的粗导线的线圈中也可有扭曲的情况，然而，这种扭曲并不用于将线圈固定在电极棒上，并且也不能用于这个目的。事实上，这种扭曲与本发明灯电极中的扭曲有相反的取向，由于这种反向取向，线圈的各圈并不倾向于相互离开，也并不倾向于被绷紧地绕在芯棒上（如根据本发明的灯），而且他们倾向于相互间被横向地紧紧地压在一起，并倾向与芯棒分离，其结果，即使导线没有被电极棒所支撑，该绕圈线也有一高的刚度。在本发明中的灯中，这样一种扭曲仅将导致线圈松松地安置在电极棒上。

按照本发明的灯的实施例示于附图，其中：

图1是一带有电极略图的高压钠放电灯的展开了的侧视图;

图2是带有电极略图的高压汞放电灯的一纵向剖面图;

图3是一电极的侧视图。

如图1所示的高压钠放电灯有一主要是氧化铝的半透明灯管1，该灯管采用真空密封方式进行密封，并充有可电离的钠、汞和氙。电极2伸进灯管1中并和供电导体3连接，该供电导体通过灯管壁延伸到外部。每个电极2包括一主要为钨的棒4，该钨棒4在它的伸入灯管内部的顶端5处有一主要为钨导线的螺旋线圈6。螺旋线圈6的一层绕在棒4上，与第一层成一整体的第二层被安排成包围在线圈第一层的四周围。线圈6被固定在棒4上。放电灯管1被放在一外泡7内，外泡7以真空密封方法进行密封，并且有一灯头8。参考图3将对电极进行更充分的描述。

图2所示的高压汞放电灯有一石英玻璃灯管11，该灯管采用真空密封方式进行密封，并充有可电离的氩、汞、钠的、钪的和铊的碘化物。与延伸到灯管11外的供电导体13a和13b相连接的电极12延伸进灯管11。每个电极包括一主要为钨的电极棒14，该钨棒在它的伸入灯管11里面的顶端附近有一主要为钨导线的螺旋线圈16。螺旋线圈16的第一层绕在棒14上，另一层被设置成包围在第一层的四周，以致与其成为一整体。线圈16被固定在棒14上。参阅图3将对电极12进行更充分的描述。

在图3中，主要为钨的电极棒24在它的顶端25附近有一主要为钨的螺旋线圈26。在本实施例中，在电极棒24上设置有第一层线圈27、37，第一层线圈的第一圈的开头部分用参考数字30表示，从A点沿棒24的轴向看，绕在棒24上的线圈27、37为顺时针方向（向右），线圈27和37被绕成为具有一等于导线直径的间距。各线圈27横向相互连接。在各线圈37中有一顺时针方向的扭曲，在制造电极的过程中，由37′表示的线圈导线沿着前面延伸到棒24。对于沿着线圈导线37′的轴朝着棒24看的观察者B来说，线圈导线37′被以顺时针方向（向右）扭曲接近观察者。因此在各在线圈37的扭曲的方向与线圈37绕棒24延伸的方向是相同的。导线内的拉制槽纹因此以绕导线37′的逆时针方向离开观察者。尽管这一点在图中不易看出，但是带有扭曲的缠绕过程是一直继续到第一层线圈27、37的最后第二圈。在靠近顶部25的最后两圈线圈是在无扭曲下缠绕的。该图说明各线圈37相互间横向是分离的，这是由于线圈37内有扭曲的结果。

在电极棒的顶端25处，第一层线圈27、37的最后一圈变成为线圈的第二层28、38，其结果使这两层相互间成为一体。

第二层线圈的28、38的头两圈28是在没有产生扭曲的情况下绕成的。从第一层线圈27、37到第二层线圈28、38的过渡阶段中，线圈绕制的取向变成相反于原来的绕制取向。对于一个沿着棒24的轴，从第二层线圈28、38的第一圈28，到的最后一圈38的末端31看过去的观察者C来说，线圈28、38是以逆时针方向（向左）绕在棒24上的。线圈38是在导线带有扭曲情况下缠绕成的，其结果使这些线圈横向相互间分离。在制造电极的生产步骤中，由38′指示的线圈导线沿着前面向电极棒24延伸。对于沿着线圈导线38′的轴朝着电极棒看进去的观察者D来说，该导线在此处有一逆时针方向（向左）的扭曲。因此线圈38中导线的扭曲方向与线圈38的绕棒24延伸的方向相同。

由于在线圈37内的扭曲的存在，这些线圈就以夹紧配合环绕在棒24上，对于以相反取向缠绕的线圈28、38来说，在线圈27，37被安置好之后，“芯棒”（24+27，37）是非圆形的，尽管非圆性是很小的。这些带有扭曲的线圈38，以一种夹紧配合环绕在这个非圆的“芯棒”（24+37）上，其结果该非圆性足可以阻止线圈38的切向移动。被安置在线圈38下面的线圈37也同样不会松脱，而是以一种夹紧配合环绕棒24，其结果使线圈26固定在棒24上。

在绕完最后一圈38后，剩余的没有缠绕的导线部分被拉断。在这最后一圈中，端部31具有一小于导线的其它部分的直径，并形成拉断面33。在缠绕过程中，用一夹子固定住导线的开始部分，在线圈26缠绕完成之后，将开始部分拉断。所以在缠绕时还形成一具有较小直径的并有一拉断面32的端部30。

在如图2所示的一30瓦金属卤化物灯内，所使用的电极如图3所示，电极棒的直径为140μm，直径为50μm的导线缠绕在其上面，绕制长度大于约为1mm。这两者都是由含重量百分为1.5%的二氧化钍（ThO₂）的钨构成的。线圈是用0.6牛顿的缠绕力绕制的。在缠绕之前，导线通过在850℃的温度下，加热拉直。在线圈的第一层内，扭曲了的线圈每圈按顺时针方向被扭曲180°，而在线圈的第二层内，线圈的每一圈按逆时针方向被扭曲360°。导线的开始部分和剩余未缠绕的导线部分用5牛顿的力予以拉断。因此缠绕力仅是拉断力的零点几。

现已发现，电极的线圈被满意地固定在电极棒上。在认为需要至少7牛顿的力将线圈从棒上推出时，在这个30瓦的灯中，那些线圈竟不可能用30牛顿力使它从电极棒上滑落下来。为了清洁而将电极在真空中在2500℃条件下加热之后，这种情形也不会改变。

Claims (2)

1、一种高压气体放电灯，它包括：一用真空密封方式密封的半透明灯管，该灯管内充有可电离气体，并有延伸入灯管内的电极，该电极与供电导体相连接，供电导体穿过灯管壁延伸到外部，每个电极包括一主要为钨的棒，该棒的伸进灯管内的顶部附近有一主要为钨导线的螺旋线圈，线圈的第一层被安置在棒的四周围，线圈第二层被安置成围在第一层的四周围，线圈被固定在棒上，线圈的导线具有带有端面的端头;其特征在于，线圈的第一层与线圈的第二层为一整体;线圈的第二层以导线有扭曲的情况下缠绕在线圈的第一层的四周围，该第一层同样以导线有扭曲的情况下缠绕;每一圈有扭曲的线圈的导线的扭曲方向与有关线圈的围绕电极棒延伸的方向相同。

2、如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，至少线圈的第二层导线的末端有一拉断面作为端面，该拉断面粗糙且无槽纹和毛口，并且该导线末端随着所绕的芯棒表面绕而不突出于线圈的外轮廓。

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