CN101044590A - 白炽电灯及其制造方法 - Google Patents

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W·E·J·范库坦
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Abstract

本发明提供一种制造其灯丝具有改进的机械稳定度的白炽灯的方法，包括以下步骤：围绕具有直径M1的第一心轴以第一间距和第一圈数来盘绕具有直径d的线的第一线圈；围绕具有直径M2的第二心轴以第二间距和第二圈数来缠绕所述第一线圈以形成螺线形灯丝；安装和安排螺线形灯丝在透光的灯泡内；真空密封所述外壳，在外壳内加热螺线形灯丝到超过它的再结晶温度，使得所述螺线形灯丝再结晶。第一和第二绕组优选地具有第一和第二心轴－线比值Y1和Y2，其中Y1＝M1/d≥3，和Y2＝M2/(M1+2d)＞3。按照本发明的方法能进一步减小螺线形灯丝的长度，因此减小在水平点燃位置下由重力造成的机械应力以及因此提高螺线形灯丝的结构刚度。

Description

白炽电灯及其制造方法
本发明涉及用于诸如高压卤灯的白炽型的电灯的螺线形灯丝(coiled coil filament)及其制造方法。
含有螺线形灯丝的白炽电灯被广泛地使用以减小灯丝的长度。US-A-4,683,397提供一种白炽电灯，包括：密封而透光的外壳、用于在电气上和结构上把灯丝安装在灯泡内的装置、以及被该用于安装的装置耦合和支持的螺线形灯丝，后者包括具有直径d的灯丝线，其中第一和第二绕组具有第一和第二心轴-线比值Y1和Y2。然而，已知的螺线形灯丝在机械上可能是不稳定的，其结果是，当超过一定的边界条件时灯丝需要附加的支撑装置。
本发明的目的是改进灯丝的机械稳定度。
所以，本发明提供一种制造白炽电灯的方法，包括以下步骤：
-围绕具有直径M1的第一心轴以第一间距和第一圈数来盘绕具有直径d的线的第一线圈；
-围绕具有直径M2的第二心轴以第二间距和第二圈数来缠绕所述第一线圈以形成螺线形灯丝；
-安排用于在电气上和在结构上把灯丝安装在透光的外壳内的装置；
-把被耦合到该用于安装的装置并且被该用于安装的装置支撑的螺线形灯丝安排在外壳内；
-真空密封所述外壳，
其特征在于，在外壳内把螺线形灯丝加热到超过它的再结晶温度，以便使所述螺线形灯丝再结晶。
按照本发明的方法能进一步减小螺线形灯丝的长度，因此减小在水平点燃位置下由重力造成的机械应力以及因此提高螺线形灯丝的结构刚度。由于长度的减小，点光源的近似性得以改进。这对使用在反射器中的灯是一个优点，因为光可以更容易被导向。产生的光束是更紧凑的，即在灯的相等的光输出下光束包括更多的光。显然，较小的灯丝和灯也有助于降低成本。
在优选实施例中，灯丝线具有直径d，以及第一和第二绕组具有第一和第二心轴-线比值Y1和Y2，其中：
Y1＝M1/d＞＝3；和
Y2＝M2/(M1+2d)＞＝3.
给定的比值证明可提供具有长度减小的灯丝。把Y1和Y2增加到大于给定的值，进一步减小灯丝的长度，而同时保留它的结构刚度。
在另一个优选实施例中，该方法包括以下另外的步骤：
-在盘绕第一线圈后在第一退火温度下使第一线圈退火；
-在湿的气体中清洗螺线形灯丝；
-在干燥的气体环境中热处理螺线形灯丝，以释放其中的应力；
-通过把螺线形灯丝插入到酸中而去除第一和第二心轴。
按照另一个方面，本发明提供一种白炽电灯，包括：
-密封而透光的灯泡；
-用于在电气上和结构上把灯丝安装在外壳内的装置；以及
-被耦合到该用于安装的装置并且被该用于安装的装置支撑的螺线形灯丝，包括具有直径d的灯丝线，其中第一和第二绕组具有第一和第二心轴-线比值Y1和Y2，其中：
Y1＝M1/d＞4；和
Y2＝M2/(M1+2d)＞4。
其中M1是第一心轴直径和M2是第二心轴直径。
灯的灯丝具有减小的长度，在制造方法方面提供如上所述的优点。
在优选实施例中，Y1＜＝8和/或Y2＜＝8。这些比值看起来提供最大的长度减小。
在另一个优选实施例中，Y1＞＝4.5和/或Y2＞＝4.5。
在再一个优选实施例中，Y1＜＝6和Y2＜＝6。
按照又一个方面，本发明提供用于使用按照权利要求1-9中的任一项的灯的方法。
现在参照附图阐述本发明的另外的优点和特性，其中：
图1显示按照本发明的白炽电灯的优选实施例的主视图；
图2显示围绕第一心轴缠绕的灯丝线，以形成第一线圈；
图3显示图2的第一线圈，它围绕第二心轴或一个针而被缠绕，以形成螺线形灯丝；以及
图4显示与确定图3的螺线形灯丝的外径有关的各种参数。
按照本发明的白炽电灯1，例如适用于通常的照明和在反光器中的应用，该白炽电灯1包括透光的外壳2，例如圆柱形石英玻璃灯泡(图1)。外壳2的内部空间按已知的方式被填充以惰性气体混合物，通常包括卤添加剂。外壳的一个末端是一个具有在中心处的抽气尖端4的圆帽。外壳的另一个末端通过管座6进行密封。单个管座6的基本上平行的外表面被安排在中心和相对于灯轴对称地安排。
在外壳内，安排着用于在电气上和结构上安装灯丝12的装置。这些装置包括两个引线8，10，通过管座6延伸到金属接触管脚14，16，用于把灯连接到市电电压，即在欧洲的220-240V和在美国的110-130V。灯丝12包括螺线形灯丝中间部分。它的两个被连接到引线8，10的末端，每个是单一地盘绕的。当然，同样可能在一个双末端灯上使用按照本发明的螺线形灯丝，在该双末端灯中引线被安排在外壳的相对的两端。
参照图2和3，螺线形灯丝12是通过围绕具有直径M1的第一心轴22来盘绕具有直径d的线20而制造的。优选地，线20是钨丝以及第一心轴由钼制成。在优选实施例中，第一线圈24在缠绕后例如在1550℃下退火10分钟。取决于不同的灯，这些数值可以变化。第一线圈以第一间距和第一圈数被缠绕，以及具有外径D1。
为了得到螺线形灯丝12，第一线圈是围绕第二一心轴或针22以第二间距和第二圈数而缠绕的，这取决于想要的灯的特性(图3)。外径为D2。
螺线形灯丝12此后优选地进行两次加热处理。首先，在例如包括N2和H2的湿气体中的热处理，用于清洗线圈。第二，在包括相对较少的氢或没有氢的干的气体环境中进行热处理，以便释放线圈中的应力。在热处理后，第一以及可能地第二心轴可以通过把盘绕的线圈插入到酸(例如用于蚀刻的混合的酸)中而被去除。
直到这些热处理之前，(钨)丝没有再结晶。首先，螺线形灯丝被安排在外壳2内与电极8，10进行电接触，在此后外壳以已知的方式被真空密封。随后，螺线形灯丝被加热到超过它的再结晶温度，使得该线再结晶。优选地，通过给灯丝加上电流而加热灯丝。
在按照上述的方法在外壳中安排灯丝后使灯丝再结晶可减小灯丝长度，因此提高螺线形灯丝的机械稳定度。与在外壳中安排灯丝之前实现再结晶相比，本方法还提供成本降低。
由于上述的制造方法，有可能通过增加心轴-线比值而减小灯丝长度(图4)。第一线圈具有初级心轴-线比值Y1和第二线圈具有次级心轴-线比值Y2，其中：
Y1＝M1/d；和
Y2＝M2/(M1+2d)。
通过把Y1和Y2都增加到2倍，螺线形灯丝的长度可被减小约一半而提供相等的光输出。例如，如果已知的灯包括具有Y1＝2和Y2＝2以及长度L的灯丝，则本方法可用来制造具有Y1＝Y2＝4以及约0.5L的长度的灯丝。为了灯丝长度进一步减小，Y1和Y2还可以增加。例如最大值是Y1＜＝8和/或Y2＜＝8。在实践中，Y1＜＝6和/或Y2＜＝6提供最大值。
本发明的实际的线圈设计的非限制性例子在下面的表中给出。
  120V 50W   115V 75W   115V 65W
 线直径(μm)   42.9   47   47
 第一间距(μm)   69   75   109
 第一心轴(μm)   206   230   282
 第二间距(μm)   454   583   750
 第二心轴(μm)   1010   1450   2260
 圈数   11   6   4
 灯丝长度(mm)   5   3.5   3
 Y1＝M1/d   4.8   4.89   6
 Y2＝M2/D1   3.5   4.48   6
对于本发明寻求的保护不限于本发明的上述的优选实施例，可以设想其中有许多修改。该保护范围由所附权利要求规定。

Claims (11)

1.用于制造白炽电灯的方法，包括以下步骤：
-围绕具有直径M1的第一心轴以第一间距和第一圈数来盘绕具有直径d的线的第一线圈；
-围绕具有直径M2的第二心轴以第二间距和第二圈数来缠绕所述第一线圈以形成螺线形灯丝；
-安排用于在电气上和结构上把灯丝安装在透光的外壳内的装置；
-把被耦合到该用于安装的装置并且被该用于安装的装置支撑的螺线形灯丝安排在外壳内；
-真空密封所述外壳，
其特征在于，在外壳内把螺线形灯丝加热到超过它的再结晶温度，以便使所述螺线形灯丝再结晶。
2.按照权利要求1的方法，灯丝线具有直径d，其中第一和第二绕组具有第一和第二心轴-线比值Y1和Y2，其中：
Y1＝M1/d＞＝3；和
Y2＝M2/(M1+2d)＞＝3。
3.按照权利要求1或2的方法，还包括以下步骤：
-在盘绕第一线圈后在第一退火温度下使第一线圈退火；
-在湿的气体中清洗螺线形灯丝；
-在干燥的气体环境中热处理螺线形灯丝，以释放其中的应力；
-通过把螺线形灯丝插入到酸中而去除第一和第二心轴。
4.按照权利要求1或3的方法，其中Y1＝M1/d＞4和Y2＝M2/(M1+2d)＞4。
5.按照权利要求1或4的方法，其中Y1＜＝8和/或Y2＜＝8。
6.白炽电灯，包括：
-密封而透光的外壳；
-用于在电气上和结构上把灯丝安装在外壳内的装置；以及
-被耦合到该用于安装的装置并且被该用于安装的装置支撑的螺线形灯丝，包括具有直径d的灯丝线，其中第一和第二绕组具有第一和第二心轴-线比值Y1和Y2，其中：
Y1＝M1/d＞4；和
Y2＝M2/(M1+2d)＞4。
其中M1是第一心轴直径和M2是第二心轴直径。
7.按照权利要求6的灯，其中Y1＜＝8和/或Y2＜＝8。
8.按照权利要求6或7的灯，其中Y1＞＝4.5和/或Y2＞＝4.5。
9.按照权利要求6的灯，其中Y1＜＝6和/或Y2＜＝6。
10.按照前述权利要求的任一项的灯，其中外壳被填充以包括卤素的气体。
11.按照前述权利要求的任一项的灯，其中线是钨丝。
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