CN102598194A - 用于制造金属电极线与金属引入线之间的导电连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种制造气体放电灯(11)（优选陶瓷放电金属卤化物灯）的金属电极线(1)与金属引入线(3)之间的导电连接的方法。该方法包括弯曲步骤，通过该弯曲步骤使引入线(3)的端部(4)弯曲并折叠从而使引入线(3)的末端处的端部(4)的第一部段(15)与该端部(4)的第二部段(16)重叠。而且，该方法包括将电极线(1)放置于引入线(3)的折叠端部(4)的第一部段(15)与第二部段(16)之间。最后通过如下措施在电极线(1)与引入线(3)之间形成连接，即通过冲压引入线(3)的折叠端部(4)的至少部分同时加热引入线(3)的至少一部分以使折叠端部(4)的第一部段(15)和第二部段(16)至少部分地触摸电极线(1)的部分。而且，本发明描述了包括金属电极线(1)与金属引入线(3)之间的导电连接的气体放电灯(11)及相应的制造系统。

Description

用于制造金属电极线与金属引入线之间的导电连接的方法

技术领域

本发明涉及用于制造气体放电灯的金属电极线和金属引入线之间的导电连接的方法。而且，本发明涉及气体放电灯（特别是陶瓷放电金属卤化物(CDM)灯）以及相对应的制造系统，其中该气体放电灯包括金属电极线与金属引入线之间的导电连接。

背景技术

气体放电灯（例如汞蒸气放电灯）包括电弧管，电弧管包括能耐受高温的材料，例如石英玻璃或半透明陶瓷材料。电弧管封闭放电腔室。通常由难熔金属制成的电极线从相对侧突伸到此放电腔室内，放电腔室包含填充物，填充物包括一种或多种稀有气体，且在汞蒸气放电灯的情况下，主要为汞。通过跨越放电腔室内电极线的末端来施加高点燃电压，在末端之间生成等离子体电弧，从而提供所需光发射。为了将电弧管的电极线电连接到气体放电灯的外部，电极线常常连接到所谓的引入线。除了电连接之外，引入线也可向电弧管提供机械支承，有时被配置成使得引入线提供额外的应变起伏（relief）以及电弧管和其电极线之间的热解耦或机械解耦。

在正常灯操作期间，电弧管到达高达1900℃或更高的温度。因此，电极线和电极线到引入线的电连接必须能在气体放电灯的操作寿命期间耐受高温和大的温度摆动。因此，甚至常常利用难熔金属或包含一种或多种难熔金属的合金来实现引入线。

在气体放电灯的制造过程中，电极线和引入线接合以提供电连接。实现这样的连接的常用技术是电阻焊接。此处，电流施加到线，至少在更高电阻的区域中将线加热到高于具有低熔化温度的线材料的熔化温度。然后此线的熔化材料通过嵌入其它线的部分而形成连接。这种技术的缺陷由电阻焊接期间的高温造成，因为其造成线材料再结晶。这种再结晶，即使仅部分地或局部地发生，也使得线材料更脆。由此，减小了其机械柔韧性（即，其弯曲和拉伸强度），这导致气体放电灯在其正常运行寿命期间，特别是在振动期间或甚至已在最终制造步骤期间就有较高的损毁风险。因此，这种焊接技术不利地限制了灯的生产率和操作可靠性。

而且，电阻焊接技术通常在所谓的对接焊设置中执行，由此电极线和引入线沿着其主轴线对准同时在其末端彼此触摸。位于各末端触摸的点处的相对较高的接触电阻导致至少一根线进行所需的熔化，其然后形成连接。但是，线的轴向对准需要在制造过程中对线进行精确定位。常常，需要小于0.1mm的苛刻的定位准确度。此外，轴向设置并不允许在制造过程中对电极与引入线的相对位置的任何对准，因为线的末端必需准确地彼此触摸以能进行电阻焊接。显然，这些限制增加了气体放电灯的制造成本。

因此，本发明的目的在于提供一种制造气体放电灯的金属电极线（尤其是金属难熔金属电极线）与金属引入线（尤其是金属难熔金属引入线）之间的导电连接的方法，其可以简单且廉价方式来实施且其避免了上述生产率和可靠性的限制。

发明内容

本发明描述了一种制造气体放电灯（优选地陶瓷放电金属卤化物灯）的金属电极线与金属引入线之间的导电连接的方法。该方法包括弯曲步骤，由此引入线的端部被弯曲且折叠，使得在引入线的末端处的端部的第一部段与该端部的第二部段重叠，例如通过在两个部段之间形成锐角夹角或者通过形成U形转弯状折叠来进行。而且，该方法包括将电极线放置于引入线的折叠端部的第一部段与第二部段之间。这种放置能基本上与弯曲步骤同时发生，或者单独于弯曲步骤发生。最后，通过冲压引入线的折叠端部的至少部分同时将引入线的至少一部分优选地加热到高于延脆转变温度（brittle ductile transition temperature）以使得折叠端部的第一部段与第二部段至少部分地触摸电极线的一部分来在电极线与引入线之间形成连接。

在冲压步骤期间对引入线的加热有利地维持了引入线材料的延展性。由此，避免了原本会不利地影响到材料的机械柔韧性和可靠性的不希望的材料变化，如开裂、破裂或拼接。

因为根据本发明，在引入线与电极线之间形成连接，同时加热引入线但不熔化引入线，因此可控制引入线的加热使得电极线并不超过给定温度限度。由此，引入线的加热优选地受到控制使得引入线和电极线的温度并不超过原本会导致所涉及的金属线材料的令人不快的再结晶的温度限度。显然，这个温度限度在很大程度上取决于电极线和引入线的材料性质，电极线和引入线的材料性质例如由热预加工的等级或金属合金的金属组分的比例来决定。举例而言，对于钨-铼合金而言，大约1600℃的再结晶温度是已知的。因此，在冲压步骤期间对引入线的加热优选地将受到控制以使得温度并不超过该限度。而且，为了降低部分再结晶的风险，可施加安全裕度，即，引入线的实际温度被保持在显著地小于再结晶温度。而且，由于电极线和引入线可由不同材料和过程制成，两根线的再结晶温度可不同。因此，对引入线的加热可特别优选地受到控制，使得引入线和电极线都不会呈现带来令人不快的再结晶风险的温度。

总之，所描述的引入线加热受到控制使得在一方面温度足够高以确保在冲压期间充分的延展性而在另一方面保持温度足够低以避免在所涉及的金属材料的任何材料中的任何不期望的再结晶。

与电阻焊接相比，本发明还有利地能够甚至在对折叠部分进行冲压之后校正电极线与引入线的相对对准。因此，能够避免制造过程中耗时且昂贵的对准步骤。

相对应的气体放电灯（优选陶瓷放电金属卤化物灯）包括金属电极线与金属引入线的至少一个导电连接，为此，引入线包括折叠端部，折叠端部包括以基本上平行对准的方式朝向彼此的第一部段和第二部段。而且，电极线布置于引入线的折叠端部的第一部段与第二部段之间，使得第一部段与第二部段至少部分地触摸电极线的一部分。

本发明还描述了气体放电灯（优选陶瓷气体放电金属卤化物灯）的相对应的制造系统，除了与灯制造有关的其它单元或构件之外，其还包括：弯曲单元，其用于使金属引入线的端部弯曲，其将端部弯曲并折叠以使得引入线末端处的端部的第一部段与该端部的第二部段重叠。此外，该制造系统包括定位单元，其用于将电弧管的金属电极线放置于引入线的折叠端部的第一部段与第二部段之间。此外，该制造系统包括冲压单元，其用于通过冲压引入线的折叠端部的至少部分同时加热引入线的至少一部分使得折叠端部的第一部段与第二部段至少部分地触摸电极线的一部分来在电极线与引入线之间形成连接。

附属权利要求和下文的描述公开了本发明特别有利的实施例和特点。

优选地，电极线包括难熔金属或包括至少一种难熔金属（如钨或钼，或者包括钨、钼或铼的合金）的合金。特别地，钨-铼(WRe)合金可用作电极材料。类似地，引入线包括难熔金属或包括至少一种难熔金属（优选是钨、钼、钽或铌，或包括钨、钼、钽或铌的合金）的合金。在本发明的优选实施例中，WRe合金用于电极线，而引入线包括钼。

而且，在一有利实施例中，电极线具有基本上为圆形的截面，其直径为至少0.1mm和至多0.4mm，优选地直径大约为0.25mm，而引入线具有基本上为圆形的截面，其直径为至少0.2mm和至多0.5mm，优选地直径大约为0.35mm。基于那些材料和几何形状，引入线的加热优选地受到控制以使得引入线呈现200℃至300℃范围的温度，更优选地大约为250℃的温度，以避免任何再结晶，同时在冲压步骤期间仍能够使引入线具有充分的延展性。

在本发明的优选实施例中，对折叠端部实施冲压使得引入线的折叠端部的部分和电极线的嵌入部在冲压期间变形。这种变形导致电极线与引入线基本上正作用的锁定（positive locking）。通过适当地选择在冲压步骤期间向端部施加的压力且适当地调整对引入线的加热来实现这种变形。除了良好电连接之外，这种变形有益地向电极线提供机械支承。

为了向引入线的端部实施冲压，可利用向端部提供机械压力的冲压模。优选地，可通过在冲压之前或冲压期间加热冲压模的至少一个（优选两个）来实现对引入线的加热。冲压模加热可以多种方式来实现。优选的解决方案将为：紧邻冲压模布置一个或多个专用加热元件（优选为加热筒）。冲压模本身可加热到高于引入线的温度上限的温度，因为将发生某些热损失且冲压期间在引入线已经呈现与冲压模一样的温度之前将花费某些时间。举例而言，冲压模可被加热到高达300℃，其仍确保引入线的温度低于上文所提到的250℃。而且，可额外地使用控制单元和温度传感器来控制冲压模温度。

在本发明的优选实施例中，引入线的端部的第一部段与第二部段被基本上平行地对准。此平行对准可在端部弯曲期间或者在形成连接的冲压期间实现。特别地，所提到的冲压模中的至少一个可受到控制使得冲压步骤导致平行对准。

在本发明的一有利实施例中，通过在弯曲引入线之前变平引入线的端部来形成平面接触区域。举例而言，上文所述的具有0.35mm直径的引入线可在厚度上被减小至大约0.24mm。平面区域是有利的，因为其增加了在电极线与引入线之间的接触面积，从而提供改进的电连接和对电极线更好的机械支承。在一特别优选的实施例中，应用变平模来形成平面接触区域且加热变平模中至少一个（优选两个）以在变平期间加热引入线。类似于在冲压期间对引入线的加热，由此在变平期间维持引入线的延展性，这降低了不期望的故障风险。

在优选实施例中，根据本发明的方法可包括相对于引入线的折叠端部来对准电极线位置的步骤。特别地，可利用此步骤来基本上垂直于电极线对准引入线。而且，能调整电极线沿着其主轴线的相对位置。可甚至在冲压步骤之后来实施这种对准。

在一特别优选的实施例中，在形成连接之后加热电极线的端部使得电极线的端部区域熔化。特别地，可控制熔化使得电极线的端部的熔化区域部分地触摸引入线的折叠端部。由此，电极线固定到引入线且实现在电极与引入线之间改进的电接触。特别地，电极线的熔化区域可封闭引入线的端部的部分，由此充当引入线端部的第一部段和第二部段的机械夹钳。这种夹钳状结构防止折叠或防止由该两个部段形成的锐角张开。因此，可有益地改进机械稳定性，从而确保了在气体放电灯寿命期间具有充分的电连接。由于这种电极线的加热和熔化被限制到更小端部，因此仅电极线的很小体积可受到再结晶影响。因此，整个连接的机械柔韧性（即，其弯曲和拉伸强度）很少或几乎不受影响。因此，与已知的电阻焊接方法相比，获得更可靠连接。

优选地，由于激光束允许很局部且快速地加热材料而不会影响到周围材料或结构，采用激光束来加热并熔化电极线的端部。举例而言，为了熔化直径大约0.25mm的WRe电极线的末端，5ms那样短且束直径为0.40mm那样小的激光脉冲可以是充分的。

所公开的用于制造金属电极线与金属引入线之间的导电连接的方法能有利地用于制造气体放电灯（优选是陶瓷放电金属卤化物灯）。由此，提供一种电弧管，其包括半透明的放电容器，半透明的放电容器封闭放电腔室，放电腔室填充了可电离填充物。容器通常包括热耐受性金属，例如石英玻璃或半透明陶瓷。可电离的填充物可例如包含汞、氩或金属卤化物盐。而且，电弧管包括部分地嵌入于放电容器中的至少两个金属电极线，由此每个电极线具有延伸到放电腔室内的第一端和延伸到放电容器外的第二端。为了将电极线连接到气体放电灯外，引入线通过根据本发明的连接方法与之相连。此外，在形成了连接之后，可例如由激光束来加热电极线的端部，使得电极线的端部区域熔化。特别地，可控制熔化使得电极线的端部的熔化区域部分地触摸引入线的折叠端部。最后，电弧管和引入线至少部分地封闭于半透明外灯泡中。引入线到灯泡的外部的电连接例如直接地由引入线建立。或者，在本发明的一优选实施例中，提供额外连接。这样的电连接可包括但不限于钼箔。常常，钼箔和引入线的部分被嵌入于外灯泡材料中，通常通过加热和冲压外灯泡的部分，导致在连接器穿过外灯泡的区域处具有紧密密封。所描述的方法可手动地实施，或者作为手动、半自动和自动制造步骤的混合来实施。但是以完全自动方式实现该方法也在本发明的范围内。

通过结合附图来考量下文的具体实施方式，本发明的其它目的和特点将会变得明晰。但应了解，附图仅出于说明目的而设计，且不应认为是本发明界限的限定。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的封闭金属电极线的金属引入线的变平且被折叠的端部的三个视图。

图2示出根据本发明的一实施例具有两个冲压模的冲压单元和封闭金属电极线的金属引入线的变平且被折叠的端部的截面图。

图3示出根据本发明的一实施例的封闭具有熔化的端部区域的金属电极线的金属引入线的变平且被折叠的端部的三个视图。

图4示出根据本发明的气体放电灯的截面图。

图5示出根据本发明的一实施例的气体放电灯的制造系统的示意性方块图。

具体实施方式

在图1中，示出了具有根据本发明的封闭金属电极线1的金属引入线3的变平且被折叠的端部4的连接的三个视图。图1的上部描绘了沿着引入线3的主轴线穿过连接的截面图。在图1的上部的右侧，引入线3具有基本上圆形的截面，而引入线3的左部被变平。引入线3的端部4的上部的第一部段15与引入线3的端部4的下部的第二部段16基本上平行对准。而且，引入线3的端部4的第一部段15与第二部段16邻近电极线1变形，导致电极线1的紧密的正作用锁定。图1的中部示出了连接的顶视图，而图1的下部示出另一截面，其展示了电极线1如何锁定于平面接触件20的上部段与下部段之间。而且，在此实施例中，可调整电极线1沿着z轴线的位置，其能显著地简化制造过程。

图2示出根据本发明的具有两个冲压模18、19的冲压单元33和封闭金属电极线1的金属引入线3的变平且被折叠的端部4的截面图。此处，可上下移动上部冲压模18以实现引入线3的折叠端部4的一个或两个部段15、16的冲压，其形成到电极线1的连接。一个或两个冲压模18、19可具有成型表面以保持引入线3且控制对引入线3的冲压。而且，描绘了两个加热筒，其在冲压步骤之前或冲压步骤期间加热冲压模。控制单元21提供控制信号22、23来控制加热筒17以便控制冲压模18、19的温度。可提供温度传感器(此处未图示)来向控制单元21提供温度数据。

图3示出在电极线1的端部14已熔化之后封闭金属电极线1的金属引入线3的变平且被折叠的端部4的三个视图。与图1相比较而言，熔化区域2改进了到引入线3的电连接。而且，其提供沿着z轴线的机械固定。而且，如果熔化区域2足够大，其能提供机械夹持功能，如在图3的下部中所描绘的那样。该夹持基本上防止引入线3的折叠端部4打开，因此得到沿着y轴线的额外机械固定。

图4表示利用根据本发明的方法制造的气体放电灯11的一实施例的截面图。电弧管12包括封闭放电腔室6的放电容器5。两个电极线1从放电腔室6穿过放电容器5到达外灯泡腔室8。电极1中的每一个在变平且折叠端部段4处连接到一个引入线3且由熔化区域2牢固地锁定到引入线3。钼箔10提供穿过外灯泡7到外部连接器9的电连接。此处，可使用将引入线3连接到钼箔10的焊接步骤。为了在建立此连接之后密封外灯泡7，可绕每个钼箔10局部地加热并压缩外灯泡7。

在图5中示出根据本发明一实施例的用于气体放电灯11的制造系统50的示意方块图。引入线单元30向变平单元31提供引入线3，变平单元31将引入线3的端部4变平，优选地同时加热引入线3以确保引入线3的机械柔韧性，如上文所概述的那样。然后变平单元31将变平的引入线3馈送到弯曲单元32，弯曲单元32根据本发明的先前教导内容弯曲并折叠引线3。同样，可在此步骤期间加热引入线3以避免生产率和可靠性问题。弯曲单元32向定位单元33供应变平且折叠的引入线3，定位单元3将电弧管12的电极线1放置于引入线3的折叠端部14的第一部段15与第二部段16之间。由电弧管制造单元35向定位单元33提供电弧管12。带引入线3的电弧管12被输送到冲压单元34，如在上文中所述的那样，通过冲压引入线3的折叠端部4的至少部分同时加热引入线3的至少一部分使得折叠端部4的第一部段15与第二部段16至少部分地触摸电极线1的一部分来使冲压单元34将引入线3连接到电弧管12的电极线1。在替代实施例中，定位单元33可为弯曲单元32或冲压单元34的整体部分，因此电弧管制造单元35将分别向弯曲单元32或冲压单元34提供电弧管12。带有引入线3的电弧管12从冲压单元34被馈送到电极线加热单元36以融化电极线1的端部14的区域2，在此优选实施例中，电极线加热单元36为激光融合单元36，其中至少一个激光束融化电极线1的端部14的区域2，由此改进了引入线3的连接，如上文所概述的那样。由此，电极线加热单元36可为冲压单元34的整体部分。在熔化步骤之后，电极线加热单元36将带连接的引入线3的电弧管12供应到调节单元37，调节单元37例如通过使它们对准、缩短或弯曲来调节引入线3。在此调节单元37处，可形成图4的应变起伏13。调节单元37将带调节的引入线3的电弧管12供应到焊接单元38，焊接单元38将引入线3焊接到钼箔10上，钼箔10由钼箔单元39供应到焊接单元38。最后，带有引入线3和钼箔10的电弧管12被馈送到组装单元40，组装单元40例如通过在半透明外灯泡7中封闭部件来组装气体放电灯11。

尽管以优选实施例和其变型的形式公开了本发明，但应了解，在不偏离本发明的范围的情况下可对其做出许多额外修改和变型。举例而言，尽管本发明描述为气体放电灯的优选方法，但易于设想到，此方法可适用于其中两个金属线以简单且可靠的方式进行连接的许多其它领域。 

为了清楚起见，应了解，在整个本申请中“一”的使用并不排除多个，且“包括”并不排除其它步骤或元件。而且，“单元”可包括多个块或装置，除非明确地描述为单个实体。

Claims (15)

1.一种制造优选是陶瓷放电金属卤化物灯的气体放电灯(11)的金属电极线(1)与金属引入线(3)之间的导电连接的方法，包括：

-使所述引入线(3)的端部(4)弯曲并折叠以使位于所述引入线(3)的末端处的所述端部(4)的第一部段(15)与所述端部(4)的第二部段(16)重叠，由此，所述电极线(1)放置于所述引入线(3)的折叠端部(4)的所述第一部段(15)与所述第二部段(16)之间；

-通过冲压所述引入线(3)的折叠端部(4)的至少部分同时加热所述引入线(3)的至少一部分以使所述折叠端部(4)的第一部段(15)和第二部段(16)至少部分地触摸所述电极线(1)的部分来在所述电极线(1)与所述引入线(3)之间形成连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述引入线(3)的折叠端部(4) 的部分和所述电极线(1)的部分在冲压期间变形以获得所述电极线(1)与所述引入线(3)之间的基本上正作用的锁定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中应用冲压模 (18, 19)来冲压所述引入线(3)的所述折叠端部(4)的至少部分，且在所述冲压期间加热所述冲压模(18, 19)中的至少一个来加热所述引入线(3)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述引入线(3)的端部(4)的所述第一部段(15)和所述第二部段(16)基本上平行地对准。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在使所述引入线(3)弯曲之前，通过使所述引入线(3)的所述端部(4)的至少一部分变平来形成平面接触区域(20)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中应用变平模来形成平面接触区域(20)，且在变平期间加热至少一个所述变平模以加热所述引入线(3)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：相对于所述引入线(3)的所述折叠端部(4)对准所述电极线(1)的位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述引入线(3)基本上垂直于所述电极线(1)对准。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在形成所述连接之后加热所述电极线(1)的端部(14)以使所述电极线(1)的所述端部(14)的区域(2)熔化。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电极线(1)的所述端部(14)的熔化区域(2)部分地触摸所述引入线(3)的所述折叠端部(4)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中激光束被指向所述电极线(1)的所述端部(14)以加热所述电极线(1)。

12.一种制造优选是陶瓷放电金属卤化物灯的气体放电灯(11)的方法，包括：

-提供电弧管(12)，其包括半透明放电容器(5)和至少两个金属电极线(1)，所述半透明放电容器(5)封闭放电腔室(6)，所述放电腔室(6)填充有可电离的填充物，所述至少两个金属电极线(1)部分地嵌入于所述放电容器(5)中，每个电极线(1)具有延伸到所述放电腔室(6)内的第一端和延伸到所述放电容器(5)之外的第二端；

-提供金属引入线(3)；

-通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法来连接至少一个引入线(3)与电极线(1)的第二端；

-至少部分地在所述半透明外灯泡(7)中封闭所述电弧管(12)和所述引入线(3)。

13.一种气体放电灯(11)，优选是陶瓷放电金属卤化物灯，其包括金属电极线(1)与金属引入线(3)之间的至少一个导电连接，为此：

-所述引入线(3)包括折叠端部(4)，所述折叠端部(4)包括第一部段(15)和第二部段(16)，所述第一部段(15)和第二部段(16)基本上以平行对准的方式朝向彼此；

-所述电极线(1)布置于所述引入线(3)的折叠端部(4)的第一部段(15)与第二部段(16)之间以使得所述第一部段(15)和所述第二部段(16)至少部分地触摸所述电极线(1)的一部分。

14.根据权利要求13所述的气体放电灯(11)，其中，所述电极线(1)包括端部(14)，所述端部(14)具有熔化区域(2)，所述熔化区域(2)部分地触摸所述引入线(3)的所述折叠端部(4)。

15.一种用于优选是陶瓷放电金属卤化物灯的气体放电灯(11)的制造系统(50)，包括：

-弯曲单元(32)，其用于弯曲和折叠金属引入线(3)的端部(4)以使得所述引入线(3)的末端处的所述端部(4)的第一部段(15)与所述端部(4)的第二部段(16)重叠；

-定位单元(33)，其用于将电弧管(12)的金属电极线(1)放置于所述引入线(3)的所述折叠端部(4)的第一部段(15)与所述第二部段(16)之间；

-冲压单元(34)，其通过冲压所述引入线(3)的所述折叠端部(4)的至少部分同时加热所述引入线(3)的至少一部分以使所述折叠端部(4)的第一部段(15)与所述第二部段(16)至少部分地触摸所述电极线(1)的一部分来形成所述电极线(1)与所述引入线(3)之间的连接。

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