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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Elektrische Lampe mit Außenkolben gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen,
Quecksilber-Hochdruckentladungslampen, aber auch Halogenglühlampen
mit Außenkolben.
Der Innenkolben der Lampe ist mit Abdichtungsteilen zweiseitig verschlossen.
Der Außenkolben
ist an einer oder beiden Abdichtungsteilen befestigt.
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Aus
der EP-A 465 083 und der EP-A 588 602 ist bereits eine Elektrische
Lampe mit Außenkolben bekannt,
wobei diese Lampe einen Brenner aufweist, der von einem Außenkolben
umgeben ist, der am Abdichtungsteil befestigt ist. Zur besseren
Verbindung ist dabei am Abdichtungsteil insbesondere ein radialer
Wulst vorgesehen, auf dem das Ende des Außenkolben aufliegt und dort
mit dem Wulst verschmolzen ist.
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Andererseits
ist es beispielsweise aus der WO 95/32516 bekannt, einen Außenkolben
ohne jeglichen Wulst direkt auf das Abdichtungsteil aufzurollen.
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Aus
der US-B 6 790 115 ist eine gattungsgemäße Lampe bekannt, bei der auf
einer Seite eine Verlängerung
der Abdichtung des Entladungsgefäßes "geritzt" (scratched) wird
so dass ein massiver Wulst entsteht, an dem der Außenkolben
befestigt wird.
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Nachteilig
an diesen Verbindungstechniken ist, dass die erzielte Festigkeit
der Verbindung zwischen Außenkolben
und Abdichtungsteil in jedem Fall zu wünschen übrig lässt. Ohne Wulst ist dafür außerdem ein
zeitaufwendiger Tempervorgang notwendig.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine sichere und belastbare Verbindung
zwischen Außenkolben
und Abdichtungsteil des Innenkolbens gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Lampe
besitzt ein vakuumdicht abgeschlossenen Innenkolben, insbesondere
ein Entladungsgefäß, das eine
Lampenachse definiert, und das an einander gegenüberliegenden Enden durch Abdichtungsteile
verschlossen ist. Das Abdichtungsteil ist eine Quetschung oder auch
Einschmelzung. Das Leuchtmittel im Innern der Lampe ist ein Entladungsbogen
zwischen zwei Elektroden oder ein Leuchtkörper. Es ist mit den zu ihm
führenden
inneren Stromzuführungen
elektrisch leitend verbunden. Das Abdichtungsteil ist insbesondere
mit einer nach außen
abstehenden Verlängerung
versehen, die als hohles Rohr ausgebildet ist. Am Abdichtungsteil,
insbesondere an seiner Verlängerung,
ist ein Außenkolben
mit Hilfe eines Wulstes befestigt. Der Außenkolben sitzt außen auf
dem Wulst auf, so dass der Außenkolben
meist über
die Länge
des Wulstes übersteht.
Das Mittelteil des Wulstes ist konvex geformt und bildet daher einen
Scheitel aus.
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Insbesondere
ist mindestens ein Abdichtungsteil mit einem vorzugsweise ringförmigen Wulst versehen,
der quer zu Lampenachse radial absteht, wobei der Außenkolben
außen
am Rand des Wulstes radial anliegt. Der Wulst ist hohl und hat eine
konvexe oder konvex-konkave Form, wobei der Wendepunkt zwischen
konvexer und konkaver Form in einer Höhe Hw von etwa der Hälfte der
Höhe H
des Scheitels liegt, nämlich
Hw = 0,3 H bis 0,7 H. Dabei ist insbesondere der maximale Innendurchmesser
des Wulstes größer als
der Außendurchmesser
des Abdichtungsteils (insbesondere dessen Verlängerungsteils) in der Nähe des Wulstes.
Der Außenkolben
kann ein durchgehendes Rohrstück
mit gleichbleibendem Durchmesser sein, aber auch ein Kolben mit
zentralem Bauch und endständig
daran angesetzten Rohrstücken.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht ein rohrförmiges
Verlängerungsstück des Abdichtungsteils
vor, an dem der Wulst angesetzt ist. Dadurch ist auch bei einer
nicht radialsymmetrischen Quetschung die Bereitstellung eines radialsymmetrischen Wulstes
möglich.
Bei einer Einschmelzung ist ein derartiges Verlängerungsstück ebenfalls vorteilhaft. Bevorzugt
sind sowohl Innenkolben als auch Außenkolben aus Quarzglas oder
Hartglas.
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Insbesondere
kann der Wulst relativ klein ausfallen, so dass der Außendurchmesser
des überstehenden
Wulstes typisch 25 bis 80 % größer als
der Außendurchmesser
des Abdichtungsteils ist. Beispielsweise ist der Außendurchmesser
des Wulstes nur mindestens 2 mm, typisch 3 mm bis 4 mm, größer als
der Außendurchmesser
des Abdichtungsteils, der seinerseits typisch 7 mm ist.
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Besonders
bevorzugt ist ein hohler Wulst, der 30 bis 70 % größer als
der Außendurchmesser des
ihn tragenden Abdichtungsteils ist. Damit wird eine besonders ausgeprägte konvexe
Gestalt des Wulstes geschaffen, die sich besonders gut für das radiale
Anschmiegen des Endes des Außenkolbens geeignet
ist, weil die Kontaktzone zum Außenkolben sehr breit ist. Die
axiale Läge
der Kontaktzone ist im folgenden mit KZ bezeichnet.
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Im
Falle der üblichen
konvex-konkaven Gestalt des Wulstes, wie er vorbekannt ist, ist
die Kontaktzone nur sehr kurz.
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Das
Anbringen des Außenkolbens
an dem konvexen Wulst verbessert die Festigkeit des Übergangs
ganz erheblich, und zwar um bis zu 50 %. Im Gegensatz zur vorbekannten
radialen Verschmelzung ist die Kontaktzone mehr als doppelt so lang, bezogen
auf die axiale Länge.
Sie ist typisch 2 bis 4 mm lang, während sie bei bekannten konkav-konvexen
Wülsten
eher weniger als 2 mm ist.
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Während konkav-konvexe
bekannte Wülste eher
Mittelteile haben, deren axiale Länge allenfalls ein Fünftel der
axialen Länge
ausmachen, ist die neuartige Form im Querschnitt entweder im wesentlichen nur
konvex oder so wenig ausgeprägt
konkav-konvex, dass das konvexe Mittelteil wenigstens ein Drittel
der gesamten axialen Länge
ausmacht. Dabei ist der Grenzpunkt zwischen konkav und konvexem
Abschnitt durch den Wendepunkt gegeben. Der knovexe Mittelteil kann
in seinem Zentrum sogar einen ebenen Sattel aufweisen.
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Der
Wulst kann bevorzugt aus dem Abdichtungsteil erzeugt werden, indem
zunächst
die entsprechende Stelle des Abdichtungsteils erhitzt wird und dann
verformt wird, beispielsweise durch Aufweiten mittels eines mechanischen
Fingers oder durch Einleiten eines Überdrucks und dadurch hervorgerufenem
Aufblasen. Dagegen ist das übliche
Stauchen hier nicht geeignet, weil es zu einer Form des Wulstes
im Querschnitt führt,
die dem Mittelteil M des Wulstes zu wenig axiale Länge belässt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Es
zeigen:
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1 eine
Halogenglühlampe
in Seitenansicht;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer Metallhalogenidlampe in Seitenansicht;
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
im Ausschnitt;
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4 ein
Detail des Wulstes im Ausschnitt;
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5 und 6 weitere
Ausführungsbeispiele
eines Wulstes im Detail im Ausschnitt;
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7 und 8 Ausführungsbeispiele
für die
Herstellung eines Wulstes im Detail im Ausschnitt.
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Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
die seitliche Ansicht einer zweiseitig gequetschten Halogenglühlampe.
Sie besteht aus einem zylindrischen Kolben 1, in dessen
Mittelteil 4 ein Leuchtkörper 2 axial angeordnet
ist. Er ist im Kolben 1 durch Noppen 3 gehaltert.
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Die
Enden 5 des Leuchtkörpers
sind in ihrer Funktion als innere Stromzuführung direkt in die Quetschung 6 eingebettet
und dort mit einer Quetschfolie 7 verbunden.
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Die
Quetschung 6 besitzt außen als Verlängerungsteil,
das auch als Sockelbestandteil dienen kann, eine rohrförmige Glashülse 11,
die an der Quetschung angeformt ist mit einem Außendurchmesser von 7 mm und
einem Innendurchmesser von 5 mm. Die Hülse 11 ist etwa 7
mm lang.
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An
der Hülse 11 ist
quer zur Lampenachse außen
ein Wulst 12 angesetzt, der im wesentlichen konvex geformt
ist. An ihm setzt das als Rohrstück 13 ausgebildete
Ende eines Außenkolbens 14 an,
so dass sich der Außenkolben
zwischen den beiden Wülsten 12 auf
beiden Seiten des Mittelteils 4 erstreckt.
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Außerdem ist
ein Sockel an einem Ende des Abdichtungsteils angebracht, wobei
der Sockel ein elektrisches Kontaktelement (25) aufweist,
das mit einer zu einem Leuchtmittel führenden Stromzuführung (21)
elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Kontaktelement in der
rohrförmigen
Verlängerung (22)
des Abdichtungsteils untergebracht ist.
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In 2 ist
eine Metallhalogenidlampe gezeigt, die durch Einschmelzungen 15 abgedichtet
ist. Hier sind die Wülste 12,
an denen das Rohrstück 13 endet,
direkt an der Einschmelzung 15 gebildet. Sie können alternativ
aber auch an dem Verlängerungsteil 16 gebildet
werden, da hier am wenigsten Masse umgeformt werden muss.
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In 3 ist
ein Beispiel der Form des Wulstes 12 im Querschnitt gezeigt.
Die Gestalt ist im wesentlichen konvex. Der Scheitel S definiert
die Höhe H
des Wulstes über
dem Niveau der Unterlage, also des Abdichtungsteils. Die Krümmung ist
in der Mitte konvex, außen
konkav. Die Wendepunkte sind mit WP bezeichnet. Das bedeutet gemäß 4,
dass der Wulst ein konvexes Mittelteil MT und zwei konkave Außenteile
AT besitzt, wobei die Länge
Lm des Mittelteils mindestens 50 % der gesamten Länge L des
Wulstes in axialer Richtung ausmacht. Außen haben die konkaven Außenteile
AT eine Länge
La von jeweils höchstens
25 % der gesamten axialen Länge
L. Die Grenze zwischen den Außenteilen
AT und dem Mittelteil MIT wird durch die Wendepunkte WP definiert.
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5a ist
ein Ausschnitt, der den Wulst 12 in Vergrößerung zeigt.
Der maximale Durchmesser DW des Wulstes wäre eigentlich etwas größer, bevorzugt um
1 bis 2 mm, als der Innendurchmesser ID des rohrförmigen Endes 13 des
Außenkolbens 14.
Er wird am Rohrstück 13 jedoch
plattgedrückt,
so dass sich eher die Form der 5b ergibt.
Aufgrund des ausgeprägten
Sattelbereichs des Wulstes ist die axiale Kontaktzone KZ mindestens
2 mm, häufig
sogar 3 bis 4 mm lang. 5b zeigt einen Wulst, der wie ein
Brückenbogen
geformt ist, er vermittelt eine besonders lange Kontaktzone KZ.
In der Praxis zeigt sich, dass eine möglichst große Kontakt zone KZ in axialer
Richtung zwischen Wulst und Außenkolben die
Festigkeit der Verbindung entscheidend beeinflusst.
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Die
Festigkeit der Verbindung beruht letztlich entscheidend auf dem
Herstellverfahren, das dazu führt,
dass immer ein konkav-konvex geformter Wulst wie in 6 gezeigt,
entsteht. Ein Kennzeichen eines derartigen konkav-konvexen Wulstes
ist, dass der Innendurchmesser IDW des Wulstes größer als der
Innendurchmesser IDA des ihn umgebenden Verlängerungsteils bzw. Abdichtungsteils
ist.
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Als
Herstellverfahren haben sich zwei Verfahren bewährt. Bei einem ersten Verfahren
(7) wird ein mechanischer Finger 21, der
einem Schürhaken ähnelt, benützt, der
in das Verlängerungsteil 11 eingeführt wird,
nachdem die mit dem Wulst 12 zu beaufschlagende Stelle 22 zunächst vorher
erwärmt wurde,
wie an sich bekannt, beispielsweise mit einem Brenner 23 von
außen
oder von innen. Das Verlängerungsteil 11 rotiert
dabei (Pfeil). Das Ende 24 des Schürhaken ist so geformt, dass
er die Gestalt des Wulstes vorgibt. Das Verlängerungsteil 11 rotiert
dabei, so dass der Wulst rotationssymmetrisch geformt ist. Dieses
Verfahren erlaubt eine genaue Formgebung des Wulstes. Der Außenkolben
wird spätestens dann
so positioniert, dass ein Rohstück 13 über der Zone 22 geeignet
liegt. Mit dem Schürhaken 21 wird der
Wulst erzeugt, wobei der Abstand des Außenkolbens so bemessen ist,
dass der Scheitel und die Kontaktzone des Wulstes innigen Kontakt
mit dem Rohrstück
erreichen. Vorteilhaft wird dabei auch das Rohrstück von außen angewärmt.
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Ein
bevorzugtes zweites Herstellverfahren (8) erwärmt ebenfalls
zunächst
die mit dem Wulst 12 zu beaufschlagende Stelle 22,
bevorzugt mit einem Ringbrenner. Eine Rotation des Verlängerungsteils
ist dabei nicht unbedingt erforderlich. Dann wird geeignet dosierter Überdruck
eines inerten Gases (Argon etc.) in das Verlängerungsteil 11 über eine abgedichtete
Zuleitung 24 eingeleitet, so dass sich die erwärmte ringförmige Zone 22 ausbeult.
Spätestens
zu diesem Zeitpunkt wird wieder der Außenkolben so positioniert,
dass ein Rohstück 13 über der Zone 22 geeignet
liegt. Mit dem Überdruck
wird der Wulst erzeugt, wobei der Abstand des Außenkolbens so bemessen ist,
dass der Scheitel und die Kontaktzone des Wulstes innigen Kontakt
mit dem Rohrstück erreichen.
Vorteilhaft wird dabei auch das Rohrstück von außen angewärmt.
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Die
Dichtung ist mit 26 bezeichnet, das Reservoir für das Gas
mit 27. Die Formgebung erfolgt durch Wahl der axialen Temperaturverteilung
an der Zone in Verbindung mit einem geeignet gewählten Überdruck. Bewährt hat
sich ein schneller Drukstoß, dessen
maximaler Druck in der Größenordnung
von 0,8 bis 7 bar liegt, beispielweise bei 5 bar. Dieses Verfahren
hat den Vorteil einer guten großtechnischen
Eignung wegen des hohen Automatisierungspotentials.
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Diese
Herstellung ist genau entgegengesetzt der Herstellung eines massiven
Wulstes, der durch Stauchen erzeugt wird und bei dem der Außenkolben von
außen
nachträglich
auf den fertigen Wulst angepasst wird, wobei immer hohe Spannungen
entstehen, die mühsam
durch Tempern entspannt werden müssen.