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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung geht aus von einer elektrischen Lampe mit Außenkolben
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige
Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen oder Halogenglühlampen.
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Stand der Technik
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EP-A 1 492 146 beschreibt
eine Hochdruckentladungslampe mit Außenkolben, bei der
ein Außenkolben auf einen Innenkolben aufgebracht ist. Insbesondere
ist der Außenkolben auf einem rohrartigen Verlängerungsteil
einer Abdichtung des Innenkolbens befestigt.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Lampe
mit Außenkolben bereitzustellen, bei der eine gute Wärmeableitung
zwischen Innenkolben und Außenkolben sichergestellt wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen
Ansprüchen.
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Elektrische
Lampen aus Quarzglas mit Innenkolben und Außenkolben, insbesondere
Entladungslampen, die zweiseitig verschlossen sind, erleiden in
der Regel hohe Energieverluste aufgrund einer durch den Außenkolben
bedingten Er höhung der Temperatur im Bereich der zur freien
Umgebung hin offenen Seite der Folienabdichtung. Die umgebende Atmosphäre
ist hier Luft. Diese Abdichtung ist in aller Regel eine Einschmelzung
oder auch Quetschung.
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Bisher
wurde die Temperaturbelastung durch relativ lange Einschmelzbereiche
oder auch durch deutlich aufwendigere Konstruktionen der Lampe, beispielsweise
durch Auffallenlassen des Außenkolbens auf den zylindrischen
Abdichtungsbereich, insbesondere Einschmelzung, des Innenkolbens
gelöst.
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Eine
gute Wärmeableitung führt zur Reduktion der Enden-Temperatur
der Folien und zur Vermeidung von Oxidationen der Folie bei Lampen
mit Außenkolben.
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Erfindungsgemäß erhält
die Abdichtung des Entladungsgefäßes einen zusätzlichen
Wulst, häufig als Perle bezeichnet, und zwar liegt dieser
Wulst im Bereich der Einschmelzung in der Nähe des äußeren Endes
der Folie. Dieser Wulst dient als Verbindungspunkt für
den Außenkolben und leitet die Temperatur effektiv ab.
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Durch
diese zusätzliche Verbindungsstelle, abgesehen von einer
Verbindung am äußeren Ende der Abdichtung im Bereich
einer rohrartigen Verlängerung der Abdichtung, wird Wärme
aus dem Bereich der Folieneinschmelzung abgezogen. Dabei wird eine
definierte zusätzliche Wärmebrücke geschaffen.
Im Endeffekt wird dadurch die Endentemperatur der Folien deutlich
abgesenkt.
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Diese
Wulst hat außerdem einen vorteilhaften Effekt bei der Herstellung
derartiger Lampen. Wie im Prinzip in der
EP 1 492 146 beschrieben lässt
sich das Volumen des Au ßenkolbens über ein Pumploch im
Verlängerungsteil einer Abdichtung abpumpen und befüllen.
Dieses Pumploch muss nach dem Füllprozess verschlossen
werden. Bisher wurde vorgeschlagen, das Pumploch durch Auffallenlassen
des Endes des Außenkolbens auf das zylindrische Verlängerungsteil
der Abdichtung zu schließen. Bei diesem Vorgang werden
jedoch hohe Spannungen im Glas erzeugt.
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Der
zusätzliche Wulst in Höhe der Einschmelzung dort
wo das äußere Folienende sitzt, gestattet eine
bessere Lösung. Das Ende des Außenkolbens wird
jetzt auf diesen Wulst auffallen gelassen. Dieser Wulst hat eine
kleine Verbindungsfläche mit dem Außenkolben im
Vergleich zur großflächige Verbindung am Verlängerungssteil.
Wegen der kleinflächigen Verbindung sind die Spannungen
im Glas des Außenkolbens deutlich reduziert. Außerdem kann
die Verbindung mit deutlich geringerem Energieaufwand hergestellt
werden, weil die zu verbindende Fläche kleiner ist. Des
weiteren entsteht aus dieser Verbindung ein größerer
Winkel zwischen den verbundenen Bauteilen (Außenkolben
und Brennerschaft), der zu einer besseren mechanischen Festigkeit
führt.
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Dabei
wird das Pumploch selbst gar nicht mehr verschlossen, sondern durch
den Wulst vom Volumen des Außenkolbens abgeschnitten.
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Der
Außenkolben kann außerdem kleinflächig
im Bereich des Verlängerungsteils mit dem Innenkolben verbunden
werden. Weiterhin ergibt sich aus dieser Konstruktion eine thermische
Abgrenzung, die es optional ermöglicht den Pumplochbereich über
Unterdruck und Temperatur bei einer de finierten Abgrenzung (Äquator
der Perle) flächig auffallen zu lassen.
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Die
Außenkolbenfüllung kann optional Vakuum, Stickstoff
(50 mbar–800 mbar), Argon (50 mbar–800 mbar) oder
andere Gasgemische oder Luft (Normaldruck, offenes System) sein.
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Das
Herstellverfahren verwendet im Prinzip folgende Schritte:
- a) Bereitstellen eines Rohres aus Quarzglas
als Vorläufer des Entladungsgefäßes;
- b) Beschicken des Rohres mit je einem Elektrodensystem an jedem
Ende, wobei das Elektrodensystem eine Elektrode, eine Folie, eine
Stromzuführung und einen Sockel umfasst;
- c) Erwärmen und Verformen des Rohres an einem ersten
Ende, so dass ein zentrales Entladungsvolumen, eine Einschmelzung,
die die Folie enthält, und ein rohrförmiges Verlängerungsteil,
das die Stromzuführung und das Sockelteil enthält,
gebildet wird und wobei während der Formgebung oder nachträglich
ein radialer Wulst an der Einschmelzung in Höhe des äußeren
Folienendes angebracht wird;
- d) Abpumpen und Befüllen des Entladungsvolumens durch
das zweite noch offene Ende;
- e) Erwärmen und Verformen des Rohres an dem zweiten
Ende, so dass auch hier eine Einschmelzung, die die Folie enthält,
und ein rohrförmiges Verlängerungsteil, das die
Stromzuführung und das Sockelteil enthält, gebildet
wird und wobei auch hier während der Formgebung oder nachträglich
ein radialer Wulst an der Einschmelzung angebracht wird; wobei im
dadurch entstehenden Entladungsgefäß am zweiten
Verlängerungsteil seitlich eine Öffnung als späteres
Pumploch für einen Außenkolben bestehen bleibt;
- f) Überstülpen eines als späterer
Außenkolben gedachten zweiten Rohrs aus Quarzglas mit größerem
Durchmesser, wobei die Länge des zweiten Rohres so bemessen
ist, dass das zweite Rohr das Entladungsvolumen, den Abdichtungsbereich
und einen gewissen Teil des Verlängerungsteils überdeckt,
insbesondere einen Bereich von 10 bis 60% der Länge des
Verlängerungsteils; wobei außerdem das spätere
Pumploch im Überdeckungsbereich eingeschlossen ist;
- g) Aufrollen oder Aufschmelzen oder Anheften der beiden Enden
des zweiten Rohrs zur Bildung eines Außenkolbens, so dass
zumindest ein vakuumdichter Kontakt im Bereich des Verlängerungsteils
hergestellt wird, wobei das Pumploch innerhalb der Kontaktzone liegt;
- h) Abpumpen und ggf. Befüllen des zwischen Innengefäß und
Außenkolben sich erstreckenden Volumens über das
Pumploch und das noch offene Ende des zweiten Verlängerungsteils;
- i) Auffallenlassen der Enden des Außenkolbens auf die
Wülste an den Einschmelzungen;
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Ggf.
kann zum Verschließen des Pumplochs (falls gewünscht)
entweder ein erneutes Zurollen angewendet werden, wobei vorteilhaft
der zuzurollende Bereich im ersten Zurollvorgang bereits auf einen deutlich
geringeren Durchmesser gebracht worden ist. Das Pumploch kann auch
durch einfaches Zufallen mittels Anwendung von Unterdruck geschlossen werden.
Eine weitere Alternative ist das Zuschmelzen durch einen Laserstrahl,
oder auch durch Plasmaerhitzen, oder irgendein anderes etabliertes
Verfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe;
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2 ein
Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe;
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3 ein
Herstellverfahren für die Lampe gemäß 1,
stark schematisiert;
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4 das
neuartige Ende des Herstellverfahrens;
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5 eine
Detailaufnahme des Bereichs um das Pumploch mit Wulst und noch offenem
Pumpweg;
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6 eine
Detailaufnahme des Bereichs um das Pumploch mit Wulst und geschlossenem
Pumpweg.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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1 zeigt
stark schematisiert die seitliche Ansicht einer zweiseitig verschlossenen
Metallhalogenidlampe 1. Das als Tonnenkörper ausgebildete Entladungsgefäß 2 aus
Quarzglas schließt zwei Elektroden 3 nebst einer
Metallhalogenidfüllung ein. Die Kolbenenden sind durch
Quetschungen 4 oder auch Einschmelzungen abgedichtet, in
die Folien 5 eingebettet sind. Diese sind mit äußeren
Stromzuführungen 6 verbunden. Die äußere
Stromzuführung 6 ist in einer rohrförmigen
Hülse 7 geführt und endet in einer Buchse 8 eines
integralen Sockelteils 9. Der Sockel ist einteilig aus
Stahl gefertigt und umfasst außerdem eine Kreisscheibe 10 als
Kontaktelement und Widerhaken 11 als Zentrierung und Halterung. Der
bauchige Teil des Entladungsgefäßes ist von einem
Außenkolben 12 umgeben, der im Bereich des Übergangs
zwischen der Quetschung 4 und der Hülse 7 aufgerollt
(13) ist. Der Außenkolben 12 weist eine
umlaufende Delle 14 auf, so dass ein elastisches Trägerband 15 aus
rostfreiem Stahl oder vernickeltem Eisen an der inneren Oberfläche
des Außenkolbens eingespreizt ist ohne seitlich verrutschen
zu können. Das Trägerband enthält Gettermaterialen wie
Zr, Fe, V, Co. Sie dienen zum absorbieren verschiedener Stoffe wie
Sauerstoff, Wasserstoff, o. ä. Der Außenkolben
kann mit Stickstoff, einem anderen inerten Gas oder auch Vakuum
befüllt sein.
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Eine
Herstellungsmethode wird wie folgt anhand 2 beschrieben:
dabei wird zunächst das Entladungsgefäß 2 soweit
aus einem zylindrischen Rohr mittels einer Formrolle und evtl. Quetschbacken,
die jeweils ein in das noch offene Rohr eingebrachtes Elektrodensystem
beispielsweise durch Quetschen fixieren, fertiggestellt, dass es
an bei den Enden mit einer Abdichtung (Quetschung 4 oder
Einschmelzung) versehen ist. Gleichzeitig bleiben an den Abdichtungen
integral angesetzte hülsenförmige Verlängerungsteile 7 stehen.
Während ein erstes Verlängerungsteil 7a abgeschlossen
wird, indem das zunächst noch offene Ende 16a des
Verlängerungsteils auf ein eingebrachtes Sockelteil 17 auffällt,
bleibt bei dem zweiten Verlängerungsteil 7b ein
Pumploch 18 offen. Außerdem wird das offene Ende 16b zunächst
nicht behandelt. Der zylindrische Außenkolben 12 ist
parallel dazu soweit vorbehandelt, dass eine umlaufende Delle 14 ein
daneben eingespanntes Trägerband im Außenkolben 12 seitlich
fixiert. Die Enden des Außenkolbens werden nun mittels
vorheriger Erwärmung durch Flammen und Anwendung von Formbacken
R auf das Verlängerungsteil 16a, b an beiden Seiten
aufgerollt (Pfeil P1, P2) und zwar so, dass die Fixierung an dem
zweiten Verlängerungsteil 16b außerhalb
des noch offenen Pumplochs 18 erfolgt. In Höhe
des Pumplochs 18 wird der Außenkolben 12 zwar
schon eingerollt, aber noch nicht so, dass er am Verlängerungsteil 16b anliegt
(Pfeil P2). Diese Anordnung wird am noch offenen Ende des zweiten
Verlängerungsteils über eine Zuleitung 38 an
ein Pump- und Befüllungssystem 39 angeschlossen,
insbesondere indem ein Pumpgummi 40 auf das Ende des Verlängerungsteils
aufgesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist dabei das Sockelteil
noch nicht eingesetzt.
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Nun
kann die Atmosphäre im Außenkolben abgepumpt werden.
Der Pumpweg ist als Pfeil P3 angezeigt. Anschließend kann
der Außenkolben 12 mit einer etwaigen inerten
Atmosphäre über diesen Pumpweg beschickt werden
oder Vakuum beibehalten werden. Im nächsten Schritt wird
das Pumploch 18 ggf. verschlossen, indem es entweder zugerollt wird,
mit tels Laser zugeschmolzen wird, oder einfach nach Erwärmen
unter Anlegen von Unterdruck von selbst zufällt. Dies ist
aber nicht unbedingt nötig. Anschließend wird
das Ende 16b des zweiten Verlängerungsteils „aufgeschrumpft”,
aber nur soweit, dass es auf der Perle 30 aufliegt. Das
Getterband 15 kann, falls bei dem verwendeten Getter notwendig,
später durch den Außenkolben 12 hindurch
mittels Laser aktiviert werden.
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3 zeigt
eine Halogenglühlampe 20, die ganz ähnlich
gestaltet ist, jedoch hat sie keine Elektroden, sondern einen Leuchtkörper 21 im
Innern des Innenkolbens.
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4 zeigt
im Detail den Bereich der Verbindung zwischen Innenkolben 2 und
Außenkolben 12. Hier sitzt die Glasperle 30,
die beispielsweise als umlaufender Kragen oder Wulst durch Stauchen,
Rollen oder Formblasen des Abdichtungsbereichs erzeugt werden kann,
in etwa in Höhe des äußeren Endes der
Folie 5 in der Einschmelzung 24. Dahinter sitzt weiter
außen das Pumploch 18, das von der rohrartigen
Verlängerung 7 aus eine Verbindung in den Außenkolben 12 schafft.
Der Außenkolben 12 ist nur an seinem äußeren
Ende am Verlängerungsteil 7 des Innenkolbens angeheftet.
Der Außenkolben ist noch von der Glasperle 30 beabstandet.
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5 zeigt,
daß anschließend der Endbereich des Außenkolbens
erwärmt wird und das rohrartige schmale Ende 32 des
Außenkolbens auf die Kuppe der Perle 30 gedrückt
wird. Somit wird eine ringförmige kleinflächige
Verbindung geschaffen, die das Pumploch 18 vom inneren
Volumen des Außenkolbens abschneidet. Das Pumploch bleibt
dabei ggf. als solches erhalten. Gleichzeitig fungiert diese ringförmige
kleinflächige Verbindung als ideale Wärmebrücke
zwischen Einschmelzung 24 und Außenkolben 12.
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Das
Entladungsgefäß 2 gemäß 6 hat beispielsweise
eine Füllung aus Metallhalogeniden wie an sich bekannt.
Des weiteren sind im Entladungsgefäß zwei Elektroden 3 angeordnet,
zwischen denen der Entladungsbogen brennt.
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Aus
Symmetriegründen der Wärmebelastung haben in diesem
Ausführungsbeispiel beide Quetschungen 4 derartige
Wülste 30 in der Nähe des Folienendes.
Nur einer davon hat jedoch eine Funktion in Zusammenhang mit dem
Verschließen des Pumplochs 18.
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Die
Ausformung der Perle kann den 0,4-fachen bis mehrfachen Außendurchmesser
des Schaftes (Quetschung bzw. der Einschmelzung) betragen. Die Perle 30 ist
ein rotationssymmetrischer Grundkörper (Kugel- oder Linsenform),
der im größten Durchmesserbereich eine gerundete
Außenkontur aufweist. Der Übergangsbereich zum
zylinderartigen Schaftbereich kann eckig oder gerundet ausgeformt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1492146
A [0002]
- - EP 1492146 [0011]