DE102009048126A1

DE102009048126A1 - Verfahren zur Herstellung einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE102009048126A1
Application number: DE102009048126A
Authority: DE
Inventors: Lambert Frye; Claus Pfaller; Christoph Steidl
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-07
Also published as: EP2483903A1; WO2011039033A9; JP2013506944A; US20120184173A1; CN102549702A; WO2011039033A1

Abstract

Das Verfahren beinhaltet die vorläufige Fixierung eines Schaftes einer Elektrode durch Finger, die bei einem Noppungsvorgang im Bereich der zukünftigen Einschmelzung entstehen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit Quarzglasgefäß und Metallhalogenidfüllung.
Stand der Technik
Aus der US-A 5 663 607 und US-A 4 038 578 sind zweiseitig verschlossene Hochdruckentladungslampen bekannt, die eine Stütze der Elektrode zur besseren Fixierung aufweisen. Sie erfordern jedoch zusätzliche Bauteile.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise die Schieflage von Elektroden ohne zusätzliche Bauteile verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das Problem der Schiefstellung bei zweiseitig verschlossenen Lampen wird üblicherweise durch spezielle Quetschbacken gelöst. Im Falle einer Einschmelzung kann man versuchen eine spezielle Flammführung bei der Herstellung anzuwenden.
Elektrodensysteme, die Folien beinhalten, werden üblicherweise mittig zur Längsachse des Entladungsgefäßes in die Enden eingeschoben. Sie lassen sich dort im PRinip mitteles eines Haltesystems, eines Clips oder geeignet geformte Stromzuführung, zentrieren. Sie lassen sich aber auch durch eine geeignete geometrische Ausformung des Einschmelzbereichs der Enden des Entladungsgefäßes in ihrer X-Richtung, hier definiert als Breitseite der Folie eines Elektrodensystems, und Y-Richtung, hier definiert als Schmalseite der Folie, im Entladungsgefäß aus Quarzglas fixieren und gerichtet halten.
Normalerweise geht die Ausrichtung beim ersten Berühren zwischen Mo-Folie und Kolbenglas durch Anhaftungseffekte und Unterschiede in der Temperaturverteilung verloren.
Fixiert man den Stift oder Schaft der Elektrode, die insbesondere einen Kopf entladungsseitig aufweist, vor dem Einschmelzen durch zwei oder auch mehr zentrierende Noppen im rohrartigen Ende, so bleibt die Position der Elektrode beim Einschmelzen erhalten.
Dadurch wird die Schiefstellung der Elektrode gegenüber der Sollposition in der Längsachse erheblich reduziert. Die Abweichung von der Sollposition wird um einen Faktor 5 bis 10 gegenüber konventionellen Einschmelzungen verbessert. Dadurch nimmt auch die Streuung bzgl. einer gewünschten Lichtfarbe stark ab. Ein weiterer Vorteil ist, dass statistisch gesehen eine geringere Temperatur an der Kolbenwand erzielt wird, was wiederum zu einer Verlängerung der Lebensdauer führt. Das Noppen des Endes ist eine Sonderform des Quetschens, bei der das rohrartige Ende nicht verschlossen wird. Eine derartige Technik ist nur zum provisorischen Befestigen und Fixieren des Elektrodenschafts gedacht, wobei trotzdem noch vorläufig ein Evakuieren, oder Gasaustausch über die somit geschaffene Engstelle hin zum Innern des Entladungsgefäßes möglich bleibt.
Der Fertigungsablauf ist so, dass zunächst ein Kolbenrohr mit offenen Enden und extern gehaltenen Elektrodensystemen in eine Einschmelzmaschine eingesetzt wird. Danach erfolgt Spülen des Kolbens durch die offenen Enden. Danach wird ein rohrartiges Ende an mindestens zwei Stellen, die auf einem Umfang des Rohres liegen aufgeheizt. Danach wird der Schaft der Elektrode durch den Noppungsprozess fixiert, und zwar an einem Ende. Im nächsten Schritt wird die erste Einschmelzung fertig gestellt. Danach kann eine Füllung durch das einseitig offene Ende in das Entladungsgefäß eingebracht werden. Danach wird die zweite Noppung durchgeführt und anschließend die Einschmelzung vollendet, so dass die Folie komplett von Quarzglas ummantelt ist.
Die Wandstärke des rohrartigen Endes kann dabei im üblichen Bereich von typisch 1 bis 3 mm liegen.
Die Elektrodensysteme werden durch die „Finger der Noppen an den Schaftenden gehalten bis zum Prozess der Einschmelzung. Währen der Aufheizung werden an den Stellen der Noppung Glasumformtemperaturen in der Größenordnung von 2000°C erreicht.
Zunächst ist die Einnoppung vergleichbar mit einem ähnlichen Prozess zum dauerhaften Fixieren des Leuchtkörpers von Halogenglühlampe, wie aus EP 446 458 vorbekannt. Im Unterschied dazu kann der Noppenbereich später überschmolzen werden um die Einschmelzung fertigzustellen. Des weiteren hat der genoppte Bereich während des Einschmelzevorgangs quasi die Funktion einer „Thermobremse”. Wegen des hier bereits vorhandenen thermischen Kontakts zwischen Folie und Glas wird der Einschmelzvorgang vorzeitig beendet, so dass in aller Regel leichte Dellen im Bereich der Einschmelzung verbleiben. Dieser sozusagen zweistufige Einschmelzvorgangs hat außerdem die Wirkung, dass das fertige Entladungsgefäß einen höhere mechanische Festigkeit aufweist als bei einem einstufigen Einschmelzungsprozesse, weil keine so großen thermischen Spannungen verbleiben.
Bevorzugt werden zwei einander gegenüberliegende Noppen oder auch drei gleichmäßig um den Umfang des Rohres verteilte Noppen verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Hochdruckentladungslampe;
2 ein Entladungsgefäß mit bestücktem Elektrodensystem;
3 ein Detail des Endes des Kolbens mit darin ausgerichtetem Elektrodensystem (3a) und zugehöriger Schnitt (3b);
4 das gleiche detail nach dem Noppungsvorgang (4a) und zugehöriger Schnitt (4);
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Metallhalogenidlampe 1 gezeigt, die durch Einschmelzungen 2 abgedichtet ist. Es handelt sich um eine 150 W Lampe mit einem bauchigen Entladungsgefäß 3. Die Einschmelzungen 2 haben einen Durchmesser von ca. 5 mm. In der Einschmelzung ist ein Elektrodensystem 14 fixiert, mit einer Stromzuführung 5, einer Folie 4 und einer stiftartigen Elektrode, mit einem Schaft 10 und einem Kopfteil 11, die in das Entladungsvolumen hineinragt. Am Ende der Einschmelzung setzt ein Rohrstück 6 integral an. Im Rohrstück ist ein Sockelteil 7 integriert.
Das Entladungsgefäß ist von einem Außenkolben 8 umgeben, der im wesentlichen zylindrisch gestaltet ist. Er verengt sich zum Rohrstück 6 hin. Die Füllung ist eine übliche Metallhalogenidfüllung für die Allgemeinbeleuchtung wie an sich bekannt. In der Verlängerung des rohrartigen Endes ist der Sockel 7 gehaltert, der mit der äußeren Stromzuführung 5 in Verbindung steht.
Eine derart kompakte Lampe erreicht trotz hoher Belastung eine Lebensdauer von mindestens 6000 Std., insbesondere sogar mehr als 12000 Std. bei optimaler Gestaltung.
In 2 ist ein derartiges Entladungsgefäß 3 schematisiert gezeigt, wobei die beiden Enden 15 noch unbehandelt sind und als rohrartige Teile ausgebildet sind. In den rohrartigen Enden sind zwei Elektrodensysteme 14 eingesetzt. Zur Vorbereitung der Einschmelzung kann dabei die Dicke des vorderen Teils des rohrartigen Endes verringert sein.
In 3 ist als Detail ein Ende 15 gezeigt (3a) und der zugehörige Querschnitt (3b), bei dem im Ende 15 noch genügend Platz zum Pumpen und Spülen verbleibt.
Ein derartiges Bauteil aus Entladungsgefäß und Elektrodensystem wird in eine Einschmelzmaschine eingesetzt. Danach wird der noch offene Kolben über die Enden gespült, wie an sich bekannt, üblicherweise mit Inertgas. Anschließend wird bei beiden oder auch zunächst nur an einem Ende 15 in Höhe des späteren Einschmelzbereichs das rohrartige Ende an zwei einander gegenüberliegenden Stellen aufgeheizt.
4 zeigt, dass nunmehr ähnlich wie in EP 446458 beschrieben zwei Finger 20 den Elektrodenschaft 10 zentrieren (4a). Im Querschnitt der 4b sieht man, dass auch hier wieder ausreichend Platz zum weiteren Pumpen und Spülen wie auch Befüllen im Rohr 15 verbleibt.
Erst nach dem Füllen wird nun ein üblicher Einschmelzvorgang durchgeführt, bei dem Reste der Finger 20 als Dellen 21 im Bereich des Endes verbleiben können, siehe 1 Anschließend kann noch ein Außenkolben 8 wie in 1 gezeigt über das Entladungsgefäß gestülpt werden. Details der Herstellung dazu sind beispielsweise in DE-A 103 25 554 beschrieben.
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das zweiseitig verschlossen ist, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden aufweist, in denen jeweils ein Elektrodensystem mit Folie, eine Elektrode mit Schaft und eine äußere Stromzuführung gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte angewendet werden: – Bereitstellen eines Entladungsgefäßes aus Quarzglas mit zwei rohrartigen noch offenen Enden; – Einführen eines Elektrodensystems zumindest in das offene erste Ende, ggf. auch in das zweite offene Ende; – ggf. Spülen des Entladungsgefäßes – Aufheizen des ersten offenen Endes in Höhe des Schaftes und zwar punktuell an mindestens zwei auf einem Umfang liegenden, eine Zentrierung ermöglichenden Stellen; – vorläufiges Fixieren des Schaftes durch einen Noppungsvorgang, bei dem Finger aus Quarzglas am rohrartigen ersten Ende gebildet werden, die sich zum Schaft hin erstrecken; – Aufheizen und Einschmelzen des zumindest die Folie und die Finger umfassenden Einschmelzbereichs am ersten Ende, wodurch das erste Ende verschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Schaft zwei Finger verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Quarzglas gefertigt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verschließen des ersten Endes des Entladungsgefäßes Metallhalogenide durch das noch offene zweite Ende in das Entladungsvolumen eingefüllt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen optional ein Elektrodensystem in das zweite noch offene Ende eingeführt wird, und dass das zweite noch offene Ende in analoger Weise wie das erste Ende verschlossen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschließen des zweiten Endes spätestens nach dem Befüllen ein Elektrodensystem in das zweite noch offene Ende eingeführt wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5663607 A [0002]
US 4038578 A [0002]
EP 446458 [0014, 0027]
DE 10325554 A [0028]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das zweiseitig verschlossen ist, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden aufweist, in denen jeweils ein Elektrodensystem mit Folie, eine Elektrode mit Schaft und eine äußere Stromzuführung gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte angewendet werden: – Bereitstellen eines Entladungsgefäßes aus Quarzglas mit zwei rohrartigen noch offenen Enden; – Einführen eines Elektrodensystems zumindest in das offene erste Ende, ggf. auch in das zweite offene Ende; – ggf. Spülen des Entladungsgefäßes – Aufheizen des ersten offenen Endes in Höhe des Schaftes und zwar punktuell an mindestens zwei auf einem Umfang liegenden, eine Zentrierung ermöglichenden Stellen; – vorläufiges Fixieren des Schaftes durch einen Noppungsvorgang, bei dem Finger aus Quarzglas am rohrartigen ersten Ende gebildet werden, die sich zum Schaft hin erstrecken; – Aufheizen und Einschmelzen des zumindest die Folie und die Finger umfassenden Einschmelzbereichs am ersten Ende, wodurch das erste Ende verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Schaft zwei Finger verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Quarzglas gefertigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verschließen des ersten Endes des Entladungsgefäßes Metallhalogenide durch das noch offene zweite Ende in das Entladungsvolumen eingefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen optional ein Elektrodensystem in das zweite noch offene Ende eingeführt wird, und dass das zweite noch offene Ende in analoger Weise wie das erste Ende verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschließen des zweiten Endes spätestens nach dem Befüllen ein Elektrodensystem in das zweite noch offene Ende eingeführt wird.