DE3123442A1

DE3123442A1 - Gluehwendel fuer eine elektrische lampe und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE3123442A1
Application number: DE19813123442
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Phys. 8900 Augsburg Hofmann; Erolf 8901 Diedorf Weinhardt
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1982-12-30
Also published as: US4506187A; JPH0259583B2; JPS57212765A; DE3123442C2

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft

für elektrische Glühlampen mbH., München

Glühwendel für eine elektrische Lampe und Verfahren zur Herstellung *)

Die Erfindung betrifft eine Glühwendel für eine elektrische Lampe, bei der die Querschnittsfläche einer Windung aus mehreren nahezu geraden Teilstücken und mehreren teilkreisförmigen Teilstücken gebildet wird.

Wendeln der hier beschriebenen Art werden gewöhnlich um einen Flachkern gewickelt, dessen Länge größer als dessen Breite ist. In der Praxis hat es sich bewährt, den Wendeldraht um zwei gleich große, parallel verlaufende Drähte aus z.B. Molybdän oder Eisen zu wickeln. Das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes ist hierbei gleich 2. Dabei gehen dem Wickeln des Wendeldrahtes je nach Verwendungszweck der fertigen Wendel unterschiedliche Fertigungsstufen voraus.

Bei Niederdruckentladungslampen, insbesondere bei Leuchtstofflampen, .wird angestrebt, die Wendel mit möglichst viel Emitterpaste zu versehen. Weiterhin soll eine Leuchtstofflampenwendel bei Stromdurchfluß möglichst schnell heiß und damit emittierend werden. Bei Leuchtstofflampen wird dafür häufig eine Flachstabwendel verwendet. Der Wendeldraht wird hierzu bei der Herstellung mit einer Umspinnungswendel versehen, die außer dem Wendeldraht auch einen parallel zu diesem verlaufenden Rundkern aus Molybdän oder Eisen umschließt. Solche Wendeln werden nach dem Wickeln bei ca. 1100 C bis ca. l400 C spannungsfrei geglüht. In einem weiteren Arbeitsgang werden auf chemischem Weg die Molybdän- bzw. die Eisenkerne ausgelöst. Bei der Weiterverarbeitung

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werden die geschnittenen Wendeln nach der Montage in einem Lampenfuß mit dem Emittermaterial bepastet. Die von der Wendel aufgenommene Emittermenge hat einen wesentlichen Einfluß auf die Lampenlebensdauer, wobei vorzugsweise beim Einschaltvorgang Emitter von der Wendel abspratzt und dadurch die Lampenlebensdauer.reduziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wendel zu schaffen, die leicht mit Emitter zu bepasten ist, ein erhöhtes Emittervolumen im Wendelinnern aufweist, ohne die Heizleistung der Wendel für den Zündvorgang zu verringern, und das Abspratzen des Emitters erschwert.

Die Glühwendel für eine elektrische Lampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jedes teilkreisförmige Teilstück zu dem entsprechenden Teilstück der benachbarten Windungen um einen Winkel OC von 10 bis 110° um die Wendellängsachse W versetzt ist, wobei die Hüllkurve der Wendel mindestens fünf Verengungen je cm Wendellänge aufweist. Der Winkel oL , um den jedes teilkreisförmige Teilstück zu den entsprechenden Teilstücken der benachbarten Windungen versetzt ist, liegt vorteilhaft im Bereich von ca. 6o bis ca. 80 . Vorzugsweise ist jede zweite Windung der Wendel als Verengung ausgebildet. Mindestens jedes zweite, jedoch vorzugsweise jedes teilkreisförmige Teilstück beschreibt im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens und weist den gleichen Biegeradius auf.

Außerhalb des oben angegebenen Winkelbereiches würde sich der Wendelquerschnitt mit kleiner werdendem Winkel oL einer länglichrunden Form und mit einem bis zu 120 groß werdendem Winkel oC der Form eines abgerundeten Dreiecks nähern. Die einzelnen texlkreisförmigen Teil-

stücke jeder Windung wären dann zu den entsprechenden Teilstücken der benachbarten Windungen nicht mehr ausreichend gegeneinander versetzt und die der Erfindung typische Erscheinungsform der Wendel mit ihren Verengungen würde nicht auftreten.

Die Herstellung der erfxndungsgemaßen Wendel erfolgt, indem der Wendeldraht um einen Flachkern aus Molybdän oder aus Eisen gewickelt wird, wobei die Länge L des Flachkernes größer als dessen Breite B ist. Je nach der verwendeten Form des Flachkernes ergeben sich dabei unterschiedliche Wendelformen. In der Regel wird der Wendeldraht um einen Flachkern gewickelt, dessen Verhältnis der Länge L zur Breite B gleich 2 ist. Die einzelnen Querschnitte jeder Windung verlaufen hierbei zunächst noch deckungsgleich entlang der Wendellängsachse. Weiterhin verlaufen die geraden Teilstücke des Wendeldrahtes im Gegensatz zur fertigen Wendel noch parallel zueinander und die teilkreisförmigen Teilstücke beschreiben einen Halbkreis.

In einem weiteren Arbeitsgang wird die um den Flachkern gewickelte Wendel bei einer Temperatur unterhalb 1100 C, z.B. bei 900 ⁰C geglüht. Dadurch bleibt ein Teil der durch das Wickeln entstandenen mechanischen Spannungen im Wendeldraht erhalten. Beim Auslösen des Flachkernes in einem Säurebad federt der gebogene Teil des Wendeldrahtes aufgrund der in ihm verbliebenen Restspannungen um einen bestimmten Betrag aus der gebogenen Form zurück. Die teilkreisförmigen Teilstücke des Wendeldrahtes beschreiben jetzt weniger als einen halben und mehr als einen drittel Kreis und sind gegenüber den entsprechenden Teilstücken der benachbarten Windungen um einen WinkelcC versetzt, der im Bereich zwischen 10° und 110 liegt. Dabei bestimmt die Höhe der Gilühtemperatur, um welchen

Betrag sich die Wendel aus der ursprünglichen Wickelform zur endgültigen, die charakteristischen Verengungen aufweisenden Form verdreht. Bei einer solchen Wendel beschreibt jedes teilkreisförmige Teilstück im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens und jedes teilkreisförmige Teilstück weist den gleichen Biegeradius auf.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes, um den der Wendeldraht gewickelt ist, kleiner als 2. Das trifft für den Fall zu, wenn beispielsweise zwei ungleich dicke, den Flachkern bildende Drähte umwickelt werden, wobei der dickere der beiden Drähte das Maß für die Breite des Flachkernes ist. Bei einer solchen Wendel beschreibt jedes zweite von zwei teilkreisförmigen Teilstücken im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens und jedes zweite teilkreisförmige Teilstück weist den gleichen Biegeradius auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes größer als 2 gewählt wird, wodurch man eine Wendel mit noch stärker ausgeprägten Verengungen erhält als mit den zuvor beschriebenen Flachkernen. Die Emitteraufnahmefähigkeit und das Festhalten des Emitters wird dadurch zusätzlich erhöht.

Bei der zuvor beschriebenen Stabwendel für Leuchtstofflampen wird der Wendeldraht vor dem Wickeln um den Flachkern mit einer einen kleineren Drahtdurchmesser aufweisenden Umspinnungswendel versehen. Die Umspinnungswendel umschließt außer dem Wendeldraht auch einen parallel zu diesem verlaufenden Rundkern aus Molybdän oder Eisen, der erst mit dem Flachkern zusammen ausgelöst wird.

Die Erfindung beschränkt sich nicht allein auf Flachstabwendeln für Niederdruckentladungslampen. So sind auch andere Wendeln, wie beispielsweise Doppelwendeln für Niederdruckentladungslampen oder für Glühlampen, im wesentlichen nach dem gleichen Fertigungsverfahren herstellbar.

Bei der erfindungsgemäßen Wendel wirkt die Oberfläche äußerlich gewellt und rauh und umschließt in diesem Bereich vermehrt den Emitter und hält diesen besser fest. Daraus resultiert eine deutlich höhere Lebensdauer der mit diesen Wendeln versehenen Lampen. Die Wendeln sind auf vorhandenen Wendelwickelmaschinen mit identischen Vorerzeugnissen herstellbar. Die fertigen Wendeln lassen sich auf vorhandenen Maschinen auf herkömmliche Weise weiterverarbeiten. Es fallen deshalb keine zusätzlichen Investitionskosten an. Das Bepasten der Wendeln am fertig montierten Lampengestell ist leichter zu bewerkstelligen als bei herkömmlichen Flachstabwendeln. Insbesondere bei einem Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes von mehr als 2 kann dieser bei gleichbleibender Emitterkapazität der fertigen Wendel eine kleinere Querschnittsfläche als bei herkömmlichen Flachstabwendeln aufweisen, wodurch sich die Auslösezeit verkürzt. Insgesamt ergibt sich eine Verbilligung der Fertigungs- und Materialkosten. Aufgrund der geringeren Glühtemperatur nach dem Wickeln der Wendeln wird darüber hinaus Heizenergie eingespart.

Anhand der nachfolgenden sechs Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Figur 1 zeigt das Wickelprinzip einer Wendel;

Figur 2 zeigt schematisiert die Seitenansicht der Figur 1;

- 8 Figur 3 zeigt eine Alternative der Figur 2;

Figur k zeigt eine weitere, bevorzugte Alternative der Figur 2;

Figur 5 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt einer Wendel;

Figur 6 zeigt schematisiert die Seitenansicht eines Teils einer Wendel.

In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Wickelprinzip der Wendel ist ein Wendeldraht 1 aus Wolfram, zu dem ein Kerndraht 2 aus Eisen parallel geführt ist, von einer Umspinnungswendel 3 umgeben. Die Durchmesser dieser Drähte betragen: Wendeldraht 1 ca. 55 um, Kerndraht 2 ca. 120 um und Umspinnungsdraht 3 ca. 22 pn. Dieses sogenannte Erstgewendel ist anschließend um den von zwei gleichen, parallel verlaufenden Kerndrähten k gebildeten Flachkern gewendelt. Die Kerndrähte k aus Eisen weisen jeweils einen Durchmesser von ca. 400 um auf. Das Verhältnis der Länge L zur Breite B des gesamten umwickelten Flachkernes ist hierbei gleich 2. Der Wendelquerschnitt wird aus nahezu geraden Teilstücken 5 und teilkreisförmigen Teilstücken 6 gebildet. Die geraden Teilstücke 5 verlaufen zunächst noch parallel zueinander und die teilkreisförmigen Teilstücke 6 beschreiben nahezu einen Halbkreis. Die einzelnen Windungen der um den Flachkern gewickelten Wendel verlaufen deckungsgleich.

In der Figur 3 ist die Uraspinnungswendel 3 um zwei Kerndrähte 4t und 7 mit unterschiedlichem Durchmesser gewickelt, wobei der Kerndraht 7 einen kleineren Durchmesser als der Kerndraht k aufweist. Hier ist-das Verhältnis der Länge L zur Breite B des gesamten umwickel-

ten Flachkernes kleiner als 2. Der Wendelquerschnitt wird aus nahezu geraden Teilstücken 8 und teilkreisförmigen Teilstücken 9 und 10 gebildet. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Kerndrähte k und 7 beschreibt das teilkreisförmige Teilstück 9 mehr und das teilkreisförmige Teilstück 10 weniger als einen Halbkreis. Die einzelnen Windungen der um den Flachkern gewickelten Wendel verlaufen deckungsgleich.

In der bevorzugten Ausführung der Figur 4 wird der Flachkern 11 durch einen flachgewalzten Eisendraht gebildet, dessen Länge L 0,8 mm und Breite B 0,25 nun beträgt. Das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes 11 ist in diesem Fall 3»2, also größer als Der vorläufige Wendelquerschnitt besteht aus zwei parallel verlaufenden, geraden Teilstücken 12 und den beiden einen Halbkreis beschreibenden teilkreisförmigen Teilstücken 13· Die Querschnittsform des Flachkernes 11 kann dem individuellen Verwendungszweck angepaßt werden. Durch Einarbeiten z.B. von Hohlkehlen in die Längsseiten kann der effektive Flachkernquerschnitt verringert und damit die Oberfläche vergrößert werden, wodurch die in einem späteren Arbeitsgang folgende Auslösezeit wesentlich verkürzt wird.

Eine gemäß den Figuren 1 und 2 gewickelte Wendel weicht in den bisherigen Arbeitsschritten nicht von einer herkömmlichen Flachstabwendel ab, wie sie gewöhnlich für Leuchtstofflampen verwendet wird. Die endgültige, von der herkömmlichen Gestalt abweichende Wendelform, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, wird durch das sich nun anschließende Glühen bei erniedrigter Temperatur von ca. 900 °C bewirkt. Dadurch verbleibt eine Restspannung in dem dickeren Wendeldraht 1, die beim Auslösen der Eisenkerne 2 und k in einem Säurebad die teilkreis-

förmigen Teilstücke 6 etwas auffedern läßt. Um die Übersichtlichkeit der Darstellung zu erhalten, ist in der Figur 5 von der den Wendeldraht 1 umgebenden Umspinnungswendel 3 nur die Hüllkurve gezeichnet. Die erfindungsgemäße Wendel läßt dabei deutliche Verengungen ik und Erweiterungen 15 erkennen, wobei ein cm Wendellänge neun Verengungen lk aufweist.

In der ebenfalls stark vereinfachten Darstellung der Figur 6 sind von dem aufgefederten Wendeldraht 1 nur einige Windungen dargestellt und dieser ist wiederum nur von einigen Windungen der Umspinnungswendel 3 umgeben. Die teilkreisförmigen Teilstücke 13 beschreiben jetzt weniger als einen Halbkreis und sind zu den entsprechenden Teilstücken der benachbarten Windungen um einen Winkelet, von ca. 90 versetzt. Die Größe des Winkels C( wird von der Höhe der Glühtemperatur bestimmt und ist großtechnisch gut reproduzierbar. Der Höhenunterschied zwischen einer Verengung Ik und einer Erweiterung 15 ist ein Maß für die Rauheit R der Wendel. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn Verengung lk und Erweiterung 15 auf benachbarte Windungen fallen. Die Rauheit R einer Wendel steigt an, wenn das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes 11 größer als 2 ist (siehe Figur k) und die Glühtemperatur der gewickelten, jedoch noch nicht ausgelösten Wendel kleiner als 1100 C, insbesondere ca. 900 °C beträgt.

Bei der Verarbeitung der Wendeln zeigte sich, daß die erfindungsgemäße Wendel etwa 10 % mehr Emitter aufnimmt als herkömmliche Flachstabwendein. Die Emitterverbrauchsgeschwindigkeit ist bei z.B. kO W-Leuchtstofflampen ca. 20 % niedriger als bei mit Flachstabwendeln versehenen Lampen. Mit den erfindungsgemäßen Wendeln verarbeitete Lampen ergaben eine gegenüber herkömmlichen Leuchtstofflampen um ca. 30 % höhere Lebensdauer.

, 4ir.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

ill Glühwendel für eine elektrische Lampe, bei der die Querschnittsfläche einer Windung aus mehreren nahezu geraden Teilstücken (5; 8; 12) und mehreren teilkreisförmigen Teilstücken (6; 91 10; 13) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes teilkreisförmige Teilstück (6; 9, 10; 13) zu dem entsprechenden Teilstück der benachbarten Windungen um einen Winkel oC von 10 bis 110°um die Wendellängsachse W versetzt ist, wobei die Hüllkurve der Wendel mindestens fünf Verengungen (l4) je cm Wendellänge aufweist.

2β Glühwendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der WinkelcC ca. 60° bis 80° beträgt.

3. Glühwendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^ daß jede zweite Windung der Wendel als Verengung (Ik) ausgebildet ist. %

4. Glühwendel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens jedes zweite teilkreisförmige Teilstück (9» 10) im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens beschreibt und den gleichen Biegeradius aufweist.

5» Glühwendel nach Anspruch 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet, daß jedes teilkreisförmige Teilstück (6; 13) im wesentlichen den gleichen Betrag eines Kreisbogens beschreibt und den gleichen Biegeradius aufweist.

6". Verfahren zur Herstellung einer Glühwendel nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß im we- * sentlichen folgende Arbeitsgänge ausgeführt werden:

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a) Wickeln eines Wendeldrahtes (l) um einen Flachkern (4; 4, 7i Ii) aus Molybdän oder Eisen, wobei die Länge L des Flachkernes (4; 4, 7; 11) größer als die Breite B ist;

b) Glühen des um den Flachkern (4; 4, 75.11) gewikkelten Wendeldrahtes (l) bei einer Temperatur, bei der ein Teil der durch das Wickeln entstandenen Spannungen im Wendeldraht (l) erhalten bleibt;

c) Auslösen des Flachkernes (4; 4, 75 11) auf chemischem Weg, wobei die teilkreisförmigen Teilstücke (6; 9j 10; 13) durch die verbliebenen Restspannungen um einen bestimmten Betrag aus dem gebogenen Biegeradius zurückfedern und sich jedes teilkreisförmige Teilstück (6; 9, 10; 13) zu dem entsprechenden Teilstück der benachbarten Windungen um einen WinkeloC von
längsachse W verdreht.

um einen WinkeloC von 10° bis 110 um die Wendel-

7· Verfahren zur Herstellung einer Glühwendel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Flachkernes (11), um den der Wendeldraht (l) gewickelt ist, größer als ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Glühwendel nach Anspruch 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß der Wendeldraht (l) vor dem Wickeln um den Flachkern (4; 4, 7; 11) mit einer Umspinnungswendel (3) versehen wird, wobei die Umspinnungswendel (3) außer dem Wendeldraht (l) auch einen parallel zu diesem verlaufenden Rundkern (2) aus Molybdän oder Eisen umschließt.