DE3124711A1

DE3124711A1 - "bogenlampe und verfahren zu ihrer herstellung"

Info

Publication number: DE3124711A1
Application number: DE19813124711
Authority: DE
Inventors: George Kelly Moreland Hills Ohio Danko
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1982-09-16
Also published as: JPS5730257A; GB2080018A; GB2080018B; US4396857A; FR2486306A1; FR2486306B1

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Bogenlampe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bogenlampe und insbesondere auf ihren Aufbau mit zusammengequetschtem Ende, was bei Lampen von Miniaturgröße besonders vorteilhaft ist.

Hochdruck-Metalldampflampen xveisen im allgemeinen eine innere Hülle oder ein Bogenrohr auf, das in einem äußeren Glasmantel eingeschlossen ist. In Metallhalogenid- oder Halogenlampen ist das Bogenrohr aus Quarz oder geschmolzenem Siliciumdioxid und enthält eine Quecksilbermenge zusammen mit einem oder mehreren Metallhalogeniden und einem inerten Startergas. Bei der gewerblichen Herstellung wurden die Rohre gewöhnlich unter Verwendung der sogenannten Quetschverschlüsse hergestellt, wobei die gesamten Endsegmente eines Quarzrohrstücks zusammengedrückt und verschlossen werden. Dies geschieht durch Pressen der Rohrenden in einem durch Wärme erweichten Zustand zwischen einem Paar sich gegenüber liegender Backen, um das Quarzrohr um eine folien- oder blechförmige Zuführung herum zusammenfallen zu lassen, die eine Elektrode an ihrem inneren Ende trägt. Dies führt zu einer schwanzflossenartigen Konfiguration, die etwas an einen Fischschwanz an jedem Ende des Bogenrohres erinnert.

Wenn eine Metallhalogenid- oder Halogenlampe eine stabile Betriebstemperatur erreicht hat, wird das Quecksilber in der Füllung praktisch vollständig verdampft, aber ein Ifbercchuas an Me tallhaJ.ogenid bleibt unverdampft. Solch ein Uberachusts samniult, sich an kalben Stellen innerhalb der Bogenkammer» und dies sind leicht die Enden oder Ecken dus durch das Zusammenquetschen gebildeten gekrümmten Saumes. SoLch. ungleichförmige Kondensation überschüssigen Metallhalogenids in flacia zusammengequetschten Bogenrohren wird häufig als Rippen- oder Schwanzflosseneffekt bezeichnet.

In der US-PS 4-161672 sind die Vorteile kleiner Zuführungsverschlüsse, die einen geringen Strahlung blockierenden oder Absorptionsquerschnitt haben, erläutert. Sie sind buijonders erwünscht bei Lampen mit geringer Wattzahl oder geringer Größe, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Eine Möglichkeit der Herstellung eines Verschlusses mi L einem geringen Absorptionsquerschnitt besteht im Erhitzen des Verschlußteils eines vorgeformten Kolbens bis zu einem viskosen Zustand und Zusammenfallenlassen durch Vakuum auf das Folien- oder Blechteil einer hindurchragenden Elektrodenzuführung. Da es in der Praxis notwendig ist, den Kolben zu drehen, wenn der Hals erhitzt und dann zusammenfallen gelassen wird, ist die zum Verschließen von Bogenrohren auf diese Weise erforderliche Ausrüstung aufwendige· und kostspieliger als die zum Verschließen durch Zusammenquetschen erforderliche.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Bogenlampetiaufbaus oder einer Bogenlampenform, der bzw. die zu einem niedrigen Absorptionsquerschnitt führt und den Schwanzflosseneffekt vermeidet und durch Verwendung von Quetsch- oder Klemmbacken erreicht werden kann. Ferner soll ein bequemes und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Bogenrohren solchen Aufbaues geschaffen werden.

Erfindungsgemäß ist das Glas-Bogenrohr mit verengten zylindrischen Halsteilen zwischen dem Kolbenteil und den um die Elektrodenzuführungen herum zusammengequetschten und zusammengefallenen Verschlußteilen versehen. Die zylindrischen Halsteile können als Teil oder zusammen mit dem Blasen des Kolbens aus Quarzrohr gebildet werden, in geeigneter Weise durch die Verwendung einer geeigneten Hohlform. Wenn anschließend die Verschlußteile erhitzt und durch Klemmbacken zusammengepreßt werden, um die Elektrodenzuführungen einzuschmelzen, bleiben die Hälse mit dem Kolben im wesentlichen in ihrer ursprünglichen Form und schrumpfen lediglich etwas um diu durch sie hindurchragenden Zuführungen. So geht daa Bogenrohr von der abgerundeten Endform des Kolbens oder der Bogenkammer über einen zylindrischen Halsteil schließlich in die abgeflachte Verschlußform über. Dadurch wird ein Innenaufbau erreicht, der praktisch eine Rotationsoberfläche um die Längsachse darstellt, und der Sohwanzflosseneffekt wird vermieden. Auch wird dadurch, daß nur ein beschränkter Durchlaß durch den Hals vorgesehen wird, eine viel größere Genauigkeit beim Plazieren der Elektro- ^=s den im Kolben und bei der Festlegung des Elektrodenabstandes erzielt.

Fig. 1 und 2 sind Front- bzw. Seitenansichten die Erfindung verkörpernden Miniaturbogenrohres in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 zeigt ein Stück Quarzrohr, eingepaßt in eine Glasdrehbank zum Blasen in eine Form,

Fig. 4- zeigt bildlich das Bogenrohr in bezug auf diu Klemmverschlußbacken betriebsmäßig angeordnet,

Fig. 5 zeigt die Kernteile der Backen im Augenblick doy Vorsohließona du» Bojjon vohrn .

In den Figuren 1 und 2 ist eine Bogenlampe 1, üblicher im Sprachgebrauch des Fachgebiets als Bogenrohr bekannt, dargestellt, in der die Erfindung verkörpert ist. In ihrer Größe und in ihrem allgemeinen Aufbau gleicht sie den in den zuvor erwähnten Patentschriften offenbarten Miniaturlampen. Kurz zusammengefaßt besteht das Bogenrohr aus einem Stück geschmolzenem Siliciumdioxid oder Quarzrohr mit einem hohlen, kolbenartigen Mittelteil 2, eine Bogenkammer zur Aufnahme einer Hochdruck-Metalldampfentladung festlegend. In diesem besonderen Falle ist die Bogenkammer in Richtung der Abschlüsse von der Kugelform weg etwas gestreckt, so daß sie als ellipsoid beschrieben werden kann, und sie hat ein Volumen von weniger als 1 cm^. Die Bogenlampe kann jedoch von verschiedener Gestalt und erheblich größer sein als dargestellt. Damit verbunden und in diametral entgegengesetzten Richtungen vom Mittelteil 2 wegweisend sind 2 abgeflachte, zusammengedrückte Verschlußteile 3 und 4 mit wesentlich größerer Breite als Dicke. Die Verschlußteile sind mit dem kolbenartigen Mittelteil durch kurze Übergangshalsteile 5 und 6 von kreisförmigem Querschnitt verbunden. Die Querschnittsfläche aus Quarz in den Hälsen ist sehr verschieden von der der zusammengedrückten Verschlüsse.

Elektrodenzuführungen 7,8 ragen durch den Verschluß und die Halsteile 3, 5 bzw. 4» 6 in den Kolben 2. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Lampe ist für den Betrieb mit Strom in einer Richtung vorgesehen, und sie ist in der Stellung dargestellt, in der sie normalerweise betrieben wird, d.h. vertikal, wobei die Kathode oben liegt.Die obere Elektrodenzuführung endet in einer Kathode aus einem Wolframdraht oder Schaft 9 mit einer Wolframdrahtw-endel 11 um das äußere Ende. Der Schaft 9 ist an ein Molybdänblechteil oder -folienteil 12 geschweißt, das durch das abge-

flachte, zusammengedrückte Teil 3 ragt und am anderen Ende einen Molybdänleitungsdraht 13 nach außen vorragend aufweist.'Die Kathode kann einen Elektronenemitter, wie ThOp*^2^3' ^auf^weis^en» der die Wicklungen der Helix 11 bedeckt oder die Zwischenräume zwischen den Wicklungen und dem Schaft füllt. Als Anode genügt ein Wolframschaft H» der in einem Kugelende 15 endet; der Schaft ist an ein Molybdänblech- oder -folienteil 16 geschweißt, das durch das abgeflachte, zusammengedrückte Teil 4- ragt und am anderen Ende einen nach außen ragenden Molybdänleitun^sdraht 17 aufweist.

Ein typisches Miniatur-Metallhalogenid-Bogenrohr für eititj Lampe von 35 W kann einen ellipsoiden Kolben verwenden, wie dargestellt, mit einem Entladungsvolumen von o,1 bis

3
o,15 cm . Beispielsweise kann. der Kolben o,5 mm Wanddicke, 7 mm Außendurchmesser, 6 mm Innendurchmesser und 7 mm Innenlänge, von Unregelmäßigkeiten abgesehen, haben. Eine geeignete Füllung für die Hülle umfaßt Argon oder anderes inertgas bei einem Druck von mehreren 1o Millibar (Torr), das als Startgas dient, sowie eine Füllung mit Quecksilber und den Metallhologeniden NaJ, ScJ₁₃ und ThJ.. Die Füllung kann in die Bogenkammer über das. seitliche Belüftunga- odor· Absaurohr 18, in den Figuren 4· und 5 dargestellt, eingeführt werden, das dann abgenommen wird, wie bei 18 · in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Um die Lampe fertig zu machen, wird das Bogenrohr geitfb'hnlich in einem äußeren Schutzmantel (nicht dargestellt) angebracht, der entweder evakuiert oder mit einem inaktiven Gas gefüllt und mit einem Sock η1 mit Kontaktanschlüssen ausgestattet wird, an die die Aulienleitungen 13 und 17 angeschlossen werden. Andererseits wird, wenn das Bogenrohr als Teil einer kompletten Beleuchtungueinheit vorgesehen ist, ein elektronischer Stromstärkenregler am äußeren Mantel befestigt und ein für die ganze

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dem die Elektrode deplaziert oder zur einen oder anderen Seite vor dem Verschließen oder Abdichten verschoben sein kann, recht beschränkt, und es wird eine viel größere Genauigkeit im Anbringen und Zentralisieren der Elektroden im Kolben erzielt. Dann wird ein Belüftungs- oder Absaugrohr 18 am Kolben angebracht, in geeigneter Weise durch Schneiden eines Lochs in den Kolben mit Hilfe von Laserstrahlen und anschließendes Wärmeerweichen des Quarzes um das Loch herum und Verbinden des erweichten Endes des Rohres damit.

Für den Quetschvorgang wird der Kolben von dem Belüftungsbzw. Absaugrohr in vertikaler Stellung gehalten, wobei das Verschlußteil 3 am tiefsten liegt und mit den Quetschbacken 26, 27 ausgerichtet ist, wie in Fig . 4- dargestellt. Eine Elektrodenzuführungsanordnung, in geeigneter Weise die Anordnung 7, die die Kathode 9 umfaßt, wird in das Verschlußteil eingesetzt und durch eine (nicht dargestellte) Halterung am Platz gehalten, was genau die gewünschte Eirulringtiefe bringt. Der enge Durchlaß durch den Hals gewährleistet! daß die Elektrode praktisch axial und zentral im Kolben liegt. Beispielsweise kann der Durchmesser des Durchlasses durch den Hals 0,76 mm (0,03") sein, wenn eine Elektrode mit einem Schaft von 0,23 mm (0,009") vorgesehen ist. Ein inaktives Gas, in geeigneter Weise Stickstoff, wird dem Belüftungsrohr 18 über eine geeignete Einrichtung, dargestellt durch das Rohr 28, zugeführt. Der Stickstoff strömt in den Kolben und durch das Verschluß teil bis zu dem Augenblick des Zusammenquetschens, um eine Oxidation der Elektroden und Zuführungen zu vermeiden. Das Verschlußteil 3 wird durch ein Paar (nicht dargestellter) gegenüber!Legendär Brenner erhitzt, die Mischstrahlen aus Wasserstoff und tfaiu-rstoff zuführen, deren Flammen es einhüllen.

Einheit geeigneter Schraubsockel vorgesehen.

Die Erfindung löst die Aufgabe eines niedrigen Absorptionsquerschnitts und der Vermeidung des Schwanüi'loaseneffekts dadurch, daß Übergangshalsteile 5» 6 zwischen den gerundeten oder konischen Enden des Kolbens und den abgeflachten, zusammengedrückten Verschüußteilen 3, 4 vurgoauhoii wurduti. Vo rviu^uwn 1 -Mu üitid cliuiii' iUi I ti l,n i I >■ als Teil oder gleichzeitig mit dem Blasen des KoI bon:.; aus einem Quarzrohr gebildet, in geeigneter Weise durch die Verwendung einer geeigneten Hohlform. Wie in Fig . dargestellt, wird ein Stück Quarzrohr 21 mit einer utwas größeren Länge als der Länge des fertigen Bogenrohres in eine Glasdrehbank gegeben und in ΰρί ndolstock- und Reitstocicspannpatronen 22, 23 eingepaßt. Jod« opuntipatrone hat eine Luftanschlußeinrichtung (nicht dargestellt ), um das Rohr zur passenden Zuit unter Druck au setzen. Wenn das Rohr in der Drehbank rotiert., w.i nl ·:.-'. von intensiven Gasflammen um seinen Mittelpunkt huruiu umspielt, bis ein viskoser Zustand erreicht ist. Dann wird in rascher Folge die Rotation gestoppt, die Gasbrenner entfernt, Formhälften 24» 25 werden vorgerückt, und um das Rohr, wie durch Pfeile angegeben, geschlossen und das Rohr unter Druck gesetzt, um es in die Form zu expandieren. Die Expansion des Rohres führt zu einer-Herabsetzung der Wandstärke im Kolben teil 2, aber die Wandstärke in den Halsteilen 5, 6 wird nicht reduziert und kann tatsächlich sogar erhöht werden. Dur Durchlaß durch den Hals kann gerade groß genug sein, um die Elektrode hindurchführen zu können. Dadurch ist das Ausmaß, hu

BAD 0RIG1N&

Gegen Ende des Erhitzens wird das Verschlußteil am Hals 5 beginnend weißglühend und plastisch. Im passenden Augenblick werden die Brenner rasch entfernt und gleichzeitig werden die Klemmbacken 26, 27 betätigt und durch Bewegung der Hebel 3o, 31» an deren einander gegenüberliegenden Enden die Backen befestigt sind, zusammengebracht. Vorrichtungen zur Ausführung koordinierter gleichzeitiger Bewegung von Brennern und Backen sind bekannt und z.B. in der US-PS 2857712 offenbart. Die Backen weisen herkömmlicherweise ebene Flächenteile auf, die das Quarzraaterial um die Zuführungsfolie oder das Blech zusammendrücken und zu dem hermetischen Verschluß flachpressen; der ebene Flächenteil 32 der Backe 26 ist in Fig. 4. _Zu sehen. Außerdem weist aber eine der Backen, 26 in der Abbildung, ein Paar Klauen 33, 34 auf, die unmittelbar über und auf jeder Seite des ebenen Teils 32 angeordnet sind und in Richtung der gegenüberliegenden Backe ragen. Die Klauen umgreifen und berühren das Halsteil 5 des Bogenrohres während des gegenseitigen Vorrückens der Backen Das Berühren oder Ergreifen des Haisee durch.die Klauen 33. 34· gewährleistet eine genaue Plazierung des Kolbens und des Verschlußteils zwischen den Klemmbacken im kritischen Augenblick, eine notwendige Vorarbeit für die Genauigkeit des Abstands zwischen den Elektroden. Wenn sich die Backen einander nähern, bilden das gekrümmte Grundteil 35 der Backe 26 zusammen mit den unmittelbar benachbarten Teilen der Klauen 33» 34 und das zusammenwirkende gekrümmte Teil 36 an der gegenüberliegenden Backe 27 ein annährend kreisförmiges Band oder einen Kragen, das bzw. der den Hals 5 im Augenblick des Zusammenquetschens umgibt. In Fig. 5 ist der Hals so umgeben dargestellt, mit Ausnahme der Kl&ue 33» 34» die weggelassen wurden, um die Darstellung klarer zu machen. Der so gebildete Kragen hat die allgemeine Ge-

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stalt des Halses und quetschtund schrumpft ihn gleichzeitig etwas, um die Lücke oder den Abstand zu schließen, wo der Elektrodenschaft durch den Durchlaß hindurch_führt, So gleicht die innere Gestalt des Endes der Bogenkammer einer Rotationsoberfläche um die Längsachse der Lampe. Der hermetische Verschluß jedoch erfolgt an der Folie oder dem Blech 12, wenn die Backen das Quarzmaterial momentan auf beiden Seiten dagegendrücken.

Dann kann das Bogenrohr in seiner Halterung umgedreht werden, wie in Fig . 5 gezeigt, und die Quetsch- oder Pressdichtung der Anodenzuführung am anderen Ende kann in gleicher Weise erfolgen. Die Herstellung des Bogenrohres wird dann in herkömmlicher Weise abgeschlossen, wozu das Absaugen und Spülen des verschlossenen Bogenrahres, das Einführen von Quecksilber und Metallhalogeniden, von Inertgas als Starter, wie Argon, bei geeignetem Druck, und schließlich das Entfernen des Belüftungs- und Absaugrohres gehört, wie in Fig . 1 und 2 dargestellt.

Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

Bogenlampe mit einer Glashülle mit einem kolbenartigen Mittelteil, der eine Bogenkammer begrenzt, und zusammengedrückten Verschlußteilen, die in diametral entgegengesetzte Rieh Lungen weisen, und mit einem Paar in dem KoJ bun teil uugeordneter Elektroden, die jei^eils mit eiimr durch einen Verschlußteil ragenden Zuführung verbunden sind, gekennzeichnet durch im wesenLIichun zylindrische Halsteile (5,6) in der Hülle als tJbergangszonen zwischen den gerundeten Endun du;; kolbenartigen Teils (2) und der zusammengedruckten Verschlußteile (3,4)» wobei die libergang;.;-Zonen einen Innenaufbau der Enden der Bogutikummi-t· schaffen, der einer Rotationsoberl'lache um diu Längsachse der Lampe gleichkommt.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zuführung (7,8) ein Folien- odur Biucliteil (12,16) umfaßt, an den im Zunammengclriickten Verschlußteil ein hermetischer Vurschiulj her gestellt ist.
3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch daß der Durchgang durch jeden Hals um die durch ihn ragende Zuführung geschrumpft ißt.

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4.. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch jeden Hals vor dem Verschließen nicht viel größer als für das Hindurchführen der geeigneten Elektrode erforderlich war und nach dem Verschließen um die hindurchragende Zuführung herum geschrumpft ist.
5. Metalldampf-Bogenlampe mit einer Glashülle mit einem kolbenartigen Mittelteil (2), der eine Bogenkammer begrenzt, und zusammengedrückten Verschlußteilen (3i4-)> die in diametral entgegengesetzte Richtungen weisen, mit einem Paar in. den Enden des Kolbenteils angeordneter Elektroden, die jeweils mit einer durch das Verschlußteil ragenden Zuführung (7,8) verbunden sind, wobei die Zuführung ein Blech- oder Folienteil (12,16) umfaßt, das mit dem Glasmaterial des darum gepreßten Verschlußteils einen hermetischen Verschluß bildet, und mit einem Paar praktisch zylindrischer Halsteile (5,6) in der Hülle, die tJbergangszonen zwischen den abgerundeten Enden des Kolbenteils und den zusammengedrückten.Verschlußteilen (3,4-) bilden, wobei die Übergangszonen .einen Innenaufbau in den Enden der Bogenkammer gewährleisten, der einer Rotationsoberfläche um die Längsachse der Lampe gleichkommt, wodurch ein niedriger Absorptionsquerschnitt erreicht und in der Lampe ein Rippeneffekt vermieden wird.
6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchgang durch jeden Hals um die hindurchragende Zuführung geschrumpft ist.

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7. Lampe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch jeden Hals vor dem Verschließen nicht viel größer war als für das Hindurchführen der geeigneten Elektrode erforderlich, und nach dem Verschließen um die hindurchragende Zuführung herumgequetscht ist.
8. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenkammer eine den Bogen unterhaltumU; Füllung enthält, die Quecksilber und Metallhalogenide im Überschuss zu der beim Betrieb verdampften Menge umfaßt.
9. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Bogenlampe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Krhitzen eines Stücks glasartigen Rohres und anschließendes Blasen eines Kolbens mit Halsteilun verringerten Durchmessers als Ubergangszonen '..u Verschlußteilen auf jeder Seite eine Hülle gubildet, mit dem kolbenartigen Teil ein uei L1 j cliun Absaugrohr verbunden, eine erste Elektrodenzui'iih-

f> rung durch ein Verschlußteil mit der eine vorher

stimmte Strecke in den Kolben vorragendenElektvodu eingeführt, das Verschlußteil, am Halsteil beginnun-i, bis zur Plastizität erhitzt wird, ein Paar Buck on, die ein Paar Klauen und gekrümmte Baaluteilu umfassen, die zu einem das Halsteil umgebenden Κί·.·ι^ι;ΐι zur genauen Plazierung dea Kolbuny im Au^unbJίok des Zusammendrückens zusammenwirken, aowiu Γ1acin: oder ebene Teile aufweisen, die das glasartige Material des Halsteils um die Zuführung zwecks hurmutischem Verschluß zusammenpressen, um das Verfehl aliteil geschlossen wird, eine zweite Eluktrodenzu-

führung durch das andere Verschlußteil eingeführt und die beim Abschließen der ersten Elektrodensäuführung genannten Schritte wiederholt werden und dann eine den Bogen unterhaltende Füllung und Inertgas in den kolbenartigen Teil durch das Absaugrohr eingeführt und dieses dann entfernt wird.

1o. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichne L, daß der Kolben mit Halsteilen geblasen wird, die keine größeren Durchgänge haben als für das Hindurchführen der geeigneten Elektrode erforderlich, und beim Verschließen der das Halsteil umgebende Kragen den Durchgang um die hindurchragende Zuführung herum zusammenquetscht und schrumpft.