DE3643374C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Lampenkörpers aus Quarzglas mit einem mittleren Kolbenabschnitt und wenigstens einem einteilig mit diesem ausgebildeten, verjüngten Endabschnitt und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Rohrförmige Lampenkörper werden auch zur Herstellung von Metallhalogenid-Bogenlampen verwendet. An den Enden des Lampenkörpers ist jeweils eine Elektrode angebracht, welche mit jeweils einer endseitig aus dem Lampenkörper herausgeführten Zuleitung verbunden ist. Zur Herstellung derartiger Lampen werden Lampenkörper verwendet, welche beiderseits des mittleren Kolbenabschnitts je einen verjüngten Endabschnitt aufweisen, in welchem je eine Elektrode eingeschmolzen wird. In der Mitte des Kolbenabschnittes ist im allgemeinen ein dünner sogenannter Pumpstengel angeordnet, durch welchen nach Anbringung der Elektroden ein Metallhalogenid in das Innere des Kolbenabschnittes eingebracht und dieser anschließend evakuiert werden kann.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 24 01 947 bekannt.

Dabei wird der Lampenkörper durch Aufblasen eines Rohres hergestellt.

Bei einem aus der US-PS 45 03 356 bekannten Verfahren wird ein Lampenkörper aus keramischem Material für eine Metalldampf-Entladungslampe erzeugt. Der Lampenkörper wird aus einer Mischung aus Tonerde und einem Weichmacher hergestellt. Aus der Mischung werden röhrenförmige Körper gebildet. Jeweils ein röhrenförmiger Körper wird in eine schmelzbare Form gelegt, deren Hohlraum an die äußere Form des Lampenkörpers angepaßt ist. Dem röhrenförmigen Körper wird von außen her ein Druckmedium zugeführt, das den Körper aufbläht, so daß er sich an die Innenseite der Form anschmiegt. Hierbei wird der mittlere Teil des Körpers aufgrund der Form der Innenseite des Werkzeuges stärker ausgedehnt als die Endabschnitte. Danach wird der Körper aus der Form entfernt und erhitzt.

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Entladungsgefäßen durch Verschmelzen von Glasteilen. Bei diesem Verfahren werden zwei Glasteile in der Verschmelzungszone durch Gas-Sauerstoffgemisch-Brenner während der Rotation mit gleichen Geschwindigkeiten erwärmt. Anschließend werden die Glasteile bei über dem Transformtationspunkt liegender Temperatur miteinander verschmolzen. Danach wird die Verschmelzstelle bis unterhalb des Transformationspunkts abgekühlt. Hierauf wird eines der Glasteile unmittelbar oberhalb der Verschmelzstelle bis über den Transformationspunkt noch einmal kurzzeitig erwärmt. Es schließt sich dann die Abkühlung der verschmolzenen Glasteile an. Mit dem nochmaligen Erwärmen und Abkühlen des einen Glasteils soll eine gute mechanische und wärmetechnische Festigkeit der Glasteile erreicht werden (DD-PS 73 828).

Schließlich ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von Glaskölbchen und Pumpstengeln für Subminiaturröhren bekannt, bei dem in ein auf Bearbeitungstemperatur erhitztes, um eine Längsachse rotierendes Glasrohr mittels Formrädchen, die parallel zur Rotationsachse gelagert sind, Dellen eingedrückt werden ("Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik" von Dr. Werner Espe; Band II, Silikatwerkstoffe, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1962).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit ihm ein insbesondere für Metallhalogenid-Bogenlampen geeigneter Lampenkörper aus Quarzglas mit einem mittleren Kolbenabschnitt und wenigstens einem verjüngten Endabschnitt hergestellt werden kann, dessen Oberfläche außen und innen glatt ist und wobei eine Durcharbeitung des Materials im Bereich des Kolbens vermieden wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem um seine Längsachse rotierenden Quarzglasrohr mindestens ein ursprünglich den Durchmesser des Quarzglasrohrs aufweisender Endabschnitt auf Bearbeitungstemperatur erhitzt wird und daß durch gleichmäßiges radiales Andrücken von wenigstens drei, vorzugsweise vier, im wesentlichen parallel zur Längsachse gelagerten formgebenden Rollenelementen von außen her in radialer Richtung in bezug auf die Längsachse zur Reduzierung des Außendurchmessers des Endabschnitts auf ein vorgegebenes Maß ein verjüngter Endabschnitt geformt wird. Nach diesem Verfahren hergestellte Lampenkörper haben eine hohe Lichtdurchlässigkeit.

Diese Methode ist vorteilhaft, da während der Bearbeitung ein Schließen des Rohres zum Aufbau eines aufblasenden Innendruckes nicht erforderlich ist und eine Durcharbeitung des Materials im Bereich des Kolbens unerwünscht ist. Es versteht sich von selbst, daß auf diese Weise nacheinander an beiden Enden eines Quarzglasrohres verjüngte Endabschnitte geformt werden können.

Zur Vermeidung von Kratzern ist die Verwendung eines parallel zur Rotationsachse des Quarzglasrohres gelagerten Rollenelementes günstig.

Die Rollenelemente sind dabei so anzuordnen, daß sich die Reaktionskräfte bezogen auf den Umfang des Quarzglasrohres, kompensieren, so daß jede Rolle gleichzeitig ein Gegenlager für eine oder mehrere andere Rollen bildet. Die Rollen werden dabei in Richtung zu Rotationsachse gleichzeitig bewegt, so daß sich die Berührungslinien zwischen Rollenoberfläche und Rohroberfläche jeweils im genau gleichen Abstand von der Rotationsachse des Quarzglasrohres befinden.

Die abformenden Rollenelemente sind vorteilhafter Weise so angeordnet, daß sie zumindest in der Endphase des Abformvorganges gleichmäßig verteilt auf dem Umfang des Endabschnittes angeordnet sind. Das heißt, daß bei Verwendung von drei Rollen sich deren Achsen in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks befinden bzw. daß sich die Achsen von vier Rollen in den Eckpunkten eines Quadrates befinden. Der radiale Abstand der Rollen ist einstellbar und durch einen Anschlag begrenzt. Auf diese Weise können Endabschnitte mit verschiedenen Außendurchmessern mit derselben Einrichtung hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß eine maßgenaue Fertigung des Lampenkörpers gewährleistet ist. In Folge der exakten Maßhaltigkeit erreichen die aus der derartigen Lampenkörpern gefertigten Lampen bei gleichmäßiger Befüllung eine reproduzierbare Lampenleistung.

Durch den Einsatz eines einzigen Quarzglasrohres ist die Homogenität des Materials über die ganze Länge gewährleistet und es entstehen keinerlei Stufen in der Wandstärke.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird am besten auf einer modifizierten handelsüblichen Glasdrehmaschine mit einem das Quarzglasrohr aufnehmenden drehbaren Futter aufgebaut, wobei am Maschinenbett im Bereich des Endabschnittes des Quarzglasrohres eine Heizvorrichtung, wie einer oder mehrere Gasbrenner, angeordnet ist. Außerhalb des Einwirkungsbereichs der Heizeinrichtung sind auf dem Maschinenbett Führungseinrichtungen für die formgebenden Rollen tragende Schlittenelemente angeordnet, wobei die Schlittenelemente so miteinander verbunden sind, daß die formgebenden Flächen der Rollenelemente stets den gleichen Abstand zur Rotationsachse aufweisen und daß die Rollenelemente im Ruhezustand in eine Position außerhalb des Einwirkungsbereiches der Heizeinrichtung verbringbar sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Verformungskräfte stets von den Rollen selbst aufgenommen werden und keinerlei Biegekräfte auf das Quarzglasrohr einwirken. Die Rollenelemente sind aus einem hitzebeständigen und mit Quarzglas nicht reagierenden Material wie Graphit gefertigt. Zur Vermeidung unnötiger Verzunderung ist der Aufenthalt der Graphitrollen in der heißen Zone so kurz wie möglich zu bemessen. Es empfiehlt sich, die Rollenelemente in der Ruheposition durch Abdeckelemente wie gekühlte Blenden gegen die Brennerhitze abzuschirmen.

Eine synchrone Bewegung der Schlittenelemente in Richtung zur Rotationsachse wird erreicht, wenn jedes der Schlittenelemente mit einer seine Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung umwandelnden Einrichtung verbunden ist. Die Schlittenelemente können beispielsweise mit Ketten oder Schneckengetrieben verbunden sein, so daß die Bewegung eines der Schlittenelemente auf die übrigen Schlittenelemente übertragen werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn an jedem Schlittenelement eine Zahnstange angeordnet ist, welche in einem Zahnrad kämmt, das mit einem in der Zahnstange eines anderen Schlittenelementes kämmenden Zahnrad drehfest verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Translationsbewegung quer zu ihrer Bewegungsrichtung über einen beträchtlichen Abstand zu übertragen und durch wahlweise Anordnung der Zahnräder die Bewegungsrichtung umzukehren. Zusätzlich ist es möglich, durch Einbau von Zahnrädern unterschiedlicher Durchmesser den verbundenen Schlittenelementen unterschiedliche Geschwindigkeiten zu erteilen.

Eine besonders einfache Ausführung der Vorrichtung wird dadurch ermöglicht, daß zwei mit je einem Schlittenelement verbundene je ein Paar von Rollenelementen tragende diametral zur Rotationsachse verschiebbare Halterungen vorgesehen sind, wobei die Rollenelemente der ersten Halterung diametral gegenüberliegend zu den Rollenelementen der zweiten Halterung angeordnet sind und wobei die abformenden Flächen der Rollenelemente alle den gleichen Abstand zur Rotationsachse aufweisen. Bei dieser Anordnung mit vier Rollenelementen werden lediglich zwei Schlittenelemente benötigt, wobei der Abstand der auf einer Halterung gemeinsam angeordneten Rollenemente während des Verformens gleichbleibt und sich der Abstand der Halterungen zueinander während des Verformens verringert. So bilden die Anlagelinien der abformenden Flächen zu Beginn des Verformungsvorganges ein Rechteck, dessen Langseiten während des Verformens verkürzt werden, bis sie das Maß der Schmalseiten erreichen und somit ein Quadrat bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Lampenkörper aus Quarzglas

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lampenkörpers gemäß Fig. 1 in schematischer Darstellung in Seitenansicht

Fig. 3 ein Detail der Vorrichtung gemäß Abbildung 2 im Vertikalschnitt.

Fig. 1 zeigt einen rohrförmigen Lampenkörper aus Quarzglas mit einem mittleren Kolbenabschnitt (10) und beidseitig verjüngten Endabschnitten (16) bzw. (18). Zwischen dem mittleren Kolbenabschnitt (10) und den Endabschnitten (16) bzw. (18) sind kegelförmige Abschnitte (12) und (14) angeordnet. Sämtliche Abschnitte (10) bis (18) sind konzentrisch zur Rotationsachse (30) ausgerichtet und bestehen aus einem einzigen Materialstück. Daher sind weder an ersten Übergängen (22) bzw. (24) vom Kolbenabschnitt zu den kegelförmigen Abschnitten (12) bzw. (14) noch an zweiten Übergängen (26) bzw. (28) von den kegelförmigen Abschnitten (12) bzw. (14) zu den Endabschnitten (16) bzw. (18) Ansatzstellen vorhanden. Lediglich in der Mitte des Kolbenabschnittes (10) ist ein Pumpenstengel (20) angesetzt, der aus fabrikatorischen Gründen bei der Lampenherstellung erforderlich ist.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Glasdrehmaschine mit einem Maschinenbett (40), einem Spindelkasten (42) und einem darin drehbar gelagerten Dreibackenspannfutter (44). lm Futter (44) ist der Kolbenabschnitt (10) des Lampenkörpers mit drei Stufenbacken (46) konzentrisch zur Rotationsachse (30) eingespannt.

Das Maschinenbett (40) der Drehmaschine erstreckt sich in vom Spannfutter (44) abweisender Richtung parallel zur Rotationsachse (30). Seitlich des Lampenkörpers ist im Bereich von dessen dem Futter abgewandten Ende ein Gasbrenner (102) angeordnet, welcher mit Propan/Sauerstoff oder Wasserstoff/Sauerstoff betrieben wird, um Quarzglas auf die hohe zur Verarbeitung erforderliche Temperatur zu erhitzen. Beabstandet zum Gasbrenner (102) ist außerhalb dessen Einwirkungsbereiches eine Stütze (48) montiert, welche zwei vertikale Schlittenführungen (50) und (52) trägt. Die Längsachsen der Schlittenführungen schneiden die Rotationsachse (30). ln den Schlittenführungen (50) und (52) gleiten zwei aus Flachmaterial gefertigte Schlitten (54) bzw. (56), wobei die Breitseite des Flachmaterials rechtwinklig zur Rotationsachse (30) angeordnet ist. Der erste Schlitten (56) ist an der dem Spannfutter (44) zugewandten Seite der Stütze (48) angeordnet, der zweite Schlitten (54) ist auf der dem Spannfutter (44) abgewandten Seite der Stütze (48) angeordnet. Auf dieser Seite weist der zweite Schlitten (54) einen waagrechten Vorsprung (58) auf, an dem eine vertikal nach unten geführte Zahnstange (60) befestigt ist. Die Zahnstange (60) überragt die Unterseite des Maschinenbettes (40) beträchtlich. Am ersten Schlitten (56) ist parallel zur Rotationsachse (30) unterhalb derselben eine zum Futter (44) hinweisende waagrechte Traverse (76) angeordnet, welche eine ebenfalls unter dem Maschinenbett herausragende vertikal angeordnete Zahnstange (70) trägt. Benachbart zu den Zahnstangen (60) und (70) ist im Maschinenbett (40) eine Achse (64) waagrecht in einem Lagerbock (66) gelagert. An ihren beiden Enden trägt die Achse (64) zwei gleichgroße Zahnräder (62) bzw. (68), die in den Zahnstangen (60) bzw. (70) kämmen. Die Zahnstangen (60) und (70) durchsetzen das Maschinenbett im Bereich seiner Mittelebene. Die Achse (64) ist schräg zur Längsrichtung des Maschinenbettes angeordnet, so daß in Seitenansicht gesehen die Achse (64) vor der Zahnstange (60), jedoch hinter der Zahnstange (70) angeordnet ist. lnfolge des vorderen bzw. hinteren Eingriffes der Zahnstangen bewegen sich diese bei einer Drehung der Achse (64) gleich schnell, jedoch in entgegengesetzten Richtungen. Die Bewegung wird über ein mit dem Vorsprung (58) verbundenes Gestänge (74) herbeigeführt. Der zweite Schlitten (54) weist an seinem oberen Ende eine in Richtung zum Spannfutter (44) geführte waagrechte Traverse (72) auf, welche oberhalb der Rotationsachse (30) verläuft. Die Traversen (72) und (76) sind in einer durch die Rotationsachse (30) festgelegten vertikalen Ebene angeordnet und tragen an ihren dem Futter (44) zugewandten Enden je eine obere und eine untere Halterung (82) bzw. (92). Diese Halterungen sind waagrecht und rechtwinklig zu den Traversen angeordnet. Waagrecht nebeneinander und symmetrisch zu der jeweiligen Traverse (72) bzw. (76) sind auf der oberen Halterung (82) Achsen (84) und (106) und auf der unteren Halterung (92) Achsen (94) und (104) parallel zur Rotationsachse (30) angeordnet, auf denen Rollenelemente (86), (96), (98) und (100) drehbar gelagert sind. Diese Anordnung ist besonders gut aus Fig. 3 ersichtlich. Die vier Rollenelemente (86), (96), (98) und (100) sind untereinander gleichartig ausgebildet, so daß nachfolgend die Beschreibung eines Rollenelementes (86) gleichermaßen für die übrigen gilt. Das Rollenelement (86) weist an seinem der Halterung (82) zugewandten Ende einen zylindrischen Formabschnitt (88) mit großem Außendurchmesser auf und an seinem dem Futter (44) zugewandten Ende einen zylindrischen Stützabschnitt (90) mit kleinerem Durchmesser, wobei der Übergang zum Formabschnitt (88) kegelförmig ausgebildet ist. Die Länge des Formabschnittes (88) ist größer als die Länge des Endabschnittes (16) bzw. (18) des Lampenkörpers. Die Durchmesserdifferenz zwischen dem Formabschnitt (88) und dem Stützabschnitt (90) ist gleich der Durchmesserdifferenz zwischen dem Kolbenabschnitt (10) und dem Endabschnitt (16) bzw. (18) des Lampenkörpers. Die äußere Kontur des Rollenelementes (86) ist komplementär zur Kontur des Lampenkörpers ausgebildet.

Die Höhenlage der waagrecht nebeneinander angeordneten Achsen (94) und (104) bzw. der Achsen (84) und (106) ist über die mit den Zahnstangen (60) und (70) gekuppelten Schlitten (54) und (56) so einjustiert, daß sich sämtliche Achsen stets im gleichen Abstand von der Rotationsachse (30) befinden.

Zu Beginn des Verformungsvorganges werden die Rollenelemente in die größtmögliche Entfernung von der Rotationsachse (30) verfahren. Nach Erhitzen des Endabschnittes (16) bzw. (18) des Lampenkörpers mit dem Gasbrenner (102) auf Verarbeitungstemperatur wird durch Betätigen des Gestänges (74) der zweite Schlitten (54) nach unten und zwangsläufig der damit gekoppelte erste Schlitten (56) nach oben bewegt, wobei die über Traversen und Halterungen damit verbundenen Rollenelemente (86) und (100) bzw. (96) und (98) zu den Schlitten (54) bzw. (56) parallele Bewegungen ausführen. Sobald die Formabschnitte (88) der Rollenelemente den noch seinen vollen Durchmesser aufweisenden Endabschnitt (16) bzw. (18) des Lampenkörpers erreichen, üben diese bei weiterer Abwärtsbewegung des Gestänges (74) einen von vier Seiten in radialer Richtung wirkenden Druck auf die Rohroberfläche aus. Dabei wird das weiche Quarzglasmaterial unter Abnahme seines Durchmessers und Zunahme seiner Wandstärke sowie seiner Länge verformt. Die Verformung wird bis zur Reduzierung des Durchmessers des Endabschnittes des Lampenkörpers auf das gewünschte Maß fortgesetzt. Eine reproduzierbare Einhaltung des Endmaßes ist durch Einstellung eines Anschlages möglich, der aus einer die Traverse (72) senkrecht durchsetzenden Gewindeschraube (78) und einer Kontermutter (80) besteht, wobei die Spitze der Schraube (78) sich auf der Oberseite des Schlittens (56) abstützt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Lampenkörpers aus Quarzglas mit einem mittleren Kolbenabschnitt und wenigstens einem, einteilig mit diesem ausgebildeten, verjüngten Endabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß an einem um seine Längsachse (30) rotierenden Quarzglasrohr mindestens ein urspünglich den Durchmesser des Quarzglasrohrs aufweisender Endabschnitt auf Bearbeitungstemperatur erhitzt wird und daß durch gleichmäßiges radiales Andrücken von wenigstens drei, vorzugsweise vier, im wesentlichen parallel zur Längsachse (30) gelagerten, formgebenden Rollenelementen (86, 96, 98, 100) von außen her in radialer Richtung in bezug auf die Längsachse (30) zur Reduzierung des Außendurchmessers des Endabschnitts auf ein vorgegebenes Maß der verjüngte Endabschnitt (16, 18) geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ursprüngliche Durchmesser des Quarzglasrohres im wesentlichen dem Durchmesser des Kolbenabschnittes (10) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Endphase des Abformvorganges die abformenden Flächen der Rollenelemente (86, 96, 98, 100) gleichmäßig verteilt auf dem Umfang des Endabschnittes (16, 18) anliegen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, aufweisend eine Glasdrehmaschine mit zumindest einer rotierbaren Aufnahme für das Quarzglasrohr, einem sich parallel zur Rotationsachse in Richtung der Aufnahme erstreckenden Maschinenbett und einer im Bereich des Endabschnittes angeordneten Heizeinrichtung wie Gasbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Einwirkungsbereiches der Heizeinrichtung (102) auf dem Maschinenbett (40) Führungseinrichtungen (50, 52) für die formgebenden Rollenelemente (86, 96, 98, 100) tragende Schlittenelemente (54, 56) angeordnet sind, wobei die Schlittenelemente (54, 56) so miteinander verbunden sind, daß die formgebenden Flächen der Rollenelemente (86, 96, 98, 100) stets den gleichen Abstand zur Rotationsachse (30) aufweisen und wobei die Rollenelemente (86, 96, 98, 100) im Ruhezustand in eine Position außerhalb des Einwirkungsbe­ reiches der Heizeinrichtung (102) verbringbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Schlittenelemente (54, 56) mit einer seine Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung umwandeln­ den Einrichtung (60, 62, 64, 66, 68, 70) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schlittenelement (54 bzw. 56) eine Zahnstange (60 bzw. 70) angeordnet ist, welche in einem Zahnrad (62 bzw. 68) kämmt, das mit einem in der Zahnstange (70 bzw. 60) eines anderen Schlittenelementes (56 bzw. 54) kämmenden Zahnrad (68 bzw. 62) drehfest verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander geführte und diametral gegeneinander verschiebbare Schlittenelemente (54, 56) vorgesehen sind, welche mit je einer rechtwinklig zur Rotationsachse (30) verschiebbaren Halterung (82, 92) verbunden sind, die ein Paar von Rollenelementen (86, 100 bzw. 96, 98) trägt, wobei die Rollenelemente (86, 100) der ersten Halterung (82) den Rollenelementen (96, 98) der zweiten Halterung (92) im jeweils gleichen radialen Abstand von der Rotationsachse (30) und in bezug auf diese einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.