DE3838697A1 - Verfahren zur herstellung eines lampengefaesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lampengefäßes mit den im Oberbegriff des Haupt­ anspruchs bezeichneten Merkmalen.

Die Herstellung eines solchen Lampengefäßes erfolgte bislang, indem an das verjüngte Ende eines Quarz­ rohres ein Pumprohr angestengelt, das Elektrodensystem unter Argonspülung auf einer Quetschmaschine am gegen­ überliegenden Ende eingequetscht, der so entstandene Rohling auf dem Spül-Pumpstand durch das Pumprohr mit den Füllsubstanzen (z.B. Quecksilber und Jodidkörper) versehen und das Pumprohr an der Pumpe kurz abgezogen wird. Die Pumprohransatzstelle des Lampengefäßes hat nun aber einige gravierende Nachteile. So wird in stehender Brennlage die Pumprohrstelle durch den Ent­ ladungsbogen stark aufgeheizt. Infolgedessen können Inhomogenitäten in der Wandstärkenverteilung aufgrund des hohen Betriebsdrucks bis zu ca. 50 bar zu Verfor­ mungen des Lampengefäßes führen. Im Extremfall kann die Ansatzstelle undicht werden oder das Lampen­ gefäß kann explodieren. In hängender Brennlage wird die Gold-Spot-Temperatur des Brenners und damit die Farbdaten der Lampe von der Geometrie und Material­ verteilung der Pumprohrabziehstelle bestimmt. Und letztlich führt die unterschiedliche Materialvertei­ lung in der Pumprohrabziehstelle zu optischen Ver­ zerrungen, was insbesondere den Betrieb der Lampen in hochwertigen Reflektorleuchten beeinträchtigt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die zuvor beschrie­ benen Nachteile durch ein anderes Herstellverfahren zu vermeiden.

Das Verfahren zur Herstellung eines Lampengefäßes ist erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch aufgeführ­ ten Verfahrensschritte gekennzeichnet. Die weiteren Details zur Herstellung des Lampengefäßes ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch das Verkuppen des Lampengefäßes, ohne daß ein Pumprohr an dieses ange­ setzt wird, ergibt sich eine im wesentlichen homogene Wanddickenverteilung. Verformungen, wie Aufblasen des Lampengefäßes, die Entstehung von Löchern oder gar das Explodieren desselben, treten jetzt nicht mehr auf. Ebenso ergibt sich aufgrund der gleichmäßigen Wand­ dicke des Lampengefäßes auch eine gleichmäßige Tempe­ raturverteilung und damit eine definierte, jederzeit reproduzierbare Gold-Spot-Temperatur, wodurch auch die Farbdaten der Lampe in engen Toleranzen gehalten werden können. Weiterhin werden die optischen Ver­ zerrungen am Lampengefäß vermieden, wodurch die Lampe für den Betrieb in hochwertigen Reflektorleuchten besonders geeignet ist. Darüber hinaus lassen sich durch Verwendung unterschiedlich geformter Formrollen in Kombination mit dem Formblasen linsenartige Lampen­ kuppen herstellen, um damit spezielle optische Effekte zu erreichen. Außerdem ist das beschriebene Verfahren auch für eine mechanisierte Fertigung geeignet, so daß neben den qualitativen Vorteilen auch eine größere Quantität und zudem noch billiger gefertigt werden kann. Das Herstellverfahren ist zur pumprohrlosen Herstellung von Entladungsgefäßen, deren evtl. erfor­ derlichen Hüllkolben sowie für Glühlampenkolben gleichermaßen geeignet.

Das Herstellverfahren gemäß der Erfindung wird nach­ stehend anhand von 6 schematisch dargestellten Figuren näher erläutert. Es werden die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Entladungsgefäßes für eine Metall­ halogenidhochdruckentladungslampe mit Hüllkolben be­ schrieben:

Fig. 1a bis 1d zeigen die Herstellung einseitig geschlossener Rohrstücke aus Quarzglas,

Fig. 2a bis 2c zeigen das Verkuppen eines Rohr­ stücks,

Fig. 3a bis 3d zeigen das Spülen, Füllen und Quet­ schen eines Rohlings,

Fig. 4 zeigt ein fertiges Entladungsgefäß,

Fig. 5a bis 5c zeigen das Einschmelzen des Ent­ ladungsgefäßes in einen Außenkolben

Fig. 6a zeigt eine fertige Metallhalogenidhochdruck­ entladungslampe mit Hüllkolben

Fig. 6b zeigt eine fertige Halogenglühlampe mit Hüll­ kolben.

In der Figurenfolge 1a bis 1d ist die Herstellung eines einseitig geschlossenen Rohrstückes entspre­ chend dem Arbeitsgang a) des Hauptanspruchs darge­ stellt. Hierzu wird ein Quarzglasrohr 1 in Rotation versetzt und mittig mittels einer Flamme 2 solange erwärmt (Fig. 1a), bis es sich auseinanderziehen läßt (Fig. 1b). In der Mitte der Verjüngung 3 wird mittels einer Formrolle 4 das Quarzrohr 1 mittig verschlossen und gleichzeitig der Bereich der späteren Kuppe vorge­ formt (Fig. 1c). Hierdurch entstehen zwei gleichar­ tige, einseitig verschlossene Rohrstücke 5 (Fig. 1d), die nach dem Entnehmen aus der Fertigungsvorrichtung voneinander getrennt werden.

Wie in der Fig. 2 weiter dargestellt, wird ein einzelnes Rohrstück 5 in eine rotierende Aufnahme 6 eingesetzt, die wahlweise an ein Vakuum VC oder an Inertgas-Überdruck p angeschlossen werden kann. Das geschlossene Ende des Rohrstückes 5 wird dann mittels einer Flamme 2 erwärmt (Fig. 2a). Für ein eventuell erforderliches Vorformen des Rohrstücks 5 kann jetzt ein Vakuum VC an die Aufnahme 6 gelegt werden. Nachdem das Quarzglas erweicht ist, wird die Flamme 2 abge­ stellt und zwei sich gegenüberliegende Formbacken 7 umschließen das erwärmte Ende des Rohrstücks 5, wobei gleichzeitig der Stickstoff-Überdruck p mit 2 bar an das Rohrstück 5 gelegt wird (Fig. 2b). Durch diesen Vorgang des Formblasens entsteht der sog. Rohling 8 mit einer Kuppe 9. Der Bereich des künftigen Lam­ pengefäßes 10 nimmt dabei entsprechend den Form­ backen 7 eine ellipsoidförmige Gestalt an, wie in der Fig. 2 c, in der der Rohling 8 in der Draufsicht dargestellt ist, am besten erkennbar ist.

Die Herstellung des Rohlings 8 kann auch erfolgen, indem ein beidseitig offenes Quarzglasrohr unter Zuhilfenahme der Formrolle 4 und anschließender An­ wendung des Formblasens mit den Formbacken 7 zunächst mit einer Kuppe 9 und letztlich mit dem zukünftigen Lampengefäß 10 versehen wird.

Zur Betrachtung des weiteren Arbeitsablaufs werden die Fig. 3a bis 3d herangezogen. Der Rohling 8 wird mit einer Wechselaufnahme 11 bestückt, die wiederum ein Elektrodensystem enthält, das aus jeweils einer Strom­ zuführung 12, einer Dichtungsfolie 13 und einer Elektrode 14 besteht. Die Wechselaufnahme 11 ist an ihrer Mantelfläche mit dem Fachmann bekannten federn­ den Elementen (nicht dargestellt) versehen. Diese stützen sich quasi an der Innenwand des Rohlings 8 ab und haltern die Wechselaufnahme 11 dadurch von selbst. Die definierte Position der Elektroden 14 innerhalb des zukünftigen Lampengefäßes 10 wird erreicht, indem zum Einführen der Wechselaufnahme 11 in den Rohling 8 ein Stempel bis zu einem Anschlag abgesenkt wird. Auch dieser Vorgang ist dem Fachmann im Vorrichtungsbau hinreichend bekannt und deshalb nicht gesondert dar­ gestellt (Fig. 3a). Der korrekte Abstand der Elektro­ den zueinander kann zusätzlich durch einen Abstands­ halter aus Quarzglas oder einen ähnlichen Werkstoff unterstützt werden. Dieser Abstandshalter erstreckt sich zwischen den beiden Elektrodensystemen außerhalb der Wechselaufnahme. Beim Quetschvorgang wird dieser mit erwärmt und eingequetscht und verbleibt somit in der Quetschung.

Durch eine in der Wechselaufnahme 11 axiale Bohrung 15 wird in der Bearbeitungsstation 16 der Quetschmaschine eine bis in das Lampengefäß 10 reichende Spülkanüle 17 geführt. Durch sie wird bei gleichzeitigem Aufheizen des Lampengefäßes 10 mittels der Flammen 2 auf ca. 1000°C während ca. 6 s Dauer ein Inertgasstrom von ca. 50 bis ca. 300 l/h (abhängig vom Gefäßvolumen) geleitet. Hiermit sollen Verunreinigungen innerhalb des Lampengefäßes 10 beseitigt werden (Fig. 3b). Zur Vorbereitung auf den nachfolgenden Arbeitsgang wird das Lampengefäß 10 jetzt mittels Blasluft auf ca. 60°C abgekühlt.

Der mit der Wechselaufnahme 11 und dem Elektroden­ system bestückte und reinigungsgeglühte Rohling 8 wird anschließend in der Bearbeitungsstation 16 auf die Ringblende 18 abgesenkt, die Spülkanüle 17 wird ent­ nommen, die Flammen 2 schwenken seitlich weg und durch die Bohrung 15 der Wechselaufnahme 11 wird ein Füll­ trichter 19 eingefahren. Durch diesen werden die er­ forderlichen Füllsubstanzen 20 eingebracht. Im Fall einer Metallhalogenidhochdruckentladungslampe ist das eine Quecksilberperle und eine Jodidpille (Fig. 3c).

Abschließend wird der Fülltrichter 19 aus- und die Spülkanüle 17 wieder eingefahren. Flammen 2 erwärmen den Rohling 8 im Bereich der Dichtungsfolien 13 auf ca. 2200°C. Gleichzeitig wird durch die Spülkanüle 17 die künftige Argonatmosphäre im Lampengefäß 10 auf­ rechterhalten und die Kuppe 9 von unten mit flüssigem Stickstoff gekühlt, wobei die Ringblende 18, die das Lampengefäß 10 von unten her umgibt, den zu kühlenden Bereich der Kuppe 9 von dem aufzuheizenden Bereich in der Nähe der Dichtungsfolien 13 trennt (Fig. 3d). Nachdem die angestrebte Temperatur erreicht ist, wird die Spülkanüle 17 ausgefahren und der Rohling 8 im Bereich der Dichtungsfolien 13 durch eine Quetschung 21 abgedichtet. Nach dem Abdichten durch die Quetschung 21 werden die Füllsubstanzen 20 durch die fehlende Argonspülung und durch die glühenden Elek­ troden 14 teilweise verdampft und der im Lampengefäß 10 herrschende Druck erhöht sich. Um eine Deformierung des Lampengefäßes 10 (Fig. 4) durch nachträgliches Aufblasen zu verhindern, sind die Quetschbacken mit Formbackenaufsätzen entsprechend der endgültigen Form des Lampengefäßes 10 versehen (nicht dargestellt).

Ein solches Lampengefäß 10 für eine Metallhalogenid­ hochdruckentladungslampe ohne Hüllkolben ist an sich bereits betriebsfähig. Für die Herstellung einer Halogenglühlampe ohne Hüllkolben gelten im wesent­ lichen die gleichen Arbeitsgänge, wobei das Elektro­ densystem innerhalb des Lampengefäßes 10 lediglich mit einer Glühwendel versehen und der Füllvorgang (Fig. 3c) an die Erfordernisse einer Halogenglühlampe anzupassen ist.

Des weiteren gibt es aber auch Lampengefäße, bei denen anstelle einer Argonfüllung ein teures Edelgas, z. B. Xenon, oder ein Füllgas mit radioaktiven Beimengungen gewünscht wird. In diesem Fall wird man die Reini­ gungsspülung (Fig. 3b) sowie während der auf den Quetschvorgang vorbereitenden Spülung zweckmäßiger­ weise mit einem billigeren Inertgas vornehmen und erst unmittelbar vor dem Quetschen auf das eigentlich gewünschte Füllgas umstellen.

Die zuvor beschriebenen Füllverfahren des Füllgases können erfolgreich für Kaltfülldrucke bis zu ca. 1000 mbar angewendet werden. Sind jedoch Füll­ drucke oberhalb 1000 mbar gewünscht, muß vor dem Quetschvorgang die erforderliche Menge des betreffen­ den Füllgases im Lampengefäß 10 ausgefroren werden. Das kann - abhängig vom Fülldruck - entweder durch Ansprühen des Lampengefäßes 10 mit einem tiefgekühlten Flüssiggas (z.B. Stickstoff) oder durch Eintauchen in dasselbe erfolgen. Auch diese Verfahren sind dem Fachmann allgemein bekannt und benötigen hier keiner weiteren Ausführungen.

In den Fig. 5a bis 5c wird veranschaulicht, auf welche Weise ein Lampengefäß 10 für eine Metallhalo­ genidhochdruckentladungslampe entsprechend der Fig. 4 mit einem Hüllkolben 22 versehen wird, falls dieses nicht ohne einen solchen betrieben werden soll. Der Hüllkolben 22 ist im vorliegenden Beispiel, ähnlich wie das Lampengefäß 10 mit einem Inertgas gefüllt. Auf eine detaillierte Beschreibung für diese Arbeits­ schritte kann hier verzichtet werden, da diese im wesentlichen die gleichen wie bei der zuvor beschrie­ benen Herstellung des Lampengefäßes 10 sind.

In der Fig. 5a ist ein Lampengefäß 10 für eine Metallhalogenidhochdruckentladungslampe an seinen Stromzuführungen 12 mit einem weiteren Paar von Dich­ tungsfolien 23 sowie mit weiteren Stromzuführungen 24 verlängert worden, deren Enden in einer selbsthal­ ternden Wechselaufnahme 25 klemmend gehaltert sind. Die Wechselaufnahme 25 mit dem solchermaßen bestückten Lampengefäß 10 wird mittels einer Vorrichtung an genau vorherbestimmter Stelle in den zuvor einseitig mit einer Kuppe versehenen Hüllkolben 22 geführt. Mittels der Flammen 2 wird der in einer Halterung 26 befind­ liche Hüllkolben 22 im Bereich der Dichtungsfolien 23 erwärmt und gleichzeitig durch eine Spülkanüle 27 mit dem gewünschten Gas, z.B. Stickstoff, gespült.

Anschließend wird der Hüllkolben 22 im erwärmten Bereich mittels der Quetschbacken 28 durch eine Quetschung 29 abgedichtet (Fig. 5b). Es entsteht eine Metallhalogenidlampe 30, die weder am Entladungsgefäß noch am Hüllkolben 22 ein störendes Pumprohr aufweist. Schließlich wird aus dem so erhaltenen Lampengefäß 30 die Spülkanüle 27 herausgezogen, das Lampengefäß 30 der Halterung 26 und die Wechselaufnahme 25 dem Lam­ pengefäß 30 entnommen und das überstehende Rohrstück 22′ abgetrennt (Fig. 5c).

Das so erhaltene Lampengefäß 30, im beschriebenen Beispiel mit einem Entladungsgefäß 10 mit Metallhalo­ genidfüllung 20, ist in der Fig. 6a mit einem Sockel 31 vom Typ G12 versehen. Im Fall, daß das innere Lampengefäß eine Halogenglühlampe 10′ ist, wie im Beispiel der Fig. 6b dargestellt, wird der Hüllkol­ ben 22 mit einem Sockel 32 vom Typ E27 bestückt.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung eines Lampengefäßes (10), das mittels einer Quetschung (21) abgedichtet ist und das auf der der Quetschung (21) abgewandten Seite im wesentlichen die Gestalt einer Kuppe (9) aufweist, wobei durch die Quetschung (21) ein Elektrodensystem gasdicht geführt ist, das zwei voneinander elektrisch- isolierte Stromzuführungen (12) sowie über Dichtungs­ folien (13) damit verbundene und innerhalb des Lampen­ gefäßes (10) angeordente Elektroden (14) aufweist, gekennzeichnet durch den Ablauf folgender Arbeits­ schritte:

• a) Herstellen eines einseitig geschlossenen Rohr­ stückes (5) aus Quarzglas mittels einer Form­ rolle (4)
• b) Herstellen eines Rohlings (8), wobei mittels Form­ blasens die endgültige Form des zukünftigen Lampen­ gefäßes (10) entsteht
• c) Einführen einer das Elektrodensystem (12, 13, 14) halternden Wechselaufnahme (11) durch das offene Ende des Rohlings (8) an eine vorbestimmte Stelle
• d) Reinigungsspülen des Lampengefäßes (10)
• e) Einbringen der dosierten Mengen der Füllsubstanzen (20)
• f) Herstellen des Lampengefäßes (10), indem das noch offene Ende des Rohlings (8) durch eine Quetschung abgedichtet wird
• g) Abtrennen des noch überstehenden Rohrstückes (5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des einseitig geschlossenen Rohr­ stücks (5) ein beidseitig offenes Quarzglasrohr (1) mittig erwärmt und mittels einer symmetrischen Form­ rolle (4) an der erwärmten Stelle verschlossen und vorgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Formblasen des zukünftigen Lampengefäßes (10) das verschlossene Ende des Rohrstückes (5) erwärmt, das erwärmte Ende von Formbacken (7) umschlossen und an das offene Ende des Rohrstückes (5) wahlweise ein Vakuum (VC) oder ein Stickstoffüberdruck (p N ₂) gelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselaufnahme (11) an ihrer Mantelfläche mit elastischen Elementen versehen ist, die an der Innen­ wand des Rohlings (8) klemmend anliegen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einführen der Wechselaufnahme (11) in den Rohling (8) mittels eines Stempels erfolgt, der mit einem Anschlag versehen ist, wodurch die Elek­ troden (14) innerhalb des Lampengefäßes (10) ihre definierte Position einnehmen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der Elektroden (14) zuein­ ander ggf. mittels eines in der Quetschung (21) verbleibenden Abstandshalters aus Quarzglas fixiert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reinigungsspülen eine Spülkanüle (17) durch eine Bohrung (15) in der Wechselaufnahme (11) bis in das zukünftige Lampengefäß (10) geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Reinigungsspülen während ca. 6 s mit einem Inertgasstrom von ca. 50 l/h bis ca. 300 l/h erfolgt, wobei das künftige Lampengefäß (10) auf ca. 1000°C erwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen der Füllsubstanzen (20) ein Füll­ trichter (19) durch eine Bohrung (15) in der Wechsel­ aufnahme (11) bis in das zukünftige Lampengefäß (10) geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Herstellung der Quetschung (21) das zukünftige Lampengefäß (10) von einem Edelgasstrom durchflossen wird, wobei gleichzeitig der Bereich der zukünftigen Quetschung (21) mittels der Flammen (2) erwärmt und der Bereich der Kuppe (9) mittels flüssi­ gem Stickstoff (L N ₂) gekühlt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der erwärmte Bereich der zukünftigen Quet­ schung (21) und der gekühlte Bereich der Kuppe (9) durch eine an der Kuppe (9) anliegenden Ringblende (18) voneinander getrennt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 10 und 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Herstellung der Quetschung (21) die Spülkanüle (17) aus dem Rohling (8) zurückge­ zogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 und 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ggf. unmittelbar nach dem Quetschvorgang die Quetschung (21) mittels Preßluft gekühlt werden kann.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lampengefäß (10) innerhalb eines gasgefüllten Hüllkolbens (22) montiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Herstellung des Hüllkolbens (22) die Arbeitsgänge entsprechend der Ansprüche 1a, 1b, 2 und 3 sinngemäß angewendet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Einführen des Lampengefäßes (10) in den Hüllkolben (22) dieses mit jeweils einem weiteren Paar von Dichtungsfolien (23) und Stromzuführungen (24) versehen in eine Wechselaufnahme (25) gesteckt wird und die Arbeitsgänge entsprechend der Ansprüche 1c, 4 und 5 sinngemäß angewendet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Verschließen des Hüllkolbens (22) dieser mit Inertgas gespült wird, wobei die Arbeitsgänge entsprechend der Ansprüche 1f, 10 und 12 ohne eine Kühlung der Kuppe des Hüllkolbens (22) sinngemäß angewendet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Abtrennen des überstehenden Rohrstückes (22′) des Hüllkolbens (22) der Arbeitsgang 1g) sinn­ gemäß angewendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hüllkolben (22) mit einem Sockel (31, 33) versehen wird.