DE3842772A1 - Verfahren zur herstellung einer zweiseitigen hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Lampe mit den im Hauptanspruch bezeichneten Merkmalen. Die Er­ findung betrifft insbesondere die Herstellung von Metallhalogenidhochdruckentladungslampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von maximal 50 W, wie sie in letzter Zeit vermehrt zum Zweck der Allgemein­ beleuchtung oder zum Einsatz in Kraftfahrzeugschein­ werfern vorgeschlagen wurden. Solche Lampen wurden bisher hergestellt, indem ein beidseitig offenes Quarzrohr zuerst einseitig verschlossen und anschlie­ ßend an der Stelle des künftigen Entladungsgefäßes durch Versammeln des Quarzglases dessen olivenförmige Gestalt ausgebildet wird. Danach werden in weiteren Arbeitsgängen das anfangs verschlossene Rohrende wieder geöffnet sowie ein Pumprohr mittig an das Ent­ ladungsgefäß angesetzt. Nachdem in die offenen Rohr­ enden jeweils ein Elektrodensystem eingeführt und eingeschmolzen wurde, werden die Füllsubstanzen und das Füllgas durch das Pumprohr in das Entladungs­ gefäß eingebracht und letztlich das Pumprohr abge­ schmolzen. Dieses aufwendige, arbeitsintensive Her­ stellverfahren hat den gravierenden Nachteil, daß an dem ohnehin sehr kleinen Entladungsgefäß - seine Länge beträgt nur ca. 7,5 mm, sein Durchmesser nur ca. 5,5 mm - durch das Ansetzen und Abschmelzen des Pumprohres Inhomogenitäten in der Materialverteilung entstehen, die zum einen die Cold-Spot-Temperatur und damit die Lichtfarbe der Lampe nachteilig beein­ flussen und zum anderen die von der Lampe emittierte Strahlung in einem nicht reproduzierbaren Maß streuen, was sich bei dem vorgesehenen Einsatz dieser Lampen in optischen Systemen besonders nachteilig bemerkbar macht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Herstell­ verfahren für die in Frage kommenden Lampen zu schaffen, bei dem keine inhomogene Materialverteilung am Entladungsgefäß auftritt, um die zuvor beschrie­ benen Nachteile auszuschalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Haupt­ anspruch aufgeführte Folge von Arbeitsschritten ge­ löst. Den Unteransprüchen sind weitere Details für die Herstellung der Metallhalogenid-Hochdruckentladungs­ lampen entnehmbar. Während des gesamten Pump-, Füll- und Quetschvorganges bleibt das Rohr im Pumpkopf ein­ gespannt. Das komplizierte Einsetzen und wieder Ent­ nehmen entfällt. Mit der beschriebenen Herstellungs­ weise wird eine erhebliche Verkürzung der Verfahrens­ zeit erreicht. Aufgrund des am Entladungsgefäß nicht mehr vorhandenen Pumprohres treten auch dort keine unterschiedlichen Wanddicken oder Inhomogenitäten anderer Art auf, wodurch die Strahlungsemission der Lampe sehr viel gleichmäßiger erfolgt als bei den bekannten Lampen mit Pumprohr. Die Lampe ist deshalb für den Einsatz in optischen Systemen besonders ge­ eignet, wie z. B. in Kraftfahrzeugscheinwerfern, bei denen es auf eine äußerst präzise Justierung und Anordnung der Hell-/Dunkelgrenze ankommt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigen die

Fig. 1a bis 1c die Herstellung eines vorgeformten Entladungsgefäßes,

Fig. 2a bis 2c die Herstellung der ersten Quet­ schung des Entladungsgefäßes in der Quetschvorrichtung,

Fig. 3a und 3b die Herstellung der zweiten Quet­ schung des Entladungsgefäßes in der Pump- und Quetschvorrichtung,

Fig. 4 eine fertige Metallhalogenidhochdruckentla­ dungslampe.

Fig. 1a zeigt das auf eine Länge von ca. 150 mm ge­ schnittene Rohr 1 aus Quarzglas. Der Außendurch­ messer des Rohres beträgt ca. 4,5 mm, der Innendurch­ messer d ca. 2 mm.

Mit Hilfe der Flammen 2 wird zunächst das in Rota­ tion versetzte Rohr 1 etwa mittig erwärmt und nach Erreichen der Verformungstemperatur werden mittels der Formrolle 3 gleichzeitig beide Einschnürungen 4, 5 in einem definierten Abstand zueinander ange­ bracht (Fig. 1b). Während des Erwärmens und des Verformens wird von einer Seite ein Stickstoffstrom N₂ mit einer Menge von ca. 10 l/h durch das Rohr 1 geführt. Durch das Anbringen der Einschnürungen 4, 5 wird das zukünftige Entladungsgefäß 6 (Fig. 1c) in seiner Länge von ca. 7,5 mm genau abgegrenzt. Die Einschnürung 4 weist einen geringeren lichten Durchmesser auf als die Einschnürung 5. Hierdurch entsteht zwischen den beiden Einschnürungen im er­ wärmten Bereich des zukünftigen Entladungsgefäßes 6 ein Gasstau p des Stickstoffstromes N₂, so daß dieser Bereich etwas aufgeblasen wird und seine olivenförmige Gestalt mit einem Außendurchmesser von ca. 5,5 mm annimmt.

Im nächsten Arbeitsgang, dargestellt in Fig. 2a, ist das vorgeformte Rohr 1 in eine Haltevorrichtung 7 eingesetzt. In dieser Arbeitsstellung wird jetzt von unten her durch das offene Rohrende ein vorgefertigtes Elektrodensystem (Fig. 2b) eingeführt, das aus einer Elektrode 8 aus Wolfram, einer Dichtungsfolie 9 aus Molybdän sowie aus einer Stromzuführung 10 aus Molybdän besteht. Die Elektrode 8 ist an ihrem im Entladungsgefäß 6 angeordneten Ende mit einer Kugel 11 versehen. Die Stromzuführung 10 ist in der y-z-Ebene zickzackförmig gebogen, wobei der Winkel α, um den die gebogene Stromzuführung 10 von der x-z-Ebene abweicht, kleiner als 45°, vorzugsweise ca. 20°-30° ist. Die Höhe h, das ist jener Betrag, um den der Knick- oder Umkehrpunkt 12 der gebogenen Stromzu­ führung 10 von der x-z-Ebene abweicht, ist größer als der halbe Innendurchmesser d des Rohres 1. In der Praxis hat sich ein Verhältnis entsprechend h ≃ 0,55 d bewährt. Die Dichtungsfolie 9 ist in der x-z-Ebene ausgerichtet, also senkrecht zur y-z-Ebene der gebogenen Stromzuführung 10. Ein derart geformtes Elektrodensystem haltert sich innerhalb des Rohres 1 von selbst, indem die Knick- oder Umkehrpunkte 12 der Stromzuführung 10 klemmend an der Rohrinnenwand anliegen. Einmal an seiner vorbestimmten Position einjustiert, behält das Elektrodensystem diese bis zur endgültigen Fixierung bei. Zur sicheren Abstützung der Stromzuführung 10 an der Innenwand des Rohres 1 sind mindestens drei Knick- oder Umkehrpunkte 12 an jeder Stromzuführung 10 angebracht. Eine derart gestaltete Stromzuführung 10 zentriert sich in der Achse des Rohres 1 von selbst. Dadurch wird auch automatisch eine Zentrierung der Elektrode 8 im Entladungsgefäß 6 in der x-Koordinate der Dichtungsfolie 9 erreicht. Eine eventuell mögliche Dezentrierung senkrecht zur Ebene der Dichtungsfolie 9, also in der y-Koordinate, z.B. durch Verbiegen der Dichtungsfolie 9, wird beim Quetschvorgang ausgeglichen.

Im Bereich der Dichtungsfolie 9 wird das Rohr 1 auf eine für die Verformung geeignete Temperatur von oberhalb ca. 2200°C gebracht. Gleichzeitig wird ein Argonstrom Ar durch das vorgeformte Rohr 1 geleitet. Nachdem die Quetschtemperatur erreicht ist, werden die Quetschbacken 13 zusammengefahren und die erste Quet­ schung 14 hergestellt. Es wird zuerst die Quetschung abgedichtet, die der Einschnürung 4 mit dem geringeren Durchmesser benachbart ist. Das einseitig gequetschte Rohr 1 wird jetzt aus der Haltevorrichtung entnommen und bei ca. 1200°C während ca. 6 h einer Hochvakuum­ glühung unterzogen. Die entsprechende Fertigungs­ stufe der Lampe ist in Fig. 2c dargestellt.

Als nächstes wird das einseitig gequetschte Rohr 1 mit seinem noch offenen Ende in einen Pumpkopf 15 mit Dichtgummi 16 eingesetzt. Es verläßt nun diesen Pump­ kopf bis zur abgeschlossenen Herstellung der zweiten Quetschung 17 nicht mehr. Die Quetschbacken 13 befinden sich bereits in Vorbereitung zur Ausführung der zweiten Quetschung 17. Mittels eines Spül-Pump­ verfahrens wird das Entladungsgefäß 6 in dieser Arbeitsstellung gereinigt. Hierfür wird das Entla­ dungsgefäß 6 sowie der Bereich der Dichtungsfolie 9 auf mindestens 400°C erwärmt und das erwärmte Ent­ ladungsgefäß 6 anschließend zuerst evakuiert und danach mit Argon geflutet. Dieser Spül-Pumpvorgang wird bei erwärmtem Entladungsgefäß 6 viermal wieder­ holt. Im Anschluß daran werden in das wieder erkaltete Entladungsgefäß 6 zuerst die Füllsubstanzen (Fig. 3b), bestehend aus einer Metallhalogenid-Pille 18 und einer Quecksilber-Kugel 19, und weiterhin das zweite Elek­ trodensystem (Fig. 2b) eingebracht. Die Füllsubstanzen fallen durch die noch offene Einschnürung 5 mit dem größeren Durchmesser in das Entladungsgefäß 6. Das Elektrodensystem wird, wie schon zuvor bei der Vorbe­ reitung auf die erste Quetschung 14, selbsthalternd an seine ihm vorbestimmte Stelle in Position einjustiert, so daß die Elektrode 8 innerhalb des Entladungsgefäßes 6 angeordnet ist und der Abstand der Kugeln 11 beider Elektroden 8 genau seinen vorgesehenen Wert erhält. Diese Vorgänge erfolgen durch den Pumpkopf 15 hin­ durch, der dafür eine zu öffnende Dosierklappe (nicht dargestellt) besitzt, in einem Inertgas-Gegenstrom, damit keine neuen Verunreinigungen in das Entla­ dungsgefäß 6 gelangen. Danach wird die Dosierklappe wieder verschlossen, das Entladungsgefäß 6 evakuiert und mit dem endgültigen Füllgas Argon geflutet, wobei der Kaltfülldruck ca. 500 mbar beträgt und somit kleiner als der das Entladungsgefäß 6 umgebende Atmosphärendruck ist.

Danach wird, wie schon bei der ersten Quetschung 14 beschrieben, der Bereich um die Dichtungsfolie 9 des zweiten Elektrodensystems auf die Quetschtemperatur von ca. 2200°C aufgeheizt und die Lampe abgedichtet, indem das zweite Elektrodensystem eingequetscht wird. Während des Aufheizvorganges und der Herstellung der zweiten Quetschung 17 wird der Bereich des Entladungs­ gefäßes 6 mittels auf ca. -50°C gekühltem Stickstoff auf 100°C gekühlt, um ein Verdampfen des Metallhalo­ genids 18 und Quecksilbers 19 zu verhindern.

Abschließend wird die Lampe dem Pumpkopf 15 entnommen und es werden die über die Quetschungen 14, 17 hinaus­ stehenden Rohrenden 1 entfernt. Eine fertige Metall­ halogenidhochdruckentladungslampe 20 ist in Fig. 4 dargestellt.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hoch­ druckentladungslampe (20), wobei die Lampe ein Entladungsgefäß (6) mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Entladungsgefäßes angeordneten Einschmel­ zungen oder Quetschungen (14, 17) aufweist, in die jeweils ein Elektrodensystem gasdicht eingeschmolzen ist, das aus einer im Entladungsgefäß (6) angeordneten Elektrode (8), einer von der Einschmelzung oder Quet­ schung (14, 17) eingebetteten Dichtungsfolie (9) und einer aus der Einschmelzung oder Quetschung (14, 17) in Lampenlängsachse austretenden Stromzuführung (10) besteht, gekennzeichnet durch den Ablauf folgender Arbeitsgänge:

• a) Erwärmen und Einrollen eines durchgehend zylindri­ schen Rohres (1) aus Quarz von vorbestimmter Länge und an vorbestimmter Stelle zur Abgrenzung des Entladungsgefäßes (6).
• b) Einführen und Ausrichten eines ersten, vorgefer­ tigten Elektrodensystems in ein Ende des Rohres (1).
• c) Erwärmen des Rohres (1) im Bereich der Dichtungs­ folie (9) des ersten Elektrodensystems und Her­ stellen der ersten Einschmelzung oder Quetschung (14).
• d) Einbringen der Füllsubstanzen (18, 19) durch das offene Ende des Rohres (1).
• e) Einführen und Ausrichten des zweiten, vorgefertig­ ten Elektrodensystems (8, 9, 10) in das offene Ende des Rohres (1).
• f) Einbringen des Füllgases durch das offene Ende des Rohres (1).
• g) Erwärmen des Rohres (1) im Bereich der Dichtungs­ folie (9) des zweiten Elektrodensystems und Her­ stellen der zweiten Einschmelzung oder Quetschung (17).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der zwei durch das Einrollen entstandenen Einschnürungen (4, 5) einen geringeren lichten Durch­ messer aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Arbeitsgänge a) und c) ein Inertgasstrom von der Seite, die der Einschnürung (4) mit dem geringeren lichten Durchmesser abgewandt ist, durch das Rohr (1) geführt wird, wobei innerhalb des Rohres (1) ein Stau des Inertgases entsteht, wodurch der erwärmte Bereich zwischen den Einschnürungen (4, 5) eine etwa olivenförmige Gestalt annimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Argon oder Stickstoff ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Arbeitsganges c) der Bereich des zukünftigen Entladungsgefäßes (6) auf 100°C gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Arbeitsgängen c) und d) das Entladungsgefäß (6) mittels eines Spül-Pumpverfahrens gereinigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Arbeitsgänge d) bis g) das offene Ende des zu quetschenden Rohres (1) in einem Pumpkopf (15) angeordnet ist und dieses denselben nicht verläßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Arbeitsganges g) der Bereich des Entladungsgefäßes (6) auf 100°C gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühlung des Entladungsgefäßes (6) durch Anblasen mittels eines Kühlmediums erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Luft, Stickstoff oder Argon ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Entladungsgefäß (6) sowie das Rohr (1) im Bereich der Dichtungsfolie (9) auf mindestens 400°C aufgeheizt sowie gleichzeitig zuerst evakuiert und anschließend mit einem Inertgas geflutet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spül-Pumpvorgang mindestens drei­ mal vorgenommen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Arbeitsgänge d) und e) in einem Inertgas-Gegenstrom durchgeführt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Durchführung der Arbeitsgänge d) und e) der Pumpkopf (15) mit einer zu öffnenden Dosierklappe versehen ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Arbeitsgang f) das Entladungs­ gefäß (6) evakuiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Durchführung der Arbeitsgänge b) und e) die Stromzuführung (10) eine sich innerhalb des Rohres (1) selbsthalternde Gestalt aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stromzuführung (10) mit mindestens drei Auflagepunkten (12) an der Innenwand des Rohrstückes (1) abgestützt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Anschluß an den Arbeitsgang g) das jeweilige, über die Einschmelzung oder Quetschung (14, 17) hinausstehende Rohrende (1), in dem auch der die Auflagepunkte (12) aufweisende Teil der Stromzuführung (10) angeordnet ist, ganz oder teilweise abgetrennt wird.