EP0374677A2 - Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hochdruckentladungslampe - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hochdruckentladungslampe Download PDFInfo
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- H01J9/245—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps
- H01J9/247—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps specially adapted for gas-discharge lamps
Definitions
- the invention relates to the manufacture of a lamp with the features specified in the main claim.
- the invention relates in particular to the production of metal halide high-pressure discharge lamps with an electrical power consumption of at most 50 W, as have recently been increasingly proposed for the purpose of general lighting or for use in motor vehicle headlights.
- Such lamps have hitherto been produced by first closing a quartz tube which is open on both sides and then forming the olive-shaped shape at the location of the future discharge vessel by collecting the quartz glass. Then the tube end, which was initially closed, is opened again in further work steps and a pump tube is attached to the center of the discharge vessel.
- this object is achieved by the sequence of work steps set out in the main claim. Further details for the production of the metal halide high-pressure discharge lamps can be found in the subclaims.
- the tube remains clamped in the pump head during the entire pumping, filling and squeezing process. The complicated insertion and removal is no longer necessary. A considerable reduction in the process time is achieved with the method of production described.
- the pump tube no longer exists on the discharge vessel, there are also no different wall thicknesses or inhomogeneities of any other type, as a result of which the radiation emission of the lamp takes place much more uniformly than in the known lamps with a pump tube.
- the lamp is therefore particularly suitable for use in optical systems, e.g. in motor vehicle headlights where extremely precise adjustment and arrangement of the light / dark boundary is important.
- FIG. 1a shows the tube 1 made of quartz glass cut to a length of approximately 150 mm.
- the outside diameter of the tube is approx. 4.5 mm, the inside diameter d is approx. 2 mm.
- both constrictions 4, 5 are at the same time placed at a defined distance from one another by means of the forming roll 3 (FIG. 1b).
- a nitrogen stream N2 with a quantity of about 10 l / h is passed through the tube 1 from one side.
- the future discharge vessel 6 (FIG. 1c) is precisely delimited in its length of approximately 7.5 mm.
- the constriction 4 has a smaller clear diameter than the constriction 5 arises between the two constrictions in the heated area of the future discharge vessel 6, a gas accumulation p of the nitrogen stream N 2, so that this area is somewhat inflated and assumes its olive shape with an outer diameter of approximately 5.5 mm.
- a prefabricated electrode system (FIG. 2b) is now introduced from below through the open pipe end, which consists of an electrode 8 made of tungsten, a sealing film 9 made of molybdenum and a power supply 10 made of molybdenum.
- the electrode 8 is provided with a ball 11 at its end arranged in the discharge vessel 6.
- the power supply line 10 is bent zigzag in the yz plane, the angle ⁇ by which the curved power supply line 10 deviates from the xz plane being less than 45 °, preferably approximately 20 ° -30 °.
- the height h that is the amount by which the kink or reversal point 12 of the curved power supply 10 deviates from the xz plane, is greater than half the inner diameter d of the tube 1. In practice, a ratio corresponding to h ⁇ 0 , 55 d proven.
- the sealing film 9 is aligned in the xz plane, that is to say perpendicular to the yz plane of the curved power supply 10.
- An electrode system shaped in this way is self-supporting within the tube 1 in that the kink or reversal points 12 of the power supply 10 are in clamping contact with the inner wall of the tube . Once adjusted to its predetermined position, the electrode system maintains it until it is finally fixed.
- At least three kink or reversal points 12 are attached to each power supply 10.
- a power supply 10 designed in this way centers itself on the axis of the tube 1.
- the electrode 8 in the discharge vessel 6 is also automatically centered in the x coordinate of the sealing film 9. Any possible decentering perpendicular to the plane of the sealing film 9, that is to say in the y coordinate, for example by bending the sealing film 9, is compensated for during the squeezing process.
- the tube 1 In the area of the sealing film 9, the tube 1 is brought to a temperature suitable for the deformation of above approximately 2200 ° C. At the same time, an argon stream Ar is passed through the preformed tube 1. After the pinch temperature is reached, the pinch jaws 13 are moved together and the first pinch 14 is produced. The pinch that is adjacent to the constriction 4 with the smaller diameter is first sealed. The tube 1, which is squeezed on one side, is now removed from the holding device and subjected to a high vacuum annealing at about 1200 ° C. for about 6 hours. The corresponding manufacturing stage of the lamp is shown in Figure 2c.
- the squeeze jaws 13 are already in preparation for the execution of the second squeeze 17.
- the discharge vessel 6 is in this by means of a rinsing-pump method Working position cleaned.
- the discharge vessel 6 and the area of the sealing film 9 are heated to at least 400 ° C. and the heated discharge vessel 6 is then first evacuated and then flooded with argon. This rinsing-pumping process is repeated four times with the discharge vessel 6 heated. Subsequently, the filling substances (FIG.
- the electrode system is, as before during the preparation for the first squeeze 14, adjusted self-retaining in position at its predetermined position, so that the electrode 8 within of the discharge vessel 6 is arranged and the distance between the balls 11 of the two electrodes 8 is given its intended value.
- These processes take place through the pump head 15, which for this purpose has a metering flap (not shown) to be opened, in an inert gas counterflow, so that no new contaminants get into the discharge vessel 6.
- the metering flap is then closed again, the discharge vessel 6 is evacuated and flooded with the final filling gas argon, the cold filling pressure being approximately 500 mbar and thus being less than the atmospheric pressure surrounding the discharge vessel 6.
- the area around the sealing film 9 of the second electrode system is heated to the pinch temperature of approximately 2200 ° C. and the lamp is sealed, by squeezing the second electrode system.
- the area of the discharge vessel 6 is cooled to 100 ° C. by means of nitrogen cooled to approximately -50 ° C. in order to prevent evaporation of the metal halide 18 and mercury 19.
- a finished metal halide high-pressure discharge lamp 20 is shown in FIG. 4.
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- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
- Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Lampe mit den im Hauptanspruch bezeichneten Merkmalen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von Metallhalogenidhochdruckentladungslampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von maximal 50 W, wie sie in letzter Zeit vermehrt zum Zweck der Allgemeinbeleuchtung oder zum Einsatz in Kraftfahrzeugscheinwerfern vorgeschlagen wurden. Solche Lampen wurden bisher hergestellt, indem ein beidseitig offenes Quarzrohr zuerst einseitig verschlossen und anschließend 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 Entladungsgefäß angesetzt. Nachdem in die offenen Rohrenden jeweils ein Elektrodensystem eingeführt und eingeschmolzen wurde, werden die Füllsubstanzen und das Füllgas durch das Pumprohr in das Entladungsgefäß eingebracht und letztlich das Pumprohr abgeschmolzen. Dieses aufwendige, arbeitsintensive Herstellverfahren 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 beeinflussen 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 Herstellverfahren für die in Frage kommenden Lampen zu schaffen, bei dem keine inhomogene Naterialverteilung am Entladungsgefäß auftritt, um die zuvor beschriebenen Nachteile auszuschalten.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch aufgeführte Folge von Arbeitsschritten gelöst. Den Unteransprüchen sind weitere Details für die Herstellung der Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen entnehmbar. Während des gesamten Pump-, Füll- und Quetschvorganges bleibt das Rohr im Pumpkopf eingespannt. Das komplizierte Einsetzen und wieder Entnehmen entfällt. Mit der beschriebenen Herstellungsweise wird eine erhebliche Verkürzung der Verfahrenszeit 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 geeignet, 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
- Figuren 1a bis 1c die Herstellung eines vorgeformten Entladungsgefäßes
- Figuren 2a bis 2c die Herstellung der ersten Quetschung des Entladungsgefäßes in der Quetschvorrichtung
- Figuren 3a und 3b die Herstellung der zweiten Quetschung des Entladungsgefäßes in der Pump- und Quetschvorrichtung
- Figur 4 eine fertige Metallhalogenidhochdruckentladungslampe
- Figur 1a zeigt das auf eine Länge von ca. 150 mm geschnittene Rohr 1 aus Quarzglas. Der Außendurchmesser des Rohres beträgt ca. 4,5 mm, der Innendurchmesser d ca. 2 mm.
- Mit Hilfe der Flammen 2 wird zunächst das in Rotation 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 angebracht (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 erwärmten 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 Figur 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 Winkelα , 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 Stromzuführung 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 Quetschung 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 Hochvakuumglühung unterzogen. Die entsprechende Fertigungsstufe der Lampe ist in Figur 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 Pumpkopf 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-Pumpverfahrens wird das Entladungsgefäß 6 in dieser Arbeitsstellung gereinigt. Hierfür wird das Entladungsgefäß 6 sowie der Bereich der Dichtungsfolie 9 auf mindestens 400 °C erwärmt und das erwärmte Entladungsgefäß 6 anschließend zuerst evakuiert und danach mit Argon geflutet. Dieser Spül-Pumpvorgang wird bei erwärmtem Entladungsgefäß 6 viermal wiederholt. 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 Elektrodensystem (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 Vorbereitung 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 hindurch, der dafür eine zu öffnende Dosierklappe (nicht dargestellt) besitzt, in einem Inertgas-Gegenstrom, damit keine neuen Verunreinigungen in das Entladungsgefäß 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, die 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 Entladungsgefäßes 6 mittels auf ca. -50 °C gekühltem Stickstoff auf 100 °C gekühlt, um ein Verdampfen des Metallhalogenids 18 und Quecksilbers 19 zu verhindern.
- Abschließend wird die Lampe dem Pumpkopf 15 entnommen und es werden die über die Quetschungen 14, 17 hinausstehenden Rohrenden 1 entfernt. Eine fertige Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 20 ist in Figur 4 dargestellt.
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