HU193407B - High-pressure gas dischage lamp with improved electrode - Google Patents

Description

A találmány tárgya nagynyomású gázkisülő lámpa, amelynek vákuumtömören lezárt, átlátszó burája van, a burán belül ionizálható gáztöltés, valamint a burába benyúló elektródok vannak, az elektródok a bura falán keresztül kinyúló árambevezetőkhöz vannak kötve, az elektródok mindegyike lényegében wolframból levő rúdból, valamint azoknak a bura belseje felé eső csúcsának közelében, főleg wolframból levő huzal van feltekercselve, a rúdra a huzalból egy első menetréteg, és az első menetréteget körülvevő második menetréteg van felvive, amely tekercs a rúdon rögzítve van, és a huzal végein végfelületek vannak.

Ilyen lámpa ismeretes a 3 170 081. számú US szabadalmi leírásból.

Az elektróda rúdja körüli tekercsnek kizárólag az a célja, hogy az elektróda mentén kielégítő hőmérséklet-eloszlás jöjjön létre, vagy ezenkívül, hogy az elektron emittáló anyagot megtartsa.

A tekercset a rúdon többnyire rögzíteni kell, például egy menetnek meleg állapotban történő deformálásával, vagy egy menetnek a rúdra való rászorításával, vagy a tekercsnek a rúdhoz való hegesztésével.

Az említett 3 170 081. számú US szabadalmi leírásban ismertetett lámpában a menetek első rétege egy olyan test, amely kis játékkal rá van csúsztatva a rúdra és azon rögzítve van, míg a menetek második rétege egy különálló test, amely az első réteg fölé van csúsztatva. Annak érdekében, hogy a menetek második rétegét rögzítsék, az első réteg meneteinek az elektróda rúdja csúcsának távolabbi végére eső huzalrészen egy kiugró rész van, és a második réteg meneteinek ugyanezen a végén egy olyan huzalrésze van, amely a rúd felé van hajlítva. Az elektródának ez a kialakítása az elektródák gyártását és ily módon a lámpa gyártását nehézkessé teszi.

A találmány elé célul tűztük ki egy olyan, a bevezetőben említett nagynyomású gázkisülő lámpának a kidolgozását, amelynek az elektródái egyszerű kialakításúak, azok egyszerűen gyárthatók, ugyanakkor a menetek biztosan rögzítve vannak a rúdon.

A kitűzött célt a bevezetőben körülírt nagynyomású gázkisülő lámpával a találmány szerint úgy értük el, hogy a menetek első rétege a menetek második rétegével egybefüggően van kialakítva, és a második réteg menetei a huzal csavarásával vannak feltekercselve az első réteg menetei fölé, amely szintén a huzal csavarásával van feltekercselve, és a csavarással felvitt minden egyes menet huzalának csavarás, iránya azonos az illető menetnek az elektróda rúdja körüli tekercselési irányával.

A már említett 3 170 081. számú US szabadalmi leírás szerinti elektródákkal ellentétben, amely elektródák különálló alkatrészekből vannak összeszerelve, a találmány szerinti lámpa elektródái esetében a tekercsek az elekt2 róda rúdjára, mint tekercsmagra közvetlenül feltekercselhetők. Az elektródák gyártása során a szerelési művelet elkerülhető, ami különösen előnyös, ha az elektródák, a rudak és a tekercsek kicsik, és ezért azok sérülékenyek. Ezen túlmenően, a tekercsek rögzítésének különálló művelete elkerülhető. Ezzel egyidejűleg az elektróda tekercseinek rögzítése biztosítható.

A tekercseknek az elektróda rúdján történő rögzítését a következőkben részletezzük. Ha egy huzalt feltekercselünk egy magra (rúdra), akkor ennek a tekercsnek a menetei egy nagyobb átmérőt akarnak felvenni. Köralakú tekercsmag esetén ezt a nagyobb menetátmérőt valójában úgy kapjuk, hogy a huzal a tüske mentén inkább érintőleges lesz. Ez fenáll a menetek második rétegénél is, amely a menetek első rétege fölé van feltekercselve, feltéve, hogy ez a második réteg ugyanolyan tekercselési irányú, mint az első réteg. Ebben az esetben is a „tekercsmag, vagyis a rúd, amelyre a második réteget tekercseltük az első réteggel együtt, köralakú. Ha a meneteknek ez a második rétege ellenkező irányban van tekercselve, akkor a „tekercsmag nem lesz tökéletesen köralakú, mivel ennek a második rétegnek a menetei az első réteg menetei felett át kell, hogy ugorjának, de ennek a „tekercsmagnak a körtől való eltérése nagyon kismértékű. A köralaktól való eltérésnek a mértéke függ a huzal átmérőjétől, mivel a „tekercsmag átmérője viszonylag nagy, vagyis egyenlő a rúdnak az átmérőjével, plusz a rátekercselt huzal átmérőjének kétszeresével. Ezen kismértékű körtől való eltérésnek a következtében a huzal szintén el tud mozogni érintő irányban, aminek eredményeképpen a menetek nagyobb átmérőt vesznek fel, és a rétegek nem kapcsolódnak egymáshoz.

A találmány annak a ténynek a felismerésén alapszik, hogy a rudat körülvevő menetek első rétegének körtől való eltérése elegendően nagy ahhoz, hogy az első réteg köré ellenkező irányban feltekercselt menetek második rétege ne tudjon érintő irányban elmozdulni abban az esetben, ha a második réteg az első menetréteg köré nagyon szorosan van tekercselve. Ha a menetek első rétege az elektróda rúd köré szorosan van tekercselve, és az egybefüggően van kialakítva a menetek második rétegével, akkor az elektróda rúdja körüli menetek rögzítve vannak a rúdon. A második réteg által körülvett első réteg menetei ekkor valójában nem tudnak érintő irányban elmozdulni. Annak érdekében, hogy a meneteket olyan szorosan lehessen tekercselni, hogy ezt a rögzítést elérjük, a huzalban nagyon nagy tekercselési erőre van szükség. Ennek következtében fennáll annak a veszélye, hogy a huzal a tekercselés közben eltörik.

A találmány továbbá annak a ténynek a felismerésén is alapszik, hogy a huzalban egy olyan húzóerő alkalmazásával lehet végezni a tekercselést, amely sokkal kisebb, mint a huzal

-2193407 eltöréséhez szükséges erő; ugyanakkor a teke-r esek elektróda rúdján rögzítettek, ha a huzalban a tekercselés közben csavarást is alkalmazunk a megfelelő irányban..

Abban az esetben, ha a huzalban csavarás is van, akkor a huzal a tekercselés után olymértékben akar deformálódni, hogy a csavarófeszültség csökkenjen. A megfelelő irányú csavarás esetén ez a deformáció azt eredményezi, hogy a menetek egymás közötti távolsága megnő; ezért azok a „tekercsmag körül sokkai szorosabban helyezkednek el. A menetek első rétegének a „tekercsmagja maga az elektróda rúd, míg a menetek második rétegének a tekercsmagja a rúd és a menetek első rétege együttesen.

A tekercselés alatt és utána is a huzal csavarásának iránya akkor megfelelő, ha a menet huzaljának csavarási iránya megegyezik az elektróda rúdja körüli tekercselés irányával. Ezt a következőképpen értelmezzük.

Egy elektróda rúdja körüli menet tekercselési irányát a rúd tengelyéből nézve a réteg első menetétől az utolsó menetéig tekintjük, így tekintve egy menet ekkor vagy az óramutatójárásával egyezően (jobb irányban), vagy az óramutató járásával ellentétesen (balirányban) tekeredik a rúd körül.

Az az irány, amelyben a huzal a tekercselés közben (és utána) csavarodik, a rúdra tekeredő huzal tengelyéből nézve határozható meg. Ekkor a szemlélő felől a huzal tengelye körül az óramutató járásában (jobb irányban), vagy az óramutató járásával ellentétes irányban (bal irányban) csavarodik. Annak a ténynek a következtében, hogy a huzal főleg wolframból van, amelyet egy vastagabb huzalból húzókövön keresztül történő húzással állítanak elő, és az ilyen huzalon felületi húzási hornyok vannak, amelyek a huzal mentén tengelyirányban húzódnak. Csavart huzal esetében a húzási hornyok a huzal tengelyének irányával szöget zárnak be. A huzalnak az óramutató járásával egyező irányú csavarásakor a húzási hornyok következésképpen az óramutató járásával ellentétes irányban csavarodnak az említett megfigyelési ponttól távolodóan.

Azon az előnyön túlmenően, hogy a találmány szerinti lámpa elektródáit nem kell többnyire nagyon sérülékeny alkatrészekből öszszeszerelni, valamint, hogy annak gyártása nem igényel külön rögzítő műveletet, az elektródának az is az előnye, hogy nagyon jó és ismételten azonos eredménnyel előállítható hőkapcsolat jön létre a rúd és a tekercsek között.

A huzalban létrehozott csavarás mértéke összefügg a huzalnak a rúdon történő rögzítés követelményeivel. Ez a mérték általában könnyen meghatározható, néhány kísérlet segítségével. Megjegyzendő, hogy ha a menetek első rétege a menetenkénti kisebb csavarással van felvive, akkor a menetek második rétegében kismértékben nagyobb csavarásra van szükség az egyes menetekbe, mivel ez a második réteg már egy vastagabb „tekercsmagra van feltekercselve, mint az első réteg.

Az elektróda, és ily módon a nagynyomású gázkisülő lámpa még könnyebben gyártható akkor, ha az elektróda rúd tekercsének huzalvégén szakított végfelület van. Ilyjen szakított végfelületet úgy kaphatunk, hogy miután a tekercselés műveletét befejeztük, a fel nem tekercselt huzalrészt a tekercsről leszakítással választjuk le. Ekkor a huzal azon a részen szakad le, amelyen már nem érintkezik az elektródával.

A szakított felületeknek jellegzetes alakjuk van, így azok könnyen felismerhetők a szakember számára. Azoknak dúrva a felületük, nem tartalmaznak nyomokat, mint például hornyokat vagy sorját, amelyek visszamaradnak akkor, ha az elválasztási felületet vágó, csípő vagy köszörülő szerszám hozza létre.

A leválasztáskor a huzalban egy akkora erőt hozunk létre, amely a huzalon maradó alakváltozást eredményez. A szakítási felület közelében a huzalon többnyire átmérő-csökkenés jön létre. A szakítási felület mellett létrejövő átmérő-csökkenés mértéke nagyobb, ha a huzalt a tekercselés előtt magasabb hőmérsékleten, például 800—850°C tartományban ki lágyítottuk. A maradó alakváltozásnak egy további következménye az, hogy a huzal legalább lényegében követi a „tekercsmag” felületét a szakítási felületig, valamint, hogy a huzal nem, vagy lényegében nem nyúlik a tekercselés burkolóvonalán túl.

Az elektróda rúd körüli tekercs gyártása során a huzal kezdeti részét egy szorítóval rögzítjük, majd a tekercselés befejezése után ezt a kezdeti részt a tekercsről megfelelő módon leszakíthatjuk. Egy olyan, tekerccsel ellátott elektródának, amely második réteg menetei huzalának legalább az egyik végén szakított felület van, az az előnye, hogy az egyszerűen gyártható, anélkül, hogy bármilyen csípő, vágó vagy köszörülő szerszámot kellene alkalmazni, amely műveletek gyakorlatilag minden esetben sorjaképződéssel járnak. Ezekkel a szerszámokkal az elektróda nem is közelíthető meg kellően, különösen, ha figyelembe vesszük azt, hogy a tekercset nem szabad megsérteni, és a csípés, vágás vagy köszörülés alatt a huzal végei a tekercs burkolóvonalán túlnyúlnak. Ez hátrányos lehet.

Á találmány szerinti lámpa lehet egy nagynyomású nátrium lámpa, amelynek kerámia kisülőcsöve van, például (polikristályos) alumínium-oxid vagy (monokristályos) zaíir, vagy lehet egy nagynyomású higany kisülő lámpa, amely fémhalogént tartalmazhat, és amelynek kerámia vagy kvarcüvegből levő kisülőcsöve van.

Megjegyzendő, hogy a 2 043 331. számú GB szabadalmi leírás ismertet kisülő lámpákhoz való elektródákat, amelyeknél az elektróda rúdnak egyetlen rétegben feltekercselt me3

-3193407 netei vannak. A meneteket viszonylag vastag wolfram huzalból készítik, amely köré viszonylag vékony wolfram huzalból nagy menetemelkedésű tekercs van feltekercselve. A vékony huzal biztosítja a térköztartást, részben az egyes menetek között, részben a huzal menetei és a rúd között. Következésképpen, a tekercs nagyon nyitott. Ennél az elektródánál a tekercset külön kell gyártani, amit később az elektróda rúd köré kell felcsavarni.

Az említett, ismert elektróda vastag huzalában csavarás felléphet. Ez a csavarás azonban nem biztosítja a tekercsnek az elektróda rúdján történő rögzítését, és erre a célra ez nem is alkalmas. Valójában a csavarás iránya ellentétes a találmány szerinti lámpa elektródájához képest. Ennek az ellenkező értelmű csavarásnak a következtében a menetek nem törekszenek eltávolodni egymástól, és ezért azok nem tekerednek szorosan a tekercsmagra (amint az a találmány szerinti lámpa esetén fennáll),'hanem ezek a menetek egymáshoz simulnak szorosan, és ilymódon a tekercsmagtól elválnak. Ennek következtében a tekercsnek nagy a merevsége, annak ellenére, hogy az elektróda rúd nem tartja azokat. A találmány szerinti lámpában az ilyen irányú csavarás éppen azt eredményezné, hogy a tekercs az elektróda rúd körül lazán helyezkedjen el.

A találmány szerinti lámpa kiviteli alakjait az alábbiakban a mellékelt rajzok segítségével mutatjuk be, ahol az

1. ábra egy nagynyomású nátrium kisülő lámpa kitört oldalnézete változatosan jelölt elektródákkal, a

2. ábra egy nagynyomású higany kisülő lámpa hosszmetszete vázlatosan feltüntetett elektródákkal, és végül a

3. ábra egy elektróda oldalnézete.

Az 1. ábrán bemutatott nagynyomású nátrium kisülő lámpának átlátszó 1 burája van, amely főleg alumínium-oxidból van, az 1 bura vákuumtömören le van zárva, és ionizálható nátrium, higany és xenon töltése van. Az 1 burába 2 elektródák nyúlnak be, amelyek 3 árambevezetőkhöz kapcsolódnak. A 3 árambevezetők a lámpa 1 burájának falán keresztül nyúlnak a külső térbe. A 2 elektródák mindegyike egy lényegében wolframból levő 4 rudat tartalmaz,amelyeknek a lámpa 1 burájának belsejébe nyúló 5 csúcsánál főleg wolframot tartalmazó huzalból 6 tekercs van készítve. A 4 rúd körül levő 6 tekercsnek a menetei egy első rétegben, és ezzel egybefüggően kialakított második rétegben vannak feltekercselve, és a második réteg menetei körülveszik az első réteg meneteit. A 6 tekercs a 4 rúdon rögzítve van. Az 1 bura egy 7 külső burában van elhelyezve, amely vákuumtömören le van zárva, és amelynek 8 feje van. Az elektródákat részletesebben a 3. ábra kapcsán ismertetjük.

A 2. ábrán látható nagynyomású higany kisülő lámpának kvarcüvegből levő 11 burája van, amely vákuumtömören le van zárva, és 4 ionizálható argon, higany, nátrium-, szkandium- és tallium-jodid töltése van. A lámpa 11 burájába 12 elektródok nyúlnak be, amelyek 13a, 13b árambevezetőkhöz csatlakoznak. A 13a, 13b árambevezetők a 11 burán keresztülnyúlnak. Az elektródák mindegyike lényegében wolframból levő 14 elektróda rudat tartalmaz, amelynek a 11 bura belseje felé benyúló végének közelében 16 tekercs van, amely 16 tekercs lényegében wolframból levő huzalból van tekercselve. A 16 tekercs meneteinek első rétege a 14 rúd köré van feltekerve, és a menetek egy másik rétege az első réteg meneteit veszik körül, és azzal egybefüggően vannak kialakítva. A 16 tekercs a 14 elektróda rúdon rögzítve van. A 12 elektródákat részletesebben a 3. ábra kapcsán ismertetjük.

A 3. ábrán a 24 elektróda rúd lényegében wolframból van, és a 25 csúcsának közelébe lényegébe wolframból levő 26 tekercs van. Ennél a kiviteli alaknál a 24 elektróda rúdra 27, 37 menetekből álló első réteg van felvive, amely rétegnek 30 első menete van. Az A pontból nézve a 24 elektróda rúd tengelyének irányában a 27, 37 menetek az óramutató járásával egyező irányban (jobbra) tekerednek a 24 elektróda rúd körül. A 27 és 37 menetek úgy vannak készítve, iiogy azok menetemelkedése megegyezik a huzal átmérőjével. Következésképpen a 27 menetek oldalukkal egymással érintkeznek. A 37 mentekben az óramutató járásával egyező csavarást hozunk létre. Az elektróda gyártásának egy szakaszában a tekercselő 37’ huzal a 24 elektróda rúd elülső oldalán van. A B pontból nézve a 37’ huzal tengelyének irányában a 24 elektróda rúd felé, a 37’ huzal a megfigyelési hely közelében az óramutató járásában van megcsavarva (jobb irányban). Ilymódon a 37 mentekben a csavarás iránya megegyezik a 37 meneteknek a 24 elektróda körüli tekercselés irányával. A huzalban levő húzási hornyok következésképpen a B ponttól távolodóan az óramutató járásával ellentétes irányban csavarodnak a 37’ huzal körül. Jóllehet, ez az ábrán nem látható, a csavarással történő tekercselés a 27 , 37 menetek első rétegének utolsó menetéig folytatódik. A 25 csúcs közelében levő utolsó két menet csavarás nélkül van feltekercselve. Az ábrán láthatóan a 37 menetek oldalukkal eltávolodnak egymástól. Ez a 37 menetekben létrehozott csavarás következménye.

A 24 elektróda rúd 25 csúcsánál a 27, 37 menetek első rétegének utolsó menete átmegy a 28, 38 menetek második rétegébe, aminek következtében ez a két réteg egymással egybefüggően van kialakítva.

A 28, 38 menetek második rétegének első két 28 menete csavarás nélkül van feltekercselve. A 27, 37 menetek első rétegéből a 28, 38 menetek második rétegébe történő átmenetnél a tekercselés értelme az eredeti tekercselés értelmével ellentétessé válik. A C pontból a 24 elektróda rúd tengelye irányában, a 28, 38 menetek második rétegének első 28 menete

-4193407 felől az utolsó 38 menet 31 vége felé nézve a 28, menetek az óramutató járásával ellentétes irányban (balra) tekerednek a 24 elektróda rúd körül. A 38 menetek a huzal csavarásával lettek feltekercselve, aminek eredménye- 5 képpen azok oldalukkal egymástól elválnak.

Az elektróda gyártásának egy fázisában a tekercselő 38’ huzal a 24 elektróda rúd elülső oldalára esik. A D pontból nézve a 38’ huzal tengelyének irányában a 24 elektróda rúd felé 10 a huzal csavarási iránya az óramutató járásával ellentétes irányú (balra csavarodik). A 38 menteknek a csavarodása következésképpen ugyanolyan irányú, mint a 38 meneteknek a 24 elektróda rúd körüli tekercselési iránya. 15

A 37 meneteknek a csavarása következtében ezek a 24 elektróda rudat szorosan körülveszik. A 28, 38 menetek, amelyek ellentétes értelemben vannak feltekercselve, a „tekercsmagot körhagyó módon veszik körül, jóllehet, 20 a körhagyás mértéke kicsi. A 38 menetek, amelyek csavarással lettek felvíve, a körhagyó „tekercsmagot szorosan körülveszik, aminek következtében a körhagyás elegendő ahhoz, hogy a 38 meneteknek a tengelyirányú elmoz- 25 dulását megakadályozza. A 37 menetek a 38 menetek alatt vannak, amelyek szintén nem lazulhatnak meg, és a 24 elektróda rudat szorosan körülveszik. Ennek következtében a 26 tekercs a 24 elektróda rúdon rögzítve van. 30

Miután az utolsó 38 menetet is elkészítettük, a maradék, fel nem tekercselt huzalrészt leszakítottuk. Ennél az utolsó menetnél egy olyan 31 vég van, amely kisebb átmérőjű, mint a huzal egyéb részének átmérője, és 33 szaki- 35 tott felület keletkezik. A tekercselés alatt a huzalnak a kezdeti részét egy szorító segítségével megfogjuk. A 26 tekercs elkészülte után a kezdeti szakaszt leszakítjuk. A tekercsnek a 30 végénél az átmérő kisebb, és 32 szakított 40 felület alakul ki.

A 2. ábrán bemutatott 30 W-os fémhalogén lámpa esetében a 3. ábra szerinti elektródákat használtuk. A rúdnak az átmérője 140 pm, és a huzalnak az átmérője 50 pm volt, ame- 45 lyet a rúdra mintegy 1 mm hosszúságban tekercseltünk fel. Mindkét alkatrész wolframból volt, amely 1,5 tömeg%-ban ThO₂-t tartalmazott. A tekercseléshez használt tekercselőerő 0,6 N volt. A tekercselés előtt a huzalt 850°C- 50 ra hevítve lágyítottuk. Az első réteg csavarmeneteit menetenként 180°-kal csavartuk meg, az óramutató járásával egyező irányban; míg a második réteg meneteinek csavart meneteit menetenként 360°-ban csavartuk meg az óramutató járásával ellenkező irányban. A huzal kezdeti részét és a fennmaradó, fel nem tekercselt huzalrészt 5 N erővel egymástól leszakítottuk. A tekercselési erő következésképpen csak töredéke a szakítási erőnek.

Azt találtuk, hogy az elektródák tekercse az elektróda rudakon nagyon jól rögzítve voltak. Ügy véltük, hogy legalább 7 N erő szükséges ahhoz, hogy a tekercset a rúdról lehúzzuk, azonban ebben a 30 W-os lámpában a tekercset nem tudtuk lehúzni az elektródáról 30 N erő alkalmazásával sem. Ez a helyzet nem változott akkor sem, miután az elektródákat vákuumban 2500°C hőmérsékletre hevítettük annak érdekében,hogy azt megtisztítsuk.

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Nagynyomású gázkisülő lámpa javított elektródával, amelynek vákuumtömören lezárt, átlátszó burája van, a burán belül ionizálható gáztöltés, valamint a burába benyúló elektródok vannak, az elektródok a bura falán kinyúló árambevezetőkhöz vannak kötve, az elektródok mindegyike wolframból levő rúdból, valamint azoknak a bura belseje felé eső csúcsának közelében wolframból levő huzal van feltekercselve, a rúdra a huzalból egy első menetréteg, és az első menetréteget körülvevő második menetréteg van felvíve, amely tekercs a rúdon rögzítve van és a huzal végein végfelületek vannak, azzal jellemezve, hogy a menetek (27, 37) első rétege a menetek (28, 38) második rétegével egybefüggően van kialakítva, és a második réteg menetei (38) a huzal (38’) csavarásával vannak feltekercselve áz első réteg menetei (27, 37) fölé, amely szintén a huzal (37’) csavarásával van feltekercselve, és a csavarással felvitt minden egyes menet (27, 37, 38) huzalának (37’, ill. 38’) csavarási iránya azonos az illető menetnek (27, 37, 38) az elektróda rúdja (24) kö~üli tekercselési irányával.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti nagynyomású gázkisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy legalább a második réteg menetein (28, 38) levő huzal (38’) végének (31) szakított felülete (33) van.