HU221944B1

HU221944B1 - Elektród ráhelyezett tekerccsel, lámpa, valamint eljárás az elektród előállítására

Info

Publication number: HU221944B1
Application number: HU9900267A
Authority: HU
Inventors: Johann Pfaffel
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH.
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2003-02-28
Also published as: HU9900267D0; CA2262099A1; JPH11288690A; DE59907671D1; HUP9900267A3; JP4188480B2; US6201349B1; HUP9900267A2; DE19808981A1; EP0940840B1; EP0940840A1

Abstract

A találmány tárgya elektród ráhelyezett tekerccsel (8), amely elektródmagas olvadáspontú, villamosan vezető anyagból van, és csapkéntkiképzett maggal (7) van ellátva, amelyre tekercs (8) van ráhelyezve,ahol a csapként kiképzett magon (7) oldalt és a csúcstól távköznyire amag (7) átmérőjén túlnyúló szemölcs (9) van kiképezve, ahol a tekercs(8) legalább egy menettel a szemölcs (9) mögött van elrendezve. Atalálmány továbbá az elektróddal ellátott lámpa és eljárás az elektródelőállítására, amelynek során csapként kiképzett magra (7) oldalróllézersugarat irányítanak, amelynek során a csapként kiképzett mag (7)anyagát helyileg megolvasztják, és szemölcsöt (9) képeznek, majd eztkövetően a csapként kiképzett magra (7) a szemölcsön (9) túl tekercset(8) tolnak rá. ŕ

Description

A találmány tárgya elektród ráhelyezett tekerccsel, amely elektród magas olvadáspontú, villamosán vezető anyagból van, és csapként kiképzett maggal van ellátva, amelyre tekercs van ráhelyezve. Ebben az esetben különösen nagynyomású kisülési lámpákhoz való elektródokról vagy izzólámpa spirál alakú világítótestéhez való tartószerkezetekről van szó. A találmány tárgya továbbá lámpa, valamint eljárás az elektród előállítására.

Az US A 5,451,837 lajstromszámú szabadalmi leírásból nagynyomású kisülési lámpákhoz való elektród ismert, amelynél a csapként kiképzett mag szimmetrikusan elhelyezkedő bemetszéssel vagy szimmetrikusan elhelyezkedő kidudorodással van ellátva. Ezáltal a ráhelyezett tekercs számára jobb tartást kívántak elérni. Ennél a szerkezeméi hátrányos, hogy kis lámpateljesítményekhez alig alkalmazható. Ugyanis ebben az esetben meglehetősen kisméretű csapként kiképzett magokat alkalmaznak, amelyek ennek megfelelően mechanikusan nehezen munkálhatok meg.

A WO 95/30237 számú közzétételi iratból kis lámpateljesítményekhez való, nagynyomású kisülési lámpa ismert, amelynek elektródja nem kör alakú csapként kiképzett maggal van ellátva. A csapként kiképzett mag irreguláris vagy szimmetrikus deformációi a teljes magra kiterjednek, amelyre a tekercs rá van tolva. Ezeket a deformációkat nagy ráfordítást igénylő módon csiszolással kell előállítani. Az ilyen kiképzésű mag előállítása nehézségekbe ütközik, ha figyelembe vesszük, hogy a csapként kiképzett mag átmérője csupán 150 és 700 pm közötti nagyságrendbe esik. Az ilyen kisméretű csapként kiképzett magnak a leírt csiszolási művelettel történő mechanikus megmunkálása nagy ráfordítást igényel, és viszonylag nagy selejttel jellemezhető.

Az US A 4,812,710 lajstromszámú szabadalmi leírásból olyan halogénlámpa ismert, amelynek elektródjai belső árambevezetésekként dupla spirálként kiképzett világítótestet tartanak. Az árambevezetések végein szimmetrikus lelapított részek vannak kiképezve, amelyeken keresztül a világítótest vége rá van csúsztatva. Ez az elrendezés nehezen automatizálható.

A találmány révén megoldandó feladat, hogy olyan, a bevezetőben megadott tárgykörbe eső elektródot hozzunk létre, amely könnyen és kíméletes módon állítható elő, és a ráhelyezett tekercs megbízható tartását teszi lehetővé.

A feladat megoldására olyan elektródot hoztunk létre, amelynél a találmány szerint a csapként kiképzett magon oldalt és a csúcstól távköznyire a mag átmérőjén túlnyúló szemölcs van kiképezve, ahol a tekercs legalább egy menettel a szemölcs mögött van elrendezve.

Célszerű, ha a csapként kiképzett mag átmérője hozzávetőleg 150 és 5000 pm közötti tartományba esik.

A találmány szerinti elektród magas olvadáspontú, villamosán vezető anyagból, előnyösen volffámból van készítve, de molibdénből vagy tantálból is készíthető. Az elektród csapként kiképzett magból áll, amely normál esetben hengeres keresztmetszettel rendelkezik, de elliptikus vagy lelapított alakkal is ki lehet képezve. Ennek a csapként kiképzett magnak a végére tekercs van rátolva. A tekercs a csapként kiképzett mag csúcsán túlnyúlhat vagy előtte végződhet. Ez a tekercs nagynyomású kisülési lámpáknál vagy az elektród hőháztartásának szabályozásáról gondoskodhat, vagy a tekercs menetei közé beiktatott emitteranyag számára tartóeszközt képezhet. Izzólámpa, különösen halogénlámpa esetén az elektród belső árambevezetésként van kiképezve. A ráhelyezett tekercs ebben az esetben a világítótest végét képezi.

A találmány szerint a csapként kiképzett magon oldalt és a csúcstól távköznyire a csapként kiképzett mag átmérőjén túlnyúló szemölcs van kiképezve. A szemölcs ezen túlnyúlásának a mértéke tipikusan 10 pm-nek felel meg. A tekercs a csapként kiképzett magra legalább egy menettel a szemölcs mögött elhelyezkedően van rátolva.

Célszerű, ha a csapként kiképzett magon az első szemölccsel szemben lévő oldalon egy második szemölcs van elrendezve. Ezáltal a tekercs tartását javítottuk.

Előnyös, ha a második szemölcs az első szemölcshöz képest eltoltan van elrendezve, éspedig oly módon, hogy a két szemölcs közötti, hossztengely mentén mérhető távolság a tekercs geometriájához igazítva van megválasztva. Amennyiben a tekercs menetemelkedés nélkül van tekercselve úgy, hogy az egyes menetek egymással érintkeznek, úgy a második szemölcs eltolási mértéke különösen előnyösen a tekercs huzalátmérőjének felével egyenlő. Amennyiben a tekercs menetemelkedéssel van tekercselve úgy, hogy az egyes menetek egymástól távolságban helyezkednek el, előnyös, ha a két szemölcs egymáshoz képest a tekercs menetemelkedése felével egyenlő mértékben van eltolva. Ily módon biztosítva van, hogy a tekercs a két szemölcs közé beékelődjön, és ott optimálisan legyen befogva.

Elvileg viszonylag hosszú tekercs esetén kettőnél több szemölcs is alkalmazható.

Nagynyomású kisülési lámpához való elektród esetén különösen biztos tartás azzal érhető el, ha a szemölcs(ök) a tekercshez képest hozzávetőleg központosán van(nak) elrendezve. Ebben az esetben a tekercs egyszerű spirálként van tekercselve és hozzávetőleg 4-10 menetből áll. Az így kialakított tekercsnek rugóhatás révén elérhető öntartó ereje viszonylag kicsi. Ebben az esetben előnyös, ha a szemölcs a csapként kialakított mag felületéből viszonylag nagy mértékben áll ki. Az erre vonatkozó tipikus érték 10 és 30 pm tartományba esik.

Halogénlámpákhoz való tekercsként gyakran a világítótest dupla spirál alakú végeit alkalmazzák. Ezek nagy öntartó erejű nagy rugóhatással jellemezhetők, úgyhogy ebben az esetben viszonylag kis túlnyúlási mérték (5-10 pm) elegendő.

Az ezen a csap alakú magon kiképzett szemölcsökön alapuló tartórendszer különösen kis teljesítményű, például 35 és 150 W tartományba eső teljesítménnyel rendelkező lámpákhoz alkalmazható. Ezeknél a lámpáknál az elektródok nagyon kicsik, és így mechanikusan nehezen munkálhatok meg. A csapszerű mag jellegzetes átmérője hozzávetőleg 150-1000 pm tartományba esik. Az itt bemutatott tartórendszer elvileg nagyobb átmérőjű, például 5 mm átmérőjű, csap alakú maghoz is alkalmazható. A tekercs huzalátmérője előnyösen a csap alakú mag átmérője 10-50%-ának felel meg.

Annak érdekében, hogy a tekercs a csapszerű magon biztosan meg legyen tartva, előnyös, ha a szemölcs2

HU 221 944 Β1 nek a csap alakú magon való túlnyúlási értéke hozzávetőleg 5-30 pm tartományba esik. A tekercshez alkalmazott huzal átmérője hozzávetőleg 50-500 pm nagyságrendbe esik. Míg az ismert, a csap alakú mag keresztmetszetének változtatásán alapuló tartószerkezeteknél a csap alakú mag kerülete változatlan marad vagy erősen meg van növelve, addig a találmány szerinti tartószerkezet esetén az átmérő ténylegesen csak kismértékben van megnövelve, éspedig hozzávetőleg 3-10%-kal. A találmány szerinti tartószerkezet különös előnye abban van, hogy két, egymáshoz képest eltolt szemölcs alkalmazása - amelyeknek a távolsága a tekercs meneteihez van igazítva - lehetővé teszi, hogy nagy erőkifejtés nélkül optimális tartóhatást éljünk el. A tekercs felfűzése (rátolása) könnyen és megbízhatóan hajtható végre. Ez a tartószerkezet összességében könnyen automatizálható eljárással állítható elő, és kevés selejtet okoz. Mivel a csap alakú mag kerületének az egyes szemölcsök tartományában létrehozott megnagyobbítása viszonylag kis mértékre korlátozható, lehetővé válik, hogy ezt egyszerű műfogással állítsuk elő.

A fentiekben leírt elektród előállítására szolgáló, különösen alkalmas eljárás során egy csap alakú mag oldalára lézersugarat irányítunk, amelynek segítségével a csap alakú mag anyagát lokálisan megolvasztjuk, és szemölcsöt képezünk, majd ezt követően a csap alakú magra a szemölcsön túl a tekercset rátoljuk. Ez az eljárás egyszerű módon úgy módosítható (például sugárosztó segítségével), hogy a csap alakú magra egyidejűleg két oldalról lézersugarat irányítunk úgy, hogy két szemölcsöt képezünk ki. Ennek során a lézersugarat például nagy teljesítményű és 1064 nm hullámhosszal jellemezhető Nd: YAG lézersugarat a csap alakú magnak a szemölcs kiképzésére kiválasztott helyére fókuszáljuk. A lézer teljesítményét úgy állítjuk be, hogy a csap alakú mag anyaga megolvadjon, és a felületi feszültség következtében dudor (szemölcs) képződjön, amely általában mélyedésben helyezkedik el. Ezzel a megmunkálási eljárással a csap alakú mag anyagából nem veszünk el semmit, és nem is adunk hozzá anyagot. Az anyagot csupán áthelyezzük. A szemölcs körül kiképzett mélyedés viszont annyira keskeny, hogy a tekercs a mélyedést nem, viszont ehelyett a szemölcs túlnyúlását (kiállását) jól érzékeli.

A csap alakú magon kiképzett ismert bemetszések és lelapított részek esetén a tekercset a csap alakú magon így előállított mélyedésekbe kell benyomni. A bemetszések, illetve lelapított részek szimmetrikusan helyezkednek el, úgyhogy a tekercs meneteinek eltolása miatt a tekercsnek csak egy része rögzül a bemetszésben, illetve lelapított részben. Ezzel szemben a találmány szerinti megoldás esetén a csap alakú mag átmérője pontszerűen a szemölcs segítségével van megnövelve. A rátolt tekercs könnyen átcsúszik a szemölcsön, ha ezt megfelelő erővel a csap alakú magra húzzuk rá. Az ehhez szükséges erő mérhető és kiértékelhető, és vizsgálati mértékként esetleges selejtezéshez felhasználható. Két, egymástól távköznyire elhelyezkedő szemölcs esetén különösen jó a tekercs és a csap alakú mag közötti fogaskapcsolat, mivel ebben az esetben a csap alakú mag és a tekercs geometriája egymáshoz van igazítva.

A találmány szerinti tartószerkezet lehetővé teszi, hogy a szemölcsök kiképzése során a csap alakú magot érintésmentesen és ezáltal kímélően munkáljuk meg. Ez különösen volfrám alkalmazása esetén nagyon előnyös, mivel a volfrám köztudottan nagyon törékeny. A csap alakú mag és a tekercs közötti alakzáró kapcsolat - különösen a két szemölcs esetén biztosított fogaskapcsolatnak köszönhetően - szintén nagy erőkifejtés nélkül hozható létre. A kifejtendő erő jellemzően hozzávetőleg 10 N körül van. A törékeny csap alakú mag nagy igénybevételét tehát két alkalommal elkerüljük, azaz első alkalommal a szemölcs létrehozása során, második alkalommal pedig a tekercs rátolása során.

A szemölcs képzése során végbemenő anyagáthelyezésre jellemző mérték a vonatkozó tárcsa alakú térfogatnak hozzávetőleg 20%-át érinti. A csap alakú mag nagyobb átmérői esetén ez az érték csökken. Az átmérők bizonyos értéktartományon túl ezen anyagáthelyezésre vonatkozó érték megnövelt lézerteljesítmény segítségével utánszabályozható. A lézerteljesítmény jellemző értékei 5—50 J tartományba esnek.

A találmányt az alábbiakban előnyös kiviteli példák kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással részletesebben is ismertetjük, ahol a rajzon az

1. ábrán egy nagynyomású kisülési lámpa metszetben, a

2a. ábrán az 1. ábra szerinti lámpához való elektród metszetben, a

2b. ábrán az elektród csap alakú magja felülnézetben, de a 2a. ábrához képest kismértékben elfordítva, a

3. ábrán nagynyomású kisülési lámpához való elektródnak egy további kiviteli alakja, a

4. ábrán elektróddal ellátott halogénlámpának egy kiviteli alakja, és az

5. ábrán a szemölcsök kiképzésére szolgáló gyártási eljárást ismertető vázlat látható.

Az 1. ábrán fém-halogenid-lámpaként kiképzett, 35 W teljesítményű, nagynyomású kisülési 1 lámpa látható, amely két oldalról lezárt, kerámiából való 2 kisülőedénnyel van ellátva. A 2 kisülőedény belsejében 6 elektródok vannak elrendezve, amelyek 3 dugaszokba 4 üvegforrasz segítségével hermetikusan bezárt, két külső 5 árambevezetéssel varrnak összekötve. A 6 elektródok csap alakú 7 magból állnak, amelyre 8 tekercs van rátolva. Mindkét komponens volfrámból van. A csap alakú 7 mag átmérője 150 pm-t, a 8 tekercsé pedig 50 pm-t tesz ki.

A 2a. ábrán a 6 elektródnak egy felnagyított nézete látható. A 8 tekercs négy, egymással érintkező menetből áll, amelyek a csap alakú 7 mag csúcsára rá vannak helyezve. A meneteket két 9a, 9b szemölcs tartja, amelyek oldalt a csap alakú 7 magon kiállnak, és a 8 tekercset a második és harmadik menete között rögzítik. A két 9a, 9b szemölcs egymástól való távolsága a csap alakú 7 mag hosszirányában nézve d/2-nek felel meg, tehát a 8 tekercs d huzalátmérőjének felével azonos. A 9a, 9b szemölcsöknek a csap alakú 7 magból való kiállási mértéke hozzávetőleg 15 pm-t tesz ki.

HU 221 944 Bl

A 2b. ábrán a 2a. ábrán bemutatott 7 maghoz hasonló, de 8 tekercs nélkül ábrázolt, csap alakú 7 mag látható. Ez a mag a 2a. ábra szerinti elrendezéshez képest kismértékben elfordítva van bemutatva. Ezáltal felismerhető, hogy a 9 szemölcs viszonylag nagy felületen keskeny 10 bemélyedéssel van körülvéve.

A 3. ábra a 8 elektródnak egy további kiviteli alakját mutatja, amelynél a 8 tekercset a csap alakú 7 magon kiképzett egyetlenegy 9 szemölcs tartja. A 9 szemölcsnek a 7 magból való kiállásának mértéke hozzávetőleg 30 μτη-t tesz ki. Ez a kiviteli alak különösen nagy átmérőjű (előnyösen legalább 500 μτη átmérőjű), csap alakú magoknál célszerű.

A 4. ábrán 75 W-os 15 halogénlámpa látható. Az ábrán látható 16 burában dupla spirál alakú 17 világítótest 18 tartószerkezet által központosán van megfogva. A 17 világítótest dupla spirál alakú 19a végei nem spirál alakú 19b közbenső részen keresztül világító 19c részhez csatlakoznak. A végek 19a belső árambevezetésekként működő, V alakúra hajlított 20 elektródokra vannak rátolva, és ott egy (vagy két) 21 szemölcs segítségével vannak befogva. A 20 elektród átmérője 550 pm-t tesz ki, míg a 17 világítótest primer tekercsének átmérője 200 pm-rel egyenlő. A 21 szemölcsnek a csap alakú magból való kiállásának mértéke 20 pm-t tesz ki. Két 21 szemölcs alkalmazása esetén a kiállási mérték 10 pm-t tesz ki.

Az 5. ábrán a szemölcsök előállításának elvét mutattuk be. A 200 pm átmérőjű, csap alakú 7 magra két, egymással szemben lévő oldalról 25 Nd: YAG lézer által kibocsátott, 5 J energiával rendelkező 26 lézersugarat irányítunk. A 26 lézersugarat 27 lencse segítségével a csap alakú 7 magra fókuszáljuk. Egy-egy szemölcs előállításához hozzávetőleg 6 ps időtartamú lézerimpulzust alkalmazunk.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Elektród ráhelyezett tekerccsel, amely elektród magas olvadáspontú, villamosán vezető anyagból van, és csapként kiképzett maggal (7) van ellátva, amelyre tekercs (8) van ráhelyezve, azzal jellemezve, hogy a csapként kiképzett magon (7) oldalt és a csúcstól távköznyire a mag átmérőjén túlnyúló szemölcs (9) van kiképezve, ahol a tekercs (8) legalább egy menettel a szemölcs (9) mögött van elrendezve.
2. Az 1. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy a csapként kiképzett magon (7) az első szemölccsel (9a) szemben lévő oldalon egy második szemölcs (9b) van elrendezve.
3. A 2. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy a második szemölcs (9b) az első szemölcshöz (9a) képest eltoltan van elrendezve.
4. A 3. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy az eltolás mértéke a tekercs (8) huzalátmérője felének, illetve a tekercs (8) menetemelkedése felének felel meg.
5. Az 1. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy a csapként kiképzett mag (7) átmérője hozzávetőleg 150 és 5000 pm közötti tartományba esik.
6. Az 1. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy a szemölcsnek (9) a csapként kiképzett magon (7) való túlnyúlásának a mértéke hozzávetőleg 5 és 30 pm közötti tartományba esik.
7. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti elektród, azzaljellemezve, hogy nagynyomású kisülési lámpához (1) alkalmazható elektród (6) esetén a szemölcs(ök) (8,9a, 9b) a tekercshez képest hozzávetőleg központosán van(nak) elrendezve.
8. Lámpa, azzal jellemezve, hogy az 1. igénypont szerinti elektróddal van ellátva.
9. Eljárás az 1. igénypont szerinti elektród előállítására, azzal jellemezve, hogy csapként kiképzett magra (7) oldalról lézersugarat (26) irányítunk, amelynek során a csapként kiképzett mag (7) anyagát helyileg megolvasztjuk, és szemölcsöt (9) képezünk, majd ezt követően a csapként kiképzett magra (7) a szemölcsön (9) túl tekercset (8) tolunk rá.
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a csapként kiképzett magra (7) egyidejűleg két oldalról lézersugarat (26) irányítunk, aminek segítségével két szemölcsöt (9a, 9b) képezünk.