DD290504A5

DD290504A5 - Verfahren zur herstellung einer zweiseitigen hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DD290504A5
Application number: DD89335842A
Authority: DD
Inventors: Juergen Heider; Dieter Lang; Hartmuth Bastian
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft Fuer Elektrische Gluehlampen M. B. H.,De
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-05-29
Also published as: DE58909112D1; DE3842769A1; EP0374679A3; HUT52893A; HU203170B; JP2804134B2; HU896665D0; JPH02223131A; EP0374679A2; EP0374679B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hochdruckentladungslampe, bei welchem folgende Arbeitsgaenge ausgefuehrt werden: Vorformen des Entladungsgefaeszes durch Einrollen mit N2-Staudruckspuelung, Einspannen in eine Quetschvorrichtung; Einfuehren des ersten Eo-Systems, wobei die Stromzufuehrung zickzackfoermig geknickt und an der Innenwand des Quarzrohres selbsthalternd abgestuetzt ist, Herstellen der Quetschung mit Ar-Spuelung, Hochvakuumgluehen beim Einschleusen in die Glovebox, Einbringen der Fuellsubstanzen, Einfuehren des zweiten Eo-Systems, Dichtschmelzen des offenen Rohrendes mit Plasmabrenner, Entnehmen aus der Glovebox, Herstellen der zweiten Quetschung bei gleichzeitigem Kuehlen des Entladungsgefaeszes, Entnehmen der Lampe aus der Quetschvorrichtung und Entfernen der ueberstehenden Enden des Quarzrohres sowie ggf. der Enden der Stromzufuehrungen. Kein Pumprohr am Entladungsgefaesz. Fig. 5{Entladungsgefaesz; Verformen; Einrollen; Einrahmen; Quetschvorrichtung; Eo-System; Einbringen; Quetschung; Hochvakuumgluehen; Glovebox; Stromzufuehrung}

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Metallhalogenidhochdruckentladungslampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von maximal 5OW, wie sie in letzter Zeit vermehrt zum Zweck der Allgemeinbeleuchtung oder zum Einsatz in Kraftfahrzeugscheinwerfern vorgeschlagen wurden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Entsprechend dem allgemeinen Fachwissen wurden solche Lampen bisher hergestellt, indem ein beidseitig offenes Quarzrohr zuerst einseitig verschlossen und anschließend an der Stelle des künftigen Entladungsgefäßes durch Versammeln des Quarzglases dessen olivenförmlge 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. 7,5mm, sein Durchmesser nur ca. 5,5mm -durch das Ansetzen und Abschmelzen des Pumprohres Inhomogenitäten in der Materialverteilung entstehen, die zum einen die Cold-Sport-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.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Mängel zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Herstellungsverfahren für die in Frage kommenden Lampen zu schaffen, bei dem keine inhomogene Materialverteilung am Entladungsgefäß auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hochdruckentladungslampe gelöst, wobei die Lampe ein Entladungsgefäß mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Entladungsgefäßes angeordneten Einschmelzungen oder Quetschungen aufweist, in die jeweils ein Elektrodensystem gasdicht eingeschmolzen oder eingequetscht ist, das aus einer im Entladungsgefäß angeordneten Elektrode, einer von der Einschmelzung oder Quetschung eingebetteten Dichtungsfolie und einer aus der Einschmelzung oder Quetschung in Lampenlängsachse austretenden Stromzuführung besteht, welches durch den Ablauf folgender Arbeitsgänge gekennzeichnet ist:

a) Erwärmen und Einrollen eines durchgehend zylindrischen Rohres aus Quarz von vorbestimmter Länge und an vorbestimmter Stelle

b) Einführen und Ausrichten eines ersten vorgefertigten Elektrodensystems in ein Ende des Rohres

c) Erwärmen des Rohres im Bereich der Dichtungsfolie des ersten Elektrodensystems und Herstellen der ersten Einschmelzung in Form einer Quetschung

d) Einbringen der Füllsubstanzen und des Füllgases durch das zweite, noch offene Ende des Rohres

e) Einführen und Ausrichten des zweiten vorgefertigten Elektrodensystems in das offene Ende des Rohres

f) Erwärmen des Rohres im Bereich der Dichtungsfolie des zweiten Elektrodensystems und Herstellen der zweiten Einschmelzung in Form einer Quetschung.

Dabei ist verfahrensmäßig von Vorteil, wenn während der Arbeitsgänge a) und c) ein Inertgasstrom durch das offene Rohr geführt wird, wenn während des Arbeitsganges c) der Bereich des Entladungsgefäßes auf ca. < 1000⁰C gekühlt wird und wenn nach dem Arbeitsgang c) das Entladungsgefäß und Hochvakuum aufgeheizt wird. Die darauffolgenden Arbeitsgänge d) und e) werden zweckmäßig in einer Glovebox vorgenommen. Nach dem Arbeitsgang e) wird das zweite, noch offene Ende des Rohres in der Glovebox mittels einer Heizvorrichtung aufgeheizt und dann wird das noch offene Ende des Rohres, nach dem Aufheizen in der Glovebox, mittels eines Plasmabrenners oder Lasers gasdicht verschmolzen. Die zur Durchführung der Arbeigsgänge b) und e) erforderliche Stromzuführung weist eine sich innerhalb des Rohres selbsthalternde Gestalt auf.

Eine besonders vorteilhafte Form ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung mit mindestens drei Auflagepunkten an der Innenwand des Rohres abgestützt ist.

In weiterer vorteilhafter Durchführung des Verfahrens ist es zweckmäßig, daß während des Arbeitsganges f) der Bereich des Entladungsgefäßes auf ca. < 100⁰C gehalten wird, wobei die Kühlung des Entladungsgefäßes zweckmäßig durch gekühlten Stickstoff erfolgt.

Im Anschluß an den Arbeitsgang f) wird das jeweilige, über die Einschmelzung der Quetschung hinausstehende Rohr, in dem auch der die Auflagepunkte aufweisende Teil der Stromzuführung angeordnet ist, ganz oder teilweise abgetrennt. Da die Arbeitsschritte des Füllens und Verschließens des Entladungsgefäßes in der hochreinen Atmosphäre der Glovebox erfolgen, können Verunreinigungen durch Fremdgase wie H], O2 oder H₂O auf ein Minimum reduziert werden. Durch die Aufheizung des noch offenen Rohrs innerhalb der Glovebox wird eine Reduzierung der Teilchendichte in diesem Bereich bewirkt. Hierdurch entsteht- nach dem Dichtschmelzen mittels eines Plasmabrenners in der Glovebox und nach dem Abkühlen des Entladungsgefäßes- in seinem Inneren ein gewisser Unterdruck, der es in Verbindung mit der Temperaturabsenkung auf ca. < 100°C ermöglicht, die zweite Quetschung außerhalb der Glovebox herzustellen. Mit der beschriebenen Herstellungsweise wird eine erhebliche Verkürzung der Verfahrenszeit und eine Vereinfachung des gesamten Herstellverfahrens 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.

-3- 290 504 Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 a bis c: die Herstellung eines vorgeformten Entladungsgefäßes, Fig. 2: ein Elektrodensystem, Fig. 3: das Entladungsgefäß mit vorhandener erster Quetschung, Fig. 4a bis d: die Bearbeitungsschritte in der Gloveboxs, Fig. 5: die fertige Metallhalogenidhochdruckentladungslampe.

Figur 1 a zeigt das auf eine Länge von ca. 150mm geschnittene Rohr 1 aus Quarzglas. Der Außendurchmesser des Rohres beträgt ca. 4,5mm, der Innendurchmesser d ca. 2mm.

Mit Hilfe der Flammen 2 wird zunächst das in Rotation versetzte Rohr 1 erwärmt und nach Erreichen der Verformungstemperatur werden mittels der Formrolle 3 gleichzeitig beide Einschnürungen 4,5 mittig und in einem definierten Abstand zueinander angebracht (Fig. 1 b). Während des Erwärmens und des Verformens wird von einer Seite ein Stickstoffstrom N₂ mit einer Menge von 10l/h durch das Rohr 1 geführt. Durch das Anbringen der Einschnürungen 4,5 wird das zukünftige Entladungsgefäß 6 (Fig. 1 c) in seiner Länge von ca. 7,5mm 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 di jser Bereich etwas aufgeblasen wird und seine olivenförmige Gestalt mit einem Außendurchmesser von ca. 5,5mm annimmt.

Im nächsten Arbeitsgang wird das vorgefertigte Elektrodensystem (Fig. 2) in dasjenige Ende des Rohres 1 eingequetscht, das die Einschnürung 4 mit dem geringeren Durchmesser aufweist. Das Elektrodensystem besteht aus einer Elektrode 7 aus Wolfram, einer Dichtungsfolie 8 aus Molybdän sowie aus einer Stromzuführung 9 aus Molybdän. Die Elektrode 7 ist an ihrem im Entladungsgefäß 6 angeordneten Ende mit einer Kugel 10 versehen. Die Stromzuführung 9 ist in der y-z-Ebene zickzackförmig gebogen, wobei der Winkel α, um den die gebogene Stromzuführung 9 von der x-z-Ebene abweicht, kleiner als 4Γ>°, vorzugsweise ca. 20°-30° ist. Die Höhe h, das ist jener Betrag, um den der Umkehrpunkt 11 der gebogenen Stromzuführung 9 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 8 ist in der x-z-Ebene ausgerichtet, also senkrecht zur y-z-Ebene der gebogenen Stromzuführung 9. Ein derart geformtes Elektrodensystem halten sich innorhalb des Rohres 1 von selbst, indem die Knick- oder Umkehrpunkte 11 der Stromzuführung 9 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 9 an der Innenwand des Rohres 1 sind mindestens drei Knick- oder Umkehrpunkte 11 an jeder Stromzuführung 9 angebracht. Eine derart gestaltete Stromzuführung 9 zentriert sich in der Achse des Rohres 1 von selbst. Dadurch wird auch automatisch eine Zentrierung der Elektrode 7 im Entladungsgefäß β in der x-Koordinate der Dichtungsfolie 8 erreicht. Eine eventuell möglich Dezentrierung senkrecht zur Ebene der Dichtungsfolie 8, also in der y-Koordinate, z. B. durch Verbiegen der Dichtungsfolie 8, wird beim Quetschvorgang ausgeglichen.

Wie aus der Figur 3 ersichtlich, wird anschließend die erste Quetschung 12 hergestellt. Hierfür wird das Rohr 1 im Bereich der Dichtungsfolie 8 auf eine für die Verformung geeignete Temperatur von oberhalb ca. 2200⁰C gebracht. Gleichzeitig wird ein Argonstrom durch das vorgeformte Rohr 1 geleitet. Nachdem die Quetschtemperatur erreicht ist, wird die erste Quetschung 12 hergestellt. Es wird zuerst die Quetschung abgedichtet, die der Einschnürung 4 mit dem geringeren Durchmesser benachbart ist. Die Herstellung der Quef -hung an sich ist ein dem Fachmann im Lampenbau bekannter Vorgang und in den Figuren nicht gesondert dargestellt.

Das mit der ersten Quetschung 12 versehene Rohr 1 wird nun beim Einschleusen in die Glovebox zur Reinigung einer Hochvakuumglühung bei >400°C und <5 χ 10~^Bmbar unterzogen. Die Glovebox 13 ist mit Argon gefüllt. Der Fülldruck weicht um nicht mehr als einige 10mbar vom umgebenden Atmosphärendruck ab. Das Füllgas Argon der Glovebox 13 entspricht dem künftigen Füllgas der Metallhalogenidhochdruckentladungslampe. Die Arbeitsschritte innerhalb der Glovebox 13 sind in der Figur 4 dargestellt.

Figur 4a zeigt die einseitig gequetschte Lage der Figur 3 in der Glovebox 13. Als nächstes werden in das wieder erkaltete Entladungsgefäß 6 zuerst die Füllsubstanzen, bestehend aus einer Metallhalogenid-Pille 14 und einer Quecksilber-Kugel 15, und weiterhin das zweite Elektrodensystem (Fig.4b) 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 12, selbsthalternd an seine ihm vorbestimmte Stelle in Position einjustiert, so daß die Elektrode 7 innerhalb des Entladungsgefäßes 6 angeordnet ist und der Abstand der Kugeln 10 beider Elektroden 7 genau seinen vorgesehen Wert erhält. Anschließend wird das offene Rohr 1 mit einer Heizvorrichtung aufgeheizt. Dadurch wird eine Reduzierung der Teilchendichte in dem erwärmten Bereich bewirkt. Danach wird das Quarzrohr 1 an seinem offenen Ende innerhalb der Glovebox 13 mittels eines Plasmabrenners 16 oder eines Lasers dichtgeschmolzen (Fig.4c), so daß nur noch eine Abschmelzspitze 17 (Fig.4d) verbleibt. Nach der Abkühlung der auf diese Weise vorgefertigten Lair.pe entsteht aufgrund der reduzierten Teilchendichte im Innern des Entladungsgefäßes ein um ca. 300mbar unter dem umgebenden Atmosphärendruck liegender Fülldruck. Die vorgefertigte Lampe wird jetzt wieder der Glovebox 13 entnommen. Danach wird, wie schon bei der ersten Quetschung 12 beschrieben, der Bereich um die Dichtungsfolie 8 des zweiten Elektrodensystems auf die Quetschtemperatur von ca. 2200^cC aufgeheizt und die zweite Quetschung 18 (Fig. 5) angebracht, indem das zweite Elektrodensystem eingequetscht wird. Während des Auf heiz- und Quetschvorganges wird der Bereich des Entladungsgefäßes 6 mittels gekühlten Stickstoffs auf < 100⁰C gekühlt, um ein Verdampfen des Metallhalogenide 14 und Quecksilbers 15 zu verhindern.

Abschließend wird die Lampe der Quetschvorrichtung entnommen, und es werden die über die Quetschungen 12,18 hinausstehenden Rohrenden 1 entfernt. Ebenso kann der zickzackförmig ausgeführte Teil der Stromzuführung 9 entfernt werden. Eine fertige Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 19 ist in Figur 5 dargestellt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hochdruckentladungslampe, wobei die Lampe ein Entladungsgefäß mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Entladungsgefäßes angeordneten Einschmelzungen oder Quetschungen aufweist, in die jeweils ein Elektrodensystem gasdicht eingeschmolzen oder eingequetscht ist, das aus einer im Entladungsgefäß angeordneten Elektrode, einer von der Einschmelzung oder Quetschung eingebetteten Dichtungsfolie und einer aus der Einschmelzung oder Quetschung in Lampenlängenachse austretenden Stromzuführung besteht, gekennzeichnet durch den Ablauf folgender Arbeitsgänge:

a) Erwärmen und Einrollen eines durchgehend zylindrischen Rohrs (1) aus Quarz von vorbestimmter Länge und an vorbestimmter Stelle

b) Einführen und Ausrichten «ines ersten vorgefertigten Elektrodensystems in ein Ende des Rohres (1)

c) Erwärmen des Rohres (1) im Bereich der Dichtungsfolie (8) des ersten Elektrodens\ .Mems (7,8,9) und Herstellen der ersten Einschmelzung in Form einer Quetschung »12)

d) Einbringen der Füllsubstanzen (14,15) und des Füllglases durch das zweite, noch offene Ende des Rohres (1)

e) Einführen und Ausrichten des zweiten vorgefertigten Elektrodensystems (7,8,9) in das offene Ende des Rohres (1)

f) Erwärmen des Rohres (1) im Bereich der Dichtungsfolie des zweiten Elektrodensystems (7,8,9) und Herstellen der zweiten Einschmelzung in Form einer Quetschung (18).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Arbeitsgänge a) und c) ein Inertgasstrom durch das offene Rohr (1) geführt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Arbeitsganges c) der Bereich des Entladungsgefäßes (6) auf ca. < 1000⁰C gekühlt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Arbeitsgang c) das Entladungsgefäß (6) unter Hochvakuum aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgänge d) und e) in einer Glovebox (13) vorgenommen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Arbeitsgang e) das zweite, noch offene Ende des Rohres (1) in der Glovebox (13) mittels einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das noch offene Ende des Rohres (1) nach dem Aufheizen in der Glovebox (13) mittels eines Plasmabrenners (16) oder Lasers gasdicht verschmolzen wird.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Arbeisgänge b) und c) die Stromzuführung (9) eine sich innerhalb des Rohres (1) selbsthaltende Gestalt aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (9) mit mindestens drei Aufiagepunkten an der Innenwand des Rohres (1) abgestützt ist.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Arbeitsganges f) der Bereich des Entladungsgefäßes (6) auf ca. < 100⁰C gehalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Entladungsgefäßes (6) durch gekühlten Stickstoff erfolgt.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Arbeitsgang f) das jeweilige, über die Einschmelzung der Quetschgung (12,18) hinausgehende Rohr (1), in dem auch der die Auflagepunkte (11) aufweisende Teil der Stromzuführung (9) angeordnet ist, ganz oder teilweise abgetrennt wird.