Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hochdruckentladungslampe

Abstract

 Zur Herstellung der zweiseitig gequetschten Metall­halogenidhochdruckentladungslampe (19) werden folgende Arbeitsgänge ausgeführt: Vorformen des Entladungsge­fäßes (6) durch Einrollen mit N₂-Staudruckspülung, Einspannen in eine Quetschvorrichtung, Einführen des ersten Eo-Systems (7, 8, 9, 10), wobei die Stromzu­führung (9) zickzackförmig geknickt und an der Innen­wand des Quarzrohres (1) selbsthalternd abgestützt ist, Herstellen der ersten Quetschung (12) mit Ar-Spülung, Hochvakuumglühen beim Einschleusen in die Glovebox, Einbringen der Füllsubstanzen (14, 15), Einführen des zweiten Eo-Systems (7, 8, 9, 10), Dicht­schmelzen des offenen Rohrendes mit Plasmabrenner, Entnehmen aus der Glovebox, Herstellen der zweiten Quetschung (18) bei gleichzeitigem Kühlen des Entla­dungsgefäßes (6), Entnehmen der Lampe (19) aus der Quetschvorrichtung und Entfernen der überstehenden Enden des Quarzrohres sowie ggf. der Enden der Strom­zuführungen (9). Kein Pumprohr am Entladungsgefäß (6).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Lampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs 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.

[0002] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Herstell­verfahren für die in Frage kommenden Lampen zu schaffen, bei dem keine inhomogene Materialverteilung am Entladungsgefäß auftritt, um die zuvor beschrie­benen Nachteile auszuschalten.

[0003] 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. Da die Arbeitsschritte des Füllens und Verschließens des Entladungsgefäßes in der hoch­reinen Atmosphäre der Glovebox erfolgen, können Ver­unreinigungen durch Fremdgase, wie H₂, O₂ oder H₂O, auf ein Minimum reduziert werden. Durch die Aufheizung des noch offenen Rohres 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 Entla­ dungsgefäß 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.

[0004] Die Erfindung wird nachstehend anhand von 5 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Figuren 1a bis c die Herstellung eines vorgeformten Entladungsgefäßes

Figur 2 ein Elektrodensystem

Figur 3 das Entladungsgefäß mit vorhandener erster Quetschung

Figuren 4a bis d die Bearbeitungsschritte in der Glovebox

Figur 5 eine fertige Metallhalogenidhochdruckentla­dungslampe

[0005] 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.

[0006] Mit Hilfe der Flammen 2 wird zunächst das in Rotation versetzte Rohr 1 erwärmt und nach Erreichen der Ver­ formungstemperatur werden mittels der Formrolle 3 gleichzeitig beide Einschnürungen 4, 5 mittig und 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 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.

[0007] 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 45°, 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 Dich­ tungsfolie 8 ist in der x-z-Ebene ausgerichtet, also senkrecht zur y-z-Ebene der gebogenen Stromzuführung 9. Ein derart geformtes Elektrodensystem haltert sich innerhalb 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 6 in der x-Koordinate der Dichtungsfolie 8 erreicht. Eine eventuell mögliche Dezentrierung senkrecht zur Ebene der Dichtungsfolie 8, also in der y-Koordinate, z.B. durch Verbiegen der Dichtungsfolie 8, wird beim Quetschvorgang ausge­glichen.

[0008] 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. 2200 °C 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 Quet­schung an sich ist ein dem Fachmann im Lampenbau be­kannter Vorgang und in den Figuren nicht gesondert dargestellt.

[0009] 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 x 10⁻⁵ mbar unterzogen. Die Glovebox 13 ist mit Argon gefüllt. Der Fülldruck weicht um nicht mehr als einige 10 mbar 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.

[0010] Figur 4a zeigt die einseitig gequetschte Lampe 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 vorgesehenen 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 Lampe entsteht aufgrund der reduzierten Teilchendichte im Innern des Entladungsgefäßes ein um ca. 300 mbar 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 °C aufgeheizt und die zweite Quetschung 18 (Fig. 5) angebracht, indem das zweite Elektrodensystem eingequetscht wird. Während des Aufheiz- und Quetschvorganges wird der Bereich des Entladungsgefäßes 6 mittels gekühltem Stickstoff auf < 100 °C gekühlt, um ein Verdampfen des Metallhalo­genids 14 und Quecksilbers 15 zu verhindern.

[0011] 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 Stromzufüh­rungen 9 entfernt werden. Eine fertige Metallhalo­genidhochdruckentladungslampe 19 ist in Figur 5 dargestellt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer zweiseitigen Hoch­druckentladungslampe, wobei die Lampe ein Entladungs­gefäß (6) mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Entladungsgefäßes (6) angeordneten Einschmelzungen oder Quetschungen (12, 18) aufweist, in die jeweils ein Elektrodensystem (7, 8, 9) gasdicht eingeschmolzen oder eingequetscht ist, das aus einer im Entladungs­gefäß (6) angeordneten Elektrode (7), einer von der Einschmelzung oder Quetschung (12, 18) eingebetteten Dichtungsfolie (8) und einer aus der Einschmelzung oder Quetschung (12, 18) in Lampenlängsachse austre­tenden Stromzuführung (9) besteht, gekennzeichnet durch den Ablauf folgender Arbeitsgänge:

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

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

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

d) Einbringen der Füllsubstanzen (14, 15) und des Füllgases 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 Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß während des Arbeitsganges c) der Bereich des Entladungsgefäßes (6) auf ca. < 1000 °C gekühlt wird.

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

5. Verfahren nach Anspruch 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 Anspruch 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 Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Durchführung der Arbeitsgänge b) und e) die Stromzuführung (9) eine sich innerhalb des Rohres (1) selbsthalternde Gestalt aufweist.

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

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß während des Arbeitsganges f) der Bereich des Entladungsgefäßes (6) auf ca. < 100 °C gehalten wird.

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

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

Zeichnung