DE10325554A1

DE10325554A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit Außenkolben

Info

Publication number: DE10325554A1
Application number: DE10325554A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gräf; Andreas Dr. Hohlfeld; Michael Hülsemann; Anton Schlögl; Karen Twesten
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-23
Also published as: US20040253897A1; KR20040110980A; US7112116B2; EP1492146A3; JP2004363110A; ATE543196T1; CN1574162A; EP1492146A2; CN100538966C; EP1492146B1; JP4518480B2; CA2470028A1

Abstract

Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines einseitig abgeschlossenen Entladungsgefäßes (2), Überstülpen eines zweiten Rohres auf einen Teil des Entladungsgefäßes und Abpumpen und Befüllen des Volumens des Außenkolbens über ein Pumploch, das im zweiten Verlängerungteil innerhalb des zweiten Rohrs offen bleibt. Dieses wird erst am Schluss mittels eines Zurollvorgangs geschlossen. Erst dann wird auch das zweite Verlängerungsteil geschlossen.

Description

Technisches Gebiet
Es wird auf die parallel eingereichte Anmeldung 2003P08138DE verwiesen, die eine Lampe mit Getterband näher beschreibt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit Außenkolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Entladungslampen wie Metallhalogenidlampen, aber auch um Halogenglühlampen.

Aus der DE-A 101 57 868 ist ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Lampe mit einem Außenkolben bekannt, bei dem der Außenkolben das Innengefäß nicht vollständig umschließt. Ähnliche Verfahren sind in DE-A 101 59 379 und EP-A 481 702 beschrieben. Eine Variante mit einem vollständig das Innengefäß umschließenden Außenkolben ist beispielsweise in EP-A 465 083 angegeben.

Aus der DE-A 195 21 972 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kappenbandes für Entladungslampen bekannt, wobei das Kappenband ein Trägerband ist mit einem in die Lampe einzubringenden Material, insbesondere Quecksilber und/oder Gettermaterial als Beschichtung. Diese Einheit wird häufig als Getterband bezeichnet. Als Anwendungsgebiet für derartige Getter- und Kappenbänder wird dort ausschließlich das Entladungsgefäß einer Niederdruck-Quecksilberlampe gesehen. Häufig wird das Getter- bzw. Kappenband dabei in der Nähe einer Elektrode befestigt, siehe dazu auch US 6 043 603 .

Ein Beispiel einer Halogenglühlampe mit einem Getter im Außenkolben findet sich bei CA-A 1 310 058.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit Außenkolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das einfach und kostengünstig ist. Eine weitere Aufgabe ist die Reduzierung von Bauteilen und eine schnellere Fertigung durch Vermeidung langwieriger Prozesse.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Herstellverfahren für eine elektrische Lampe mit einem Außenkolben und einem Innengefäß bezieht sich vorwiegend auf. Es kann sich aber auch um eine Halogenglühlampe mit Außenkolben handeln. Ein wesentlicher Punkt ist, dass dabei der Außenkolben direkt am Innengefäß befestigt wird, so dass keine Elektrodensysteme für den Außenkolben und keine Halterungen für Stromzuführungen durch den Außenkolben benötigt werden. Auf ein Gestell kann verzichtet werden. Des weiteren wird eine kittlose Sockelung angestrebt, wobei auf keramische Sockelteile verzichtet wird. Die Kontaktstücke des Sockels eignen sich gleichzeitig als Halterungen der Stromzuführungen. Auf bekannte Pumpstengeltechniken wird radikal verzichtet und zwar sowohl bei Innengefäß als auch beim Außenkolben. Auf Schutzhüllen für die Stromzuführungen im Außenkolben kann verzichtet werden. Ähnliches gilt für die zur Ausdehnungskompensation erforderlich V-förmig gebogene Schleife an der Stromzuführung im Außenkolben.

Das Herstellverfahren verwendet im Prinzip folgende Schritte:

a) Bereitstellen eine Rohres aus Quarzglas;
b) Beschicken des Rohres mit je einem Elektrodensystem an jedem Ende, wobei das Elektrodensystem eine Elektrode, eine Folie, eine Stromzuführung und einen Sockel umfasst;
c) Erwärmen und Verformen des Rohres an einem ersten Ende, so dass ein zentrales Entladungsvolumen, ein Abdichtungsteil, das die Folie enthält, und ein Verlängerungsteil, das die Stromzuführung und das Sockelteil enthält, gebildet wird;
d) Abpumpen und Befüllen des Entladungsvolumens
e) Erwärmen und Verformen des Rohres an dem zweiten Ende, so dass auch hier ein Abdichtungsteil, das die Folie enthält, und ein Verlängerungsteil, das die Stromzuführung und das Sockelteil enthält, gebildet wird; wobei im dadurch entstehenden Rohling am zweiten Verlängerungsteil eine seitliche Öffnung als Pumploch bestehen bleibt;
f) Überstülpen eines zweiten Rohrs aus Quarzglas mit deutlich größerem Durchmesser, insbesondere um mindestens 30 % größerem Durchmesser, wobei die Länge des zweiten Rohres so bemessen ist, dass das zweite Rohr das Entladungsvolumen, den Abdichtungsbereich und einen gewissen Teil des Verlängerungsteils überdeckt, insbesondere einen Bereich von 10 bis 60 % der Länge des Verlängerungsteils; wobei außerdem das Pumploch im Überdeckungsbereich eingeschlossen ist;
g) Aufrollen oder Aufschmelzen, oder auch Anheften der beiden Enden des zweiten Rohrs zur Bildung eines Außenkolbens, so dass zumindest ein vakuumdichter Kontakt im Bereich des Verlängerungsteils hergestellt wird, wobei das Pumploch innerhalb der Kontaktzone liegt;
h) Abpumpen und ggf. Befüllen des zwischen Innengefäß und Außenkolben sich erstreckenden Volumens über das Pumploch und das noch offene Ende des zweiten Verlängerungsteils;
i) Schließen des Pumplochs;
j) Schließen des offenen Endes des zweiten Verlängerungsteils.

In einer zweiten Ausführungsform besteht das Trägerband aus elastischem, federndem Material, insbesondere aus Federstahl. Mit dieser Voraussetzung kann sich das Trägerband durch Federkräfte allein an der inneren Oberfläche des Außenkolbens haltern.

Zum Schließen des Pumplochs kann entweder ein erneutes Zurollen angewendet werden, wobei vorteilhaft der zuzurollende Bereich im ersten Zurollvorgang bereits auf einen deutlich geringeren Durchmesser gebracht worden ist. Das Pumploch kann auch durch einfaches Zufallen mittels Anwendung von Unterdruck geschlossen werden. Eine weitere Alternative ist das Zuschmelzen durch einen Laserstrahl, oder auch durch Plasmaerhitzen, oder irgendein anderes etabliertes Verfahren.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren so abgewandelt werden, dass es auch das Einbringen eines Getterbandes in den Außenkolben umschließt. Dazu wird in einem Zwischenschritt Z1 das zweite Rohr vorbehandelt, indem ein Halterungsmittel dem Rohr eingeformt wird. als Halterungsmittel eignet sich beispielsweise eine Ausbuchtung, die insbesondere umlaufend ist, oder gegenüberliegende Schlitze, die vorab in das zweite Rohr eingeformt werden. Anschließend wird das Getterband im zweiten Rohr arretiert und erst dann Verfahrensschritt f) angewendet.

Alternativ kann ein Getterband auch auf ein Abdichtungsteil des Innengefäßes appliziert werden. In diesem Fall wird ein zusätzlicher Verfahrensschritt Z1 verwendet, bei dem das Getterband auf das Abdichtungsteil aufgebracht und festgeklemmt wird. dieser Schritt muss frühestens nach Verfahrensschritt c) und spätestens nach Verfahrensschritt e) erfolgen. Bevorzugt wird das Getterband dabei auf die erste Abdichtung nach Verfahrensschritt c) aufgebracht. Unter Getterband wird hier immer das Trägerband einschließlich des darauf aufgebrachten Getters verstanden. Details über mögliche Ausführungsformen sind in der Parallelanmeldung 2003P beschrieben.

Eine typische Anwendung des Verfahrens ist bei Metallhalogenidlampen und Halogenglühlampen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Metallhalogenidlampe in Seitenansicht, im Schnitt;

2 ein Herstellverfahren, stark schematisiert, für die in 1 gezeigte Lampe;

3 eine Metallhalogenidlampe im Querschnitt mit Trägerband;

4 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele für Lampen mit Trägerband im Querschnitt ;

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

1 zeigt die seitliche Ansicht einer zweiseitig gequetschten Metallhalogenidlampe 1. Das als Tonnenkörper ausgebildete Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas schließt zwei Elektroden 3 nebst einer Metallhalogenidfüllung ein. Die Kolbenenden sind durch Quetschungen 4 abgedichtet, in die Folien 5 eingebettet sind. Diese sind mit äußeren Stromzuführungen 6 verbunden. Die äußere Stromzuführung 6 ist in einer rohrförmigen Hülse 7 geführt und endet in einer Buchse 8 eines integralen Sockelteils 9. Der Sockel ist einteilig aus Stahl gefertigt und umfasst außerdem eine Kreisscheibe 10 als Kontaktelement und Widerhaken 11 als Zentrierung und Halterung. Der bauchige Teil des Entladungsgefäßes ist von einem Außenkolben 12 umgeben, der im Bereich des Übergangs zwischen der Quetschung 4 und der Hülse 7 aufgerollt (13) ist. Der Außenkolben 12 weist eine umlaufende Delle 14 auf, so dass ein elastisches Trägerband 15 aus rostfreiem Stahl oder vernickeltem Eisen an der inneren Oberfläche des Außenkolbens eingespreizt ist ohne seitlich verrutschen zu können. Das Trägerband enthält Gettermaterialen wie Zr, Fe, V, Co. Sie dienen zum absorbieren verschiedener Stoffe wie Sauerstoff, Wasserstoff, o.ä. Der Außenkolben kann mit Stickstoff, einem anderen inerten Gas oder auch Vakuum befüllt sein.

Eine Herstellungsmethode wird wie folgt anhand 2 beschrieben: dabei wird zunächst das Entladungsgefäß 2 soweit aus einem zylindrischen Rohr mittels einer Formrolle und evtl. Quetschbacken, die jeweils ein in das noch offene Rohr eingebrachtes Elektrodensystem beispielsweise durch Quetschen fixieren, fertiggestellt, dass es an beiden Enden mit einer Abdichtung (Quetschung 4 oder Einschmelzung) versehen ist. Gleichzeitig bleiben an den Abdichtungen integral angesetzte hülsenförmige Verlängerungsteile 7 stehen. Während ein erstes Verlängerungsteil 7a abgeschlossen wird, indem das zunächst noch offene Ende 16a des Verlängerungsteils auf ein eingebrachtes Sockelteil 17 auffällt, bleibt bei dem zweiten Verlängerungsteil 7b ein Pumploch 18 offen. Außerdem wird das offene Ende 16b zunächst nicht behandelt. Der zylindrische Außenkolben 12 ist parallel dazu soweit vorbehandelt, dass eine umlaufende Delle 14 ein daneben eingespanntes Trägerband im Außenkolben 12 seitlich fixiert. Die Enden des Außenkolbens werden nun mittels vorheriger Erwärmung durch Flammen auf das Verlängerungsteil 16 an beiden Seiten aufgerollt (Pfeil P1) und zwar so, dass die Fixierung an dem zweiten Verlängerungsteil 16b außerhalb des noch offenen Pumplochs 18 erfolgt. In Höhe des Pumplochs 18 wird der Außenkolben 12 zwar schon eingerollt , aber noch nicht so, dass er am Verlängerungsteil 16b anliegt (Pfeil P2). Diese Anordnung wird am noch offenen Ende des zweiten Verlänge rungsteils über eine Zuleitung 38 an ein Pump- und Befüllungssystem 39 angeschlossen, insbesondere indem ein Pumpgummi 40 auf das Ende des Verlängerungsteils aufgesetzt wird. Nun kann die Atmosphäre im Außenkolben abgepumpt werden. Der Pumpweg ist als Pfeil P3 angezeigt. Anschließend kann der Außenkolben 12 mit einer etwaigen inerten Atmosphäre über diesen Pumpweg beschickt werden oder Vakuum beibehalten werden. Im nächsten Schritt wird das Pumploch 18 verschlossen, indem es entweder zugerollt wird, mittels Laser zugeschmolzen wird, oder einfach nach Erwärmen unter Anlegen von Unterdruck von selbst zufällt. Anschießend wird noch das Ende 16b des zweiten Verlängerungsteils „aufgeschrumpft". Das Getterband 15 kann, falls bei dem verwendeten Getter notwendig, später durch den Außenkolben 12 hindurch mittels Laser aktiviert werden.

Statt einer Delle 14 als nach innen gerichteter Ausbuchtung als seitlicher Begrenzung kann auch eine nach außen gerichtete Ausbuchtung (52) verwendet werden, in der das Trägerband aufgrund der zweiteiligen seitlichen Begrenzung; geführt ist.

In 3 ist das Prinzip einer weiteren Befestigungsart des Trägerbands gezeigt. Hier ist das Trägerband 20 direkt an der H-förmigen Quetschung 21 (im Querschnitt gezeigt) befestigt, indem es so gebogen ist, dass es mit zwei Berührungsabschnitten 22 beide Breitseiten 23 der Quetschung 21 klemmend tangiert, während ein dazwischen liegender Mittenabschnitt 24 des Trägerbands eine erste Schmalseite 25 beabstandet umfasst. Die freien Enden 26 des Trägerbands stehen in Richtung der zweiten Schmalseite 27 an der Quetschung über.

Ein ähnliches Konzept lässt sich auch für eine Lampe mit Einschmelzung 28 verwenden. 4 zeigt eine zylindrische Einschmelzung 28 im Schnitt. Das mit Getter behaftete Trägerband 29 umgibt die Einschmelzung 28 nahezu vollständig, und zwar umgibt es mindestens drei Viertel ihres Umfangs, wo bei es an mindestens drei Punkten an ihr aufliegt. Die freien Enden 30 des Trägerbands sind um etwa 330° zurückgebogen und sind am direkten Ende nochmals um etwa 90° abgewinkelt, so dass die Montage erleichtert ist.

Ein anderes Konzept zeigt 5. Hier ist das Trägerband 31 nicht an der Quetschung 21 (oder Einschmelzung) befestigt, sondern an der inneren Oberfläche 32 des Außenkolbens, indem das Trägerband, beispielsweise aus Federstahl, in etwa wie ein gleichschenkeliges Dreieck mit abgerundeten Ecken 33 und offener Basis 34 geformt ist. Die abgerundeten Ecken sind die drei Berührungspunkte zum Außenkolben. Für einen sicheren Halt ist es vorteilhaft, wenn die drei Berührungspunkte etwas mehr als die Hälfte des Umfangs des Außenkolbens überspannen, insbesondere etwa 55 bis 75 %. Dabei ist die Temperatur, der das Trägerband ausgesetzt ist, wegen der Nähe zum Entladungsgefäß relativ hoch, so dass diese Konfiguration für Gettermaterialen, die eine hohe Temperatur zur Entfaltung ihrer Wirksamkeit benötigen, gut geeignet ist. Auch für Einschmelzungen ist dieses Konzept gut geeignet, da Einschmelzungen weniger raumgreifend als Quetschungen sind.

Eine zweite Variante in 6 ist für Getter, die eine relativ niedrige Temperatur zur optimalen Wirksamkeit benötigen, ausgerichtet. Hier ist das Trägerband 35 wesentlich besser an die innere Oberfläche 32 des Außenkolbens angeschmiegt. Das Trägerband 35 ist dafür etwa C-förmig gebogen, so dass es weiteren Abstand zur Quetschung 21 des Entladungsgefäßes erhält.

Eine weitere Ausführungsform zeigt 7. Hier ist das Trägerband 36, insbesondere mit der Hilfe von zwei Schlitzen 37, an der inneren Oberfläche 32 des Außenkolbens eingespannt, so dass es dachförmig gewölbt ist. Die beiden Schlitze 37 sind etwas exzentrisch zu einem gedachten parallel laufenden Durchmesser D angeordnet, wobei diese Verbindungsgerade V der Schlitze gegenüber dem parallelen Durchmesser D so weit verschoben ist, dass sie etwa in Höhe der Enden der Schmalseiten der H-förmigen Quet schung 21 liegen. Die Federspannung ist insbesondere so gewählt, dass das Trägerband 36 eine Länge von etwa 120 bis 160% der Länge der Verbindungsgeraden V zwischen den Schlitzen 37 hat.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit Außenkolben (12) und mit einem darin angeordneten Innengefäß, insbesondere Entladungsgefäß (2), wobei folgende Verfahrensschritte verwendet werden: a) Bereitstellen eine Rohres aus Quarzglas; b) Beschicken des Rohres mit je einem Elektrodensystem an jedem Ende, wobei das Elektrodensystem eine Elektrode, eine Folie, eine Stromzuführung und einen Sockel umfasst; c) Erwärmen und Verformen des Rohres an einem ersten Ende, so dass ein zentrales Entladungsvolumen, ein Abdichtungsteil, das die Folie enthält, und ein Verlängerungsteil, das die Stromzuführung und das Sockelteil enthält, gebildet wird; d) Abpumpen und Befüllen des Entladungsvolumens; e) Erwärmen und Verformen des Rohres an dem zweiten Ende, so dass auch hier ein Abdichtungsteil, das die Folie enthält, und ein Verlängerungsteil, das die Stromzuführung und das Sockelteil enthält, gebildet wird; wobei im dadurch entstehenden Rohling am zweiten Verlängerungsteil eine seitliche Öffnung als Pumploch bestehen bleibt; f) Überstülpen eines zweiten Rohrs aus Quarzglas mit größerem Durchmesser, wobei die Länge des zweiten Rohres so bemessen ist, dass das zweite Rohr das Entladungsvolumen, den Abdichtungsbereich und einen gewissen Teil des Verlängerungsteils überdeckt, insbesondere einen Bereich von 10 bis 60 % der Länge des Verlängerungsteils; wobei außerdem das Pumploch im Überdeckungsbereich eingeschlossen ist; g) Aufrollen oder Aufschmelzen oder Anheften der beiden Enden des zweiten Rohrs zur Bildung eines Außenkolbens, so dass zumindest ein vakuumdichter Kontakt im Bereich des Verlängerungsteils hergestellt wird, wobei das Pumploch innerhalb der Kontaktzone liegt; h) Abpumpen und ggf. Befüllen des zwischen Innengefäß und Außenkolben sich erstreckenden Volumens über das Pumploch und das noch offene Ende des zweiten Verlängerungsteils; i) Schließen des Pumplochs; j) Schließen des offenen Endes des zweiten Verlängerungsteils.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen des Pumplochs durch Zurollen, Zufallenlassen durch Unterdruck oder Laserverschmelzen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzlicher Verfahrensschritt Z1 das zweite Rohr noch vor dem Überstülpen geeignet verformt wird, um ein Haltemittel für ein Getterband bereitzustellen und anschließend ein Getterband in das zweite Rohr unter Zuhilfenahme des Haltemittels verankert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzlicher Verfahrensschritt CDE ein Getterband auf ein Abdichtungsteil des Innengefäßes aufgebracht wird, wobei dieser Verfahrensschritt frühestens nach dem Verfahrensschritt c) und spätestens nach dem Verfahrensschritt e) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getterband auf das erste Abdichtungsteil nach dem Verfahrensschritt c) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengefäß ein Entladungsgefäß ist, und dass die Füllung Metallhalogenide umfasst.