Brevet FR2003157A1 — publié le 19691107

La présente invention se rapporte d'une fa@on géné. rale aux supports d'électrodes pour lampes à are, et elle con cerne plus particulierement des supports d'électrodes pour lampes à arc à réflecteur incorporé, à haute intensité, à arc court, qui comportent des électrodes montées suivant l'axe du faisceau de la lampe telles que celles faisant l'objet de la demande de brevet français N P.V. au nom de la Demanderesse. Les lampes à are court à réflecteur incorporé et à haute intensité contiennent normalement deux électrodes alignées axialemet at e@pacées l'une de l'autre d'une petite distance pour former un espace d'arc qui est placé dans un enveloppe étanche au vide. L'espace dtarc mesure norme met 4 à tO miIlimètre de longueur. Un gaz ionisable est contemu sous pression dans 51'enveloppe de la lampe.L'enveloppe comprend habituellement une partie tubulaire opaque, un réflecteur de forme courbe brasé sur une extrémité de la partie tubulaire et une entre optique plane brasée sur l'autre extrémité de la partie tubulaire0 Dans certaines constructions, le réflecteur est remplacé par une deuxième fénêtre. Les deux électrodes peuvent être alignése axialement à l'intérieur de l'enveloppe, parallèlement à la fendre opti que et dans une direction radiale par rapport au faisceau émis par la lampe. Dans cette configuration, les électrodes pénètrent habituellement dans la partie tubulaire de l'enveloppe où elles peuvent être connectées à l'alimentation en énergie électrique. Toutefois, on a constate que l'on peut obtenir divers avantages par rapport à cette configuration en montant les deux électro- des perpendiculairement a la entre plane et suivant l'axe du faisceau de la lampe. L'un de ces avantages consiste dans l'ac- croissement du rendement -optique de la lampe qui est dû au fait qu'on peut recueillir efficacement. le flux lumineux et resserrer le faisceau.Ceci résulte, d'une part de la réduction de l'ombre portée des électrodes, puisque les électrodes sont alignées suivant l'axe du foisceau au lieu d'être transversales à ce faisceau et, d'autre part, de la suppression de l'absorption par l'are du rayo@mement réfléchi dans sa propre longueur d'o@de. Bien @ue le défaut d'unifermité du faisceau qui est provequé par l'om@re portée des électrodes et par l'absorption par l'are puisse être atté@@ê par @@ @lisatlc@ de réflecteurs spécialement étudi@s, la nécessité d'utiliser de tels éléments coûteux disparaft l@rsque les électrodes sont montées axialement, parallèlement a@ faisceau lumineux. Toutefois, la eonfiguration de la lampe comportant des électrodes montées suivant l'axe du faisceau lumineux n est pas sans poser de problèmes. L'un des problèmes posès par cette construction réside dans la facon dont l'électrode adjacente à la fenêtre optique est supportée. Il n'est pas possible en pratique de prolonger l'électrode en ligne droite pour lui faire traverser la fenêtre du fait qu@il serait alors nécessaire de réaliser un joint métal sur verre ou métal sur- cé- ramique. Ces joints sont, de par leur nature même, difficiles et coûteur à réaliser et tls- présentent un grave défaut de fiabilité.Dans les lampes à arc à haute intensité. les électrodes sont portées à des températures extrêmement élevées, ce qui rend le joint entre l'électrode métallique et une matière céramique ou vitreuse très difficile à réaliser, puisque ces matières ont des coefficients de dilatation thermique différents Par ailleurs l'atmosphère intérieure de la lampe peut atteindre une pression de 10 à 50 fois celle de la pression extérieure. Ceci constitue naturellenent une contrainte additionnelle pour le joint.Etant donné que l@électrode adjacente à la fenêtre optique peut être monte suc une partie métallique de l'enveloppe ou être reliée à une partie opaque de l'enveloppe céramique au droit du joint céramique sur métal de l'enveloppe, il est logique de choisir cette solution plutôt que celle qui consiste à monter l'élec- trode à travers la Senettre de la lampe. Ayant considéré les avantages qu'il y a à relier l'électrode adjacente à la fenêtre optique à une partie de l'enveloppe autre que la entre elle-même, on a en mème temps conclué qu'il fallait donner au support de if électrode une orientation ayant a moins une composante importante perpendiculaire à l'électrode elle-même. Ceci est exact, puisque la fenêtre optique d@it occuper la majeure partie, sinon la totalité de l'extémité, côté projection de la lampe pour assurer le rendement optimum du faiseeau.Si l'on choisit cette position, il reste peu de place à l'extrêmité côté émission du faisceau de la lampe pour une p@rtie métallique de l'enveloppe à laquelle le support d'électrode @@@rrait être fixé. En outre, il ne serait pas rationnel @@ ch@@@ir p@ir le montage du support une zone de eette partie métallique qui est en aboutement avec la fenêtre et le joint de cette dernière, en raison des hautes températures auxquelles l'électrode et son support sont soumis pendant le fonctionnement de la lampe-. On voit donc qu un support d'électrodes placées suivant l'axe du faisceau de la lampe devrait de préférence autre disposé perpendiculairement à l'électrode ou comporter une composante perpendiculaire à cette électrode. Etant donné que le faisceau de la lampe traverse-au moins la plus grande partie de l'espace contenu dans l'enveloppe de la lampe et qui entoure l'électrode, le support devra nécessairement etre place dans le faisceau. Naturellement, le support doit occulter une partie de faisceau aussi petite que possible et il doit donc être de dimension aussi faible que possible dans le plan perpendiculaire à l'électrode. Ceci pose la question du nombre de supports à utiliser. Il n'est pas .possible d'utiliser un seul support parce que ce support se dilaterait lors de l'échauffement de la lampe en deplaçant ainsi l'électrode de sa position relative dans l'espace par rapport à l'autre électrode, au réflecteur, au foyer de la lampe et au faisceau de cette lampe. I1 n'est pas non plus possible de monter l'électrode d'une façon qui tient compte d'un tel déplacement calculé à l'avance à l'intérieur de la lampe, en raison de la faible precision avec laquelle il est possible de prévoir ce déplacement dans la pratique pour les diverses orientations que la,lampe peut-prendre et. les diverses conditions dtenvironnement. I1 sembledonc que deux ou plats de deux supports pour l'électrode soient nécessaires. Le fait d'utiliser plusieurs supports d'électrodes semble devoir donner un support plus rigide et permettre de. compenser la dilatation thermique de chaque support par celle des autres supports. Biep que ceci soit théoriquement possible, on a constaté en pratique qu'il est extrêmement difficile d'obtenir une compensation exacte des dilatations lorsque la lampe est mise en fonctionaement soua une haute intensité et que les électrodes sont soumises à des températures extrêmement élevées. Le but général de la présente invention-est donc de réaliser un support perfectionné pour électrodes de lampes à arc. L'invention a plus particulièrement pour but de réaliser des supports perfectionnés pour électrodes de lampes à arc à réflecteur incorpore et à haute intensité, dans le eas où les électrodes sont orientées suivant l'axe du faisceau de la lampe. Un autre but de l'invention consiste à réaliser des moyens capables de maintenir les électrodes d'une lampe à arc à haute intensité dans des positions relatives fixes l'une par rapport à l'autre et par rapport au foyer d'un réflecteur adjacent dans des conditions thermiques fortement variables. un autre but de l'invention est de réaliser des supports d'électrodes pour lampes à arc à haute intensité qui, dans des conditions de haute température, ne transmettent qu'tune partie de leur force de dilatation à l'électrode, en diminuant ainsi la force que ces supports exercent sur l'électrode pendant le fonctionnement de la lampe. Un-autre but de l'inventioneft de réaliser des supports d'électrodes robustes pour lampes à arc qui soient capables de résister à de fortes contraintes de chocs et de vibras tions. L'invention a pour objet une lampe à arc ayant-une enveloppe fermée à joint étanche et qui contient deux électrodes alignées dans le prolongement l'une de l'autre,-espacées i'une de l'autre d'une distance qui définit un espace d'arc -générateur de lumière. L'enveloppe fermée à joint étanche comprend un élément tubulaire métallique et une fenêtre optique que la lumière traverse sous la forme d'un faisceau parallèle aux électrodes alignées. Il est prévu plusieurs supports pour-chacune des élec trddes, chaque support comprenant- une entretoise métallique. Une extrémité de l'entretoise est fixée à l'élément tubulaire et son autre extrémité est fixée à l'électrode. entretoise peut être réunie tangentiellement à l'électrode pour transformer les forces de dilatation de l'entretoise, qui sont normales à l'électrode, en forces de rotation qui s exercent sur ltélGctrode lorsque la lampe à arc est en fonctionnement et que les entretoises s'échauffement. Par ailleurs, les entretoises peuvent entré cintrées, auquel cas une certaine proportion de la contrainte thermique des entretoises est absorbée par un accroissement de la courbure de l'arc de l'entretoise de sorte qu'une plus petite partie de la force de dilatation de l'entretoise est transmise à l'électrode portée par cette dernière. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1A est une vue en coupe d'une lampe à arc court à réflecteur incorporé et à haute intensité, équipée d'une première forme de réalisation de la présente invention. La figure 1B est une vue avant de la lampe représentée sur la figure 1A. La figure 2 est une vue avant d'une lampe à arc équipée d'ume deuxième forme de réalisation de la présente invention. La figure 3 est une vue avant d'une lamp à arc équi- pée d'une troisiéme forme de réalisation de la présente invention. La figure 4 est ane vue avant d@ane lamps à arc équipée d'une quatriéme forme de réalisation de le présente invention. La figure 5 est une vue avant d'une lampe à arc équipée d'une cinquième forme de réalisation de la présente invention. la figure 6 est une vue avant d'une lampe à ar@ équipée d'une sixième forme de réalisation de l'invention. Sur la figure 1A on a représenté une. lampe à arc à réflecteur ineorporé et à haute intensité dans laquelle les électrodes sont orientées suivant à l'axe du faisceau de la lam pe. L'enveloppe (référence générale 1) de la lampe comprend une partie cylindrique 10 en céramique qui est de préfé @rence faited'alumine polycristalline. Une extrémité de cette partie est brasée sur un anneau 12 en métal duotile, lequel est à son tour brasé sur un élément tubulaire métallique 44 qui pent être sphérique, ellipaoidal ou parabolique. L'anneau en métal ductile sert d'élément de détente des contraintes de l'enveloppe. (La surface interne de l'élément 44 sert de réflecteur incorporé 46. L'autre extrémité de l'élément céramique 10 est brasée sur un anneau 18 en métal ductile qui est à son tour brasé sur une face d'un anneau terminal 20- en métal rigide. L'anneau terminal est ensuite brasé sur un autre anneau 22 en métal ductile, qui est @à son tour brasé sur la collerette d'un support de fenêtre tubulaire 24 en métal rigide. Comme pour le cas de l'anneau 12,les anneaux métalliques ductiles 18 et 22 servent à absorben les contraintes. La périphérie d'une fenêtre 26 ayant la forme d'un disque et qui pe@t êtrs en saphir, est légérement eneastnée )dans le support 24 et bresée sur ce @@support. Une anode métallique @. @@@ae 28 qui peut être par exemple réalisée en tvngsténe estsupportée suivant l'axe de l'élèment céramique t@bulaire 10 et de la fenêtre 26 par trois entretoises métalliques trapézoidales 30 qui peuvent être par exemple en molbdène. On choisit une forme trapézoïdale plutôt qu'une forme rectangulaire pour maintenir un certain écartement électrique entre ces entretoises et l'élément 44 qui est au potentiel de la cathode de la lempe. Chaque entrettoise présente une encoche dans laquelle l'anneau terminal 20 est brasé. es entretoises établiesent des pasages conducteure pour le courant, entre l'anode 28 et l'anneau terminal 20. Une cathode cylindrique métallique 32, qui peut par exemple être en tungstène thorié est montée à proximité de l'anode 28 et son axe est porté par une cloche métallique 34. Cette cloche, qui fait partie de l'envelppe étanche, est brasée le long de la périphérie d'une ouverture pratiquée dans l'élément éllipsoïdal 44. Une tubulure d'échappent en cuivre 36 communique, a travers la cloche, avec le voltaa-e intérieur de l'enveloppe. On remplit 1'enveloppe d'un gaz ionisable. tel que le xénon, sous pression. La tubulure d'échappement 36 est ensuite pincée pour maintenir le gaz sous pression a l'intérieur de l'en- veloppe étanche. Les figures 2 à 6 représentent des varinantes de configurations que peuvent prendre l'électrode et ses entretoises porteuses. Sur la figure 2, une électrode cylindrique 40 est portée par des entretoises cintrées 42, mais, dans cette confi guration contrairement à cellequi est représentée sur la fi gure 1B, c est le bord intérieur de la surface courbe des- entre- toises qui est brasé sur l'électrode. Toutefois,les deux formes ors réalisation des figures i et 2 ont deux carsctéristiques communes qui assurent la stabilité du support pendant le- cycle thermique. Chaque entretoise est cintrée et chacune est fixée tangentiellement à l'électrode qu'elle portée. Etant donneé que l'électrode et les entretoises s'échauffent pendent le fonctionnement initial de la lampe, elles se dilatent naturellement. Sî l'une dea extrémitées de chaque entretoise est firée perpendiculairement à la surface de l'électrode, comms c'eat le cas pour l'électrode 48 et les entretoi@es 50 de la figure 3, la force de la @ilatation thermique subit l'opposition de la stracture. @@. foree de dilatation est identique dans chaque entretoise, éles @@de conserve @a position relative par rapport aux autrec éléments de la lampe. Néanmoins, change entretoise subit une compression importante qui diminue sa robustesse. Par ailleurs, en pratique, chaque entretoise ne sera pas soumise- au même degré de déformation. Ceci est dû en partie au fait que la partie supérieure de l'électrode et les entretoises situées audessus de cette partie s'échauffent davantage que les parties inférieures correspondantes, en raison de la transmission de la chaleur par convection. Ceci est également dû au fait que l'ensemble présente rarement une symétrie parfaite. Le résultat est que l'une des entretoises exercera sur l'électrode une plus grande force de dilatation que les autres.Ceci aura à son tour pour effet de modifier la position radiale de l'électrode 48 et, par conséquent, de modifier sa position par rapport à ltélec- trode adjacente et par rapport au foyer du réflecteur. Cet écart par rapport à la position prédéterminée de ltélectrode affecte défavorablement la transformation de l'énergie et le-rendement collecteur de la lampe. Ce problème est atténué dans la forme de réalisation représentée sur les fig. 1 et 2. Entant donné que, dans les cas considérés, les entretoises cintrées sont soumises à des forces de dilatation intérieures, ces forces sont absorbées par un accroissement de la courbure des entretoises. Cette détente se traduit par une diminution importante des forces de dilatation qui sont transmises sous la forme de forces de compression, en conservant ainsi au support sa rigidité.Cette diminution réduit également les forces dues à la dilatation des entretoises qui s' exercent sur l'électrode elle-même.Ceci réduit naturellement lteventuel écart de l'électrode par rapport à sa position théorique qui serait provoqué par des différences entre les forces de dilatation exerces par les diverses entre toises.~En outre, le fait que chaque entretoise est fixée tangentiellement à l'électrode a pour effet que la force de dilatation résiduelle réduite de chaque entretoise imprime un couple aux électrodes des figures 1B ét 2 .au lieu d'une forte radiale comme le font les entretoises 50 de la figure 3. Ira rotation uniforme de l'électrode n'entraîne pas de modification de sa position relative par rapport à l'électrode adjacente et au réflecteur. Bien que, en pratique, la rotation risque de ne pas entre exactement uniforme, du fait des différences existant entre les forces de dilatation réduites exercées par chaque entretoise sur l'é- lectrode, ce défaut d'uniformité et ce déplacement radial sont relativement faibles comparativement au déplacement radial qui serait provoqué par les mêmes écarts existant entre des entretoises montées perpendiculairement à la surface de l'électrode. La forme de réalisation de la figure 3 dans laquelle trois électrodes cintrées 50 sont brasées perpendiculairement à la surface de l'électrode cylindrique 48 apporte l'avantage, comparativement aux formes de réalisation représentées sur les figures 1 et 2, de la facilité de l'assemblage pour le brasage de l'extrémité des entretoises sur l'électrode. Naturellement, on sacrifie dans ce cas le bénéfice du montage tangentiel mentionné plus haut. La figure 4 montre une autre combinaison des caractéristiques décrites précédemment, dans laquelle trois entretoises rectilignes 54 sont fixées tangentiellement à une électrode cylindrique 52. Ici également, on atteint un équilibre entre le choix d'éléments moins coûteux en prix et en assemblage et le sacrifice des avantages mentionnés plus haut qui résultent de l'etilisation d'entretoises cintrées. Il n'est pas nécessaire que l'électrode soit cylindrique comme on l'a décrit plus haut. La figure 5, par exemple, montre une lampe à arc comportant une électrode 56 de forme allongée montée parallèlement à l'axe du faisceau de la lampe et dans laquelle l'électrode a une section hexagonale. Trois entretoises rectilignes 58 sont brasées sur les surfaces planes de l'électrode hexagonale. Cette construction esttacile à assembler et très robuste. Sur la figure 6, on a représenté une autre électrode hexagonale 60 portée par des entretoises cintrées 62 qui sont brasées sur des surfaces planes de l'électrode. Cette forme de réalisation apporte les avantages mentionnés plus Aaut qui résultent de la forme cintrée, du montage tangentiel et de la facilité de braser des surfaces planes. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents,sans sortir pour cela du cadre de la présente Invention. Par exemple, bien que l'on préfère utiliser trois entretoises, étant donné que ceci est le nombre minimum pour constituer un support convenable dans toutes les directions radiales autour de l'électrode, on peut utiliser un nombre d'électrodes différent de trois.I > e même, les entretoises peuvent rev8tir dt- erses formes ainsi que les électrodes alignées axialement, en utilisant les principes de l'invention. REVENDICATIONS @.- Lampe @ @@@ qui ecomprend une enveloppe fermée à joint étanche et deux électrodes alignées axialement logées dans cette enveloppe et espaocées l'une de I'autre d'une distanee qui définit un eapace d'are générateur de lumière, ladite enveloppe comprenant un élément tubulaire metallique et une fenêtre optique que la lumière traverse sous la forme d"un faisceau parallèle auxdites électrodes, et plasieurs supports qui portent au moins une premiére desdites électrodes, chacun desdits supperts comprenant une entretoise métallique, une extrémité ds ladite entretoise étant fixee audit élément tubulaire et l'autre extr mité de ladite entretoise étant fixée à ladite premiére électrode. lesdits supports étant dimensionnés, agencés dans ladite enveloppe et fixés à ladite première électrode de telle manière qu'ils transforment au moins une partie -des forces de dilatation et de contraction thermiques, exercées par lesdits supportes sur ladite première électrode au eours des cycles thermiques de la lampe à arc, de forces radiales en forces de rotation sur ladite électrode, à la suite de quoi ladite première électrode garde une position sensiblement fixe par rapport à l'autre électrode au cours des cycles thermiques 2.- Lampe à arc suivant la revendieation 1, dans laquelle ladite entretoise est fixée tangentiellement à ladite première électrode. 3.- Lampe à arc suivant la revendication t dans Iaquelle ladite première électrode est cyclindrique. 4.- Lampe à arc suivant la revendication I dans laquelle ladite première électrode présente plusieurs surfaces planes auxquelles les entretoises sont respectivement fixées 5. - Lampe à arc suivant la revendication I dans laquelle ladite entretoise est trapézoidale. 6.- Lampe à are suivant la revendication 1,dans laquelle ladite entretoise est cintrée. 7.- Lampe a arc suivant la revendication 6 dans laquelle ladite entretoise est fixée radialement a ladite première électrode 8.= lampe à arc suivant la revendication 6 dens la quelle ladite entretoise est fixée tangentiellemeent à ladite premère électrode. 9.- Lampe à arc suivant la revendication 6, dans laquelle ladite entretoise cintrée présente une surface extérieure courbe et une surface intérieure courbe, et dans laquelle une partie de ladite surface extérieure courbe est en aboutement sur ladite première électrode. 10.- Lampe à arc suivant la revendication 6, dans laquelle ladite entretoise cintrée comprend une surface extérieure courbe et une surface intérieure courbe, et dans laquelle une partie de ladite surface intérieure courbe est en aboutiment sur ladite première électrode. 11.- Lampe à arc suivant la revendication- 1,- dans laquelle ladite première électrode est un cylindre droit à section circulaire et les supports comprennent trois entretoises métalliques brasées sur la surface du cylindre en des points approximativement équidistants.