Brevet FR2214170A1 — publié le 19740809

ta pressente invention qui concerne la fabrication des lampes a décharge pour l'éclairage se rspporte particulièrement a la fabrication des brûleurs de tubes å décharge faits d'un matériau réfractaire en forme d'ampoule limitée par deux extrémités scellées servant à la fixation des électrodes internes. Jusqu'à présent dans la fabrication des tubes à décharge tels les lampes à vapeur de mercure avec ou sans addition d'halogenures ou utilise des brûleurs de forme cylindrique faits de matériaux réfractaires transparents, tels les verres durs comme le Vycor, ou mieux encore la silice, fondue ou cristallisée. Pour réaliser un brûleur en forme d'ampoule cylindrique en silice fondue on part habituellement d'un tube de silice initial dont le diamètre est celui de l'ampoule de brûleur à obtenir, on met en place les électrodes, munies de passages de courant de dimensions convenables et de supports de connexion puis on chauffe le tube aux extrémités et on presse la silice en état de ramollissement sur les passages de courant dans chacune des deux régions d'extrémité pour assurer un scellement étanche. On M signe cette opération par le terme de scellement en "pincement". Certains inconvénients résultent de cette méthode. Pour les tubes de forte puissance, I'opération de scellement par "pincement11 devient difficile à pratiquer. En effet, le diamètre des tubes doit être important, si lton veut augmenter considiirablemênt la puissance de la décharge. Mais le pincement aux extrémités d'un tube de fort diamètre devient impraticable. On se trouve amené à choisir entre une réduction du diamètre du tube, ce qui conduit à prévoir un fonctionnement dans des conditions éloignées des conditions optimales et une méthode de fabrication plus complexe. Pour obvier à cette difficulté on raccorde une portion médiane faite d'un tube à grand diamètre adapté à la puissance à obtenir à deux portions d'extrémité faites respectivement à partir d'un tube dont le diamètre inférieur est apte à satisfaire aux conditions du pincement. Cette seconde solution nécessite deux soudures de raccordement entre des tubes de diamètre différents. I1 stagit d'opérations délicates sur des tubes de silice fondue dont la température de travail est élevée. De plus, cette réalisation tripartite est souvent responsable de mauvais fonctionnement du tube en service.Car au moment de la réalisation de chacune des soudures de raccordement,la silice est chauffée à partir de l'extérieur par la flamme dégagée par un chalumeau, mais ltétat de ramollissement quand il est atteint à l'extendeur d'un tube d'une dans certaine épaisseur ne l'est pas toujours/toute son épaisseur et en particulier sur la paroi interne. I1 s'en suit que des bulles d'air, ou de gaz, peuvent demeurer emprisonnées dans la soudure achevée.Au cours du fonctionnement en régime de décharge, la paroi intérieure de l'enceinte de décharge, portée à une température élevée, peut libérer ces bulles vers l'intérieur. Une telle libération de gaz provoque la dévitrification de la silice fondue et souille l'atmosphère de décharge. Elle est donc particulièrement nocive et doit être évitée. Un deuxième inconvénient résulte de la forme cylindrique que l'on donne classiquement à l'ampoule réfractaire sur la majeure partie de sa longueur et en particulier dans sa zone médiane. Une telle forme correspond à un rendement énergétique pauvre pour un volume d'ampoule donné. En effet la température de la paroi de l'ampoule en fonction de la distance comptée à partir de l'une des électrodes extrem dans ie cas d'un tube cylindrique est représentée par une courbe en cloche. Le maximum de cette courbe est atteint au niveau du milieu de la distance inter-électrodes. Ce maximum limite l'emploi de l'ampoule à la température maximale que peut supporter le matériau réfractaire dont elle est constituée.Il s'en suit que la forme cylindrique, par la distribution inégale de la température de paroi entraîne un abaissement du rendement énergStique. Il serait plus rationnel de rechercher une forme d'ampoule dans laquelle la distribution de température sur la paroi serait assez uniforme. pour permettre d'obtenir un meilleur rendement énergétique. Aussi pour remédier-à ces inconvénients et à d'autres non explicités ici, la présente invention propose un breur de lampe à décharge en matériau réfractaire, dont la forme est celle d'une ampoule allongée limitée dans le sens de sa longueur par deux extrémités scellées où sont fixées les électrodesde decharge,remarquable en ce que la surface extérieure de l'ampoule préparée pour ltopération de scellement étant une surface de révolution engendrée par la rotation d'une génératrice autour de l'axe longitudinal du bruleur constitue un corps continu, d'une seule pièce, obtenu sans apport de matériau ni de soudure, Selon un autre aspect de l'invention, la surface extérieure de l'ampoule préparée pour l'opération de scellement du brûleur et formant une surface de révolution autour de son axe longitudinal, résulte de la déformation plastique de la génératrice, rectiligne initialement, d'un tube cylindrique. Selon me autre caractéristique de l'invention, dans une réalisation préférée seule une région médiane de longueur t de l'ampoule préparée admet une génératrice de forme courbe qui accuse par -rapport aux deux régions extrêmes à génératrice linéaire une flèche "f" - dont la valeur maximale "fm", au plus égale au tiers de la longueur t > est atteinte au milieu 2 de ladite 2 région médiane. Enfin l'invention a encore pour objet le procédé de fabrication d'un briseur de tube à décharge dont la forme est celle d'une ampoule allongée limitée dans le sens de sa longueur par deux extrémités scellées où sont fixées les électrodes remarquable en ce que la surface extérieure de ampoule préparee avant ltopération de scellement desdites extrémités étant une surface de révolution engendree par la rotation d'une génératrice autour de l'axe longitudinal dudit brûleur constitue un corps continu d'une seule pièce, obtenu sans apport de matériau ni soudure par la déformation plastique selon un contour prédéterminé de la génératrice rectiligne d'un tube cylindrique de matériau réfractaire initial. Le procédé objet de l'invention est remarquable en ce qu'a partir du tube cylindrique de matériau réfractaire initial de diamètre DO et d'un moule envidé en creux selon le contour prédéterminé à communiquer à l'ampoule dudit brûleur, il consiste à préfaçonner ledit tube pour former une ampoule préparée pour le scellement et la fixation des électrodes. Ce procédé peut encore etre défini en ce que le préfaçonnage du tube est opéré par concours de-trois actions simultanées - on échauffe le matériau réfractaire du tube initial et on maintient ledit échauffement dans la région médiane de longueur L du tube de façon à obtenir et à maintenir l'état de ramollissement dudit matériau ce qui lui assure les propriétés plastiques nécessaires a la déformation - on maintient dans ledit tube, préalablement relié à une source de pression et fer2é, une surpression interne largement supérieure à la pression atmosphérique ambiante - on applique la paroi interne du moule en creux sur la surface extérieure du matériau réfractaire maintenu a l'état de ramollissement de minière à constituer une butée au contact de laquelle le matériau dilaté par l'effet de la pression interne vient épouser ledit contour prédéterminé du moule en creux ; et en ce que ladite ampoule ainsi préfaçonnée est ensuite soumise au scellement des extrémités en y fixant les électrodes par une technique de scellement a chaud, telle la technique de "pincement" à chaud comme per se. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexEs dans lesquels La figure 1 représente un graphique typique de la distribution de la température le long de la paroi d'une ampoule de bruleur en fonctionnement (ampoule de forme cylindrique classique). ta figure 2 représente une ampoule de valeur d'une première forme typique selon l'invention. La figure 3 représente une ampoule de brûleur d'une deuxième forme réalisée par application du procédé général selon l'invention. La figure 4 représente la palette dont la paroi interne sert de moule en creux pour la réalisation de la forme de l'ampoule de brûleur de la figure 2. La figure 5 représente la palette dont la paroi interne sert de moule en preux pour la réalisation de la forme de l'ampoule de brûleur illustrée par-la figure 3. Sur la figure 1 où les températures sont portées en ordonnées et les distances en abscisses, la courbe C représente la distribution de la température le long de la paroi interne du matériau réfractaire d'une ampoule de brûleur de lampe à décharge de forme cylindrique classique au cours du fonctionnement de la décharge. La portion intermédiaire entre les deux électrodes extrêmes est cylindrique. Les électrodes sont distantes de la longueur 2d. Le maximum de tempe rature "t est atteint au point M qui correspond au milieu "d" de la m distance interélectrodes. Cette figure illustre l'exigence fondamentale à respecter. Il faut qu'en fonctionnement la température maximale sur la paroi reste inférieure ou au plus égale à la température limite admissible pour le matériau réfractaire utilisé.Cette température limite est illustrée par la droite TS et la condition à respecter se traduit par l'inégalité t o T8 L'examen de la figure permet de constater que la distribution de température correspondant à la forme cylindrique de la portion d'ampoule correspondånte à l'espace inter-électrodesntest pas favorable. En particulier, le graphique rend évident qu'il conviendrait, pour utiliser au mieux la capacité d'échauffe- ment du matériau réfractaire, d'employer une forme qui ménagerait sur la paroi de l'ampoule une répartition se rapprochant le plus possible de la distribution uniforme concrétisée par la droite tm en traits hachés. Ces considérations ont amené à étudier une forme nouvelle d'ampoule désignée sous le nom d'ampoule tisothermique". Ceci en raison de la propriété dont elles sont douées de répondre à une distribution quasi-uniforme de la température de paroi sur la distance inter-électrodeslors du fonctionnement. La figure 2 traduit une première forme typique de réalisation de l'invention. L'ampoule est montrée sur cette figure lorsqu'elle a été préparée pour l'opération de scellement. Une représentation à cette étape de la fabrication est plus caractéristique car la forme donnée à l'ampoule est parfaitement visible n'étant pas encore affectée par les scellements d'extrémité. On sait en effet que le scellement, par pincement en général, produit un applatissement de contour aléatoire d'un échantillon à l'autre . De plus, le pincement altère la symétrie de révolution de l'ampoule préparée puisqu'elle aplatit les parties cylindriques extrêmes. L'axe longitudinal du brûleur figure en A'A. La forme illustrée par la figure 2 est de révolution autour de cet axe longitudinal. Elle peut être considérée comme engendrée-par la rotation de la génératrice CT autour de l'axe A'A. Cette génératrice G1 compte trois parties, un tracé rectiligne 1 d'extrémité gauche, un traeé courbe 2 médian, un deuxième tracé rectiligne 3 d'extrémité droite.- te corps forme par l'ampoule et le tracé courbe 2 admettent un axe de symétrie B'B perpendiculaire à l'axe longitudinal A'A du brûleur. ta longueur de la région médiane correspondant au tracé courbe 2 est désignée par L. Le milieu C du tracé courbe 2 correspond a la valeur maximale "fm" de la flèche ttftt. La flèche "f" exprime la distance CI, ....... separant le tracé courbe 2 du tracé rectiligne 1, 3, ... La largeur maximale CE de l'ampoule est le diamètre D qui correspond à Do + 2 fm. Par expérience on a constaté que par choix de la valeur donnée 8U maximum fm de le flèche on peut élaborer une ampoule de brûleur douée de la propriété de repartition isothermique de la température sur la paroi interne au cours du fonctionnement en régime de décharge.Cette valeur optimale de la flèche est reliée à la longueur L de la partie courbe de la génératrice. Usuellement elle s'exprime par l'égalité fm = L/3 et de façon plus précise la valeur de fm doit etre infé- rieure au 1/3 de la longueur de la partie médiane soit fm Il est possible évidemment de réaliser une telle forme d'ampoule à partir de procédés antérieurement connus.En particulier si le diamètre de l'ampoule en son milieu devient trop important il est possible de réaliser l'ampoule en soudant chacune des deux extrémités d'une partie renflée 2, obtenue par soufflage,une portion tubulaire, tel 1 et 3 de diamètre Do Mais selon l'invention un procédé a été mis au point pour l'obtention de la forme typique de la figure 2. Pour éviter les inconvénients des soudures de tubes en bout selon l'invention pour l'obtention de la forme typique isotherme de la figure 2 ou part, d'une part un tube initial de matériau réfractaire transparent de diamètre-DO et on fabrique d1 autre part une palette de matériau réfractaire résistant sans déformation à la température de ramollissement du matériau réfractaire du tube. Quand l'ampoule de brûleur est en silice on fabrique la palette en question à partir de graphite par exemple. Cette palette est usinée mecaniquement de façon que sa paroi interne présente un évidement 2' en creux dont le contour est celui de la forme courbe 2 à imposer à la génératrice G1 selon la figure 2. ta figure 4 représente la vue en coupe transversale d'une telle palette P1. Le procédé selon l'invention comporte deux opérations successives. Au cours d'une première opération le tube initial de diamètre Do est o préfaçonné en ampoule préparée.Au cours de la deuxième opération, l'ampoule préparée dans laquelle on a placé les électrodes et les moyens de fixation est scellée par un procédé de scellement tel le pincement à chaud connu per se. 'L'opération de préfaçonaage de l'ampoule est réalisE par le concours de trois actions simultanées - on échauffe la silice du tube initial et on maintient cet échauffement dans la région médiane de longueur L de façon à obtenir et maintenir l'etat de ramollissement de la silice.La silice est alors douée de propriétés de plasticite- permettant la déformation ; - on soumet le tube, qui a été prealablement relié à une source de pression et fermé àune surpression interne supérieure à la pression atmosphérique, on maintient cette surpression ; - on applique la paroi interne 2' du moule en creux P1 sur la surface extérieure du matériau réfractaire c'est-à-dire de la silice, maintenue à i'état de ramollissement de manière à constituer une butée au contact de laquelle la paroi dilatée par l'effet de la pression interne vient épouser la forme prédéterminée du moule en creux. Ces actions sont conduites simultanément. On coupe la liaison avec la source de pression et on refroidit l'ampoule et ensulteointervient, sur ampoule prépsrée conformément à la figure 2,1'opération finale du scellement. Une telle opération est classique en elle-même et il est connu per se de fermer le bruleur de lampe à décharge par un scellement en pincement. Il suffit, comme on sait, de porter à la température de ramollissement les parties extrêmes du tubes ot sont positionnées les électrodes et les moyens de fixation et d'aplatir la silice ramollie par pression opposée appliquée aux deux extrémités d'un diamètre du tube de manière à le fermer sur lui-même. Un tel procédé s'il a. l'avantage de permettre de réaliser la forme particulièrement nouvelle et avantageuse,dite isotherme,illustrée par la figure 2, est encore intéressante pour fabriquer des bruleurs de forme classique cylindrique, tels les bruleurs pour forte puissance. En effet ce procédé permet d'obtenir à partir d'un tube initial Do une o ampoule préparée dont la zone médiane renflée est d'un diamètre D bien supérieur au diamètre Do et ce, d'un seul tenant. o La figure 3 illustre une ampoule de brûleur de lampe à décharge d'un modèle à forte puissance. L'ampoule n' aurait pas pu être réalisée en forme cylindrique univoque du diamètre D imposé par la puissance de la décharge. En effet le diamètre D est supposé supérieur à celui qui permet d'effectuer un scellement en pincement des extrsmit'es dans des conditions satisfaisantes on évite les soudures de l'ampoule de silice aux extrémités cylindriques de diamètre Do, imposé par les conditions de scellement, en partant d'une part d'un tube de silice de diamètre D ayant la longueur totale de l'ampoule o définitive et d'autre part d'une palette P2 de graphique illustrée par la représentation en coupe de la figure 5. L'évi ement de la paroi interne 4 de cette palette a été préalablement usiné de façon à former le contour en creux à reproduire dans la zone médiane de l'ampoule. Le brûleur est réalisé par la mise en oeuvre du procédé déjà décrit plus haut.La réalisation se fait en deux temps : un premier temps de prefaçonnage de l'ampoule, un deuxième temps de scellement de l'ampoule et de fixation des électrodes internes et des moyens de fixation. Le préfaçonnage se fait exactement comme dans le premier exemple de réalisation déåà décrit. Trois actions concomitantes sont mises en jeu la silice de la partie médiane 5 du tube est maintenue en état de ramollissement tandis que la paroi interne du tube, préalablement ferme et raccordé par queusot et joint à une source de pression est soumisse à une surpression interne, et on applique la paroi interne 4 de la palette P2 contre la surface extérieure du tube ramolli. Moyennant cette triple action le tube de silice initial de diamètre D est formé en ampoule selon le contour exprimé de façon o explicite par le dessin.Ce contour comporte trois parties cylindriques une première partie d'extrémité gauche 6 au diamètre Do, une seconde partie médiane au diamètre D, une troisième partie d'extrémrté droite 7 au diamètre Le raccordement entre les diamètres D et D se fait par des contours 8, 8' ... o à large courbure orientée vers l'axe longitudinal du bruleur. - Le dessin exprime la forme à contour arrondi de ces zones de raccordement de façon plus explicite qu'il n'est aisé de la décrire littéralement. tes avantages apportés par la premier forme de réalisation de bruleur sont évidents. Il s'agit d'une forme dans laquelle le diamètre de l'ampoule varie depuis un diamètre initial Do jusqu'à un diamètre maximal D, atteint o dans la région centrale de l'ampoule. La loi de variation de ce diamètre est telle que la paroi du tube corresponde à un tracé d'isotherme en régime de fonctionnement de la décharge. Il est facile de comprendre qu'il est du domaine de l'hozze de l'art de déterminer la position de tracés d'isothermes selon le type de la décharge qu'il utilise.Il ressort de la description qu'une fois ce tracé déterminé, il suffit pour réaliser une ampoule isotherme de reproduire en creux le trace obtenu par usina d'une palette de matériau indéformable à la température de travail du matériau réfractaire de l'ampoule, tel la silice. Une fois que l'on dispose d'un moule en creux selon cette forme isotherme il est aisé par application du procédé selon l'invention -de former d'une seule pièce une ampoule conforme audit tracé. Ceci revient à dire que ledit procédé est d'application très générale, illustré ici en application à la réalisation de brûleur pour lampe à décharge, il peut etre utilisé à la fabrication de tout dispositif de matériau réfractaire qu'il s'agit de former en une seule pièce selon un contour prédéterminé. La seule limitation à la généralisation des applications reste la possibilité de dilatation maximale du matériau. Cette limitation s'exprime par une relation entre ltépaisseur du tube initial et la flèche maximale imposée en dilatation. Il faut en effet que ltépaisseur finale du dispositif obtenu après la dilatation imposée- soit encore suffisante à la cohérence mécanique de l'ôbjet. C'est pourquoi toute application du procédé décrit selon l'invention à des dispositifs divers selon des contours quelconques ne sort pas du cadre de l'invention. Il en est de meme de toute forme d'ampoule d'allure "isotherme" qui pourrait, comme on l'a vu, s'écarteur de la forme typique de la première réalisation mais qui ne s'écarterait pas par autant de la définition même de ladite forme qui est seulement de reproduire une forme isotherme. Par suite une réalisation selon la forme isotherme ne sort pas non plus du cadre de l'invention. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Brûleur de lampe à décharge fait d'un matériau réfractaire en forme d'ampoule allongée limitée dans le sens de la longueur par deux extrémités scellées en lesquelles sont fixées les électrodes de décharge, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'ampoule préparée pour ltopératioa de scellement étant une surface de révolution engendrée par la rotation d'une génératrice autour de l'axe longitudinal du brûleur constitue une surface continue d'un seul tenant sans apport de matériau ni soudure. 2. Bruleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de son ampoule résulte de la déformation plastique de la génératrice rectiligne d'un tube cylindrique initial. 3. Bruleur selon la revendication 1 et la revendication 2, caractérisé en ce que seule une région médiane de longueur L de l'ampoule admet une génératrice, de forme courbe qui accuse par rapport à la génératrice linaire des deux régions extrêmes une flèche "f" dont la valeur maximale "fm" au plus -égale au tiers de la longueur L de ladite région médiane, est atteinte en son L milieu 2 4. Brûleur pour lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne de son ampoule préparée reproduit le tracé d'une courbe isotherme correspondant au régime de fonctionnement de la lampe à décharge dans laquelle il doit etre inclus. 5. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau réfractaire dont il est fait est tel que la silice, ou les verres durs tel le vycor. 6. Procédé de fabrication d'un bruleur de tube à décharge selon la revendication 1, à partir d'un tube cylindrique réfractaire de diamètre Do o et d'un moule évidé en creux selon le contour prédétermind à communiquer à l'ampoule du bruleur consistant à préfaeonner ledit tube pour former ladite ampoule préparée pour le scellement et la fixation des électrodes, caractérisé en ce que le préfaçonnage est opéré par concours de trois actions simultanées - on échauffe le matériau réfractaire du tube initial et on maintient ledit échauffement dans la- région médiane de longueur L du tubes de façon à obtenir et maintenir dans ledit matériau l'état de ramollissement dudit matériau ce qui lui assure les propriétés plastiques nécessaires à sa déformation,; ; - on soumet ledit tube, relié à une source de pression et fermé à une surpression interne supérieure à la pression atmosphérique ambiante, on maintient cette surpression - on applique la paroi interne du moule en creux sur la surface extérieure du matériau réfractaire maintenu à ltétat de ramollissement de manière à constituer une butée au contact de laquelle le matériau dilaté par l'effet de la pression interne vient épouser ladite forme prédéterminée dudit moule en creux. Enfin ladite ampoule étant ainsi prEfaçonnée on en scelle les extrémités en y fixant les électrodes par une technique de scellement à chaud telle la technique de pincement à chaud connue per se.