Brevet FR2478877A1 — publié le 19810925

"Lampe à incandescence à l'halogène." La présente invention concerne une lampe a incandescence à l'halogène comportant une ampoule en verre de quartz, dont la cavité est remplie d'un gaz inerte contenant de l'halogène et dans laquelle est disposé un filament en tungstène, arpoule qui est fermée par un pincement dans lequel est noyée au moins une feuille métallique aux extrémités respectives de laquelle sont reliées, à l'aide d'une soudure, une entrée de courant intérieure du filament et une entrée de courant exté- ic rieure, la lampe comportant un fusible disposé dans une en- ceinte délimitée par le pincement. Une telle lampe est connue du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 264 516. D'une façon générale, les lampes à incandescence à l'halo- gène présentent un remplissage gazeux sous une pression d'au moins environ 1 bar,qui augmente d'un facteur de 4 à 5, lors du fonctionnement des lampes. Lorsqu'à la fin de la durée de vie d'une telle lampe, le filament ou une entrée de courant intérieure fond, il se produit dans la lampe un arc de dé- charge qui provoque une intensité de courant élevée et qui peut s'infiltrer dans le pincement. L'évaporation rapide des parties métalliques insérées dans le pincement provoque ainsi le bris du pincement, ce qui se traduit par l'explosion de la lampe provoquée par la pression gazeuse élevée. Ce pro- cessus se déroule si rapidement que l'utilisation d'un fusi- ble extérieur n'évite pas toujours l'explosion de la lampe. De plus, un grand nombre d'appareils d'éclairage ne sont pas munis d'un fusible. Dans la lampe connue dudit brevet américain, l'extrémité du pincement située à l'opposé du filament se raccorde à une enceinte fermée par un second pincement. Dans cette enceinte s'étend un conducteur mince relié d'un côté par l'intermé- diaire d'un conducteur plus épais à la feuille appliquée dans le pincement de la lampe et, de l'autre cté un capuchon de contact situé à l'extérieur de l'ampouie. Ce conducteur mince fait office de fusible. La structure de la lampe connue présente plusiurs incon- vénients. La réalisation de la lampe est notablement plus compliquée que celle des lampes sans fusible. Il faut uti- liser un plus grand nombre de pièces et d'autres pièces que dans les lampes sans fusible. Le fil du fusible doit être très mince, sinon, il est impossible de réaliser un second pincement hermétique autour du fil, ceci à cause des grandes différences en dilatation thermique existant entre le verre de quartz et le métal. Une fermeture étanche au vide est cependant nécessaire pour empêcher la corrosion du fil. Le faible diamètre du fil une fermeture étanche au vide peut s'obtenir avec des fils d'un diamètre d'au maximum environ m - provoque une perte d'énergie. Munie d'une enceinte additionnelle pour le fusible d une longueur de 20 mm et d'un pincement additionnel prévu à l'extrémité en question de l'ampoule, la lampe présentant cette structure est nota- blement plus longue. De plus, il faut prendre des disposi- tions pour empêcher que le fil de fusible ne soit sujet à corrosion pour autant qu'il dépasse le pincement additionnel. La présente-invention vise à fournir une lampe dans la- quelle est incorporé un fusible et qui ne présente pas les susdits inconvénients, plus particulièrement une lampe qui, malgré la présence du fusible incorporé, ne comporte pas un plus grand nombre de pièces ou d'autres pièces qu'une lampe comparable non munie d'un fusible. Conformément à l'invention ce but est atteint avec une lampe du genre mentionné dans le préambule du fait que l'en- ceinte est disposée dans le pincement et est traversée par une partie de 1' entrée de courant intérieure, qui y est ainsi libre de tout contact avec le verre de quartz du pincement. Par verre de quartz, il y a lieu d'entendre, dans la suite du présent mémoire, un verre présentant une teneur en dioxyde de silicium d'au moins 95 % en poids. Si, par suite de la fusion du filament ou d'une entrée de courant intérieure, il se produit un arc de décharge dans la cavité de l'ampoule dans laquelle est disposé le filament, le courant traversant la lampe et, de ce fait, les entrées de courant intérieures augmentent fortement. Du fait qu'au moins une entrée de courant intérieure est 24?8877 libre de tout contact avec le verre, sur une partie de sa longueur, dans l'enceinte dans le pincement, le courant d'in- tensité élevée traversant ladite entrée de courant provoque une plus grande augmentation de la température que dans le cas o l'entrée de courant est noyée dans le verre du pince- ment et, est de ce fait, refroidie par le verre. De ce fait, l'entrée de courant fond très rapidement. Toutefois, il ne se produit pas d'arc de décharge dans l'enceinte du pincement, probablement du fait que la température régnant dans cette enceinte, qui ne communique que par l'intermédiaire d'un canal capillaire étroit, formé pendant la réalisation du pincement, avec la cavité de l'ampoule, est notablement plus basse que celle se produisant dans la cavité de l'ampoule dans laquelle est disposé le filament. La soudure entre l'entrée de courant intérieure et la feuille métallique, qui est généralement en tungstène ou en molybdène, peut se trouver à l'extérieur de l'enceinte for- mée dans le pincement. Toutefois, dans une forme de réalisa- tion préférentielle de la lampe conforme à l'invention, cet- te soudure se trouve également dans l'enceinte formée dans le pincement. Du fait que le soudage de tungstène à une feuille en tungstène ou en molybdène constitue une opération difficile, il se produit le.risque d'obtenir plusieurs mau- vaises soudures parmi de nombreuses bonnes soudures. Les résistances de transition élevées qui résultent de mauvaises soudures entraînent des températures élevées, qui aboutissent au bris du pincement. Dans la forme de réalisation préfé- rentielle de la lampe conforme à l'invention, ce risque est également évité. La lampe conforme à l'invention offre non seulement l'avantage de ne pas nécessiter de pièces additionnelles comparativement aux lampes sans fusible et que le fusible soit isolé de l'air extérieur, grâce à la fermeture étanche au vide de la lampe, de sorte qu'il ne peut pas en résulter de corrosion, mais elle permet en outre d'utiliser les for- mes de réalisation très diverses des entrées de courant intérieures usuelles. C'est ainsi que le bras rectiligne d'un filament à simple enroulement ou le bris à simple enrou- lement d'un filament à double enroulement peut être utilisé comme entrée de courant intérieure. D'autre part, il est possible de réaliser l'entrée de courant intérieure sous la forme d'un fil droit, dont au moins une extrémité est héli- coidale ou sous la forme d'un fil entièrement hélicoïdal vissé dans ou autour d'une extrémité du filament. De plus, dans le cas d'un filament doublement enroulé, il est possi- ble de glisser un bras simplement enroulé sur un fil droit et de l'aplatir ou de le fixer par soudage. Dans les-cas o une entrée de courant intérieure est hélicoïdale à l'endroit o elle doit être fixée par soudage à la feuille métallique, un tronçon de fil droit est généralement insé- ré dans l'entrée de courant intérieure pour faciliter la réalisation d'une soudure à la feuille métallique. Un tel tronçon de fil peut être omis dans une structure o une deuxième couche de spires est appliquée sur l'entrée de courant intérieure hélicoïdale à l'endroit destiné à la soudure. La seconde couche de spires peut être formée à partir du fil dont est réalisée la première couche. Ce cas peut se présenter lorsque l'entrée de courant intérieure constitue le bras du filament ou lorsque l'entrée de cou- rant est une pièce séparée. Dans le dernier cas, lors de la réalisation de l'entrée de courant intérieure, après la réalisation de la première couche de spire, le fil est enroulé, à pas opposé., sur la première couche, après quoi peut être appliquée au besoin une troisième couche de spi- res à pas initial. Cette dernière forme de réalisation offre l'avantage de réaliser simultanément plusieurs fila- ments accouplés entre eux, qui peuvent être séparés par la suite. Dans le cas de lampes présentant une durée de vie cal- culée longue, il se produit le risque que la partie de l'entrée de courant intérieure s'étendant dans l'intérieur de l'ampoule soit attaquée par l'halogène du remplissage gazeux. Une telle attaque peut aboutir à un amincissement local de l'entrée de courant intérieure tel que la Iampe 24788?7 s'éteint prématurément par la fusion de ladite entrée de courant. Les lampes conformes à l'invention permettent de réaliser l'entrée de courant intérieure de façon à satisfaire aux exigences imposées, suivant le genre de lampe, à l'entrée de courant pour assurer le fonctionnement convenable de cette dernière, par exemple un diamètre minimal du fil de l'en- trée de courant. On a constaté que ce diamètre peut dépas- ser le diamètre de fil du filament, de sorte que le nombre d'heures de fonct.ionnement au cours desquelles l'entrée de courant intérieure est attaquée au point de fondre peut être accordé à la durée de vie calculée du filament. C'est ainsi qu'avec des entrées de courant intérieures, dont le diamètre de fil était supérieur de 20 % à celui du fil du filament, on obtint un fusible fiable dans les lampes con- formes à l'invention. Du fait que dans les lampes conformes à l'invention, l'utilisation d'entrées plus minces et de pièces addition- nelles petit être évitée, il est possible de réaliser, d'une façon simple, des lampes présentant une résistance mécani- que élevée tout en présentant un fusible incorporé. La structure du fusible des lampes conformes à l'invention permet ainsi de réaliser des lampes à un pincement ou des lampes à deux pincements. A ce sujet, dans les lampes à un pincement, une seule des deux entrées ou les deux entrées de courant intérieures peuvent s'étendre vers le filament à travers l'enceinte ménagée dans le pincement. Dans les lampes à deux pincements, les deu.r entrées de courant in- térieures peuvent traverser une enceinte disposée dans les 39 pincements respectifs. La présence,dans le pincement, d'une enceinte traversée par l'entrée de courant intérieure qui y est fbredetoutcon- tact avec le verre dudit pincement se traduit par une surélévation locale de la surface du pincement, qui s'ob- -tient lorsque les blocs de pincement destinés à la réalisa- tion du pincement sont munis d'une cavité. La surélévation et de ce fait, l'enceinte ainsi réalisée s'étendent de préférence essentiellement sur toute la largeur du pincement, de sorte que l'enceinte est aussi grande que possible sans qu'il en résulte une augmentation, ou au moins, sans aug- mentation notable, de la longueur totale de la lampe. Il y a lieu de noter que dans les lampes conformes à l'invention la fermeture étanche au vide de l'ampoule est réalisée dans la zone du pincement comprise entre les soudu- res sur la feuille métallique, comme c'est toujours le cas des lampes présentant une feuille métallique insérée dans le pincement comme traversée de courant. De plus, il y a lieu de noter que le brevet allemand No 646 240 publié en 1935 décrit déjà une lampe destinée à l'éclairage général (type GLS) et également munie d'un fu- sible. La lampe est d'une structure toujours courante pour les lampes de ce genre et son ampoule est scellée à un tube à rebord, dont l'extrémité située dans l'ampoule est fermée, d'une façon étanche au gaz, par un pincement autour de fils, à coefficient de dilatation adapté, faisant office d'organes de traversée de courant. Dans cette lampe connue, le fusible est constitué par une partie centrale de l'un de ces fils, organes de traversée de courant, qui n'est pas en contact avec le verre du pincement. A ce sujet, il y a lieu de noter que comme on l'a déter- miné par voie empirique, dans les lampes à incandescence à l'halogène, la traversée de courant (la feuille métallique) insérée, d'une façon analogue, par sa partie centrale en étant libre de tout contact avec le verre dans une enceinte du pincement ne constitue pas de fusion fiable. Ainsi, plutôt qu'un encouragement pour arriver à la lampe conforme à l'invention, la lampe connue y constitue une entrave. Les lampes conformes à l'invention se prêtent notamment à être conçues comme lampes fonctionnant sur le secteur. Elles peuvent être utilisées pour un grand nombre de cas, pour le théâtre, le cinéma, la photographie, dans les studios. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en vue une première forme de réa- lisation d'une lampe conforme à l'invention. La figure 2 représente en coupe axiale une variante de la lampe de la figure 1, tournée de 900 autour de son axe. La figure 3 représente en vue une deuxième forme de réa- lisation d'une lampe. La figure 4 montre en vue une lampe à un pincement. La figure 5a représente en vue une troisième forme de réa- lisation d'une lampe à deux pincements. La figure 5b est une représentation schématique d'une pièce de la figure 5a. La figure 6 représente en vue une quatrième forme de réa- lisation d'une lampe à deux pincements. La figure 1 montre une ampoule en verre de quartz 1, qui est fermée par deux pincements 2. Dans sa cavité 3, qui est remplie d'un gaz inerte et d'hydrobromure, est disposé un filament en tungstène 4, qui est centré par des supports 5. Dans chacun des pincements 2 est insérée une feuille en molybdène 6 servant de traversée de courant à laquelle est fixée un bras, 7 du filament 4 à l'aide d'une soudure 8. Des entrées de courant extérieures 9 sont fixées par une soudure aux feuilles 6. Dans les pincements 2 est ménagée une enceinte 11 dans laquelle est disposée, libre de tout contact avec le verre du pincement respectif 2, une partie 12 des etrée s de courantiJx t' es respectives 7. Das la zcne 13, le pir earkn( 2 est étancheauvide. L'enceinte 11 communique avec la cavité 3 de l'ampoule 1 par un canal capillaire disposé autour de l'en- trée de courant intérieure 7, canal qui est formé après le pincement, du fait que le conducteur en tungstène 7 présente un coefficient de dilatation supérieur à celui du verre de quartz de l'ampoule. Sur la figure 2, dont les pièces analogues à celles re- présentées sur la figure 1 portent les mêmes chiffres de référence que sur cette dernière, le pincement 2 est iden- tique aux pincements 2 de la figure 1, mais le pincement 22 est un pincement conventionnel dans lequel l'entrée de cou- rant intérieure 27 est noyée dans le verre du pincement sur toute sa longueur comprise dans le pincement. Le chiffre de référence 14 désigne une surélévation de la surface du pince- ment 2, ce qui révèle la présence de la cavité Il dans le pincement 2. Sur la figure 3, l'ampoule 31 présente un pincement 32. Dans la-:cavité 33 est disposé un filament 34, qui est centré par un support 35. Dans le pincement 32 est noyée une feuille métallique 36 à laquelle est fixé par soudage un fil essen- tiellement hélicoïdal 37 en 38. Le fil 37 est vissé comme entrée de courant intérieure dans le filament 34. Une entrée de courant extérieure 39 est fixée par soudage en 40 à la feuille 36. Dans le pincement 32 est ménagée une enceinte 41 dans laquelle se situe la soudure 38 entre la feuille 36 et l'entrée de courant intérieure 37. Une partie 42 de cette entrée de courant intérieure 37 s'étend dans ladite enceinte 41 tout en étant libre de tout contact avec le verre. Sur la figure 4, l'ampoule 51 ne présente qu'un seul pin- cement 52 dans lequel sont noyés des feuilles métalliques 56 auxquelles sont fixées, à l'aide d'une soudure 60, des entrées de courant extérieures 59. Des entrées de courant intérieures 57 présentent une extrémité dans laquelle est inséré un fil de tungstène 63 sur lequel est réalisée une soudure avec une feuille métallique respective 56. La partie 62 de l'une des entrées de courant 57 s'étend dans une enceinte 61 du pince- ment 52 tout en étant libre de tout contact avec le verre entourant. Les entrées de courant intérieures 57 sont vissées chacu- ne dans le filament 54 qui est supporté par l'agrafe 55. Sur la figure 5a, un filament doublement enroulé 74, dont le bras 77 constitue l'entrée de courant intérieure, est disposé dans la cavité 73 de l'ampoulé 71. Le-bras 77 est constitué par trois couches de spires du fil dont est réali- sé le filament 74. Le bras 77 fut obtenu (voir la figure 5b) par application de spires à pas opposé sur une partie à en- roulement simple 77a comme deuxième couche 77b, suivie de l'application d'une troisième couche de spires à pas ini- tial 77c. Une partie 32 de l'entrée de courant intérieure 77 est logée dans l'enceinte 81 ménagée dans le pincement 72 dans laquelle elle n'est pas en contact avec le verre et soudée à la feuille en molybdène 76 à laquelle est fixée, également par soudage, une entrée de courant extérieure 79. Sur la figure 6, les pièces analogues à celles de la figure 5 portent les memes chiffres de référence que sur celle-ci. Dans le bras à simple enroulement 83 du filament 74 est inséré un fil 84, qui est soudé sur la feuille 76. Le fil s'étend pratiquement jusqu'au filament 74 et est fixé au bras 83 à un endroit situé dans l'enceinte 81. Le fil 84 et le bras 83 constituent ensemble une entrée de courant intérieure, qui s'étend dans l'enceinte 81 tout en étant libre par rapport au verre du pincement 72. Exemples 1. Une lampe du genre 220 à 230 V, 500 W était réa!isée avec des extrémités du type illustré sur la figure 6 et compor- tait un filament constitué par du fil de tungstène double- ment enroulé d'un diamètre de 121 En. Dans chacun des bras à enroulement simple (83) du filament (le diamètre interne des spires des bras était de 190 pm) était inséré un fil de tungstène (84) de 140 lî] fixé par aplatissement de plu- sieurs spires. La longu2ur, vue dans la direction axiale de la lampe, de chacune des enceintes 81 disposées dans chacun des pincements était de 6 mon. La hauteur maximale des en- ceintes (mesurées perpendiculairement au pincement) était de 2,5 mi. Les soudures des fils de tungstène (84) aux feuilles (76) étaient situées dans les enceintes (81) dis- posées dans le pincement. La lampe était remplie de, en volume, 99,7 % de Ar et 0,3 % de C 3Br, sous une pression 3 - de 2,5 x 10 Pa et contenait en outre 5 mg d'iode. 2. Une lampe du genre 220 à 230 V, 300 W était réalisée avec des extrémités du type illustré sur la figure 5a. Le Le filament était constitué par du fil de tungstène double- ment enroulé d'un diamètre de 82 ym (diamètre interne des Eixus pr.imaies 111 um. Le fil était enroulé alternativement sur les bras à enroulement simple (77) du filament (voir la f'i- gure 5b) de façon à former trois couches de spires. Les bras (77) étaient soudés chacun comme entrée de courant inté- rieure à une feuille en molybdène. Dans chacun des pince- ments (72) était ménagée une enceinte (81) d'une longueur de 4 mm et d'une hauteur de 2,5 mm, dans lequelles était si- tuée également la soudure de la feuille de molybdène. La lampe était remplie de, en volume 99,8 % de Ar et 0,2 % de CH2Br2, sous une pression de 2,5 x 10 Pa et contenait en outre 5 mg d'iode. Les deux lampes étaient conçues comme lampes de projec- teur. Plusieurs dizaines de lampes de ce genre furent essayées afin de déterminer l'efficacité de leur fusible. A cet ef- fet, le filament fut rompu à l'aide d'un laser pendant le fonctionnement de la lampe. Les fusibles fonctionnèrent et mirent les lampes à peu près instantanément hors service. Plusieurs lampes des deux genres furent réalisées avec un filament, dont le quart de la longueur était court- circuité à l'aide d'un mandrin y inséré. Les lampes furent soumises à une tension de 280 V. Les fusibles y incorporés fondirent instantanément, c'est-à-dire en quelques milli- secondes. REVENDICATIONS 1.- Lampe à incandescence à l'halogène comportant une am- poule (1) en verre de quartz,dont la cavité(3) est remplie d'un gaz inerte contenant de l'halogène et dans laquelle est disposé un filament (4) en tungstène, ampoule (1) qui est fermée par un pincement (2) dans lequel est noyée au moins une feuille métallique (6) aux extrémités respectives de laquelle sont reliées, à l'aide d'une soudure (8), uneentréede cu:a1 int4rieure (7)du 1amentetuneenatre de crant etrieure(9) lampe comprxtant un fbsibledifspos dansune enceinte dliriité6 par le pin- ment, caractérise en ce que l'enceinte (11) est disposée dans le pincement (2) et est traversée par une partie (12) de l'entrée de courant intérieure (7), qui y est ainsi libre de tout contact avec le verre de quartz du pincement. 2.- Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soudure (38) de l'entrée de courant intérieure (42) à la feuille métallique (36) se situe dans l'enceinte (41) ménagée dans le pincement (32). 3.- Lampe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux entrées de courant inté- rieures (12) traversent une enceinte (11) ménagées dans le pincement (2) tout en étant libre de tout contact avec le quartz du pincement (2).