Brevet FR2484699A1 — publié le 19811218

L'invention concerne, d'une maàiière générale, une lampe à décharge de forte intensité comportant un tube à arc monté transversalement dans une enveloppe extérieure ou ampoule en verre; elle a, plus particulièrement, trait à l'agencement et la technique pour réaliser le montage transversal du tube à arc. L'invention est particulièrement applicable aux lampes à décharge à halogénures métalliques qui sont utilisées pour l'éclairage et qui comportent généralement un tube à arc cy- lindrique en quartz ou en silice fondue avec des électrodes à chaque extrémité. Le tube à arc contient une charge de mer- cure, un ou des halogénures métalliques et un gaz inerte à des fins d'amorçage. En cours de fonctionnement normal, la pression dans le tube à arc est supérieure à une atmosphère et la température est supérieure à 6000C. Les- lampes à halo- génures métalliques sont largement utilisées pour remplacer les lampes à vapeur de mercure sous pression élevée, du fait qu'elles sont deux fois plus efficaces pour convertir l'éner- gie électrique en lumière et qu'elles donnent une lumière plus blanche avec un rendu supérieur des couleurs. Les lampes à halogénures métalliques, comme la plupart des lampes à décharge de forte intensité utilisées pour l'é- clairage, sont pourvues d'une enveloppe extérieure ou ampoule en verre enfermant le tube à arc. L'ampoule, qui est sous vi- de ou remplie d'un gaz inactif, évite que l'air vienne en contact avec les scellements et amenées de courant métalli- ques qui, autrement, s'oxyderaient à la température de fonc- tionnement. L'ampoule sert de protection mécanique, ainsi que de conservateur de chaleur et de filtre ultraviolet d'ondes courtes. L'ampoule se présente généralement constituée par une partie en forme de bulbe ou ellipsoïdale dont une extré- mité se prolonge par une partie tubulaire formant un col sur laquelle est fixée un culot de type à vis pour montage de la lampe dans une douille classique. Il est de pratique courante de monter le tube à arc axialement dans l'ampoule, ce qui fa- cilite bien entendu le passage de la monture du tube ou cadre par le col lors de la fabrication de la lampe. Un tube à arc fonctionnant verticalement a une plus gran- de efficacité lumineuse et une plus longue durée dé vie. La décharge dans une lampe à halogénures métalliques est un arc étranglé qui se maintient sur l'axe ou ligne médiane du tube à arc aussi longtemps que ce tube à arc est vertical. Si le tube à arc est incliné et non vertical, et encore plus s'il est horizontal, des courants de convection internes affectent la décharge et la déplace en dehors de l'axe. Dans un tube à arc horizontal, la décharge est renflée vers le haut et peut même venir en contact avec la paroi supérieure. Par suite, la partie du tube à arc o la décharge est très proche de la pa- roi supérieure est surchauffée, les extrémités les plus-.bas- ses étant sous-chauffées. Ce surchauffage partiel est respon- sable d'une mauvaise tenue et d'une durée de-vie plus courte de la lampe, le sous-chauffage partiel réduisant la pression de-vapeur des halogénures métalliques, se traduisant par une efficacité lumineuse plus faible et uin moins bon rendu des couleurs. Le résultat est que l'efficacité lumineuse et la durée de vie sont réduites de 10 à 15 % lorsqu'une lampe classique à halogénures métalliques fonctionne avec un tube à arc horizontal et non vertical. Bien que la position de fonctionnement la plus courante soit la position verticale, il existe un grand nombre d'ins- tallations pour lesquelles des considérations de place ou de commodité et d'économie requièrent que l'enveloppe extérieure de la lampe soit horizontale. Ces dernières années, du fait principalement des améliorations du rendu des couleurs on a de plus en plus utilisé les lampes à halogénures métalliques à l'intérieur et pour des applications o la hauteur de pla- fond est limitée. Pour gagner de la place, les lampes sont alors montées de telle sorte que l'enveloppe extérieure est horizontale, et il est donc intéressant de pouvoir disposer d'une lampe qui fonctionne, sans réduction d'efficacité lumi- neuse et de durée de vie, avec son enveloppe extérieure en position horizontale. Il est difficile de monter le tube à arc transversale- ment à l'axe de l'ampoule du fait que le tube à arc est plus long que le diamètre du col de l'ampoule. On peut pallier dans une certaine mesure les inconvénients d'un tube à arc fonctionnanten position horizontale en recourbant ce tube à arc, comme décrit par exemple dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N0 3.858.078. Mais le coût de fabrication d'un tu- be à arc courbe est relativement élevé, et cette solution est une solution onéreuse. L'invention a pour objectif la réalisation d'une lampe à décharge de forte intensité pourvue d'une ampoule extérieure, plus particulièrement d'une lampe à halogénures métalliques avec tube à arc monté transversalement à l'axe, de telle sor- te que ce tube à arc puisse être vertical lorsque l'ampoule de la lampe est horizontale; l'invention a également pour objectif un procédé commode de fabrication pour une telle lampe. L'agencement de montage recherché est fiable et écono- mique à fabriquer. Conformément'à l'invention, le montage transversal du- tube à arc dans l'ampoule d'une lampe se fait grâce à une monture permettant de fixer le tube à arc de manière articu- lée entre des tiges supports divergentes qui servent égale- ment de connecteurs électriques pour les électrodes. En cours de fabrication, la monture permet de replier le-tube à arc en alignement derrière une tige support pour le faire passer dans le col devant l'autre tige support, et de monter ensuite transversalement ce tube dans l'ampoule. Dans une structure recommandée, une longue tige support fixée à une amenée de courant du queusot es-t utilisée comme tige support avant au cours de l'insertion; sa longueur est égale à celle de l'am- poule et elle vient s'ancrer sur un bossage de l'extrémité de cette ampoule opposée au culot. La tige support arrière est courte et sa progression permet de monter le tube à arc dans sa position transversale après qu'il soit passé dans le col. La progression de la tige support courte amène également des ressorts à lame en contact avec les parois latérales de l'am- poule, de manière à centrer le tube à arc dans sa position transversale. La tige-support courte est alors soudée.sur l'autre amenée de courant, à l'aide d'électrodes de soudage qui sont insérées dans le col au-delà du queusot pour que tige support et amenée de courant soient en contact. Les éta- pes suivantes de la fabrication sont des étapes classiques La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: - Fig. 1, une lampe à halogénures métalliques avec ampou- le et tube à arc monté transversalement, conformément à l'in- vention, - Fig. 2, la phase de montage permettant au tube à arc de passer dans le col, - Fig. 3, la monture insérée dans l'ampoule avec le tube à arc mis en place transversalement et centré. La lampe 1 représentée figure 1 comporte une enveloppe extérieure ou ampoule 2 en verre, avec une partie en forme de bulbe 3 et une partie tubulaire de diamètre réduit formant un col 4. Un queusot intérieur 5 est scellé à une extrémité du col et comporte un pincement 6 que traversent des fils ri- gides d'amenée de courant 7, 8. A l'extérieur de l'extrémité du col, est fixé un culot classique à vis 9, les fils d'ame- née 7, 8 étant respectivement raccordés à la coquille filetée 11 et au contact central-12 de ce culot. On peut prévoir sur la coquille Il un ergot 10 de localisation qui vient en enga- gement avec un arrêt de la douille dans laquelle la lampe est montée. Cette disposition limite la rotation de la lampe de sorte que l'orientation des lampes est uniforme dans de tel- les douilles. Le tube à arc 13 est en quartz ou en silice fondue; il contient du mercure, des halogénures métalliques tels que NaI, ScI3, et ThI4, et un gaz inerte tel que de l'argon à basse pression pour faciliter l'amorçage. La décharge se fait entre des électrodes principales (non représentées) suppor- tées aux extrémités opposées du tube à arc par des amenées de courant 14, 15, lesquelles comportent des parties lamel- lées hermétiquement scellées dans des scellements par pince- ment classiques 16, 17. Une électrode d'amorçage auxiliaire est également supportée à l'extrémité supérieure du tube à arc par l'amenée de courant 18 à laquelle est fixé un commu- tateur bimétallique 19. Une partie du commutateur se recour- be lorsque la lampe est montée en température et vient en contact avec l'amenée 14. Le court-circuit établi entre l'é- lectrode auxiliaire et l'électrode principale adjacente sup- prime toute différence de potentiel entre ces électrodes qui pourrait provoquer une dévitrification dans le quartz entre leurs amenées de courant. Un revêtement blanc 20, réflecteur de chaleur, est prévu à l'extrémité inférieure du tube à arc. Conformément à l'invention, le tube à arc 13 est suppor- té transversalement dans la partie en forme de bulbe 3 de l'ampoule, par l'intermédiaire d'une monture comportant des tiges supports divergentes 21 et 22 qui sont respectivement fixées sur les fils d'amenée 7 et 8 du queusot. La tige la plus longue 21 se prolonge jusqu'au niveau de la paroi supé- rieure de la partie en forme de bulbe et son extrémité com- porte une agrafe 24 qui vient encercler un téton d'ancrage 23 formé à l'extrémité de cette partie en forme de bulbe. L'ex- trémité supérieure du tube à arc est fixée à la tige support 21, approximativement au point milieu de cette tige, au moyen d'une articulation qui se compose d'une partie de bande métal- lique repliée 25 soudée par points à la tige et d'un élément en fil rigide 26 se prolongeant transversalement à la tige dans la boucle formée par la bande métallique au niveau du pli. La bande 25 est relativement large et constitue une par- tie d'articulation suffisamment rigide pour maintenir les piè- ces de la monture alignées lorsque l'ensemble est replié com- me il est représenté figure 2, et lorsque le tube à arc est placé transversalement comme il est représenté figure 3. L'ex- trémité pincée supérieure du tube à arc est bloquée entre des brides 27 qui sont montées entre les extrémités recourbées vers-le bas de l'élément 26. Le tube à arc est bloqué en po- sition par rapport aux brides 27 par des bossages 28 côté in- térieur, et par les parties évasées 29 côté extérieur. Si on le souhaite, on peut donner plus de rigidité a la fixation en prévoyant des attaches en fil à angle droit 31 qui sont sou- dées par points à une extrémité sur l'élément 26 et dont l'au- tre extrémité pénètre dans les parties évasées 29. L'extrémité inférieure du tube à arc est, de la même ma- nière, fixée pour qu'elle puisse pivoter à l'extrémité de la tige support courte 22 qui, lorsque la lampe est achevée, est soudée sur l'amenée de courant 8. La fixation se fait par l'intermédiaire de la bande d'articulation 32, de l'élément.33 et des brides 34 qui entourent l'extrémité pincée inférieure du tube à arc, l'ensemble étant analogue à ce qui a été dé- crit pour la fixation supérieure. Le raccordement électrique à l'électrode supérieure du tube à arc se fait par l'intermé- diaire d'un fil fin élastique 35 qui raccorde l'amenée de courant 14 et la tige support supérieure 21. De même, le rac- cordement électrique à l'électrode principale inférieure se fait par l'intermédiaire d'un fil élastique 36 qui raccorde l'amenée de courant 15 et la tige support inférieure 22. L'a- menée 18 de l'électrode auxiliaire d'amorçage est raccordée par un fil élastique 37 à une résistance limiteur de courant- 38 raccordée à la tige-support 22. Pour insérer la monture dans le col et dans le bulbe de l'ampoule en cours de fabrication, l'ensemble est entièrement monté sauf que n'est pas fait le raccordement de la tige sup- port la plus courte 22- sur le fil d'amenée de courant 8 du queusot. Le tube à arc est entraîné en un mouvement de pivo- tement qui l'aligne tel qu'il est représenté figure 2, avec la tige support supérieure 21 vers l'avant et la tige support inférieure 22 vers l'arrière. Les fils élastiques 35, 36 et 37 se recourbent simplement lorsque l'ensemble est replié; pour ne pas compliquer le dessin, ils n'ont pas été représen- tés figure 2. Lorsqu'elle est repliée, la monture passe faci- lement par le col pour être introduite dans le bulbe de 1'-am- poule, jusqu'à ce que le collier 24 vienne s'engager sur le téton d'ancrage 23. La tige support la plus courte 22 est alors repoussée jusqu'à ce que son extrémité vienne se juxta- poser au fil d'amenée 8: le tube à arc se trouve alors placé transversalement, soit en position verticale comme représenté figure 3. On peut utiliser des pinces à longs becs, ou tout autre dispositif approprié de maintien, pour atteindre la par- tie supérieure du queusot dans le col et maintenir l'extrémi- té de la tige support 22 en contact avec le fil d'amenée 8 pour les souder. La soudure peut se faire à l'aide d'électro- des de soudage 39 telles que représentées figure 3, ces élec- trodes étant introduites dans le col, au-delà du queusot, pour venir s'engager simultanément sur la tige et le fil d'a- menée. Après passage du courant de soudage, les électrodes 2484699- sont retirées et la fabrication de la lampe est achevée de manière classique par scellement et fixation du culot. Lorsque la résistance de limitation de courant 38 est soudée par points à la tige support 22, avant introduction de la monture dans le bulbe de l'ampoule, il est nécessaire que le fil 37 soit maintenu de grande longueur pour permettre que l'ensemble soit replié. Avec un fil 37 de bonne longueur, il y a possibilité de contact avec d'autres conducteurs à l'intérieur de l'ampoule, notamment pour les applications o la lampe est soumise à des chocs et vibrations. Dans une va- riante, on utilise un fil 37 plus court, mais la résistance 38 fixée sur ce fil n'est pas fixée sur la tige support 22. Lorsque l'ensemble a été introduit dans l'ampoule et que le tube à arc a été mis en place transversalement, la résistance 38 est soudée par points à la tige 22, ou au fil d'amenée de courant 8, en utilisant à cette fin les électrodes 39. Dans ces conditions, le fil 37 peut être maintenu court et se si- tue sur une ligne sensiblement droite entre la résistance et l'amenée de courant 18 de l'électrode d'amorçage, ce qui éli- mine toute possibilité de contact avec les atures conducteurs. La structure de la monture conforme à l'invention est particulièrement avantageuse lorsqu'il s'agit de lampes à halogénures métalliques. La charge du tube à arc de ces lam- pes comporte généralement de l'iodure de sodium, et l'ion sodium Na+ peut migrer à travers le quartz chaud comme il est connu. La perte de sodium d'un tube à arc a des consé- quences néfastes, et elle est favorisée par les conducteurs métalliques proches des parois du tube qui peuvent émettre des photo-électrons lorsqu'ils reçoivent un rayonnement ultra- violet. Dans la structure conforme à l'invention, il n'y a pas de conducteurs à proximité du tube à arc, de sorte que la perte de sodium n'est pas un problème. Dans la structure recommandée représentée sur les des- sins, un ressort à lame transversal 41 est fixé au milieu de la tige support supérieure 21. Un autre ressort à lame 42 est soudé par points à l'élément inférieur 33. Lorsque la monture est repliée sous la forme représente figure 2, le ressort à lame 42 pivote de manière à ne pas venir en engagement avec la paroi inférieure du bulbe de l'ampoule lors de l'introduc- tion de cette monture dans cette ampoule. Lorsque, après in- troduction, l'ensemble est mis sous la forme représentée fi- gure 3, le ressort à lame 42 pivote, vient en engagement avec la paroi de l'ampoule en exerçant sur cette paroi une pres- sion, de sorte que, par réaction, le ressort à lame 41 se trouve en pression contre la paroi supérieure. Cet agencement permet de centrer le tube ' arc en positiontransversale et donne à Ia structure une certaine élasticité avec une plus grande résistance aux chocs. Il évite également les bruits indésirables à l'intérieur de l'ampoule. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Lampe électrique du type comportant - une ampoule en verre avec une partie en forme de bul- be (3) et une partie de diamètre réduit formant un col (4) qui est fermé par un queusot (5) dans lequel sont scellés deux fils d'amenée de courant (7, 8), - un culot (9) fixé à l'extrémité du col et pourvu d'or- ganes de contact (11, 12), - un tube à arc (13) allongé, monté dans la partie en forme de bulbe, dont la longueur totale est plus grande que le diamètre intérieur de la partie formant un col, ce tube- comportant des électrodes fixées à des amenées de courant (14, 15) scellées aux extrémités opposées du tube, caractérisée en ce qu'elle comporte, de plus, une structure de montage composée de deux tiges supports divergentes (21, 22) qui prolongent les fils d'amenée de courant (7, 8) dans la partie en forme de bulbe (3), des fixations articulées en- tre les extrémités du tube'à arc (13) et les tiges (21, 22), ces fixations permettant de replier l'ensemble formant montu- re de manière à aligner une tige support (21) devant et l'au- tre tige support (22) derrière pour que cet ensemble puisse passer par le col avec la première tige support (21) fixée sur son fil d'amenée de courant (7), la fixation de la deuxiè- me tige support (22) sur son fil d'amenée de courant (8) en- traînant la mise en place du tube à arc (13) en position trans- versale, et des fils souples (35, 36, 37) raccordant les ame- nées de courant (14, 15) du tube à arc-aux tiges supports (21, 22). 2 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première tige support (21) est plus longue que la deu- xième tige support (22), et se prolonge de manière à venir en engagement avec l'extrémité de l'ampoule opposée au culot (9). 3 - Lampe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la tige support la plus longue (21) se termine par une agrafe (24) venant encercler un téton (23) formé à l'inté- rieur de l'extrémité en forme de dome du bulbe (3) de l'am- poule. - ' 4 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'étant du type à halogénures métalliques, elle comporte un tube à arc (13) en quartz dont la charge comporte de l'iodure de sodium. 5 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que des organes élastiques (41, 42) sont fixés à la structure de montage à proximité de chaque extrémité du tube à arc (13), au moins l'un de ces organes (42) étant entraîné en mouvement de pivotement pour venir en engagement avec la paroi du bulbe (3) lorsque le tube à arc est mis en place transversalement. 6 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fixations articulées comportent chacune une bande métallique large, repliée (25, 32) soudée à la tige support correspondante (21, 22) et un élément en fil rigide (26, 33) situé transversalement à la tige et passant dans la boucle faite au niveau du pli- de la bande métallique, des moyens (27, 34) étant prévus pour fixer les extrémités du tube à- arc (13) aux éléments en fil rigide. 7 - Lampe selon la revendication 6, caractérisée en ce que les organes élastiques (41, 42) sont fixés à la structure de montage à proximité de chaque extrémité du tube à arc, au moins l'un de ces organes (42) étant fixé à l'élément en fil rigide (33) de manière à pivoter avec lui et à venir en enga- gement avec la paroi du bulbe (3) de l'ampoule lorsque le tu- be à arc est mis en place transversalement. - 8 - Procédé de fabrication d'une lampe électrique du type comportant une ampoule en verre avec une partie en forme de bulbe (3) et une partie de diamètre réduit formant un col (4) qui est fermé par un queusot (5) dans lequel sont scellés des fils d'amenée de courant (7, 8), un culot (9) fixé à l'ex- trémité du col et comportant des organes de contact (11, 12), et un tube à arc allongé (13) monté transversalement dans le bulbe, ce tube à arc comportant des électrodes fixées à des amenées de courant (14, 15) qui sont scellées dans ses extré- mités opposées, et sa longueur totale étant plus grande que le diamètre intérieur du col (4) de l'ampoule, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste - à fabriquer un ensemble de montage avec une tige sup- port divergente (21), prolongeant l'un des fils d'amenée de courant (7) scellé dans le queusot (5), - à fabriquer une fixation articulée entre une extrémité du tube à arc (13) et la tige support (21), - à fabriquer une fixation articulée entre l'autre extré- mité du tube à arc et une autre tige support divergente (22), - à replier l'ensemble de montage de manière qu'une tige (21) soit devant et l'autre (22) derrière, - à introduire l'ensemble de montage replié dans le col (4) de l'ampoule, - à repousser la deuxième tige support (22> à travers le col (4) pour mettre le tube à arc (13) transversalement en place dans le bulbe (3) de l'ampoule, - à fixer la deuxième tige support (22) sur l'autre ame- née de courant (8) scellée dans le queusot, - et à terminer la fabrication de la lampe. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième tige-support (22) est fixée à l'autre amenée de courant (8) scellée dans le queusot (5), en introduisant des électrodes de soudage (39) dans le col, au-delà-du queu- sot (5), les électrodes venant en engagement simultanément avec la tige support (22) et le fil d'amenée (8), et du cou- rant étant envoyé dans le circuit ainsi formé pour effectuer une soudure.