ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА
GAS-DISCHARGE LAMP

Область техники
Изобретение относится к газоразрядной лампе согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, а также к способу изготовления такой лампы согласно ограничительной части п.14 формулы изобретения.
Уровень техники
Газоразрядная лампа согласно изобретению в принципе может найти применение во множестве ламп различных типов. Однако основной областью применения газоразрядных ламп скорее всего является изготовление многоваттных ксеноновых или ртутных газоразрядных ламп высокого давления.
Лампа такого типа известна, например, из DE 3029824 А1 заявителя. У этих газоразрядных ламп высокого давления с цоколями с двух сторон диаметрально противоположно установленные электроды герметично зафиксированы путем запайки в горловины баллона лампы. Электроды такого рода состоят в основном из электродной головки, которая, например, с помощью паяного соединения крепится на электрододержателе или выполняется с ним за одно целое. Поскольку области запайки электродов, особенно в случае многоваттных газоразрядных ламп высокого давления с массивными электродами, подвержены большим нагрузкам, которые могут вызвать разрушение баллона лампы, оказалось необходимым с помощью опорных элементов, дополнительно установленных на электрододержателях, например, опорных роликов из кварцевого стекла на внутренних стенках горловин баллона, подпереть электроды на концах горловин, обращенных к баллону лампы. Для этого в горловинах баллона в местах перехода в него выполнено отшнуровывание, так чтобы сторона, противоположная газоразрядному промежутку баллона лампы, имела внутреннюю наклонную поверхность, к которой опорный ролик прилегал бы в определенном положении. Опорный ролик установлен на электрододержателе с возможностью перемещения в продольном направлении и предварительно напряжен относительно наклонной поверхности баллона лампы за счет нажимной пружины, установленной между запайкой и опорным роликом, так что электроды благодаря опорным роликам подпираются со стороны горловин баллона.
Недостаток газоразрядных ламп такого рода заключается, с одной стороны, в том, что они из-за вынужденного присутствия нажимных пружин и опорных роликов требуют больших затрат на производство и осложняют его автоматизацию. С другой стороны, недостатком является то, что, например, при транспортировке газоразрядной лампы между опорными роликами и внутренними стенками горловин баллона возникают большие силы, которые могут привести к истиранию и повреждению поверхности стекла и тем самым к уменьшению прочности лампы в этой области вплоть до ее разрушения. Кроме того, недостатком является относительно небольшое поперечное сечение пути накачки вдоль опорных роликов, так что процесс продувки и накачки баллона лампы оказывается затрудненным.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача создания газоразрядной лампы и способа изготовления такой газоразрядной лампы, с помощью которых по сравнению с обычными решениями достигалось бы усовершенствование электрододержателя при минимальных затратах на производство.
Эта задача в отношении газоразрядной лампы решается с помощью комбинации признаков п.1, а в отношении способа изготовления такой газоразрядной лампы с помощью признаков п.14 формулы изобретения. Особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Газоразрядная лампа согласно изобретению имеет баллон с диаметрально противоположно расположенными горловинами, которые имеют по электроду с электрододержателем и с электродной головкой, причем электрододержатели путем запайки герметически зафиксированы в концевых участках горловин баллона. Согласно изобретению горловины баллона имеют, по меньшей мере, два прилегающих к электрододержателям, по крайней мере, местами опорных выступа для подпорки электродов. Это решение, по сравнению с уровнем техники согласно DE 3029824 А1, о дополнительной подпорки электродов с помощью опорных выступов обеспечивает существенное упрощение производства благодаря устранению обеих нажимных пружин и опорных роликов, а также монтажа. Поскольку не применяется никаких опорных роликов, при транспортировке газоразрядной лампы не происходит никаких повреждений внутренних стенок горловин баллона, которые могли бы привести к уменьшению прочности лампы в этой области вплоть до ее разрушения. Кроме того, преимуществом является относительно большое поперечное сечение пути накачки вдоль опорных выступов, так что облегчается процесс продувки и накачки баллона лампы согласно изобретению.
Согласно одному из особенно предпочтительных примеров осуществления опорные выступы образованы за счет участков стенки горловин баллона, отформованных вовнутрь в направлении электрододержателей и прилегающих к последним своими опорными поверхностями. Это означает, что опорные выступы выполнены за одно целое с горловинами баллона и потому технологически просты, а также хорошо поддаются автоматизации при их формировании в горловинах баллона.
Особенно предпочтительным оказалось формирование опорных выступов в горловинах баллона путем локального нагрева горловины баллона до температуры формования, а также путем вдавливания стекла горловин баллона с помощью инструмента, например, оправки. С помощью горячего формования стекла опорная поверхность опорных выступов подгоняется под контуры электрододержателей, так что фиксация электрододержателей с геометрическим замыканием достигается по крайней мере местами.
Опорные выступы предпочтительно выполнены в основном в виде цилиндрических чеканенных углублений. Благодаря приданию опорным выступам цилиндрической формы технологически предпочтительно формировать их в стекле с помощью оправки, избегая при этом пиков напряжения в области опорных выступов.
В одном из предпочтительных примеров выполнения изобретения опорные выступы сформированы в горловинах баллона в месте их перехода в баллон лампы. Благодаря аксиальному размещению и дистанцированию опорных выступов относительно запайки концевых участков электрододержателя достигаются благоприятные соотношения плеч рычага и сил, а также существенная разгрузка механически чувствительной запайки электродов за счет опорных выступов и значительно более продолжительный срок службы лампы.
Опорные выступы предпочтительно сформированы в горловинах баллона таким образом, что электроды в основном располагаются в направлении продольной оси лампы.
В одном из примеров осуществления изобретения горловины баллона имеют два диаметрально противоположно расположенных опорных выступа.
Согласно одному из особенно предпочтительных примеров осуществления в горловинах баллона выполнены по три опорных выступа. При этом опорные выступы предпочтительно смещены относительно друг друга на 120°, так что электрододержатели установлены по центру горловин баллона и имеют надежную опору.
Опорные выступы предпочтительно выполнены таким образом, что электрододержатели установлены в горловинах баллона с возможностью перемещения в направлении продольной оси лампы. Благодаря этому обеспечивается продольное перемещение электродов (с помощью плавающих подшипников) в результате теплового расширения при эксплуатации лампы. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления опорные выступы выполнены таким образом, что электрододержатели установлены в горловинах баллона с радиальным зазором. Этого можно добиться путем установления определенной глубины вдавливания оправок в горловины баллона с помощью цифрового программного управления технологическим оборудованием. Кроме того, для установления определенного зазора могут быть использованы различия в термических коэффициентах расширения стекла и металла, поскольку металл электродов при охлаждении дает большую усадку, чем стекло баллона, так что при соответствующем выборе сорта стекла в опоре устанавливается определенный зазор.
Горловины баллона в примере осуществления согласно изобретению имеют в области опорных выступов отшнуровывание. Благодаря отшнуровыванию может быть сокращена глубина вдавливания опорных выступов в горловины баллона, необходимая для их прилегания к электрододержателям, и тем самым упрощено их формирование.
В соответствии с примером осуществления согласно изобретению отшнуровывание может иметь примерно подковообразное поперечное сечение.
Особенно предпочтительным оказалось выполнение отшнуровывания с помощью формующего ролика с последующим созданием в отшнуровывании опорных выступов.
Способ изготовления газоразрядной лампы согласно изобретению осуществляется в несколько этапов:
а) формирование электродов в горловинах баллона;
б) запаивание электрододержателей в концевые участки горловин баллона;
в) формирование, по меньшей мере, двух опорных выступов в горловинах баллона;
г) продувка, а также заполнение баллона лампы.
При этом количество тепла, необходимое для формирования опорных выступов, предпочтительно сообщается стеклу горловин баллона с помощью газовых горелок для пайки.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно поясняется на предпочтительных примерах осуществления. При этом
Фиг.1 изображает схематически газоразрядную лампу согласно изобретению в соответствии с примером осуществления с тремя опорными выступами;
Фиг.2 - сечение газоразрядной лампы на Фиг.1;
Фиг.3 - схематически газоразрядную лампу согласно изобретению в соответствии с примером выполнения с двумя опорными выступами;
Фиг.4 - сечение газоразрядной лампы на Фиг.3;
Фиг.5 - схематически газоразрядную лампу согласно изобретению в соответствии с примером выполнения с отшнуровыванием;
Фиг.6 - сечение газоразрядной лампы на Фиг.1;
Фиг.7 - сечение газоразрядной лампы на Фиг.1 в процессе изготовления.
Предпочтительная форма выполнения изобретения
Ниже изобретение поясняется на основе ксеноновой газоразрядной лампы высокого давления, применяемой в прожекторах или в медицинской технике, Однако, как об этом уже говорилось выше, газоразрядная лампа согласно изобретению не ограничивается такими типами ламп.
На Фиг.1 схематически изображена ксеноновая газоразрядная лампа 1 высокого давления с двумя цоколями с обеих сторон и с короткой дугой. Она содержит баллон 2 лампы из кварцевого стекла с внутренним пространством 4 и с двумя диаметрально противоположно расположенными горловинами 6, 8 баллона 2, концевые участки 10, 12 которых загерметизированы запайками 14 и снабжены цокольными патронами. Во внутреннее пространство 4 вдаются два диаметрально противоположно установленных электрода 18, 20, между которыми в процессе эксплуатации лампы возникает электрический разряд в газах. Для этого во внутреннем пространстве 4 баллона лампы содержится наполнитель, состоящий в основном из чистого газа ксенона. Электроды 18, 20 выполнены из двух частей: из токоподводящего стержня стержневого электрододержателя 22, 24 и из спаянной с ним со стороны разряда электродной головки 26 (анод) или электродной головки 28 (катод). Согласно Фиг.1 одна электродная головка 28 (катод) для создания высоких температур с целью обеспечения надежного зажигания дуги и достаточного потока электронов за счет термоэлектронной и полевой эмиссии (согласно уравнению Ричардсона) выполнена в виде конической катодной головки. Другая электродная головка 26 (анод) выполнена в виде термически сильно нагруженной бочкообразной анодной головки, излучаемая мощность которой повышена за счет выбора электрода достаточных размеров. Для подпорки электродов 18, 20 в газоразрядном баллоне 2 эти поддерживающие элементы 30 выполнены из кварцевого стекла, которые для приема электрододержателей 22, 24 имеют аксиальное сквозное отверстие и вместе горловинами 6, 8 баллона 2, а также с электрододержателями 22, 24 являются герметически запаянными. Электрододержатели 22, 24 электродов 18, 20 располагаются в сквозных отверстиях таким образом, что они достигают внутреннего пространства и поддерживают там электродные головки 26, 28. Со стороны цоколей эти электрододержатели 22, 24 для установления электрического контакта в системе электродов 26, 28 через не показанные цокольные штифты или литцы подключены к питающему напряжению.
Согласно изобретению для дополнительной подпорки электродов 18, 20 опорные выступы 32 расположены в горловинах 6, 8 баллона 2 таким образом, что они местами прилегают к электрододержателям 22, 24. Благодаря креплению электродов 18, 20 с помощью опорных выступов 32 в результате исключения необходимых в соответствии с уровнем техники нажимных пружин и опорных роликов достигается существенное упрощение производства и монтажа. Поскольку не применяется никаких опорных роликов, при транспортировке газоразрядной лампы не происходит никаких повреждений внутренних стенок горловин 6, 8 баллона 2, которые могли бы привести к снижению прочности лампы 1 в этой области вплоть до ее разрушения. Кроме того, преимуществом является относительно большое поперечное сечение пути накачки вдоль опорных выступов, так что облегчается процесс продувки и накачки баллона 2 лампы 1 согласно изобретению. Опорные выступы 32 сформированы в области перехода горловин 6, 8 баллона 2 в баллон 2 лампы, так что благодаря наличию аксиального зазора относительно запайки 14 концевых участков 10, 12 электрододержателей 22, 24 достигаются благоприятные соотношения плеч рычага и сил, а тем самым существенная разгрузка механически чувствительной запайки 14 электродов 18, 20 за счет опорных выступов 32 и значительно более продолжительный срок службы лампы 1.
Согласно Фиг.2, на которой в увеличенном виде изображено сечение А-А на Фиг.1, в горловинах 6, 8 баллона 2 сформированы три опорных выступа 32, расположенных в одной общей касательной плоскости и смещенных относительно друг друга на 120°, которые образованы за счет участков 36 стенки горловин 6, 8 баллона 2, отформованных вовнутрь в направлении электрододержателей 22, 24 и прилегающих к последним опорными поверхностями 34. При этом опорные выступы 32 сформированы в горловинах 6, 8 баллона 2 таким образом, что электроды 18, 20 в основном расположены в направлении продольной оси 38 лампы 1 (см. Фиг.1). Опорные выступы 32 были сформированы путем локального нагрева горловин 6, 8 баллона 2 до температуры формования и путем вдавливания в них стекла с помощью оправки до получения в основном цилиндрических чеканенных углублений. Путем горячего формования стекла опорная поверхность 34 опорных выступов 32 подгоняется под контуры электрододержателей 22, 24, так что местами достигается фиксация электродов 18, 20 с геометрическим замыканием. Опорные выступы 32 выполнены таким образом, что электрододержатели 22, 24 установлены в горловинах 6, 8 баллона 2 с возможностью аксиального перемещения в направлении продольной оси 38 лампы 1. Таким образом, благодаря тепловому расширению при эксплуатации лампы 1 достигается возможность продольного перемещения электродов 18, 20 (с помощью плавающих подшипников). При этом зазор устанавливается благодаря определенной глубине вдавливания оправок в горловины 6, 8 баллона 2 с помощью цифрового программного управления технологическим оборудованием или благодаря различию коэффициентов теплового расширения стекла и металла электродов 18, 20, поскольку металл электродов 18, 20 при охлаждении дает большую усадку, чем стекло лампы 1, так что при соответствующем выборе сорта стекла в опоре устанавливается определенный зазор.
На Фиг.3 изображен еще один пример выполнения ксеноновой газоразрядной лампы 40 высокого давления, отличающийся от примеров выполнения, представленных на Фиг.1 и 2, созданием в горловинах 6, 8 баллона 2 только двух диаметрально противоположно расположенных опорных выступов 32. Согласно Фиг.4, на которой в увеличенном виде показано сечение В-В на Фиг.3, диаметрально противоположно расположенные опорные выступы 32 выполнены наподобие почек и прилегают вогнутыми опорными поверхностями 34 к электрододержателям 22, 24, так что последние подпираются выступами 32 в горловинах 6, 8 баллона 2 по центру путем геометрического замыкания.
На Фиг.5 изображен пример выполнения ксеноновой газоразрядной лампы 42 высокого давления, отличающейся от газоразрядной лампы 1, представленной на Фиг.1 и 2, только отшнуровыванием 44 горловин 6, 8 баллона 2 в области опорных выступов 32. Согласно Фиг.6, на которой в увеличенном виде показан вырыв С на Фиг.5, отшнуровывания 44 между баллоном 2 лампы 1 и горловинами 6, 8 баллона 2 сформированы в последних и имеют примерно подковообразное сечение. Особенно предпочтительной оказалось формирование отшнуровывания 44 с помощью формующего ролика с последующим созданием в этом отшнуровывании 44 опорных выступов 32. Благодаря отшнуровыванию 44 необходимая для прилегания к электрододержателям 22, 24 глубина вдавливания опорных выступов 32 в горловины 6, 8 баллона 2 сокращается, а их формирование в результате упрощается.
На Фиг.7 изображено сечение ксеноновой газоразрядной лампы 1 высокого давления на Фиг.2 в процессе изготовления. Последняя в процессе изготовления укладывается горловинами 6, 8 баллона 2 в две удерживающие призмы устройства 50 и фиксируется в этом положении. Для подгонки к различным размерам газоразрядных ламп удерживающие призмы 46, 48 выполнены с возможностью регулирования расстояния между ними.
Ниже изготовление газоразрядной лампы 1 высокого давления поясняется на примере основных технологических операций. В ходе первой технологической операции электроды 18, 20, установленные в поддерживающих элементах 30 из кварцевого стекла, с помощью цанг 52, 54 вводятся в горловины 6, 8 газоразрядной лампы 1 высокого давления, зафиксированной в устройстве, и регулируются там с помощью xy-оптики (не показана). Затем электрододержатели 22, 24 запаиваются на концевых участках 10, 12 горловин 6, 8 баллона 2 и формируются опорные выступы 32. Количество тепла, необходимое для запаивания электрододержателей 22, 24, сообщается стеклу горловин 6, 8 баллона 2 с помощью газовых горелок 56 для пайки, вращающихся вокруг продольной оси 38 лампы 1. Количество тепла, необходимое для формирования опорных выступов 32, сообщается стеклу горловин 6, 8 баллона 2 с помощью газовых горелок 58 для пайки, перемещающихся в направлении продольной оси 38 лампы 1, причем опорные выступы 32 после локального нагрева соответствующей горловины 6, 8 баллона 2 до температуры формования формируются путем вдавливания стекла в горловинах 6, 8 баллона 2 с помощью (не показанной) оправки горелок 58 для пайки. В ходе заключительной технологической операции баллон 2 лампы 1 продувается через газовый соединитель 62 для продувки, подключенный к штенгелю 60 для накачки, заполняется высокочистым газом ксеноном, и штенгель 60 для накачки запаивается. В альтернативном варианте газоразрядной лампы 42 высокого давления в соответствии с Фиг.5 и 6 перед формированием опорных выступов 32 в области баллона 2 лампы 42 в горловинах 6, 8 баллона 2 формируется отшнуровывание 44, так что глубина вдавливания опорных выступов 32 в горловины 6, 8 баллона 2, необходимая для их прилегания к электрододержателям 22, 24, сокращается, а их формирование в результате существенно упрощается.
В газоразрядной лампе 1, 40, 42 согласно изобретению нет ограничений в отношении описанного количества и расположения опорных выступов 32, более того, по окружности горловин 6, 8 баллона 2 может быть установлено для использования более двух или трех, например четыре, опорных выступа 32. Кроме того, технология с использованием опорных выступов 32 может быть применена ко всем типам газоразрядных ламп и цоколей, известных из уровня техники. Существенным в изобретении является то, что горловины 6, 8 баллона 2 для подпорки электродов 18, 20 снабжены опорными выступами 32, по меньшей мере местами прилегающими к электрододержателям 22, 24.
Раскрывается сущность газоразрядной лампы 1, 40, 42, в частности ксеноновой или ртутной газоразрядной лампы высокого давления с баллоном 2 лампы 1, 40, 42, имеющим две диаметрально противоположно расположенные горловины 6, 8 баллона 2, каждая из которых содержит электрод 18, 20 с электрододержателем 22, 24 и с электродной головкой 26, 28 соответственно, причем электрододержатели 22, 24 с помощью запайки 14 герметично зафиксированы в концевых участках 10, 12 горловин 6, 8 баллона 2. Согласно изобретению горловины 6, 8 баллона 2 имеют по меньшей мере два опорных выступа 32 для подпорки электродов 18, 20, по крайней мере местами прилегающих к электрододержателям 22, 24.