DE102007039194A1

DE102007039194A1 - Einheit zum Bilden einer keramischen Entladungsröhre und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE102007039194A1
Application number: DE102007039194A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey T. North Reading Neil
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2008-04-30
Also published as: CN101136305A; US20080053611A1; US7641755B2; JP2008060079A

Abstract

Ein Aufbau zum Bilden einer hohlen, keramischen Bogenentladungsröhre für Hochdruckentladungslampen (HID-Lampen) ist beschrieben, wobei ein Mittel zum Selbstfluchten von zwei geformten Abschnitten bereitgestellt wird. Insbesondere wird die Dichtfläche eines Abschnitts der Bogenentladungsröhre mit einer konvexen Fläche bereitgestellt, und die Dichtfläche des anderen Abschnitts wird mit einer konkaven Fläche bereitgestellt. Der Radius der konvexen Dichtfläche ist kleiner als der Radius der konkaven Dichtfläche, so dass sich die Abschnitte während des Fügens selbst fluchten, vorzugsweise, ohne Gas in der Abdichtung einzuschließen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft Verfahren zum Verbinden keramischer Bauteile in ihrem grünen Zustand. Insbesondere betrifft diese Anmeldung ein Verfahren zum Verbinden keramischer Bogenentladungsröhrenteile, um einen einteiligen Körper für Hochdruckentladungslampen (HID-Lampen) zu bilden, sowie die so gebildete Bogenentladungsröhre.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen bestehen im Handel erhältliche keramische Bogenentladungsröhren, die in Hochdruckentladungslampen (HID-Lampen) verwendet werden, aus polykristalliner Aluminiumoxid-Keramik, die einen oder mehrere Zusatzstoffe enthalten kann, um das Kornwachstum zu steuern. In einem ersten Schritt wird Aluminiumoxidpulver mit einem Bindemittel vermischt, wie zum Beispiel mit einem Wachs oder Thermoplast und dann durch isostatisches Pressen, Extrusion oder Spritzguss in die gewünschte Form geformt. Die Bindemittel helfen dem geformten Aluminiumoxidteil, seine Form zu behalten, während der Teil in seinem „grünen Zustand" ist, das heißt bevor das Bindemittel entfernt wird und vor dem Sintern. Das Bindemittel wird später beim Brennen der Teile entfernt.
Da die Bogenentladungsröhren aus zwei oder mehreren Teilen hergestellt werden, müssen an den Schnittstellen zwischen den Teilen hermetische Dichtungen gebildet werden, die in der Lage sind, hohen Belastungen, Temperaturen und korrosiven Chemikalien, die in einer in Betrieb befindlichen Bogenentladungsröhre gegenwärtig sind, zu widerstehen. Das herkömmliche Verfahren zum Zusammenbauen keramischer Bogenentladungsröhrenteile bedingt mehrere Zusammenbau- und Vorsinterschritte, bei welchen die Teile gefluchtet und miteinander durch Presspassung versiegelt werden. Die Presspassungen ergeben sich aus dem Differenzschrumpfen der Teile während des Brennens. Bei jedem der Zusammenbau- und Vorsinterschritte besteht eine Gelegenheit zur Fluchtungsabweichung oder anderen Fehlern. Das Minimieren der Anzahl von Brennzyklen kann die Effizienz des Prozesses der Bogenentladungsröhrenherstellung verbessern. Ferner erfordert die Praxis des Gebrauchs von Presspassungen zum Bilden hermetischer Abdichtungen einen hohen Grad an Kontrolle über maßliche Toleranzen und das Schrumpfen der Keramikteile während des Brennens.
Mehrere Verfahren sind zum Lösen der oben genannten Nachteile verfügbar. Ein Verfahren, das bevorzugt wird, weist das Zusammenfügen zweier Körperhälften im grünen Zustand auf. Das Verfahren weist das Anlegen von Hitze an den zu fügenden Flächen auf, um ein lokales Schmelzen des Bindemittels zu verursachen. Die Flächen werden dann zusammengebracht und durch Anlegen von Druck zusammengefügt. Ein weiteres Verfahren ist in dem U.S.-Patent Nr. 6 620 272 offenbart, das hierin durch Bezugnahme eingegliedert wird, und das ein Verfahren zum Herstellen eines Keramikkörpers aufweist, bei dem die Keramikteile in ihrem grünen Zustand zusammengefügt werden. Das Verfahren weist das Anlegen von Hitze an den zu fügenden Flächen auf, um ein lokales Schmelzen des Bindemittels zu verursachen. Die Flächen werden dann zusammengebracht und durch abwechselndes Anlegen von Druck und Ausdehnen verbunden. Diese Verfahren sind insbesondere zum Bilden einzelner keramischer Bogenentladungsröhrenkörper für Hochdruckentladungs-Beleuchtungsanwendungen (HID) geeignet, es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Prozesse zwar für herkömmliche keramische Bogenentladungsröhren extrem effizient sind, dass sie aber ein Potential zur axialen Fluchtungsabweichung während des Fügeprozesses haben, was für bestimmte Typen von Metall-Halogen-Kurzbogenlampen aus Keramik und insbesondere die, die akustisch stabilisierte Bögen verwenden, schädlich ist.
Die Fluchtungsabweichung von zwei Hälften der Entladungsröhre während des Fügeprozesses kann durch sorgfältiges Anpassen der Fügeausstattung verringert werden, um sicherzustellen, dass die zwei Träger der Keramikteile möglichst koaxial sind. Wie oben beschrieben, kann jedoch sogar ein sorgfältiges Fluchten bei bestimmten Typen von Bogenentladungsröhren nicht ausreichen, insbesondere bei denen, die kleinere Durchmesser erfordern. In diesem Fall kann es sich als erforderlich erweisen, auf Sichtprüfung zurückzugreifen, um Teile mit Fluchtungsabweichung zu entfernen. Für solche Hocheffizienz-Lampenkonzeptionen wäre es daher von Vorteil, über ein Verfahren verfügen zu können, das die axiale Fluchtungsabweichung der Keramikteile, die den Entladungshohlraum bilden, minimieren oder ganz eliminieren würde.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des früheren Stands der Technik zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Herstellen einer Bogenentladungsröhre zu verbessern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen zweiteiligen Aufbau bereitzustellen, um eine Bogenentladungsröhre zu bilden, die für den Gebrauch mit einem akustisch stabilisierten Bogen geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel zum Selbstfluchten zweier Abschnitte während des Fügeprozesses bereit. Insbesondere wird die Dichtfläche eines Abschnitts der Bogenentladungsröhre mit einer konvexen Fläche und die Dichtfläche des anderen Abschnitts mit einer konkaven Fläche bereitgestellt. Der Radius der konvexen Dichtfläche ist kleiner als der Radius der konkaven Dichtfläche, so dass die Abschnitte gefügt werden können, ohne in der Abdichtung Gas einzuschließen. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius der kon kaven Fläche gleich der Stärke der Wand der Entladungsröhre in dem Bereich neben den Fügekanten, und der Krümmungsradius für die konvexe Dichtfläche beträgt 75 % der Wandstärke.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittveranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Fügekanten.
3 ist eine Querschnittveranschaulichung einer zusammengefügten Bogenentladungsröhre.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung gemeinsam mit anderen Aufgaben, Vorteilen und Fähigkeiten, wird auf die folgende Offenbarung und die anliegenden Ansprüche Bezug genommen, die gemeinsam mit den oben beschriebenen Zeichnungen genommen werden.
Unter genauerer Bezugnahme auf die Zeichnungen, ist in 1 ein Aufbau zum Bilden einer hohlen keramischen Bogenentladungsröhre gezeigt. Der Aufbau hat einen zweiteiligen hohlen Keramikkörper 10, der aus einem ersten Abschnitt 12 und einem zweiten Abschnitt 14 besteht. Der erste Abschnitt 12 und der zweite Abschnitt 14 haben eine Wandstärke T in einem Bereich neben den Fügekanten 15 und 17. Vorzugsweise sind die zwei Abschnitte axial symmetrisch.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine vergrößerte Veranschaulichung des Querschnitts nahe den Fügekanten 15 und 17 gezeigt. Die Fügekante 17 hat eine konvexe Dichtfläche 22 mit einem Krümmungsradius R1, und die Fügekante 15 hat eine konkave Dichtfläche 20 mit einem Krümmungsradius R2, wobei R2 größer ist als R1. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt R1 drei Viertel der Wandstärke, 0,75 T, und R2 entspricht der Wandstärke T. Wenn die zwei Dichtflächen 20, 22 während des Fügens zusammengebracht werden, sollten sich die Fügekanten 15, 17 selbst ausrichten und einen verbesserten Grad an axialer Fluchtung begünstigen. Die verbesserte Fluchtung sollte die zusätzlichen Kosten wettmachen, die durch den Bedarf an zwei verschiedenen Formen für jeden Abschnitt entstehen, insbesondere bei der Herstellung von Lampen, die einen akustisch stabilisierten Bogen verwenden. Da der Krümmungsradius R2 ferner für die konkave Dichtfläche 20 größer ist, sollte das Einschließen von Gas in der Abdichtung während des Fügens minimal sein, weil das Gas beim Inberührungbringen der zwei Abschnitte aus der Dichtung gefegt werden sollte.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform zum Bilden der Bogenentladungsröhre werden die Abschnitte 12, 14 zusammengefügt, indem gleichzeitig die Dichtflächen 20, 22 erhitzt werden, um ein lokales Schmelzen des Bindematerials zu verursachen; die Dichtflächen werden anfänglich mit der zweiten Dichtfläche berührt, um einen Schnittstellenbereich zu bilden, und Druck wird an den Schnittstellenbereich angelegt, um den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt zusammenzufügen.
Vorzugsweise werden die Flächen durch Konvektion mit einem erhitzten Gas (zum Beispiel Gebläseheißluft) erhitzt. Andere Verfahren zum Erhitzen können das Strahlungserhitzen durch einen Infrarotlaser, eine Glühlampe oder ein glühendes Widerstandselement aufweisen. Um die Gleichförmigkeit des Erhitzens zu verbessern, können die Abschnitte während des Erhitzens um ihre Achse gedreht werden. Sobald das Bindemittel an der Fläche geschmolzen ist, werden die Abschnitte schnell durch Berühren der Dichtflächen und Anlegen von Druck an dem Schnittstellenbereich zusammengepasst. Alternativ können die Dichtflächen ohne Erhitzen durch chemisches Behandeln der Dichtflächen zum Erweichen des Bindemittels und Verursachen des Zusammenklebens der Abschnitte zusammengefügt werden.
3 zeigt eine Querschnittveranschaulichung der Bogenentladungsröhre nach dem Wärmefügen der Abschnitte. Ein einzelner Bogenentladungsröhrenkörper 10 wird hergestellt, der den Bogenentladungshohlraum 30 definiert. Wenn der Bogenentladungsröhrenkörper 10 gesintert wird, ist die dabei entstehende hermetische Abdichtung zwischen den zwei Abschnitten in der Lage, der schwierigen Umgebung der Bogenentladungsröhre beim Betrieb zu widerstehen.
Obwohl das, was derzeit als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betrachtet wird, gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran erfolgen können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung, wie er von den anliegenden Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.

Claims

Aufbau zum Bilden einer hohlen, keramischen Bogenentladungsröhre mit Folgendem: einem ersten Abschnitt mit einer ersten Fügekante und einem zweiten Abschnitt mit einer zweiten Fügekante, wobei die erste Fügekante eine konvexe Dichtfläche mit einem Krümmungsradius R1 hat, die zweite Fügekante eine konkave Dichtfläche mit einem Krümmungsradius R2 hat, wobei R2 größer ist als R1, wobei der erste und der zweite Abschnitt beim Zusammenfügen die hohle, keramische Bogenentladungsröhre bilden.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Abschnitt eine Wandstärke T in einem Bereich neben der ersten und der zweiten Fügekante haben und R1 gleich 0,75 T und R2 gleich T ist.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Abschnitt axial symmetrisch sind.
Verfahren zum Herstellen eines zweiteiligen hohlen Keramikkörpers, das die folgenden Schritte aufweist: Bilden eines ersten Abschnitts mit einer ersten Fügekante und eines zweiten Abschnitts mit einer zweiten Fügekante, wobei der erste und der zweite Abschnitt Keramikmaterial und ein Bindemittel aufweisen, wobei die erste Fügekante eine konvexe Dichtfläche mit einem Krümmungsradius R1, die zweite Fügekante eine konkave Dichtfläche mit einem Krümmungsradius R2 hat, wobei R2 größer ist als R1; gleichzeitiges Erhitzen der Dichtflächen, um das lokale Schmelzen des Bindemittels zu verursachen; anfängliches Berühren der Dichtflächen, um einen Schnittstellenbereich zu bilden, und Anlegen von Druck an den Schnittstellenbereich, um den ersten Abschnitt an den zweiten Abschnitt zu fügen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste und der zweite Abschnitt eine Wandstärke T in einem Bereich benachbart zu der ersten und der zweiten Fügekante haben, und R1 gleich 0,75 T und R2 gleich T ist.
Aufbau nach Anspruch 4, wobei der erste und der zweite Fügeabschnitt axial symmetrisch sind.