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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bogenentladungsröhre und
ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe,
und betrifft insbesondere eine Bogenentladungsröhre und ein Verfahren zum Herstellen
einer Bogenentladungsröhre,
die als Lichtquelle beispielsweise für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
verwendet werden kann.
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Im
allgemeinen wird eine Bogenentladungsröhre dazu verwendet, Licht mit
hoher Leuchtdichte bereitzustellen. Daher wird seit einiger Zeit
eine Bogenentladungsröhre
auch als Lichtquelle für
einen Kraftfahrzeugscheinwerfer verwendet.
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Wie
in 17 gezeigt ist, weist eine Bogenentladungsröhre, die
in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer und dergleichen verwendet wird,
normalerweise einen Bogenentladungsröhrenkörper 104 auf, der
aus Quarzglas besteht, und in welchem Quetschdichtungsabschnitte 104b an
Enden eines Leuchtröhrenabschnitts 104a vorgesehen
sind, der einen Entladungsraum 102 bildet. Die Bogenentladungsröhre weist
zwei Elektrodenanordnungen 106 auf, in denen eine Wolframelektrode 108 und
ein Leitungsdraht 110 über
eine Molybdänfolie 112 miteinander
verbunden und befestigt sind.
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Jede
der Elektrodenanordnungen 106 ist durch Quetschdichtung
mit dem Bogenentladungsröhrenkörper 104 in
dem entsprechenden Quetschdichtungsabschnitt 104b verbunden,
wobei ein Ende an der Spitze der Wolframelektrode 108 in
den Entladungsraum 102 vorspringt. Infolge dieser Quetschabdichtung
wird die Molybdänfolie 112 mit
dem Bogenentladungsröhrenkörper 104 in
einem Zustand verbunden, in welchem die Folie in den Bogenentladungsröhrenkörper 104 eingebettet
ist.
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Die
Verbindung und Befestigung zwischen der Wolframelektrode 108 und
der Molybdänfolie 112 werden
dadurch erreicht, dass diese Teile in einem sich teilweise überlappenden
Zustand miteinander verschweißt werden.
Am Umfang des Überlappungsabschnitts
ist es allerdings nicht einfach, eine ausreichende Verbindungskraft
der Molybdänfolie 112 und
des Bogenentladungsröhrenkörpers 104 zur
Verfügung
zu stellen. Daher tritt es bei einer herkömmlichen Bogenentladungsröhre häufig auf,
dass sich die Molybdänfolie 112 abschält, wenn
die Bogenentladungsröhre
in Gebrauch ist.
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Bei
einem derartigen Abschälen
tritt eine Spaltbildung bei dem Bogenentladungsröhrenkörper 104 auf, die
typischerweise an einem Rand einer Verbindungsoberfläche zwischen
der Molybdänfolie 112 und
dem Bogenentladungsröhrenkörper 104 beginnt.
Wenn der Spalt wächst,
verursacht er ein Leck zwischen dem Entladungsraum 102 und
dem Außenraum.
Daher wird die Lebensdauer einer herkömmlichen Bogenentladungsröhre relativ
gering.
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DE 197 24 544 A1 offenbart
eine Quarzglaslampe mit einer Molybdänfolieneinschmelzung, wobei
die Enden der Molybdänfolie
in den Überlappungsbereichen
mit dem Elektrodenstab bzw. Stromzuführungsdraht jeweils keilförmig ausgebildet
sind, um der Bildung von Rissen und Sprüngen vorzubeugen.
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US 5 962 976 zeigt eine
Bogenentladungslampe aus Quarzglas mit einer Molybdänfolieneinschmelzung,
bei der die Folie eine Kristallgröße von maximal 50 μm aufweist,
um die Lebensdauer der Lampe zu erhöhen.
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JP 8-255594 A offenbart
eine Metallhalid-Entladungslampe aus Quarzglas, bei der Molybdänfolien
jeweils an einer Stelle im Dichtungsabschnitt eingebettet sind,
an der das Metall halid innnerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nicht
verdampft, um auf diese Weise ebenfalls der Bildung von Rissen und
Sprüngen
vorzubeugen.
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Die
Erfindung wurde angesichts der voranstehend geschilderten Umstände entwickelt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Bogenentladungsröhre und
eines Verfahrens zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre, bei
denen ein Leck infolge eines Abschälens einer Molybdänfolie wirksam
unterdrückt
wird, um so die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre zu verlängern.
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Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß mit einer
Bogenentladungsröhre
nach Anspruch 1 und mit dem Herstellungsverfahren nach Anspruch
6 erreicht. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass bei Berücksichtigung
der Dimensionsbeziehungen von Bauteilen am Umfang des Überlappungsabschnitts
einer Wolframelektrode und einer Molybdänfolie das Auftreten eines
Abschälens
der Molybdänfolie
wirksam unterdrückt
werden kann, ohne andere Eigenschaften negativ zu beeinflussen.
Angesichts dieser Feststellung wird der Vorteil der vorliegenden
Erfindung dadurch erzielt, dass diese Dimensionsbeziehungen festgelegt
werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Bogenentladungsröhre ist
die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie, welche eine Elektrodenanordnung
der Bogenentladungsröhre
bildet, und dem Entladungsraum auf B ≤ L2 ≤ 0,8 A in Bezug auf die Breite
A und die Dicke W des Quetschdichtungsabschnitts eingestellt. Daher
kann die Bogenentladungsröhre
folgende Funktionen und Auswirkungen erzielen.
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Mit
sinkender Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie und dem Entladungsraum
nähert
sich der Entladungsleuchtabschnitt (das Teil am Ende der Spitze
der Wolframelektrode) weiter an die Molybdänfolie an, und daher wird die
Temperaturänderung
des Überlappungsabschnitts
der Wolframelektrode und der Molybdänfolie infolge des Einschaltens
und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre größer. Dies erhöht das Ausdehnen
und das Zusammenziehen der Wolframelektrode in dem Überlappungsabschnitt
in Bezug auf den Bogenentladungsröhrenkörper. Daher steigen die in
der Molybdänfolie
hervorgerufenen mechanischen Spannungen an, so dass leicht ein Abschälen der
Molybdänfolie
auftritt.
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Wenn
im Gegensatz dazu die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie und
dem Entladungsraum groß wird,
entsteht folgendes Problem. In einem Bereich in der Nähe der Verbindungsoberfläche mit
der Wolframelektrode in dem Bogenentladungsröhrenkörper ist normalerweise ein
Spalt vorhanden, der sich in Radialrichtung von der Verbindungsoberfläche mit
der Wolframelektrode aus erstreckt und sich in Umfangsrichtung ausbreitet,
so dass er die Wolframelektrode umgibt, wobei dieser Spalt durch
einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen der Wolframelektrode und dem Bogenentladungsröhrenkörper (Quarzglas)
hervorgerufen wird. Der erste Effekt wird als Elektrodenspaltbildung
bezeichnet. Wenn sich die Elektrodenspaltbildung ausbreitet, so
dass sie die Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers erreicht,
tritt ein Leck zwischen dem Entladungsraum und dem Außenraum
auf. Der letztgenannte Effekt wird als Wulstspaltbildung bezeichnet.
Bei der Ausbildung einer Wulstspaltbildung wird das Wachstum der
Elektrodenspaltbildung gesperrt. Eine Wulstspaltbildung tritt in
dem Zustand auf, in welchem die Temperaturverteilung in Axialrichtung
des Bereichs des Quetschdichtungsabschnitts, in welchen die Wolframelektrode
eingebettet ist, annähernd
gleichmäßig ist.
Wenn die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie und dem Entladungsraum groß ist, ist
jedoch die Temperaturverteilung in Axialrichtung des Bereiches des
Quetschdichtungsabschnittes, in welchen die Wolframelektrode eingebettet
ist, relativ ungleichmäßig, so
dass sich eine Wulstspaltbildung kaum ausbildet. Daher wächst die
Elektrodenspaltbildung leicht so an, dass die Außenumfangsoberfläche des Bogenentladungsröhrenkörpers erreicht
wird.
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Wenn
infolge der Versuchsergebnisse, die von den vorliegenden Erfindern
ermittelt wurde, die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie und
dem Entladungsraum so gewählt
wird, dass die Beziehung B ≤ L2 ≤ 0,8 A in
Bezug auf die Breite A und die Dicke B des Quetschdichtungsabschnitts
vorhanden ist, wie dies anhand der Zielrichtung der Erfindung erläutert wurde,
kann das Auftreten einer Abschälung
der Molybdänfolie wirksam
unterdrückt
werden, während
gleichzeitig wirksam das Wachstum der Elektrodenspaltbildung unterdrückt wird.
Daher kann das Auftreten eines Lecks infolge einer Abschälung der
Molybdänfolie
wirksam unterdrückt
werden, so dass die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre verlängert werden
kann.
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Die
voranstehend erwähnten ”Wolframelektrode” ist eine
Elektrode, bei welcher Wolfram ein Hauptbestandteil ist.
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Die
voranstehend erwähnte ”Molybdänfolie” ist eine
Folie, bei welcher Molybdän
ein Hauptbestandteil ist.
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Weiterhin
kann der Bereich der Überlappungslänge L1 sowie
der Bereich der Entfernung L2 bei beiden Quetschdichtungsabschnitten
der Seiten des Leuchtröhrenabschnitts
vorgesehen sein oder nur bei einem der Quetschdichtungsabschnitte.
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Bei
der erfindungsgemäßen Bogenentladungsröhre kann
zusätzlich
die Überlappungslänge L1 der Wolframelektrode
und der Molybdänfolie,
welche eine Elektrodenanordnung der Bogenentladungsröhre bilden,
auf 2D ≤ L1 ≤ 0,8 W in
Bezug auf den Durchmesser D der Wolframelektrode und der Breite
W der Molybdänfolie
eingestellt werden. Daher kann die Bogenentladungsröhre die
folgenden Funktionen und Auswirkungen erzielen.
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Bei
jeder der Elektrodenanordnungen, die durch Quetschdichtung in einen
Bogenentladungsröhrenkörper eingebaut
sind, sind kleine Spalte zwischen der Elektrodenanordnung und dem
Bogenentladungsröhrenkörper am
Umfang des Abschnitts vorhanden, an welchem die Wolframelektrode
und die Molybdänfolie
miteinander verschweißt
sind. Die Molybdänfolie
schält
sich so ab, dass dies bei derartigen Spalten beginnt. Wird die Überlappungslänge L1 größer, so
wird der Anteil der Spalte größer, und
daher schält
sich die Molybdänfolie leichter
ab. Infolge von Temperaturänderungen
infolge des Einschaltens und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre dehnt
sich die Wolframelektrode in Bezug auf den Bogenentladungsröhrenkörper aus
bzw. zieht sich zusammen. Mit wachsender Überlappungslänge L1 erzeugt
das Ausdehnen und das Zusammenziehen der Wolframelektrode eine größere mechanische
Spannung. Auch unter Berücksichtigung
dieser Umstände tritt
leicht ein Abschälen
der Molybdänfolie
auf. Daher ist eine Verringerung der Überlappungslänge L1 auf
einen Wert, der so klein wie möglich
ist, dazu wirksam, das Auftreten eines Lecks infolge eines Abschälens der Molybdänfolie zu
unterdrücken.
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Wenn
im Gegensatz hierzu die Überlappungslänge L1 extrem
verringert wird, wird es praktisch unmöglich, beispielsweise durch
Schweißen
die Wolframelektrode mit der Molybdänfolie zu verbinden. Weiterhin tritt
bei diesem Schweißvorgang
die Möglichkeit
auf, dass die Molybdänfolie
in dem Abschnitt bricht, der von der Wolframelektrode überlagert
wird. Selbst wenn die Molybdänfolie
nicht bei dem Schweißvorgang
bricht, wird dann, wenn die Überlappungslänge L1 extrem
verringert wird, die Festigkeit des Umfangs des verschweißten Abschnitts
der Molybdänfolie
stark verringert. Daher ist die Möglichkeit vorhanden, dass die
Molybdänfolie
durch den Quetschdichtungsdruck beim darauffolgenden Quetschabdichtungsschritt
bricht, oder dann, wenn die Bogenentladungsröhre eingeschaltet wird, sich
der Fluß des
Stroms auf den verschweißten Abschnitt
konzentriert, so dass der geschweißte Abschnitt abgeschmolzen
wird.
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Auf
der Grundlage von Versuchen die von den vorliegenden Erfindern durchgeführt wurden,
wird die Überlappungslänge L1 der
Wolframelektrode und der Molybdänfolie
auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 2D ≤ L1 ≤ 0,8 W in Bezug auf den Durchmesser
D der Wolframelektrode und der Breite W der Molybdänfolie eingestellt,
so dass das Auftreten einer Abschälung der Molybdänfolie wirksam
unterdrückt
werden kann, während
gleichzeitig wirksam das Auftreten eines Bruchs der Molybdänfolie unterdrückt werden
kann. Daher kann das Auftreten eines Lecks infolge einer Abschälung der
Molybdänfolie
wirksam unterdrückt
werden, so dass die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre noch
weiter verlängert
werden kann.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
seitliche Schnittansicht einer Entladungslampe, bei welcher eine
Bogenentladungsröhre gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen ist;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts II von 1;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2;
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4 eine
Ansicht in Richtung des Pfeils IV von 2;
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie V-V von 4;
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6 eine
Schnittansicht entlang der Linie VI-VI von 4;
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7 eine
Perspektivansicht eines Quetschabdichtungsschrittes zur Ausbildung
eines vorderen Quetschdichtungsabschnitts bei der Bogenentladungsröhre;
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8 eine
Aufsicht zur Erläuterung
des Quetschabdichtungsschrittes;
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9 eine
Aufsicht zur Erläuterung
eines Schrumpfabdichtungsschrittes, der dem Quetschabdichtungsschritt
vorausgeht;
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10 eine
Detailansicht von Hauptabschnitten von 2;
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11 eine
Detailansicht von Hauptabschnitten von 3;
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12 eine
perspektivische Schnittansicht eines verschweißten Abschnitts zwischen einer
Wolframelektrode und einer Molybdänfolie einer Elektrodenanordnung,
die durch Quetschdichtung mit einem Bogenentladungsröhrenkörper der
Bogenentladungsröhre
verbunden wird;
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13 eine Ansicht in Richtung des Pfeils
XIII von 12;
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14 eine
Perspektivansicht von Hauptabschnitten mit einer Darstellung des
Zustands von Spalten, die in dem Bogenentladungsröhrenkörper hervorgerufen
werden, beginnend an einem Ende der Molybdänfolie;
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15 eine ähnliche
Ansicht wie 13, wobei der Zustand
des Bruchs der Molybdänfolie
dargestellt ist;
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16 eine
detaillierte Schnittansicht eines Zustands in der Nähe eines
Abschnitts, an welchem die Molybdänfolie mit dem Bogenentladungsröhrenkörper verbunden
ist; und
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17 eine
Ansicht eines herkömmlichen
Beispiels für
eine Bogenentladungsröhre.
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1 ist
eine Seitenschnittansicht, die eine Entladungslampe 10 zeigt,
in welcher eine Bogenentladungsröhre
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eingebaut ist, 2 ist eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts II von 1 und 3 ist eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2.
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Wie
in den 1 bis 3 dargestellt ist, ist die Entladungslampe 10 eine
Lampe, die als Lichtquelle bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen
werden kann, und eine Bogenentladungsröhreneinheit 12 aufweist,
die in Längsrichtung
länglich
ausgebildet sein kann, und eine Isolierstopfeneinheit 14 aufweist,
die fest einen hinteren Endabschnitt der Bogenentladungsröhreneinheit 12 haltert.
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Bei
der Bogenentladungsröhreneinheit 12 können eine
Bogenentladungsröhre 16 und
eine Abschirmröhre 18,
Welche die Bogenentladungsröhre 16 umgibt,
einstückig
ausgebildet sein. Die Bogenentladungsröhre 16 kann durch
den Bogenentladungsröhrenkörper 20,
der durch Bearbeitung eines Quarzglasrohrs gebildet wird, und zwei,
eine vordere und eine hintere, Elektrodenanordnungen 22 gebildet
werden, die in den Bogenentladungsröhrenkörper 20 eingebettet
sind.
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Bei
dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 kann
ein Leuchtröhrenabschnitt 20A mit
im wesentlichen elliptischer oder kugelförmiger Form im Zentrum vorgesehen
sein, und es können
jeweils Quetschdichtungsabschnitte 20B an der Vorderseite
bzw. Rückseite
des Röhrenabschnitts
vorhanden sein. Ein Entladungsraum 24, der im wesentlichen
elliptisch oder kugelförmig
ist, und in Längsrichtung
länglich
ausgebildet ist, ist innerhalb des Leuchtröhrenabschnitts 20A vorgesehen.
Der Entladungsraum 24 kann beispielsweise mit Quecksilber,
Xenongas und einem Metallhalogenid gefüllt sein.
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Jede
der Elektrodenanordnungen 22 kann so ausgebildet sein,
dass eine stabförmige
Elektrode, beispielsweise eine Wolframelektrode 26, und
ein Leitungsdraht 28 miteinander durch Verschweißen über eine Molybdänfolie 30 verbunden
und befestigt und durch Quetschung abgedichtet in den Bogenentladungsröhrenkörper 20 in
den entsprechenden Quetschdichtungsabschnitt 20B eingebaut
sind. Bei der Quetschabdichtung kann die gesamte, jeweilige Wolframelektrode 26 mit
Ausnahme des Teils am Ende ihrer Spitze in den zugehörigen Quetschdichtungsabschnitt 20B in
einem Zustand eingebettet sein, in welchem die Teile am Ende der Spitze
der Elektroden jeweils von der Vorderseite bzw. Rückseite
aus so in den Entladungsraum 24 vorspringen, dass sie einander
gegenüberliegen.
Jede Molybdänfolie 30 kann
insgesamt in den zugehörigen
Quetschdichtungsabschnitt 20B eingebettet sein.
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4 ist
eine Ansicht in Richtung des Pfeils IV von 2, und die 5 und 6 sind
Schnittansichten entlang den Linien V-V bzw. VI-VI von 4.
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Wie
aus den 4 bis 6 hervorgeht,
kann der vordere Quetschdichtungsabschnitt 20B im wesentlichen
rechteckförmig
ausgebildet sein sich nach vorn von dem Leuchtröhrenabschnitt 20A in
der Aufsicht aus erstrecken und kann Abmessungen aufweisen, die
etwas größer sind
als jene der zugehörigen
Molybdänfolie 30.
Ein rechter und ein linker Halsabschnitt 20C können zwischen
dem Dichtungsabschnitt 20B und dem Leuchtröhrenabschnitt 20A vorhanden
sein. Der hintere Quetschdichtungsabschnitt 20B kann entsprechend ausgebildet
sein. Daher wird nachstehend nur der vordere Quetschdichtungsabschnitt 20B beschrieben.
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Der
Quetschdichtungsabschnitt 20B kann so ausgebildet sein,
dass er im Schnitt in Längsrichtung länglich ist,
und im wesentlichen rechteckig. Sowohl die obere als auch die untere
Oberfläche 20Ba des Quetschdichtungsabschnitts
kann aus einem üblichen
Teil 20Ba1 und einem abgestuften, ebenen Teil 20Ba2 bestehen.
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Das übliche Teil 20Ba1 kann
aus einem U-förmigen
Bereich, der in Längsrichtung
länglich
ist und einen Verbindungsabschnitt zwischen der Molybdänfolie 30 und
der Wolframelektrode 26 umfaßt, und einem ovalen Bereich
bestehen, der in Längsrichtung
länglich
ist, und einen Abschnitt umfaßt,
in welchem die Molybdänfolie 30 mit
dem Leitungsdraht 28 verbunden ist. Die Bereiche können so
ausgebildet sein, dass sie in derselben Ebene liegen. Im Gegensatz
hierzu kann das abgestufte, ebene Teil 20Ba2 durch den
gesamten Abschnitt mit Ausnahme des üblichen Teils 20Ba1 gebildet
werden, und im wesentlichen flach ausgebildet sein, jedoch mit einer
Stufe nach unten in Bezug auf das übliche Teil 20Ba1.
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In
dem Quetschdichtungsabschnitt 20B kann die Breite A auf
A = 3,8 bis 4,6 mm eingestellt sein, und die Dicke B auf B = 1,8
bis 2,2 mm. Die Breite A ist die Abmessung der Breite in Querrichtung,
und die Dicke B ist die Vertikalabmessung zwischen den abgestuften,
ebenen Teilen 20Ba2 der oberen und unteren Oberfläche 20Ba.
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Die 7 und 8 sind
eine Perspektivansicht bzw. Aufsicht zur Erläuterung eines Quetschabdichtungsschrittes
zur Herstellung des vorderen Quetschdichtungsabschnitts 20B gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren.
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Wie
in den 7 und 8 gezeigt ist, werden in dem
Quetschabdichtungsschritt in einem Zustand, in welchem der Bogenentladungsröhrenkörper 20,
bei dem der hintere Quetschdichtungsabschnitt 20B bereits ausgebildet
wurde, so angeordnet wird, dass das vordere Ende nach oben weist,
zwei Quetschvorrichtungen 2 von der linken bzw. rechten
Seite gegen einen Abschnitt 20B' angedrückt werden, der durch Quetschdichtung
verschlossen werden soll, und der oberhalb des Leuchtröhrenabschnitts 20A angeordnet
ist, wodurch der Quetschdichtungsabschnitt 20B ausgebildet
wird.
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Die
Quetschvorrichtungen 2 weisen einen Aufbau auf, der in
der Aufsicht punktsymmetrisch ist. Jede der Quetschvorrichtungen 2 kann
einen vorderen Abschnitt 2a zur Ausbildung der oberen und
unteren Oberfläche 20Ba des
Quetschdichtungsabschnitts 20B aufweisen, einen Seitenoberflächenabschnitt 2b zur
Ausbildung der Seitenoberflächen
des Quetschdichtungsabschnitts 20b, einen Anschlagabschnitt 2c,
der zur Anlage an der gegenüberliegenden
Quetschvorrichtung bei einem Quetschdichtungsvorgang gelangt, und
einen Anschlagaufnahmeabschnitt 2d, der den Anschlagabschnitt 2c der
gegenüberliegenden
Quetschvorrichtung aufnimmt. In dem vorderen Abschnitt 2a jeder
Quetschvorrichtung 2 sind ein übliches Teil 2a1 und
ein ebenes Teil 2a2 mit einer Stufe nach oben, welche dem üblichen
Teil 20Ba1 bzw. dem abgestuften, ebenen Teil 20Ba2 der zugehörigen, oberen
bzw. unteren Oberfläche 20Ba des
Quetschdichtungsabschnitts 20B entsprechen, vorgesehen.
Ein Formraum für
den Quetschdichtungsabschnitt wird dadurch ausgebildet, dass die
Anschlagabschnitte 2c und die Anschlagaufnahmeabschnitte 2d der
beiden Quetschvorrichtungen 2 zur Anlage gegeneinander
gebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Dicke B des Quetschdichtungsabschnitts 20B durch die
Entfernung D zwischen den ebenen Teilen 2a2 mit einer Stufe
nach oben der vorderen Abschnitte 2a der beiden Quetschvorrichtungen 2 festgelegt.
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In
der oberen und unteren Oberfläche 20Ba des
Quetschdichtungsabschnitts 20B sind der U-förmige Bereich
und der ovale Bereich als das übliche
Teil 20Ba1 eingestellt, um zu verhindern, dass das Quarzglas in
den Verbindungsabschnitten zwischen der Molybdänfolie 30, der Wolframelektrode 26 und
dem Leitungsdraht 28 verdünnt wird und bricht. Diese
Einstellung des U-förmigen
Bereiches und des ovalen Bereiches als normales Teil 20Ba1 kann
verhindern, dass die Richtung der Elektrodenanordnung 22 (insbesondere
des Teils am Ende der Spitze der Wolframelektrode 26) in
Bezug auf die Längsachse
eine starke Abweichung in Querrichtung aufweist.
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Der
durch Quetschdichtung abzudichtende Abschnitt 20B' kann massiv
ausgebildet sein, mit einem Durchmesser, der kleiner ist als jener
eines üblichen,
rohrförmigen
hohlen Abschnitts in dem Bogenentladungsröhrenkörper 20. Die Elektrodenanordnung
kann in dem Abschnitt angeordnet und dann darin eingebettet werden.
Wie in 9 gezeigt, wird der durch Quetschdichtung abzudichtende
Abschnitt 20B' in
einem Schrumpfabdichtungsschritt, der dem Quetschabdichtungsschritt
vorangeht, durch Erwärmung
von der rechten und linken Seite in dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 ausgebildet,
in welchen die Elektrodenanordnung 22 unter Verwendung
von zwei Brennern 4 eingeführt wurde, so dass bei dem
Bogenentladungsröhrenkörper 20 eine
Wärmeschrumpfung über eine
vorbestimmte Länge
auftritt.
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Die 10 und 11 sind
Detailansichten von Hauptabschnitten in 2 bzw. 3.
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Wie
aus den 10 und 11 hervorgeht,
ist die Überlappungslänge L1 der
Wolframelektrode 26 und der Molybdänfolie 30 so eingestellt,
dass die Beziehung 2D ≤ L1 ≤ 0,8 W in
Bezug auf den Durchmesser D der Wolframelektrode 26 und
die Breite W der Molybdänfolie 30 vorhanden
ist. Es wird beispielsweise ein Wert von L1 = 1 mm eingestellt,
mit D = 0,2 mm und W = 1,5 mm. Weiterhin ist die Entfernung L2 zwischen der
Molybdänfolie 30 und
dem Entladungsraum 24 so gewählt, dass die Beziehung B ≤ L2 ≤ 0,8 A in
Bezug auf die Breite A und die Dicke B des Quetschdichtungsabschnitts
vorhanden ist. So wird beispielsweise L2 = 2,5 mm eingestellt, mit
A = 4,2 mm und B = 2,2 mm.
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Wie
aus 11 hervorgeht, sind im wesentlichen keilförmige Schlitze 24a an
der rechten und linken Seite der Wolframelektrode 26 in
jedem Ende in Axialrichtung des Entladungsraums 24 vorgesehen.
Gemäß 10 sind
im Gegensatz derartige Schlitze 24a praktisch gar nicht
auf der oberen und unteren Seite der Wolframelektrode 26 an
jedem der Enden in Axialrichtung des Entladungsraums 24 vorhanden,
da die Andruckkraft der zugehörigen
Quetschvorrichtung 2 in dem Quetschdichtungsvorgang direkt
auf die obere und untere Seite der Wolframelektrode einwirkt. Die
Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie 30 und dem
Entladungsraum 24 wird in einem Zustand gemessen, in welchem
der Bogenentladungsröhrenkörper 20 von
der Querseite aus betrachtet wird, wie dies in 10 dargestellt
ist.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Überlappungslänge L1 der
Wolframelektrode 26 und der Molybdänfolie 30 auf 2D ≤ L1 ≤ 0,8 W eingestellt,
und zwar aus folgenden Gründen.
Wie in 12 gezeigt, werden, wenn die
Elektrodenanordnung 22 mittels Quetschdichtung in den Bogenentladungsröhrenkörper 20 eingebaut
wird, kleine Spalte S zwischen dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 und
dem Umfang des verschweißten
Abschnitts der Wolframelektrode 26 und der Molybdänfolie 30 ausgebildet.
Eine Abschälung
der Molybdänfolie 30 tritt
beginnend bei den Spalten S auf. Wenn die Überlappungslänge L1 größer ist,
ist der Anteil der Spalte S größer, und
daher tritt leichter eine Abschälung
der Molybdänfolie 30 auf.
Wie in 13 gezeigt, führen Temperaturänderungen
infolge des Einschaltens und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre 16 dazu,
dass sich die Wolframelektrode 26 in Bezug auf den Bogenentladungsröhrenkörper 20 aufweitet
und zusammenzieht. Wird die Überlappungslänge L1 größer, führt das
Aufweiten und Zusammenziehen der Wolframelektrode 26 zu
größeren mechanischen
Spannungen. Auch unter diesem Gesichtspunkt tritt leicht eine Abschälung der
Molybdänfolie 30 auf.
Sobald eine derartige Abschälung
beginnt, wird ein Spalt C in dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 erzeugt,
beginnend an einem Rand der Molybdänfolie 30, wie dies
in 14 gezeigt ist. Wächst der Spalt C weiter an,
so dass er die Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20 erreicht,
tritt ein Leck zwischen dem Entladungsraum 24 und dem Außenraum
auf. Daher ist eine Verringerung der Überlappungslänge L1 auf
einen Wert, der so klein wie möglich
ist, dazu wirksam, das Auftreten eines Lecks infolge einer Abschälung der
Molybdänfolie 30 zu
unterdrücken.
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Wenn
im Gegensatz die Überlappungslänge L1 extrem
verringert wird, ist es in der Praxis unmöglich, die Wolframelektrode 26 mit
der Molybdänfolie 30 zu
verbinden. Bei dieser Verbindung, beispielsweise durch Schweißen, besteht
darüber
hinaus die Möglichkeit,
dass die Molybdänfolie 30 in
dem Abschnitt bricht, der von der Wolframelektrode 26 überlappt
wird. Selbst wenn bei dem Verbindungsschritt die Molybdänfolie 30 nicht bricht,
wird dann, wenn die Überlappungslänge L1 extrem
verringert wird, die Festigkeit des Umfangs des verschweißten Abschnitts
der Molybdänfolie 30 wesentlich
verringert. Daher ist die Möglichkeit
vorhanden, dass, wie in 15 gezeigt,
die Molybdänfolie
durch den Quetschdichtungsdruck bei dem darauffolgenden Quetschdichtungsschritt
bricht, oder dass, wenn die Bogenentladungsröhre 16 eingeschaltet
wird, sich der Stromfluß in
dem verschweißten
Abschnitt konzentriert, so dass der verschweißte Abschnitt abgeschmolzen
wird.
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Die
nachstehende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die zu
dem Zweck durchgeführt
wurde, die Beziehung zwischen der Überlappungslänge L1,
der Lebensdauer der Bogenentladungsröhre
16, und dem Auftreten
eine Schweißfehlers
zu untersuchen. Für
jeden Wert der Überlappungslänge L1 wurden
Versuche mit 10 Proben durchgeführt.
Als Proben wurden Bogenentladungsröhren verwendet, bei welchen
der Durchmesser der Wolframelektrode
26 den Wert D = 0,2.
mm aufwies, die Breite W der Molybdänfolie
30 den Wert
W = 1,5 mm aufwies, die Breite jedes Quetschdichtungsabschnitts
den Wert A = 4,2 mm aufwies, und die Dicke B des Quetschdichtungsabschnitts
den Wert B = 2,2 mm aufwies. TABELLE 1
| L1 | 0,02 | 0,03 | 0,40 | 0,05 | 0,75 | 1,00 | 1,25 | 1,50 | 1,75 |
| Lebensdauer | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Δ | x | x |
| Schweißfehler | x | x | Δ | Δ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Tabelle 1: Überlappungslänge (L1)
der Molybdänfolie
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Bei
der Bewertung der ”Lebensdauer” in Tabelle
1 bezeichnet 0 Proben, bei denen die mittlere Lebensdauer 2000 Stunden
oder mehr beträgt, Δ Proben,
bei denen die mittlere Lebensdauer 1000 bis 2000 Stunden beträgt, und
x Proben, bei denen die mittlere Lebensdauer kürzer als 1000 Stunden ist.
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Die
Bewertung des ”Schweißfehlers” in Tabelle
1 erfolgte durch Sichtprüfung.
Bei der Bewertung des ”Schweißfehlers” bezeichnet
0 Proben, bei denen das Schweißen
sicher durchgeführt
wurde und sich kein Spalt in der Molybdänfolie 30 zeigte, Δ Proben,
bei denen das Schweißen
sicher durchgeführt
wurde, jedoch ein Spalt in der Molybdänfolie beobachtet wurde, und
x Proben, bei denen das Schweißen
nicht sicher durchgeführt
wurde oder sich ein Bruch in der Molybdänfolie 30 zeigte.
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Wie
aus Tabelle 1 hervorgeht, kann bei einer Überlappungslänge L1 mit
einem Wert innerhalb des Bereichs von 2D ≤ L1 ≤ 0,8 W (bei der Ausführungsform:
0,4 mm ≤ L1 ≤ 1,2 mm) eine
mittlere Lebensdauer von 1000 Stunden oder mehr sichergestellt werden,
und kann das Auftreten von Schweißfehlern und eines Bruchs der
Molybdänfolie 30 verhindert
werden.
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Bei
der Ausführungsform
wurde die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie 30 und dem
Entladungsraum 24 so eingestellt, dass die Beziehung B ≤ L2 ≤ 0,8 A erfüllt ist,
und zwar aus folgendem Grund. Wird die Entfernung L2 zwischen der
Molybdänfolie 30 und
dem Entladungsraum 24 kürzer,
so nähert
sich der Entladungsleuchtabschnitt (das Teil am Ende der Spitze
der Wolframelektrode 26) weiter an die Molybdänfolie 30 an,
und daher wird die Temperaturänderung
des Überlappungsabschnitts
der Wolframelektrode 26 und der Molybdänfolie 30 beim Einschalten
und Ausschalten der Bogenentladungsröhre 16 größer. Dies
erhöht
das Ausdehnen und Zusammenziehen der Wolframelektrode 26 in
dem Überlappungsabschnitt
in Bezug auf den Bogenentladungsröhrenkörper 20. Dies erhöht die mechanischen
Spannungen, die in der Molybdänfolie 30 hervorgerufen
werden, so dass leicht ein Abschälen
der Molybdänfolie 30 auftritt.
Tritt erstmal ein derartiges Abschälen auf, so wird ein Spalt
C in dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 hervorgerufen,
beginnend am Rand der Molybdänfolie 30.
Wächst
der Spalt C weiter, und erreicht die Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20,
so tritt ein Leck zwischen dem Entladungsraum 24 und dem
Außenraum 25 auf (siehe 14).
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Wenn
im Gegensatz die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie 30 und
dem Entladungsraum 24 groß ist, tritt folgendes Problem
auf. Wie in 16 gezeigt ist, werden in einem
Bereich in der Nähe
der Verbindungsoberfläche
mit der Wolframelektrode 26 in dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 normalerweise
ein Spalt C1, der in Radialrichtung von der Verbindungsoberfläche mit
der Wolframelektrode 26 ausgeht, sowie ein Spalt C2, der
sich in Umfangsrichtung erstreckt, so dass er die Wolframelektrode 26 umgibt,
durch den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Wolframelektrode 26 und des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 hervorgerufen.
Der erstgenannte Effekt wird als Elektrodenspaltbildung bezeichnet.
Wächst
die Elektrodenspaltbildung C1 so an, dass die Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20 erreicht
wird, tritt ein Leck zwischen dem Entladungsraum 24 und
dem Außenraum
auf. Der letztgenannte Effekt wird als Wulstspaltbildung bezeichnet.
Bei Ausbildung der Wulstspaltbildung C2 wird das Wachstum der Elektrodenspaltbildung
C1 gesperrt. Die Wulstspaltbildung C2 tritt unter Bedingungen auf,
bei denen die Temperaturverteilung in Axialrichtung des Bereichs
des Quetschdichtungsabschnitts 20B, in welchen die Wolframelektrode 26 eingebettet
ist, annähernd
gleichmäßig ist.
Wenn jedoch die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie 30 und
dem Entladungsraum 24 groß ist, so ist die Temperaturverteilung
in Axialrichtung des Bereichs des Quetschdichtungsabschnitts 20B,
in welchen die Wolframelektrode 26 eingebettet ist, relativ
ungleichförmig,
so dass eine Wulstspaltbildung C2 kaum entsteht. Daher steigt die
Elektrodenspaltbildung C1 leicht so an, dass die Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20 erreicht
wird.
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Die
nachstehende Tabelle 2 zeigt Ergebnisse von Versuchen, die zu dem
Zweck durchgeführt
wurden, die Beziehungen zwischen der Entfernung L2 zwischen der
Molybdänfolie 30 und
dem Entladungsraum 24, dem Auftreten einer Folienabtrennung
(Abschälung
der Molybdänfolie 30),
und der Elektrodenspaltbildung C1 zu untersuchen. Die Untersuchung
wurde durchgeführt,
nachdem die Bogenentladungsröhren
1000 Stunden lang eingeschaltet waren. Für jeden der Werte der Entfernung
L2 wurden Versuche mit 10 Proben durchgeführt.
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Als
Proben wurden Bogenentladungsröhren
verwendet, bei denen der Durchmesser D der Wolframelektrode
26 den
Wert D = 0,2 mm aufwies, die Breite W der Molybdänfolie
30 den Wert
W = 1,5 mm aufwies, die Breite A jedes Quetschdichtungsabschnitts
den Wert A = 4,2 mm aufwies, und die Dicke D des Quetschdichtungsabschnitts
den Wert B = 2,2 mm aufwies. TABELLE 2
| L1 | 0,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 |
| Folienabtrennung | x | x | Δ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Elektrodenspaltbildung | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Δ | x | x | x | x | x |
Tabelle 1: Einbettungslänge (L2)
der Wolframelektrode
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Die
Bewertung der ”Folienabtrennung” in Tabelle
2 wurde mittels Sichtprüfung
durchgeführt.
Bei dieser Bewertung bezeichnet 0 Proben, bei denen keine Abschälung der
Molybdänfolie 30 auftrat,
sowie solche Proben, bei denen zwar eine Abschälung der Molybdänfolie 30 auftrat,
jedoch kein Spalt C, der von dem Ende der Molybdänfolie 30 ausging,
in dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 auftrat,
bezeichnet Δ Proben,
bei denen eine Abschälung
der Molybdänfolie 30 und die
Ausbildung eines Spalts C des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 auftrat,
jedoch der Spalt C kürzer
war als die Hälfte
der Entfernung zwischen dem Ende der Molybdänfolie 30 und der
Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20,
und bezeichnet x Proben, bei denen eine Abschälung der Molybdänfolie 30 und
ein Spalt C des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 auftraten,
und der Spalt nicht kürzer
war als die Hälfte
der Entfernung zwischen dem Ende der Molybdänfolie und der Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20.
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Auch
die Bewertung der ”Elektrodenspaltbildung” in Tabelle
2 wurde mittels Sichtprüfung
durchgeführt. Bei
der Bewertung der ”Elektrodenspaltbildung” bezeichnet
0 Proben, bei denen eine Wulstspaltbildung C2 auftrat, so dass verhindert
wurde, dass der Elektrodenspalt C in den Außenumfangsbereich der Wulstspaltbildung
C2 hineinwächst,
bezeichnet Δ Proben,
bei denen die Wulstspaltbildung C2 in geringem Maße unzureichend
ausgebildet wurde, und daher der Elektrodenspalt C1 zum Teil in
den Außenumfangsbereich
der Wulstspaltbildung C2 hineinwuchs, und bezeichnet x Proben, bei
denen die Wulstspaltbildung C2 unzureichend ausgebildet wurde, und
daher der Elektrodenspalt C1 in die Außenumfangsoberfläche des
Bogenentladungsröhrenkörpers 20 hineinwuchs.
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Wie
aus Tabelle 2 hervorgeht, kann dann, wenn die Entfernung L2 zwischen
der Molybdänfolie 30 und dem
Entladungsraum 24 des Leuchtröhrenabschnitts 20A auf
einen Wert innerhalb des Bereiches von B ≤ L2 ≤ 0,8 A eingestellt wird (bei
der Ausführungsform:
2,2 mm ≤ L2 ≤ 3,4 mm),
in Bezug auf die Breite A und die Dicke B des Quetschdichtungsabschnitts 20B,
das Auftreten einer Abschälung
der Molybdänfolie 30 wirksam unterdrückt werden,
während
gleichzeitig das Wachstum der Elektrodenspaltbildung C1 wirksam
unterdrückt wird.
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Wie
voranstehend im einzelnen erläutert
wurde, wird bei einer Ausführungsform
einer Bogenentladungsröhre 26 gemäß der vorliegenden
Erfindung die Überlappungslänge L1 der
Wolframelektrode 26 und der Molybdänfolie 30 so gewählt, dass
die Beziehung 2D ≤ L1 ≤ 0,8 W in
Bezug auf den Durchmesser D der Wolframelektrode 26 und
die Breite W der Molybdänfolie 30 gilt,
so dass das Auftreten einer Abschälung der Molybdänfolie 30 wirksam
unterdrückt
werden kann, während
gleichzeitig das Auftreten eines Bruchs der Molybdänfolie 30 wirksam
unterdrückt
wird.
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Da
bei der Bogenentladungsröhre 16 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Entfernung L2 zwischen der Molybdänfolie 30 und
dem Entladungsraum 24 des Leuchtröhrenabschnitts 20A so
gewählt
ist, dass die Beziehung B ≤ L2 ≤ 0,8 A in
Bezug auf die Breite A und die Dicke B des Quetschdichtungsabschnitts 20B vorhanden
ist, kann das Auftreten einer Abschälung der Molybdänfolie 30 wirksam
unterdrückt
werden, während
wirksam das Wachstum des Elektrodenspalts C1 unterdrückt wird.
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Wie
voranstehend geschildert, kann bei einer anderen Ausführungsform
das Auftreten einer Abschälung
der Molybdänfolie 30 unterdrückt werden,
während
wirksam das Auftreten eines Bruchs der Molybdänfolie 30 und eines
Wachstums des Elektrodenspalts C1 unterdrückt wird. Daher kann das Auftreten
eines Lecks infolge einer Abschälung
der Molybdänfolie 30 wirksam
unterdrückt
werden, so dass die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 16 wirksam
verlängert
werden kann.
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Bei
der Schilderung der vorliegenden Erfindung wurde eine Bogenentladungsröhre 16 einer
Entladungslampe 10 beschrieben, die bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer
vorgesehen werden soll. Auch bei einer Bogenentladungsröhre, die
bei einem anderen Zweck eingesetzt wird als jenem, der voranstehend
beschrieben wurde, ist es möglich,
wenn derselbe Aufbau wie bei der Ausführungsform eingesetzt wird,
dieselben Funktionen und Auswirkungen wie bei der Ausführungsform
zu erreichen.