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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle
nach dem Oberbegriff der Ansprüche
1 und 2, sowie eine Strahlungsquelle mit zumindest einem Glas- oder
Keramikelement und zumindest einem Trägerelement nach dem Oberbegriff
der Ansprüche
27 und 28.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung einer Lampe,
insbesondere einer Entladungslampe, wie sie vorzugsweise in der Beleuchtungstechnik,
in der Haushaltstechnik und im Kraftfahrzeugbau eingesetzt wird,
sowie solche Strahlungsquellen selbst. Darüber hinaus betrifft die vorliegende
Erfindung auch ähnliche
Elemente und Baugruppen, die eine Strahlungsquelle aufweisen, beispielsweise
eine Braun'sche
Röhre,
wie sie in Fernsehbildschirmen und Computermonitoren zum Einsatz
kommt.
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Bekannte
Strahlungsquellen, insbesondere Glühlampen und Entladungslampen,
bestehen häufig
aus einem Glas- oder Keramikhohlkörper, der mit einem oder mehreren
Sockeln verbunden ist. Ferner weisen herkömmliche Glühlampen und Entladungslampen
elektrische Zuleitungen auf, die mit einer Glüheinrichtung oder einer Entladungseinrichtung
im Inneren der Glühlampe
oder Entladungslampe verbunden sind.
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Der
oder die Sockel einer Glühlampe
bzw. einer Entladungslampe sind häufig als metallische oder keramische
Hülsen
ausgeführt,
wobei die elektrischen Zuleitungen mit der metallischen Hülse oder einem
von der metallischen Hülse
isolierten Anschlusselement bzw. mit elektrisch leitenden Anschlusselementen
in einer keramischen Hülse
verbunden sind. Die elektrischen Zuleitungen bestehen häufig aus
in Quarz teilweise oder ganz eingebetteten Molybdän-Folien
oder -Drähten,
die mit dem metallischen Sockel oder den elektrisch leitenden Anschlussteilen
kontaktiert werden (z.B. durch Schweißen, Löten, Klemmen, Quetschen, etc.).
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Aufgrund
der hohen Temperaturen, die Glüh- und
Entladungslampen im Betrieb erreichen, können zur Verbindung des Glas-
oder Keramikelements mit dem Sockel bzw. mit weiteren Bauteilen
der Lampe, wie z.B. einem Reflektor oder einer Endkappe, keine organischen
Klebstoffe eingesetzt werden, da diese durch die hohen Betriebs temperaturen
zerstört
werden. Bei den am Markt gängigen
hochtemperaturbeständigen
Klebstoffen, die vorwiegend auch im Lampenbau eingesetzt werden,
handelt es sich meist um keramische Kitte oder keramische Klebstoffe,
die eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen.
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Die
Herstellung der Verbindung erfolgt üblicherweise in mehreren Schritten:
Positionierung und Fixierung des lichterzeugenden Lampenbereichs
gegenüber
den Anschlussteilen, Auffüllen
des entstandenen Spaltes mit keramischem Kitt oder Klebstoff, gegebenenfalls
Feinausrichtung der Komponenten zueinander, und abschließend die
Trocknung und Härtung
des keramischen Kitts, gegebenenfalls unterstützt und beschleunigt durch
eine Wärmebehandlung.
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Diese
bekannten Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle und die
dementsprechend hergestellte Strahlungsquelle sind jedoch aufgrund des
eingesetzten keramischen Kitts oder Klebstoffes mit einigen gravierenden
Nachteilen behaftet. Zum einen sind die zuvor beschriebenen Trocknungs-
und Wärmebehandlungsschritte
sehr arbeits- und zeitintensiv und damit kostspielig. Keramische
Kitte sind nur innerhalb eines begrenzten Zeitraumes, der so genannten
Topfzeit, verarbeitbar, bevor der einsetzende Aushärtungsprozess
die Weiterverarbeitung verhindert. Aufgrund der begrenzten Topfzeit
der keramischen Kitte und einer generell vorhandenen Entmischungstendenz
ist eine Prozessautomatisierung zur Herstellung der Strahlungsquelle
zwar möglich, jedoch
wartungsintensiv und häufig
mit hohem Ausschuss behaftet.
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Zum
anderen besteht die Gefahr, dass sich eine durch einen keramischen
Kitt oder Klebstoff erzeugte Verbindung durch ungünstige Prozessführung bei
der Verarbeitung oder Zusammensetzung, durch ungünstige klimatische Bedingungen
oder bei Temperaturwechselbelastungen löst. In diesem Fall reißt der Kitt
in sich, löst
sich von den angrenzenden Werkstoffen ab und/oder zerkrümelt, was
zu einem Versagen der Verbindung und einem Ausfall der Strahlungsquelle
führt.
Um einem Versagen der Klebeverbindung vorzubeugen, werden gegenwärtig bei der
Herstellung von Strahlungsquellen teuerere keramische Kitte und
Klebstoffe verwendet und/oder längere
Trocknungs- und Aushärtungszeiten
bzw. Wärmebehandlungen
in Kauf genommen. Beide Ansätze führen zu
erhöhten
Produktionskosten der Strahlungsquelle.
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Die
US 6 650 033 B2 offenbart
eine Lampe mit einem gläsernen
Lampenkörper
und einer Fassung, die mit elektrischen Kontakten versehen ist.
In einem Verbindungsbereich zwischen dem Lampenkörper und der Fassung befindet
sich ein ringförmiges,
geschäumtes
Verbindungselement auf Polymerbasis.
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Die
US 6 706 239 B2 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Verbundbauteils aus
Metallschaum.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung einer Strahlungsquelle der eingangs genannten Art
derart zu verbessern, dass das Verfahren die Herstellung einer Strahlungsquelle
auf eine einfache und kostengünstige
Weise ermöglicht.
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Es
ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlungsquelle
der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass sich die Lebensdauer
der Strahlungsquelle verändert,
indem die Verbindung zwischen einem Glas- oder Keramikelement der
Strahlungsquelle und angrenzenden Bauteilen verbessert wird.
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Hinsichtlich
des Herstellungsverfahrens wird die vorgenannte Aufgabe durch einen
ersten Aspekt erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle mit zumindest
einem Glas- oder Keramikelement und zumindest einem Trägerelement,
wobei das Glas- oder Keramikelement und das Trägerelement innerhalb eines
Verbindungsbereiches durch Metallschaum miteinander verbunden werden.
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Hinsichtlich
des Herstellungsverfahrens wird die vorgenannte Aufgabe durch einen
zweiten Aspekt erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle mit zumindest
einem Glas- oder Keramikelement und zumindest einem Trägerelement,
wobei das Trägerelement
als geschäumtes
Trägerelement
aus Metallschaum hergestellt wird.
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Beide
Verfahren sind auf vorteilhafte Weise dazu geeignet, durch die Verwendung
von Metallschaum die Herstellung einer Strahlungsquelle zu vereinfachen.
Durch den Einsatz von Metallschaum verringert sich die Prozesskette
um die aufwendige Trocknungs- und Wärmebehandlungsphase, die zur Aushärtung eines
keramischen Kitts notwendig ist, auf eine kurze Wärmebehandlung
zur Auslösung
des Schäumvorgangs
des Metallschaums. Des Weiteren ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren
möglich,
auf ein herkömmliches
Trägerelement
zu verzichten und dieses stattdessen als geschäumtes Trägerelement aus Metallschaum
herzustellen. Durch dieses Verfahren wird die Prozesskette zur Herstellung
einer Strahlungsquelle weiter verkürzt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
des erstgenannten Verfahrens wird der Metallschaum in einen Zwischenraum
zwischen dem Glas- oder Keramikelement und dem Trägerelement
eingebracht. Im Wärmebehandlungsprozess
wird eine Verbindung zwischen dem Glas- oder Keramikelement und
dem Trägerelement
hergestellt.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
des erstgenannten Verfahrens wird in einem Zwischenraum zwischen
dem Glas- oder Keramikelement und dem Trägerelement ein schäumbares
Vormaterial eingebracht. Das schäumbare Formmaterial
kann mit beliebigem Format, insbesondere als drahtförmiges oder
flaches Halbzeugma terial, vorgefertigt und lose zwischen oder anliegend am
Trägerelement
und/oder Glas- oder
Keramikelement eingelegt werden. Durch Aktivierung dieses schäumbaren
Vormaterials in dem Zwischenraum, beispielsweise durch ein Induktionsverfahren
wird das schäumbare
Vormaterial zum Metallschaum aufgeschäumt. Beim anschließenden Auskühlen wird die
Verbindung zwischen dem Glas- oder Keramikelement und dem Trägerelement
hergestellt. Auf diese Weise ist es möglich, die Prozesskette weiter
zu verkürzen,
da kein Metallschaum im Vorfeld bereitgestellt werden muss, sondern
der Metallschaum an der Stelle gebildet wird, an der er später auch
seine Verbindungsaufgabe erfüllt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Trägerelement aus
einem Werkstoff hergestellt wird, dessen Schmelzpunkt gleich oder
höher als
der Aufschäumpunkt
des Metallschaums ist. Dadurch wird verhindert, dass das Trägerelement
beim Einbringen des Metallschaums oder beim Aktivieren des schäumbaren
Vormaterials aufgrund der hohen Temperaturen sich verformt oder
schmilzt. Nachdem das Glas- oder Keramikelement und das Trägerelement
bereits zuvor relativ zueinander positioniert wurden, ist es weiterhin
möglich,
bis die Erstarrung des Metallschaums einsetzt, die Position des
Glas- oder Keramikelements zum Trägerelement zu verändern, um
Ausrichtungsungenauigkeiten, die durch das Einbringen des Metallschaums
bzw. durch die Aktivierung des schäumbaren Vormaterials entstanden
sind, auszugleichen.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
des zweitgenannten Verfahrens wird ein zu umschäumender Verbindungsbereich
des Glas- oder Keramikelements in einer Schäumform positioniert. Die Schäumform weist
ein Abbild des zu schäumenden
Trä gerelementes
als Negativ auf. Wird Metallschaum in die Schäumform eingebracht oder ein schäumbares
Vormaterial in der Schäumform
aktiviert, verbindet sich der Metallschaum mit dem Glas- oder Keramikelement
und bildet zugleich das Negativ der Schäumform als positives Abbild
ab.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
des zweitgenannten Verfahrens wird durch die Gestaltung der Schäumform eine
Abbildung zumindest eines Aufnahmeelementes, vorzugsweise einer
Aufnahmehinterschneidung, einer Aufnahmenut oder eines Aufnahmegewindes
im geschäumten
Trägerelement
erreicht. Dadurch wird die Prozesskette zur Herstellung einer Strahlungsquelle weiter
verkürzt,
da nicht nur auf ein vorgefertigtes Trägerelement verzichtet werden
kann, sondern das geschäumte
Trägerelement
auch nicht umformtechnisch oder zerspanungstechnisch nachbearbeitet werden
muss, um einen späteren,
passgenauen Einbau der Strahlungsquelle zu ermöglichen.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
des zweitgenannten Verfahrens wird die Schäumform temperiert, um ein Kollabieren
von Poren des Metallschaums in denen an die Schäumform angrenzenden Bereichen
des geschäumten
Trägerelementes
zu erreichen. Dadurch wird die Ausbildung von Aufnahmeelementen,
d. h. die formgetreue Abbildung der Aufnahmeelemente, vom Negativ
der Schäumform
erreicht.
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Für beide
vorgenannten Verfahren ist es vorteilhaft, wenn der Metallschaum
durch ein schmelzmetallurgisches Verfahren oder durch Aktivierung des
schäumbaren
Vormaterials, vorzugsweise durch Induktion, Konduktion oder Infrarotstrahlung,
hergestellt wird. Besonders geeignet ist das Induktionsverfahren,
da die Erwärmung
zügig erfolgt
und der Wärmebehandlungsprozess
exakt gesteuert werden kann.
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Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorgenannten Verfahren ist in dem Glas- oder Keramikelement
zumindest eine Strahlungseinheit und/oder zumindest eine elektrische
Zuleitung angeordnet, und es werden die Strahlungseinheit und/oder
die elektrische Zuleitung innerhalb des Verbindungsbereiches durch
Metallschaum elektrisch leitend mit dem Trägerelement bzw. dem geschäumten Trägerelement
verbunden. Somit wird der Herstellungsprozess weiter verkürzt, da
es nicht mehr erforderlich ist, elektrische Zuleitungen mit einem
Trägerelement,
beispielsweise einem Sockel, durch ein zusätzliches Fügeverfahren, beispielsweise
durch Schweißen,
zu verbinden.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn durch zumindest ein Verbindungselement
an dem Glas- oder Keramikelement und/oder dem Trägerelement, vorzugsweise durch
eine Hinterschneidung und/oder eine Nut die kraftschlüssigen und/oder
formschlüssigen
Verbindungseigenschaften des Metallschaums unterstützt werden.
Somit kann auf weitere Verfahrensschritte zur Sicherung der Verbindung
zwischen dem Glas- oder
Keramikelement und dem Trägerelement
bzw. dem geschäumten
Trägerelement,
beispielsweise durch ein Umformverfahren, verzichtet werden.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle sind in weiteren
abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Hinsichtlich
der Strahlungsquelle wird die eingangs genannte Aufgabe durch einen
ersten Aspekt erfindungsgemäß gelöst durch
eine Strahlungsquelle mit zumindest einem Glas- oder Keramikelement
und zumindest einem Trägerelement,
wobei das Glas- oder Keramikelement und das Trägerelement innerhalb eines
Verbindungsbereiches durch Metallschaum miteinander verbunden sind.
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Hinsichtlich
der Strahlungsquelle wird die eingangs genannte Aufgabe durch einen
zweiten Aspekt erfindungsgemäß gelöst durch
eine Strahlungsquelle mit zumindest einem Glas- oder Keramikelement
und zumindest einem Trägerelement,
wobei das Trägerelement
ein geschäumtes
Trägerelement ist,
das aus Metallschaum besteht.
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Durch
den Einsatz von Metallschaum wird, wie bereits zuvor beschrieben,
die Herstellung der Strahlungsquelle vereinfacht und ist damit einhergehend
zu geringeren Kosten durchführbar.
Zum anderen verlängert
der Einsatz von Metallschaum die Lebensdauer der Strahlungsquelle,
da Metallschaum nicht den Zerstörungsmechanismen,
die von Klebstoffen oder keramischen Kitten bekannt sind, unterliegt.
Zudem verfügt
Metallschaum über
eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit,
wodurch die Abkühlung
der Stromzuführung
speziell bei Lampen mit hohen Betriebstemperaturen, beispielsweise
Hochdruckentladungslampen, begünstigt
wird. Wird die Strahlungsquelle häufig an- und ausgeschaltet,
ermöglicht
Metallschaum aufgrund seiner Struktur einen besseren Ausgleich der
dabei in der Strahlungsquelle entstehenden Spannungen, die durch
die unterschiedliche thermische Ausdehnung und das anschließende Zusammenziehen
der verschiedenen Komponenten der Strahlungsquelle entstehen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erstgenannten Vorrichtungsanspruches befindet sich innerhalb des
Verbindungsbereiches ein Zwischenraum zwischen dem Glas- oder Keramikelement
und dem Trägerelement,
in dem Metallschaum eingebracht ist, um entstehende Spannungen aufgrund
des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens der verschiedenen
Komponenten der Strahlungsquelle auszugleichen.
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Weiterhin
ist es schon bei der Herstellung der Strahlungsquelle vorteilhaft,
wenn das Trägerelement
aus einem Werkstoff besteht, dessen Schmelzpunkt gleich oder höher als
der Aufschäumpunkt
des Metallschaums ist.
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Als
vorteilhaft erweist es sich deshalb, dass das Trägerelement aus einem metallischen,
keramischen oder gläsernen
Werkstoff oder aus einer Kombination der besagten Werkstoffe besteht.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der zweitgenannten Vorrichtung ist das geschäumte Trägerelement in einem Verbindungsbereich
mit dem Glas- oder Keramikelement verbunden. Dadurch kann ein definierter Übergang
der im Betrieb entstehenden Wärme
zwischen dem Glas- oder Keramikelement und dem geschäumten Trägerelement
gewährleistet
werden.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der zweitgenannten Vorrichtung weisen die außenliegenden Bereichen des
geschäumten
Trägerelementes
eine höhere
Dichte und geringere Porosität
auf als Bereiche des geschäumten Trägerelementes,
die näher
am umschäumten
Glas- oder Keramikelement liegen. Einhergehend mit der geringeren
Porosität
steigt die Maßhaltigkeit
und die Oberflächenqualität des außenliegenden
Bereiches des geschäumten
Trägerelementes,
wodurch beispielsweise definierte Aufnahmeelemente in diesem Bereich
mit einer geforderten Maßhaltigkeit
und Genauigkeit erzeugt werden können.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der Strahlungsquelle nach den vorgenannten Vorrichtungsansprüchen um
eine Lampe, beispielsweise um eine Entladungslampe, bei der hohe
Betriebstemperaturen entstehen können.
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Vorteilhafterweise
weist das Glas- oder Keramikelement und/oder das Trägerelement
zumindest ein Verbindungselement auf, das vorzugsweise als Hinterschneidung
und/oder Nut ausgeführt
ist. Durch ein derartiges Verbindungselement werden die kraftschlüssigen und/oder
formschlüssigen
Verbindungseigenschaften des Metallschaums unterstützt, wodurch
einem Versagen der Verbindung vorgebeugt wird, und wodurch sich
die Lebensdauer der Strahlungsquelle verlängert.
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Bevorzugterweise
handelt es sich bei dem Trägerelement
bzw. dem geschäumten
Trägerelement
um einen Sockel, einen Reflektor oder eine Endkappe. Da diese Elemente
alle Oberflächen
besitzen, die zur Kühlung
der Strahlungsquelle geeignet sind, ermöglicht eine Verbindung dieser
Trägerelemente,
mit dem sich im Betrieb erwärmenden
Glas- oder Keramikelement durch den thermisch gut leitenden Metallschaum
einen zügigen
Abtransport der Betriebswärme.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das Trägerelement
bzw. das geschäumte
Trägerelement
in einem außenliegenden Bereich
zumindest ein Aufnahmeelement, vorzugsweise eine Aufnahmehinterschneidung,
eine Aufnahmenut oder ein Aufnahmegewinde auf. Mit Hilfe dieses
Aufnahmeelementes kann die Strahlungsquelle beispielsweise kraftschlüssig in
eine dafür
vorgesehene Aufnahmevorrichtung, z.B. eine Lampenfassung eingebracht
werden.
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Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist in dem Glas- oder Keramikelement zumindest eine Strahlungseinheit
und/oder zumindest eine elektrische Zuleitung angeordnet. Innerhalb
des Verbindungsbereiches ist die Strahlungseinheit und/oder die
elektrische Zuleitung durch Metallschaum elektrisch leitend mit
dem Trägerelement
bzw. mit dem geschäumten
Trägerelement
verbunden. In diesem Fall übernimmt
der Metallschaum nicht nur eine thermisch leitende, sondern auch
eine elektrisch leitende Funktion, wodurch sich die Anzahl der Fertigungsschritte
bzw. die Anzahl der Bauteile verringert.
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Gemäß einem
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Strahlungsquelle weist
die Strahlungseinheit und/oder die elektrische Zuleitung innerhalb
des Verbindungsbereiches eine Isolation auf, durch die ein Kontakt
mit dem Metallschaum und/oder weiteren elektrisch leitenden Elementen,
beispielsweise einer weiteren Zuleitung, verhindert wird. Dadurch
ist es beispielsweise möglich, innerhalb
eines Trägerelementes
oder eines geschäumten
Trägerelementes
zwei voneinander getrennte elektrische Zuleitungen anzuordnen, ohne beim
Betrieb der Strahlungsquelle einen Kurzschluss zu erzeugen.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Strahlungsquellen sind in weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den zugehörigen
Figuren näher
erläutert.
In diesen zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Entladungslampe;
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2 eine
Schnittdarstellung der Entladungslampe mit einem Sockel, einem Reflektor
und einer Endkappe;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Glas- oder Keramikelementes und eines Trägerelementes;
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4 eine
Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes und des Trägerelementes,
die durch Metallschaum verbunden sind;
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5 eine
Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes und des Trägerelementes
mit einem schäumbaren
Vormaterial;
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6 eine
Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes und des Trägerelementes,
die nach Aktivierung des schäumbaren
Vormaterials durch Metallschaum verbunden sind;
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7 eine
Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes mit Metallschaum
(Trägerelement)
umhüllt
in einer Schäumform;
und
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8 eine
Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes mit einem geschäumten Trägerelement.
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Der
Aufbau einer erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
ist in 1 am Beispiel einer Schnittdarstellung einer Entladungslampe
gezeigt. Die Entladungslampe besteht aus einem Glas- oder Keramikelement 1,
in dessen Inneren eine Strahlungseinheit 8 angeordnet ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt
es sich bei der Strahlungseinheit 8 um zwei Elektroden,
die von einem Gas umgeben sind. Aber es ist auch denkbar, dass die
Strahlungseinheit 8 beispielsweise als Glühwendel
ausgeführt
ist oder als Elektroden, die sich in einem Vakuum befinden.
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Die
Strahlungseinheit 8 ist mit elektrischen Zuleitungen 9 verbunden.
Bei der gezeigten Strahlungsquelle 8 handelt sich um eine,
vorzugsweise tubusförmige,
Entladungslampe mit zwei gegenüberliegenden
Enden, so dass auch die elektrischen Zuleitung 9 in zwei
entgegengesetzte Richtungen führen. An
jedem ihrer Enden weist die gezeigte Entladungslampe ein Trägerelement 2a auf,
das als metallischer oder keramischer Sockel ausgeführt ist.
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Innerhalb
eines Verbindungsbereiches 3 befindet sich Metallschaum 4,
der das Glas- oder
Keramikelement 1 mit dem Trägerelement 2a verbindet. Abhängig vom
Einsatzzweck und vom Aufbau der Strahlungsquelle ist es ferner denkbar,
dass der Metallschaum 4 die elektrische Zuleitung 9 innerhalb des
Verbindungsbereiches 3 mit dem Trägerelement 2a, beispielsweise
einem metallischen Sockel, verbindet. Zusätzlich kann der Metallschaum 4 auch
verwendet werden, innerhalb eines nichtleitenden Trägerelementes 2a die
elektrische Zuleitung 9 mit einem weiteren elektrisch leitenden
Element zu verbinden. Ferner ist es möglich, dass diese Verbindung bzw.
die elektrische Zuleitung 9 durch ein gläsernes oder
keramisches Material an einer weiteren elektrischen Zuleitung bzw.
vom Metallschaum 4 oder dem Trägerelement 2a isoliert
wird, um einen Kurzschluss beim Betrieb der Entladungslampe zu vermeiden. Dies
kann beispielsweise notwendig sein, wenn die Strahlungsquelle nur über einen
einzi gen Sockel verfügt,
durch den zumindest zwei elektrische Zuleitungen 9 verlaufen,
die zur Stromversorgung der Strahlungseinheit 8 benötigt werden
(nicht gezeigt).
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In
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen übernimmt
der Metallschaum 4 neben der Funktion eines thermisch leitenden
Fügematerials auch
die Funktion einer elektrisch leitenden Verbindung.
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In
einem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist in einer Schnittdarstellung die Entladungslampe mit mehreren
Trägerelementen 2a,
nämlich
einem Sockel 12, einem Reflektor 13 und einer
Endkappe 14, gezeigt. An einer Seite ist das Glas- oder Keramikelement 1 durch
den Metallschaum 4 mit dem Sockel 12 verbunden.
Der Metallschaum 4 ist ferner geeignet, auch den Reflektor 13 und/oder
die Endkappe mit dem Sockel 12 zu verbinden, so dass ein
integriertes optisches System entsteht, bei dem sämtliche
Elemente miteinander durch Metallschaum 4 verbunden sind.
In bestimmten Bereichen kann es deshalb erforderlich sein, die elektrischen
Zuleitungen 9 bzw. die mit dem Metallschaum 4 in
Kontakt stehenden Trägerelemente 2a elektrisch
zu isolieren.
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Die
Oberfläche
des gesamten optischen Systems dient beim Betrieb der Strahlungsquelle
zur Abführung
der dabei im Glas- oder Keramikelement 1 entstehenden Betriebswärme. Dies
wird erreicht durch die thermische Leitfähigkeit des Metallschaums 4,
der als Verbindungsmaterial zwischen den einzelnen Komponenten des
optischen Systems eingesetzt ist. Ferner ist es durch die Struktur
und die Eigenschaften des Metallschaums 4 möglich, das
unterschiedliche Ausdehnungsverhalten verschiedener Materialien
des gezeigten optischen Systems auszugleichen.
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In
einem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist eine Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes 1 und
des Trägerelementes 2a gezeigt.
Innerhalb des Verbindungsbereiches 3 sind die beiden Bauteile
durch einen Zwischenraum 5 voneinander getrennt. In dem
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ferner das Glas- oder Keramikelement 1 mit einer Hinterschneidung 10 versehen,
während
das Trägerelement 2a eine
Nut 11 aufweist. Diese gezeigten Verbindungselemente können auch
andersartig ausgeführt
sein, um die kraftschlüssigen und/oder
formschlüssigen
Verbin dungseigenschaften des Metallschaums 4 zu unterstützen, wenn
dieser in den Zwischenraum 5 eingebracht wird.
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Es
wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die gezeigten Verbindungselemente nicht
notwendigerweise am Glas- oder Keramikelement 1 und/oder
am Trägerelemente 2a vorhanden
sein müssen,
da eine dauerhafte Verbindung auch ausschließlich durch die stoffschlüssigen,
kraftschlüssigen
und/oder formschlüssigen
Verbindungseigenschaften des Metallschaums ermöglicht wird.
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Das
Trägerelement 2a kann
aus einem metallischen, keramischen oder gläsernen Werkstoff bestehen oder
aus einer Kombination der besagten Werkstoffe. Bei der Wahl des
Trägerelementes 2a und
des Glas- oder Keramikelementes 1 ist darauf zu achten,
dass diese aus Werkstoffen bestehen, deren Schmelzpunkt gleich oder
höher als
der Aufschäumpunkt
des Metallschaums 4 ist, da es sonst beim Einbringen des
Metallschaumes 4 zu einer Verformung oder Zerstörung der
besagten Elemente kommt.
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Das
in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass das Glas- oder Keramikelement 1 und das Trägerelement 2a durch
den Metallschaum 4, der in den Zwischenraum 5 innerhalb
des Verbindungsbereiches 3 eingebracht ist, verbunden sind.
Der Metallschaum 4 besteht beispielsweise aus Zinn, Zink,
Aluminium, Kupfer, Eisen oder einer entsprechenden schäumbaren
Legierung und weist eine porige Struktur auf.
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Vor
dem Einbringen des Metallschaums 4 werden das Glas- oder
Keramikelement 1 und das Trägerelement 2a relativ
zueinander positioniert. Es ist jedoch auch möglich, nach dem Einbringen
des Metallschaums 4 die besagten Elemente zueinander zu
positionieren bzw. eine Positionsänderung durchzuführen, bis
die Erstarrung des Metallschaums 4 einsetzt.
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In
einem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Glas- oder Keramikelement 1 eine Nut 11 auf,
während
das Trägerelement 2a eine
Hinterschneidung 10 aufweist. Innerhalb des Verbindungsbereiches 3 ist
in dem Zwischenraum 5 ein schäumbares Vormaterial 6 eingebracht.
Das schäumbare Vormaterial 6 besteht
bei spielsweise aus einer Aluminiumlegierung mit einem Treibmittel,
beispielsweise Titanhydrid.
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Das
in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass das eingebrachte Vormaterial 6 aktiviert
wurde und zum Metallschaum 4 aufgeschäumt wurde. Der Metallschaum 4 füllt, wie in
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, den Zwischenraum 5 innerhalb
des Verbindungsbereiches 3 zwischen dem Glas- oder Keramikelement 1 und
dem Trägerelement 2a aus.
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Bei
der Wahl des Trägerelementes 2a ist
darauf zu achten, dass es aus einem Werkstoff besteht, dessen Schmelzpunkt
gleich oder höher
als der Aufschäumpunkt
des schäumbaren
Vormaterials 6 ist.
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Vor
der Aktivierung des schäumbaren
Vormaterials 6 werden das Glas- oder Keramikelement 1 und
das Trägerelement 2a relativ
zueinander positioniert. Jedoch ist es auch möglich, die Position des Glas-
oder Keramikelementes 1 zum Trägerelement 2a solange
zu verändern,
bis die Erstarrung des Metallschaums 4 einsetzt.
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Im
Allgemeinen wird der Metallschaum 4 durch ein schmelzmetallurgisches
Verfahren erzeugt oder durch Aktivierung des schäumbaren Vormaterials 6.
Das schäumbare
Vormaterial 6 wird bevorzugterweise durch einen pulvermetallurgischen
Prozess, wie er beispielsweise auch beim Sintern angewandt wird,
hergestellt. Die Aktivierung des schäumbaren Vormaterials 6 erfolgt
entweder in einer separaten Einrichtung oder innerhalb des Verbindungsbereiches 3 des
Glas- oder Keramikelementes 1 oder des Trägerelementes 2a bzw.
im Zwischenraum 5 zwischen den besagten Elementen. Vorzugsweise
erfolgt die Aktivierung des schäumbaren
Vormaterials 6 durch Induktion, Konduktion oder Infrarotstrahlung.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Trägerelement 2a in
einem außenliegenden
Bereich zumindest ein Aufnahmeelement auf. Dieses Aufnahmeelement
ist beispielsweise ausgebildet als Hinterschneidung, Nut oder Gewinde.
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In 7 ist
eine Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes 1 in
einer Schäumform 7 gezeigt.
Das Glas- oder Keramikelement 1 ist dabei, wie bereits
zuvor beschrieben, ausgebildet.
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Die
Schäumform 7,
in der das Glas- oder Keramikelement 1 bzw. der zu umschäumende Verbindungsbereich 3 des
Glas- oder Keramikelementes 1 positioniert wird, weist
ein Abbild des zu schäumenden
Trägerelementes
als Negativ auf. Zum einen beinhaltet dies die Abbildung von Aufnahmeelementen, beispielsweise
Hinterschneidungen, Nuten oder Gewinden in der Schäumform 7,
zum anderen aber auch das Vorsehen von bestimmten Bereichen in der Schäumform 7 für weitere
Bauteile der Strahlungsquelle, beispielsweise elektrische Zuleitungen 9 oder Isolationen.
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Ein
geschäumtes
Trägerelement 2b füllt den Bereich
zwischen dem Glas- oder Keramikelement 1 und der Schäumform 7 aus.
Wie bereits zuvor beim Trägerelement 2a beschrieben,
kann auch das geschäumte
Trägerelement 2b Bereiche
enthalten, die mit der elektrischen Zuleitung 9 und/oder
der Strahlungseinheit 8 elektrisch verbunden sind bzw.
von diesen isoliert sind.
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Um
das geschäumte
Trägerelement 2b als Umschäumung des
Verbindungsbereiches 3 des Glas- oder Keramikelementes 1 herzustellen,
wird entweder Metallschaum 4 in die Schäumform 7 eingebracht,
oder schäumbares
Vormaterial 6 innerhalb der Schäumform 7, beispielsweise
durch Induktion, aktiviert. Beim Erstarren des geschäumten Trägerelementes 2b wird
das geschäumte
Trägerelement 2b dauerhaft
mit dem Glas- oder Keramikelement 1 verbunden.
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Um
die auf diese Art hergestellte Strahlungsquelle leichter aus der
Schäumform 7 zu
entnehmen, ist es vorteilhaft, wenn zuvor ein Trennmittel in die Bereiche
der Schäumform 7 eingebracht
wird, die mit dem geschäumten
Trägerelement 2b in
Kontakt stehen. Alternativ kann die Schäumform 7 aus einem Werkstoff
bestehen, der die Trennfunktion beinhaltet, oder aus einem Verbundsystem
(Verbundwerkstoff oder schaummaterialabweisende Deckschicht) bestehen,
das neben der Formgebungsfunktion noch die Trennfunktion enthält. Besonders
für hinterschnittene
Geometrien kann eine geteilte Form mit z.B. im Winkel zu einer Hauptachse
des Schaumkörpers
bewegba ren Formhälften
verwendet werden. Nach dem Erkalten bzw. Aushärten des Metallschaums 4 wird die
Strahlungsquelle aus der Schäumform 7 entformt.
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In 8 ist
eine Schnittdarstellung des Glas- oder Keramikelementes 1 mit
einem geschäumten Trägerelement 2b gezeigt,
das aus der Schäumform 7 entformt
wurde. Die elektrische Zuleitung 9, die innerhalb des Glas-
oder Keramikelementes 1 in Kontakt mit der Strahlungseinheit 8 steht,
ist im vorliegenden Fall innerhalb des Bereiches des geschäumten Trägerelementes 2b von
diesem elektrisch nicht isoliert. Gleichwohl kann, z.B. bei mehreren
Zuleitungen, eine solche elektrische Isolation erforderlich oder
aus anderen Gründen
auch nur gewünscht
und realisiert sein.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
weisen die außenliegenden
Bereiche des geschäumten
Trägerelementes 2b eine
höhere
Dichte und geringere Porosität
auf als Bereiche des geschäumten
Trägerelementes 2b,
die näher
am umschäumten
Glas- oder Keramikelement 1 liegen. Dadurch ist es möglich, außenliegende
Aufnahmeelemente, wie z.B. ein Aufnahmegewinde, formgetreuer und
mit einer höheren
Oberflächenqualität abzubilden.
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Die
dafür notwendige
Verdichtung der außenliegenden
Bereiche des geschäumten
Trägerelementes 2b kann
zum einen durch eine entsprechende Temperierung der Schäumform 7 erreicht
werden, wodurch Poren des Metallschaums 4 in denen an die Schäumform 7 angrenzenden
Bereichen kollabieren. Zum anderen kann die Verdichtung aber auch
durch eine nach der Entformung der Strahlungsquelle durchgeführte Wärmebehandlung
und/oder mechanische Umformung erfolgen. Eine Graduierung der Metallschaumdichte
ist auch realisierbar, indem das aufzuschäumende Formmaterial beispielsweise mehrlagig
eingesetzt und/oder mit unterschiedlichen Treibmittelgehalten verwendet
wird. Eine Graduierung der Metallschaumdichte ist ferner z.B. auch möglich, indem
nicht-schäumbares
Aluminium mit schäumbarem
Formmaterial (z.B. Al-Schaum) kombiniert wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschreiben ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle
und eine Strahlungsquelle mit zumindest einem Glas- oder Keramikelement
und zumindest einem Trägerelement,
wobei das Glas- oder Keramikelement
und das Trägerelement
innerhalb eines Verbindungsbereiches durch Metallschaum miteinander
verbunden sind. Des Weiteren beschreiben die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele ein
Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle und eine Strahlungsquelle
mit zumindest einem Glas- oder Keramikelement und zumindest einem Trägerelement,
wobei das Trägerelement
ein geschäumtes
Trägerelement
ist, das aus Metallschaum besteht.